雷神二次雷達(dá)假目標(biāo)案例分析

胡石根

（民航中南空管局技術(shù)保障中心，廣東廣州，510405）

關(guān)鍵字：?jiǎn)蚊}沖二次雷達(dá)；假目標(biāo)抑制；反射體；STC

0　引言

單脈沖二次雷達(dá)是中國(guó)民用航空的主要監(jiān)視設(shè)備。雷達(dá)二次雷達(dá)在我國(guó)使用較廣，具有精度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。但由于雷達(dá)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境等因素的影響，二次雷達(dá)在運(yùn)行過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生一些假目標(biāo)。因此，假目標(biāo)的識(shí)別和抑制技術(shù)是單脈沖二次雷達(dá)一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[1]。

1　假目標(biāo)產(chǎn)生的原因

異步干擾、繞環(huán)效應(yīng)和反射現(xiàn)象是單脈沖二次雷達(dá)產(chǎn)生假目標(biāo)的最為常見的原因。

1.1　異步干擾

異步干擾現(xiàn)象是指二次雷達(dá)詢問機(jī)在其作用范圍之內(nèi)接收到由周圍其他詢問機(jī)詢問所引起的應(yīng)答信號(hào)[2]，這個(gè)應(yīng)答信號(hào)與詢問機(jī)自身的詢問信號(hào)不同步，但會(huì)干擾正常信號(hào)的后續(xù)處理。

圖1　異步干擾示意圖

如圖1所示，當(dāng)一架飛機(jī)位于雷達(dá)A與雷達(dá)B作用范圍的重疊區(qū)域C時(shí)，會(huì)同時(shí)接收到雷達(dá)A和雷達(dá)B的詢問信號(hào)，飛機(jī)上的應(yīng)答機(jī)向雷達(dá)A和雷達(dá)B都返回應(yīng)答信號(hào)。飛機(jī)上應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答信號(hào)是全方位進(jìn)行發(fā)射的，有時(shí)雷達(dá)B的詢問機(jī)會(huì)收到飛機(jī)對(duì)雷達(dá)A的應(yīng)答信號(hào)，如果雷達(dá)B對(duì)這一應(yīng)答進(jìn)行目標(biāo)處理，就會(huì)產(chǎn)生假目標(biāo)。

1.2　繞環(huán)效應(yīng)

繞環(huán)效應(yīng)是指機(jī)載應(yīng)答機(jī)有可能被斷續(xù)或持續(xù)的旁瓣詢問所觸發(fā)，導(dǎo)致詢問波束旁瓣附近的機(jī)載應(yīng)答機(jī)斷續(xù)或持續(xù)的給出回答，從而額外的夸大了存在的飛機(jī)數(shù)量．造成不必要的干擾[3]。

在機(jī)載應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生故障，或者二次雷達(dá)詢問機(jī)的控制波束不能完全覆蓋詢問波束的旁瓣時(shí)，詢問波束的旁瓣就會(huì)觸發(fā)靠近地面雷達(dá)站的飛機(jī)應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答。天線旋轉(zhuǎn)掃描時(shí)，飛機(jī)應(yīng)答機(jī)大部分時(shí)間處于詢問波束旁瓣的作用范圍之內(nèi)，應(yīng)答機(jī)可能斷續(xù)或持續(xù)回答，產(chǎn)生很多假目標(biāo)，出現(xiàn)“繞環(huán)效應(yīng)”[4]。

1.3　反射

二次雷達(dá)產(chǎn)生的假目標(biāo)大部分是由反射引起的，引起反射的原因有多種。從雷達(dá)系統(tǒng)出發(fā)，天線系統(tǒng)性能下降，造成雷達(dá)輻射波束的垂直方向性圖不理想，甚至出現(xiàn)波瓣開裂的情況，導(dǎo)致近地面或建筑物產(chǎn)生大量發(fā)射，引起假目標(biāo)。二次雷達(dá)站周邊的電磁環(huán)境差，地面及附近物體的反射也會(huì)使天線收到反射信號(hào)，引起假目標(biāo)。這種反射可能是二次雷達(dá)詢問信號(hào)的反射信號(hào)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行了詢問，也有可能是飛機(jī)的應(yīng)答信號(hào)的反射信號(hào)被二次雷達(dá)所接收，這兩種情況都會(huì)產(chǎn)生假目標(biāo)。

圖2是單脈沖二次雷達(dá)簡(jiǎn)單的反射原理圖。從圖中可以看出，當(dāng)目標(biāo)飛機(jī)A的應(yīng)答機(jī)在收到二次雷達(dá)的反射信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)，而當(dāng)二次雷達(dá)收到目標(biāo)飛機(jī)B的應(yīng)答信號(hào)的反射信號(hào)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)假目標(biāo)。由反射產(chǎn)生的假目標(biāo)的現(xiàn)象比較普遍，危害也較大，下面結(jié)合韶關(guān)雷神二次雷達(dá)產(chǎn)生假目標(biāo)的實(shí)際情況，談?wù)劧卫走_(dá)抑制假目標(biāo)的方法。

圖2　反射原理圖

2　韶關(guān)二次雷達(dá)假目標(biāo)處理

韶關(guān)二次雷達(dá)型號(hào)為Raytheon CONDOR MK2D，廣州區(qū)管反映韶關(guān)二次雷達(dá)存在假目標(biāo)異常情況。值班員在RMM上面觀察本地雷達(dá)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)在韶關(guān)西偏北方向確實(shí)存在假目標(biāo)，真實(shí)目標(biāo)在韶關(guān)以南距離40公里處的英德導(dǎo)航臺(tái)附近。假目標(biāo)與真實(shí)目標(biāo)的二次代碼和高度都相同。隨著氣溫的下降，室外氣溫處于零度以下，雷達(dá)塔多處結(jié)冰，本地觀察假目標(biāo)的情況越來(lái)越嚴(yán)重，西北方向出現(xiàn)的假目標(biāo)數(shù)量更多，而在韶關(guān)以東也較頻繁地出現(xiàn)了假目標(biāo)。

2.1　假目標(biāo)現(xiàn)象

在RMM上選擇點(diǎn)跡記錄，經(jīng)過一段時(shí)間，可以得出假目標(biāo)分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，如圖3所示。圖中紅色線表示天線塔上四根避雷針的方向。

圖3　假目標(biāo)分布情況

從圖上可以看出，假目標(biāo)基本都是在避雷針方向的附近出現(xiàn)，技術(shù)人員猜測(cè)，可能是避雷針在低溫下結(jié)冰變成反射體，導(dǎo)致假目標(biāo)的產(chǎn)生。為了證實(shí)這一想法，韶關(guān)雷達(dá)進(jìn)行了停機(jī)維護(hù)，對(duì)假目標(biāo)較嚴(yán)重的西北方向的避雷針用熱鹽水進(jìn)行清洗，之后開啟雷達(dá)觀察，發(fā)現(xiàn)西北方向的假目標(biāo)情況有較明顯改善。在之后的觀察中發(fā)現(xiàn)，隨著室外氣溫的降低，假目標(biāo)又變得嚴(yán)重起來(lái)。通過上面的分析，我們認(rèn)為假目標(biāo)確實(shí)與避雷針的反射有關(guān)。

2.2　建立固定反射體

由于假目標(biāo)是避雷針發(fā)射造成，可以通過修改二次雷達(dá)反射體文件，將新出現(xiàn)的固定反射體加入反射體文件來(lái)消除假目標(biāo)。首先確保二次雷達(dá)A、B通道正常工作，然后開始建立反射體：（1）選擇備用通道，設(shè)置為維護(hù)狀態(tài)，然后進(jìn)入透明模式；（2）輸入指令：DP4 47=120 設(shè)置采集數(shù)據(jù)的時(shí)間為120分鐘；（3）PS 156 ON，PS 157 ON 將PS 156和PS 157暫時(shí)設(shè)為打開，以建立和完成反射體文件；（4）退出透明模式；（5）數(shù)據(jù)采集完后，進(jìn)入透明模式，輸入DAR，顯示所有反射體；（6）將新發(fā)現(xiàn)的發(fā)射體輸入到發(fā)射體文件中，輸入各反射體的指令為：ADD FIXED REFLECTOR AFR=reso，參數(shù)reso是距離，開始方位，結(jié)束方位，反射面的朝向，各參數(shù)之間用空格進(jìn)行分隔；（7）輸入WOP，WMP，WSP；（8）PS 156 OFF，PS 157 OFF ；（9）WSP ；做完反射體文件后，對(duì)假目標(biāo)的抑制效果并不明顯，系統(tǒng)手冊(cè)里建議數(shù)據(jù)采集要多做幾次，最好是在航班比較密集的時(shí)候進(jìn)行。這樣如果真的存在反射體，在不同的交通情況下飛機(jī)會(huì)將反射體暴露出來(lái)，所以認(rèn)為只進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集是不夠的。

2.3　修改STC高低門限值

在做發(fā)射體抑制假目標(biāo)效果不明顯后，技術(shù)人員嘗試修改STC的高低門限值。高門限值定義信號(hào)電平，當(dāng)回波強(qiáng)度高于高門限時(shí)，雷達(dá)認(rèn)為這一定是真實(shí)的目標(biāo)；回波強(qiáng)度低于低門限值時(shí)，將不會(huì)被處理；介于兩者之間的回波信號(hào)將被認(rèn)為是一個(gè)低置信度目標(biāo)，然后進(jìn)入下一級(jí)的VLSI處理。

進(jìn)入透明模式查到本地雷達(dá)設(shè)置的高低門限相同：DP7 12為9393，高門限和低門限都為93（十六進(jìn)制）。每變化一位等同于變化0.314dB，如果想要將門限值調(diào)整為原值的2倍，在原值上+3dB，93+0A=9D，需將DP7 12設(shè)為9D9D；若DPA7 12的狀態(tài)為MAINT則可以直接鍵入DP7 12=9D9D進(jìn)行修改，若狀態(tài)為DEV，則需要鍵入DPA7 12=MAINT，然后進(jìn)行修改。最后需要保存系統(tǒng)參數(shù)（WSP），否則在下一次重啟后，參數(shù)將仍然是9393。

修改后，假目標(biāo)情況得到明顯改善。觀察全局目標(biāo)數(shù)量有減少1-2個(gè)，不確定是否是因?yàn)殚T限導(dǎo)致了丟目標(biāo)，將門限值改回原來(lái)的9393。

2.4　更換天線塔避雷針

技術(shù)人員做了多種嘗試，都未能很好地抑制假目標(biāo)，為了盡快恢復(fù)韶關(guān)二次雷達(dá)，為區(qū)管提供正常的雷達(dá)信號(hào)，決定暫時(shí)拆除天線塔的四根避雷針。這四根避雷針的材質(zhì)是玻璃鋼，安裝使用將近一年，天線塔最初使用的避雷針是直徑較小的鐵管。避雷針拆除之后，從RMM上觀察雷達(dá)信號(hào)恢復(fù)正常，區(qū)管也反映雷達(dá)信號(hào)使用正常。從上面的分析可以看出，假目標(biāo)是由避雷針的反射造成的。為了從根本上消除雷達(dá)的假目標(biāo)，決定新購(gòu)四根避雷針安裝在天線塔上。新避雷針的材質(zhì)也是玻璃鋼，其直徑比拆下的避雷針的直徑更大，當(dāng)安裝東南方向的那根避雷針后，在RMM上又觀察到很明顯的假目標(biāo)，遂將已安裝的東南向的避雷針拆下，停止安裝避雷針。技術(shù)人員進(jìn)一步猜測(cè)，可能是避雷針的直徑太大導(dǎo)致產(chǎn)生反射假目標(biāo)。后面制作了四根直徑較小的鐵管避雷針，四根避雷針吊裝到天線塔上后，在本地RMM上觀察，仍有少量假目標(biāo)，但可以通過區(qū)管自動(dòng)化系統(tǒng)濾除，不影響管制的使用。

3　結(jié)束語(yǔ)

雷神二次雷達(dá)是國(guó)內(nèi)在用的比較先進(jìn)的單脈沖二次雷達(dá)，它本身具有多種抑制假目標(biāo)的方法，例如，增加固定反射物，抑制由反射物所引起的假目標(biāo)；修改STC高低門限值等等，我們應(yīng)充分利用這些功能，根據(jù)臺(tái)站周邊電磁環(huán)境的改變，適時(shí)地對(duì)反射物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并將固定反射物添加進(jìn)去，盡可能地減少假目標(biāo)的產(chǎn)生。除了上述措施外，對(duì)雷達(dá)的天線進(jìn)行周期性維護(hù)、測(cè)試，保護(hù)好雷達(dá)站周邊的電磁環(huán)境，都是減少假目標(biāo)的有效措施。