淺析雷神雷達(dá)假目標(biāo)成因及解決辦法

張濤

摘 要：本文簡(jiǎn)要分析了常見(jiàn)的幾種雷達(dá)假目標(biāo)的形成原因，重點(diǎn)對(duì)多徑反射造成的假目標(biāo)現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析并提出解決方案。通過(guò)對(duì)假目標(biāo)位置進(jìn)行初步定位，并利用修改反射表的方法解決雷神雷達(dá)假目標(biāo)情況?？梢詫?duì)因多徑反射而產(chǎn)生的雷神雷達(dá)假目標(biāo)進(jìn)行有效地抑制，對(duì)于使用雷神雷達(dá)的保障運(yùn)行單位有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：假目標(biāo)、異步干擾

一、引言

目前空管二次雷達(dá)對(duì)飛機(jī)的監(jiān)視是通過(guò)詢問(wèn)-應(yīng)答模式實(shí)現(xiàn)的。地面雷達(dá)站通過(guò)發(fā)射調(diào)制在1030MHz的詢問(wèn)脈沖信號(hào)，對(duì)裝有二次應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)進(jìn)行二次代碼、高度的詢問(wèn);飛機(jī)接收到雷達(dá)詢問(wèn)信號(hào)后，發(fā)射射頻為1090MHz的應(yīng)答脈沖信號(hào)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)答。詢問(wèn)脈沖通過(guò)不同的P1、P3脈沖間隔實(shí)現(xiàn)了不同的詢問(wèn)模式，應(yīng)答脈沖則將信息用編碼方式包含在F1F2為框架20.3us的16個(gè)脈沖信息位中，由地面雷達(dá)設(shè)備根據(jù)應(yīng)答框架脈沖當(dāng)中不同脈位信息計(jì)算并顯示飛機(jī)的二次代碼、高度及速度等相關(guān)信息。

雷達(dá)假目標(biāo)產(chǎn)生的原因有多種，主要包括反射、異步干擾、二次環(huán)繞、代碼混淆、同碼環(huán)繞等類型。本文主要分析導(dǎo)致雷達(dá)產(chǎn)生假目標(biāo)的信號(hào)干擾情況，包括異步干擾、二次環(huán)繞、繞環(huán)效應(yīng)以及多徑反射等。通常情況下，空管二次雷達(dá)通過(guò)詢問(wèn)旁瓣抑制、接收機(jī)旁瓣抑制、不同的射頻脈沖重復(fù)頻率等方法對(duì)異步干擾、二次環(huán)繞及繞環(huán)效應(yīng)等造成的假目標(biāo)進(jìn)行抑制;對(duì)于多徑反射引起的假目標(biāo)處理通常會(huì)采用多種技術(shù)手段進(jìn)行處理，文中后續(xù)會(huì)詳細(xì)重點(diǎn)介紹。

二、系統(tǒng)介紹

雷神CONDOR MK2D二次雷達(dá)系統(tǒng)由詢問(wèn)機(jī)、天線系統(tǒng)、LCMS，RMM等部件構(gòu)成，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)通過(guò)詢問(wèn)機(jī)、射頻切換單元、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，最后經(jīng)天線發(fā)射。因天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而下方的饋線是固定的，因此需要旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)連接固定和旋轉(zhuǎn)的射頻線纜接口。CMS是監(jiān)控和維護(hù)單元，監(jiān)控和維護(hù)雷達(dá)的運(yùn)行狀態(tài)，RMM是雷達(dá)視頻記錄和回放單元，顯示和回放目標(biāo)的運(yùn)行軌跡。

三、幾種常見(jiàn)的假目標(biāo)形成原因及解決辦法

1、異步干擾及解決方法

異步干擾通常發(fā)生于相鄰的兩部雷達(dá)之間，由于雷達(dá)接收到由另外一部雷達(dá)詢問(wèn)造成的機(jī)載應(yīng)答機(jī)回答而產(chǎn)生此現(xiàn)象。此回答與雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)不同步，因此被稱為異步干擾。

解決異步干擾的方法主要是接收機(jī)旁瓣抑制。接收機(jī)旁瓣抑制的方法是通過(guò)比對(duì)控制信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)的強(qiáng)度，判斷應(yīng)答信號(hào)來(lái)自于主瓣還是旁瓣，進(jìn)而減少異步干擾造成的假目標(biāo)現(xiàn)象。

2、二次環(huán)繞及解決方法

如果二次雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率設(shè)置過(guò)高，則可能導(dǎo)致第一次詢問(wèn)引起的機(jī)載應(yīng)答落在第二次詢問(wèn)的周期內(nèi)，并且與第二個(gè)周期的詢問(wèn)脈沖同步，由此形成二次環(huán)繞現(xiàn)象。此現(xiàn)象可以造成雷達(dá)計(jì)算一個(gè)錯(cuò)誤的飛機(jī)與雷達(dá)之間信號(hào)傳遞的時(shí)間差，生成一個(gè)錯(cuò)誤的飛機(jī)與雷達(dá)距離差，進(jìn)而形成假目標(biāo)。

解決二次環(huán)繞的假目標(biāo)現(xiàn)象，可以采用詢問(wèn)脈沖重復(fù)頻率交錯(cuò)方法。如果采用詢問(wèn)脈沖重復(fù)頻率交錯(cuò)方法，可以保證相鄰的詢問(wèn)周期都不一樣，雷達(dá)可以明確辨識(shí)不同周期內(nèi)的應(yīng)答信號(hào)， 以此解決二次環(huán)繞問(wèn)題。

3、同碼環(huán)繞解決方法

二次雷達(dá)詢問(wèn)時(shí)通過(guò)∑詢問(wèn)波束詢問(wèn)?！圃儐?wèn)波束是一個(gè)指向性高增益的波束，稱為主波束，實(shí)際工作中在天線周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生波束泄漏。這些泄漏的波束也會(huì)引起飛機(jī)的應(yīng)答，產(chǎn)生假目標(biāo)，稱為旁瓣波束。為了消除這些假目標(biāo)，雷達(dá)加入了Q詢問(wèn)波束。Ω詢問(wèn)波束是全方向性的波束，它的天線增益比主波束弱，比旁瓣強(qiáng)。應(yīng)答機(jī)通過(guò)比較∑詢問(wèn)波束和Ω詢問(wèn)波束的信號(hào)強(qiáng)度，即可抑制旁瓣方向的應(yīng)答機(jī)對(duì)詢問(wèn)的應(yīng)答。在實(shí)際工作中，由于設(shè)備故障或Ω發(fā)射機(jī)性能減弱，導(dǎo)致Ω詢問(wèn)波束缺失或無(wú)法覆蓋旁瓣，出現(xiàn)“旁瓣擊穿”，這樣距離雷達(dá)較近的飛機(jī)對(duì)旁瓣的詢問(wèn)進(jìn)行了應(yīng)答，因?yàn)樘炀€處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，飛機(jī)上的應(yīng)答機(jī)可能會(huì)響應(yīng)多次的旁瓣詢問(wèn)，在屏幕上就會(huì)出現(xiàn)以雷達(dá)為中心，呈圓周分布的代碼相同、距離相同的目標(biāo)，這種現(xiàn)象被稱為同碼環(huán)繞。

4、多徑反射假目標(biāo)形成原因及解決方法

由多徑反射造成假目標(biāo)的情況包括兩種：其一是詢問(wèn)波束主波瓣經(jīng)反射后，由機(jī)載應(yīng)答機(jī)接收并形成應(yīng)答;其二是應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答信號(hào)經(jīng)反射由雷達(dá)天線接收并解析。具體而言，這兩種情況分別為：若詢問(wèn)波束主波瓣經(jīng)反射后由機(jī)載應(yīng)答機(jī)接收，則引起機(jī)載應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答，并以直線傳播的方式到達(dá)雷達(dá)天線形成假目標(biāo);若機(jī)載應(yīng)答信號(hào)經(jīng)反射物反射后由雷達(dá)天線接收并處理，同樣會(huì)形成假目標(biāo)。雷神采用設(shè)置固定反射物文件的方法消除因雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)周?chē)瓷湮锂a(chǎn)生的假目標(biāo)。在目前的雷神二次雷達(dá)系統(tǒng)中，最多可建立64個(gè)固定反射物文件。并且隨著雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)情況的變化，可以對(duì)固定反射物文件進(jìn)行調(diào)整。

STC（靈敏度時(shí)間控制）是抑制近距離雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)周?chē)瓷渌a(chǎn)生假目標(biāo)的有效手段。通常只允許對(duì)STC的起始電平進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)STC還可抑制Ringaround所產(chǎn)生的假目標(biāo)。

天線仰角調(diào)整在正常情況下，上述措施已經(jīng)能夠?qū)倌繕?biāo)進(jìn)行抑制。但是在復(fù)雜環(huán)境下，可能不能完全抑制由于反射產(chǎn)生的假目標(biāo)，在這種情況下，可通過(guò)調(diào)整天線仰角的辦法，利用LVA天線的俯仰特性對(duì)反射產(chǎn)生的假目標(biāo)進(jìn)行抑制。但是，這種手段的使用要特別慎重，因?yàn)檎{(diào)整天線仰角會(huì)對(duì)雷達(dá)的覆蓋范圍產(chǎn)生影響。一般來(lái)說(shuō)，在調(diào)整天線仰角后，應(yīng)對(duì)雷達(dá)的覆蓋情況進(jìn)行飛行校驗(yàn)。

一般情況下，對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、出現(xiàn)次數(shù)較多的假目標(biāo)，可以考慮它為反射物造成的假目標(biāo)。反射引起假目標(biāo)的形成與飛機(jī)和反射物的相對(duì)位置有關(guān);持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短跟飛機(jī)飛行速度快慢及地面反射面大小有關(guān)。地物反射造成的假目標(biāo)具有如下特點(diǎn)：

1）反射產(chǎn)生的假目標(biāo)距離比真實(shí)目標(biāo)遠(yuǎn)，這是由于附加的反射路徑造成的。

2）絕大多數(shù)情況下，反射造成的假目標(biāo)信號(hào)幅度一般低于真實(shí)目標(biāo)信號(hào)的幅度。然而在極少數(shù)情況下，假目標(biāo)信號(hào)幅度會(huì)高于真實(shí)目標(biāo)信號(hào)幅度。舉例而言，當(dāng)真實(shí)目標(biāo)所在平面處于天線高度所在平面之下時(shí)，天線的垂直方向性圖特性將導(dǎo)致接收到的反射目標(biāo)具有相對(duì)較高的幅度。

詢問(wèn)與應(yīng)答兩種多徑反射造成假目標(biāo)的情況，并且這兩種情況下的假目標(biāo)信號(hào)幅度均高于真實(shí)目標(biāo)信號(hào)幅度：一是由于雷達(dá)的詢問(wèn)信號(hào)經(jīng)過(guò)反射使飛機(jī)的應(yīng)答產(chǎn)生假目標(biāo)，二是由于飛機(jī)的應(yīng)答信號(hào)經(jīng)過(guò)反射產(chǎn)生假目標(biāo)。

雷神雷達(dá)通過(guò)在CMS上命令對(duì)反射物進(jìn)行采集并更新反射表，可以解決多徑反射造成的假目標(biāo)現(xiàn)象。具體操作如包括反射物的收集、更新反射表文件，以及載入新反射表文件并重啟點(diǎn)跡錄取器。

四、結(jié)束語(yǔ)

雷神雷達(dá)針對(duì)多路徑引起的假目標(biāo)提供了多種抑制手段，包括修改反射表，添加反射物;線性STC曲線調(diào)整;編程STC曲線調(diào)整;天線俯仰角調(diào)整等。天線俯仰角的調(diào)整是萬(wàn)不得已的手段，因?yàn)榇苏{(diào)整是以犧牲低高度覆蓋為代價(jià)的，目前我國(guó)大多數(shù)航路的飛機(jī)基本上實(shí)現(xiàn)了多重雷達(dá)覆蓋，設(shè)置在終端區(qū)的雷達(dá)更應(yīng)該關(guān)注低高度的覆蓋效果。因此，抑制多徑反射假目標(biāo)最好是通過(guò)軟件功能加以實(shí)現(xiàn)，將假目標(biāo)現(xiàn)象給飛行安全造成的影響降到最低。

本文對(duì)雷神雷達(dá)因反射產(chǎn)生的假目標(biāo)進(jìn)行分析，利用CMS維護(hù)模式下對(duì)雷神雷達(dá)反射物進(jìn)行收集并通過(guò)反射表修改的方法對(duì)反射造成的假目標(biāo)進(jìn)行抑制，具有良好的效果。

參考文獻(xiàn)

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