空管二次雷達(dá)假目標(biāo)的成因分析與抑制

高新

摘 要：二次雷達(dá)是現(xiàn)代空中交通管制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，多種因素干擾對二次雷達(dá)的探測性能有著顯著的影響，假目標(biāo)的出現(xiàn)給空中交通的正常運行帶來了一定的安全隱患。本文結(jié)合空管二次雷達(dá)工作原理，從同步竄擾、反射等方面進(jìn)行分析，討論二次雷達(dá)假目標(biāo)的成因與抑制方法。

關(guān)鍵詞：反射；同步竄擾；S模式

中圖分類號：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0252-02

1 引言

隨著民用航空業(yè)的快速發(fā)展，雷達(dá)管制正在逐漸取代作為控制手段的程序控制的主要方法。因此，空中交通管制對二次雷達(dá)（SSR）的探測能力和依賴性要求也很高。然而，反射、同步竄擾和異步干擾的客觀存在和變化導(dǎo)致了二次雷達(dá)虛假目標(biāo)的形成，對管制指揮產(chǎn)生了一定的影響。

二次雷達(dá)在地面上，詢問器和機載應(yīng)答器經(jīng)歷兩次輻射。目標(biāo)探測器探測和定位通過查詢--響應(yīng)方法來執(zhí)行。 SSR系統(tǒng)的缺陷可能會導(dǎo)致各種虛假飛機報告，并且不是每個通過響應(yīng)處理的飛機報告都與真實的飛機位置一致，監(jiān)控過程產(chǎn)生所有飛機的軌跡。這些跟蹤數(shù)據(jù)可以用來識別虛假或真實的飛機。二次雷達(dá)虛假目標(biāo)主要有以下原因：反射和同步竄擾等。

2 二次雷達(dá)及假目標(biāo)成因

二次監(jiān)視雷達(dá)是依賴目標(biāo)上的應(yīng)答機，應(yīng)答機接收從地面SSR發(fā)來的詢問信號，并立即以一編碼的脈沖列作出應(yīng)答，SSR通過接收目標(biāo)的應(yīng)答來對目標(biāo)進(jìn)行定位和識別。二次雷達(dá)發(fā)射的一組詢問編碼信號，經(jīng)過裝有機載應(yīng)答機的飛機接收到詢問信號后，轉(zhuǎn)發(fā)一組應(yīng)答編碼信號。通過“詢問-應(yīng)答”式工作，需要兩次有源輻射，因此稱為二次雷達(dá)。二次雷達(dá)收、發(fā)工作頻率不同，其中發(fā)射：1030MHz，接收：1090MHz，作用距離遠(yuǎn)，同時避免了一次雷達(dá)的地物雜波和氣象雜波干擾現(xiàn)象。又因其是“詢問-應(yīng)答”工作模式，因此能獲取飛機識別碼（Code A）、飛機高度碼（Code C）、飛機地速、方位、距離等信息。雖然二次雷達(dá)能夠獲取豐富的信息，但同時也存在各種干擾形成假目標(biāo)。

2.1 同步竄擾

由于兩個（或多個）飛機目標(biāo)之間的距離間隔過近，造成雷達(dá)詢問波束內(nèi)兩個（或多個）目標(biāo)在時間間隔上<20.3μs，因此在處理時就產(chǎn)生了混淆，也就是“拼湊”出了假目標(biāo)。Garble是在早期SSR系統(tǒng)設(shè)計時所帶來的原理性問題，并且隨著空中交通量的增加而越來越惡化。目前在不同高度的飛機在距離和方位上的間距非常小，如果兩架飛機的間距小于20.3μs造成回答碼信息位完全重疊，兩回答之間相互占位，導(dǎo)致接收機不能正確譯碼。最嚴(yán)重的Garble的情況是兩架飛機方位間隔非常小使得它們被同一個波束詢問而又同時向那個詢問波束給出應(yīng)答。

2.2 反射

影響和限制二次雷達(dá)達(dá)到其檢測性能的最重要因素是多路徑。多徑是雷達(dá)和飛機之間直接路徑之外的其他反射電磁信號的路徑。在這些路徑中，只有一條是發(fā)射和接收之間的直接路徑。另外，還有其他路徑，例如由地面和建筑物等反射形成的信號路徑。由于二次雷達(dá)使用短脈沖串，直接信號和反射信號在時間上交錯或完全分開，時間差異會改變響應(yīng)脈沖的視在數(shù)量，導(dǎo)致解碼錯誤或錯誤地檢測到有多架飛機。

虛假目標(biāo)通常是由雷達(dá)站附近的建筑物，廣告牌或其他物體的反射引起的。反射鏡大小不同，虛假目標(biāo)會有幾個天線掃描周期而產(chǎn)生一些錯誤的軌跡。這種現(xiàn)象導(dǎo)致飛機出現(xiàn)在反射器后面。大多數(shù)飛機報告對應(yīng)于單獨的A模式代碼，因此可以使用這些代碼查找與代碼對應(yīng)的所有航跡：真實和虛假目標(biāo)。如果飛機報告的代碼不是確定性的，即它包含一些低置信度數(shù)字，或者不是唯一的，則不可能使用A模式編碼來找到對應(yīng)于A模式的軌跡。如果飛機報告是反射引起的，找到真實飛機的軌跡非常重要，這樣可以使用虛擬飛機測試來發(fā)現(xiàn)飛機的真實屬性。

3 實例分析

3.1 同步竄擾假目標(biāo)—百花山雷達(dá)

在距機場跑道南側(cè)，兩個目標(biāo)（航班號為CHH7146和CES2074）下降過程中，兩個目標(biāo)之間出現(xiàn)新的點跡，二次代碼為0507；在23：04，二次代碼0507目標(biāo)消失，出現(xiàn)一個新二次代碼為4347；于23：06出現(xiàn)一個新的二次代碼553，于23：07：00（LTC）二次代碼（4347、5537）目標(biāo)消失。兩個或多個目標(biāo)間隔<20.3μs，導(dǎo)致同步竄擾。

3.2 反射假目標(biāo)—鄭州1雷達(dá)

在鄭州1雷達(dá)可接收到的信號中，多次出現(xiàn)二次代碼和高度一致，速度未必一致，但出現(xiàn)在不同扇區(qū)的兩個目標(biāo)，形成DUPE告警。假目標(biāo)和真實目標(biāo)呈鏡像對稱關(guān)系，判斷為由于反射引起的假目標(biāo)。

4 抑制

4.1 同步竄擾的抑制

（1）使用滑窗檢測技術(shù)?；皺z測定義為目標(biāo)駐留波束中同一目標(biāo)回答的定量相關(guān)累加，當(dāng)累計值超過預(yù)設(shè)閾值時，確認(rèn)同步回答?；皺z測技術(shù)的原理是檢測目標(biāo)的開始和目標(biāo)的終止，然后去除中間幻像幀，并且將第一幀和第N幀的代碼設(shè)置為“1或0”邏輯，根據(jù)脈沖的存在或不存在來確定。作為傳統(tǒng)的同步竄擾抑制方法，滑窗檢測技術(shù)能夠有效檢測低密度環(huán)境下的同步竄擾。然而，技術(shù)本身的方向估計存在很大的誤差，影響后續(xù)軌跡跟蹤，并且存在誤判，不適合高密度環(huán)境。（2）單脈沖技術(shù)。響應(yīng)的每個脈沖偏離瞄準(zhǔn)軸信息（單脈沖信息）。利用單脈沖技術(shù)，可以確定目標(biāo)與瞄準(zhǔn)軸的角度，以確定目標(biāo)的空間位置。只要波束中的竄擾目標(biāo)在方位上不同，單脈沖信息就會有所不同。利用每個脈沖的單脈沖信息的差異，可以區(qū)分竄擾響應(yīng)的重疊部分中的信息脈沖的屬性。

4.2 反射的抑制

當(dāng)飛機降落時，飛機應(yīng)答機正常應(yīng)答雷達(dá)的詢問，但應(yīng)答機應(yīng)答信號也經(jīng)鐵塔反射后由雷達(dá)天線接收，所以造成假目標(biāo)的產(chǎn)生。在實際工作中，在跑道及機場周邊出現(xiàn)的來回移動或固定不動的假目標(biāo)大多屬于此種情況。然而，在復(fù)雜的環(huán)境中，由于反射而產(chǎn)生的虛假目標(biāo)可能無法完全抑制。在這種情況下，通過調(diào)整天線的仰角，通過使用LVA天線的俯仰特性可以抑制由反射產(chǎn)生的假目標(biāo)。 但是，這種方法的使用應(yīng)該特別小心，因為調(diào)整天線仰角會影響雷達(dá)的覆蓋范圍。一般來說，在調(diào)整天線仰角后，應(yīng)檢查雷達(dá)覆蓋范圍并進(jìn)行飛機校驗。

5 解決辦法

對于同步竄擾，可以在平行進(jìn)近區(qū)域設(shè)置實心區(qū)域。 當(dāng)目標(biāo)穿過凸四邊形時，將在此空間區(qū)域中創(chuàng)建新點跡。 點跡坐標(biāo)信息可以與凸四邊形坐標(biāo)進(jìn)行比較，來確定點軌跡是否落在凸四邊形上。如果軌跡從區(qū)域外的軌道連續(xù)生成，則目標(biāo)軌道會連續(xù)生成軌道； 如果軌道僅在該空間中產(chǎn)生新的初始化，則軌跡被判斷為具有同步串?dāng)_的假目標(biāo)信號。在數(shù)據(jù)處理中，這個寄生信號輸出將被抑制以抑制偽軌道的產(chǎn)生。

對于反射，在監(jiān)視處理的航跡文件中建立抗反射文件，用軟件方法對假目標(biāo)進(jìn)行過濾；凈化雷達(dá)站周邊環(huán)境；對雷達(dá)天線采取底部銳截止賦型技術(shù)，降低地面的反射；采用ⅡSLS（改善型詢問旁瓣抑制）技術(shù)；采用方位上功率可編程及STC程序控制。

減少假目標(biāo)最佳方案是使用S模式，S模式可以從根本上解決目標(biāo)的混淆，還可以減少雷達(dá)間的異步干擾，并且24位的地址可使目標(biāo)編號達(dá)千萬以上，能夠按國家、地區(qū)和航空公司劃分，便于全國和國際空管聯(lián)網(wǎng)。

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