淺談二次雷達(dá)S模式及其抗干擾性能

何帥

摘 ?要：當(dāng)前，在航空事業(yè)中已普遍應(yīng)用二次雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能更好地幫助指揮人員完成飛機(jī)的起飛、降落和識(shí)別等工作。而二次雷達(dá)系統(tǒng)也在不斷地改善和更新，使其能夠抵抗復(fù)雜信號(hào)的干擾并對(duì)編碼信息進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)等。該文從S模式二次雷達(dá)的概述入手，探究了其具有的特點(diǎn)、工作原理和抗干擾性能，以期為更好地提高二次雷達(dá)的使用性能打下一定的理論基礎(chǔ)，從而促進(jìn)航空事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：S模式 ?二次雷達(dá) ?工作原理 ?抗干擾性能

中圖分類號(hào)：TN958 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2020）11（b）-0012-03

Abstract： At present， the secondary radar system has been widely used in the aviation industry， which can better help the commander to complete the takeoff， landing and identification of aircraft. The secondary radar system is constantly improved and updated to resist the interference of complex signals and respond to the coded information in time. Starting with the overview of S-mode secondary radar， this paper explores its characteristics， working principle and anti-jamming performance， in order to lay a certain theoretical foundation for better improving the performance of secondary radar， so as to promote the development of the aviation industry.

Key Words： S mode; Secondary radar; Working principle; Anti-interference

近年來，隨著飛機(jī)密度的不斷上升，空中管制也越來越嚴(yán)格，在這個(gè)過程中二次雷達(dá)系統(tǒng)被航空業(yè)廣泛應(yīng)用。二次雷達(dá)隨著時(shí)間的演變不斷發(fā)生著變化，從常規(guī)二次雷達(dá)到單脈沖二次雷達(dá)，再到全固態(tài)二次雷達(dá)，后又更新到現(xiàn)在的S模式二次雷達(dá)，其被賦予的功能不斷增加，準(zhǔn)確率隨技術(shù)的不斷更新而逐漸上升。S模式二次雷達(dá)相比以前的A/C模式二次雷達(dá)，具有更為顯著的特點(diǎn)，在很大程度上提高了雷達(dá)的使用性能。

1 ?S模式二次雷達(dá)概述

S模式二次雷達(dá)最早起源于美國(guó)和英國(guó)，相關(guān)研究人員對(duì)每架飛機(jī)進(jìn)行離散地址碼標(biāo)注，當(dāng)飛機(jī)位于雷達(dá)掃描范圍內(nèi)，系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行有效識(shí)別并進(jìn)行點(diǎn)名式詢問，被點(diǎn)名的飛機(jī)做出相應(yīng)的回復(fù)。S模式相比A/C交互模式來說，可以有效減少雷達(dá)的詢問率，并降低異步信號(hào)干擾率，而且其配備了數(shù)據(jù)鏈通信設(shè)備，可以很大程度上增加空中交通管制能力。由上可知，S模式詢問是通過雷達(dá)系統(tǒng)詢問帶有特定地址碼的飛機(jī)，而后飛機(jī)會(huì)做出相應(yīng)的回復(fù)。此過程中，由于飛機(jī)上裝有S模式的應(yīng)答機(jī)，答復(fù)的信息中也會(huì)包括本機(jī)的地址碼。這樣一來，可以有效避免信號(hào)同步竄擾的情況，同時(shí)能夠有效達(dá)到地空雙向數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交流和溝通。S模式二次雷達(dá)中涉及到的詢問和應(yīng)答，主要是通過數(shù)據(jù)鏈和數(shù)據(jù)塊來完成的，詢問和應(yīng)答的報(bào)文格式各有24種，由56位二進(jìn)制信息構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的數(shù)據(jù)傳輸。

2 ?S模式二次雷達(dá)所具有的特點(diǎn)

（1）能有效緩解以前的A/C模式的編碼不足情況，因?yàn)锳碼的數(shù)量不是無限的，當(dāng)飛機(jī)的數(shù)量不斷增多，4 096個(gè)二次代碼就不夠分配使用了。而現(xiàn)在使用的S模式可以有效解決上述問題，飛機(jī)的地址碼是24位，那么地址碼的數(shù)量能夠達(dá)到224個(gè)，是上述A/C模式二次代碼的4 000多倍，這樣一來就可以有效緩解二次代碼數(shù)量不足、重復(fù)的問題。

（2）在保證飛機(jī)正常詢問的前提下，能有效降低雷達(dá)的詢問次數(shù)，從而減輕雷達(dá)的工作量，降低其自身負(fù)荷。S模式二次雷達(dá)包括全呼模式和點(diǎn)名詢問模式，其中后者的優(yōu)勢(shì)在于雷達(dá)可以針對(duì)某架飛機(jī)開展單獨(dú)詢問，具有相同地址碼的飛機(jī)才能進(jìn)行應(yīng)答，這個(gè)過程中會(huì)降低信號(hào)干擾，提高雷達(dá)詢問的準(zhǔn)確率，從而降低雷達(dá)詢問的次數(shù)。

（3）S模式二次雷達(dá)可以獲取更多的信息，傳統(tǒng)的A/C模式二次雷達(dá)只能夠進(jìn)行位置信息反饋和識(shí)別，不能進(jìn)行多方面信息反饋，而現(xiàn)在的S模式具有56/112位的詢問和應(yīng)答脈沖數(shù)據(jù)塊，能夠反饋多方面信息。同時(shí)，S模式中的數(shù)據(jù)塊還可以進(jìn)行自動(dòng)校驗(yàn)，從而提高各方面數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

（4）S模式具有高空監(jiān)管功能，采用其模式能夠有效控制飛機(jī)間的距離并進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，當(dāng)飛機(jī)間距離較近時(shí)會(huì)發(fā)出警告，這就是防撞體系TCAS。

3 ?S模式二次雷達(dá)的工作原理

3.1 詢問模式

傳統(tǒng)的二次雷達(dá)系統(tǒng)只有3/A和C模式上的詢問，而現(xiàn)在的S模式又增設(shè)了過渡模式（A/C/S）、全呼模式和輪呼模式，前者主要用于獲取沒有安裝S模式應(yīng)答系統(tǒng)飛機(jī)的代碼信息，上述飛機(jī)只安裝了A/C模式應(yīng)答機(jī);中者主要用于獲取安裝S模式應(yīng)答系統(tǒng)飛機(jī)的代碼信息，它能夠向飛機(jī)的應(yīng)答系統(tǒng)傳送詢問代碼，主要是能夠準(zhǔn)確捕獲飛機(jī)的位置和地址碼，并對(duì)其進(jìn)行鎖定，上述詢問代碼主要包括兩種：一種是II碼，另外一種是SI碼;后者主要是實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)應(yīng)答機(jī)之間的各種數(shù)據(jù)交流，獲取全面的信息。

此外，這里的S模式詢問系統(tǒng)中過渡模式里存在一項(xiàng)技術(shù)需要額外說明，就是具有S模式的二次雷達(dá)可以有效識(shí)別裝有傳統(tǒng)A/C模式應(yīng)答體系的飛機(jī)和S模式應(yīng)答系統(tǒng)的飛機(jī);反過來，具有S模式應(yīng)答體系的飛機(jī)可以回應(yīng)常規(guī)雷達(dá)和S模式詢問體系的雷達(dá)。

3.2 應(yīng)答模式

飛機(jī)上裝有S模式應(yīng)答機(jī)，其是在收到雷達(dá)發(fā)出的詢問信號(hào)代碼后，采用l 090 MHz的頻率進(jìn)行信號(hào)傳送，從而進(jìn)行應(yīng)答。這個(gè)過程中，信號(hào)傳送會(huì)發(fā)生延遲，大概在30 μs。應(yīng)答信號(hào)在發(fā)送前會(huì)有一個(gè)8.0 μs的導(dǎo)前脈沖，其位置是固定不變的，同時(shí)在其后面會(huì)覆蓋上56 bit或者112 bit的數(shù)據(jù)，其脈沖寬為1 μs“有脈沖及無脈沖”區(qū)間，即用“一個(gè)脈沖后面跟一個(gè)無脈沖”表示二進(jìn)制數(shù)1;用“一個(gè)無脈沖后跟一個(gè)脈沖”表示二進(jìn)制數(shù)0。整個(gè)信號(hào)傳輸采用曼切斯特編碼，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)發(fā)送、傳播和保留，此外，信號(hào)抗干擾水平也有了大幅度提高。S模式下的飛機(jī)上應(yīng)答數(shù)據(jù)有25種型式，當(dāng)前國(guó)際中使用的型式有9種，其最后的24bit數(shù)據(jù)代表飛機(jī)的地址碼和校驗(yàn)位數(shù)據(jù)信息。

4 ?S模式二次雷達(dá)抗干擾性能

傳統(tǒng)的二次雷達(dá)在運(yùn)行過程中會(huì)受到以下幾種干擾：混淆干擾、異步干擾和發(fā)射干擾。其中，混淆干擾主要產(chǎn)生在應(yīng)答信號(hào)發(fā)送20.3 μs內(nèi)，兩個(gè)應(yīng)答脈沖即可重疊也可不重疊;異步干擾主要發(fā)生在其他雷達(dá)發(fā)起詢問后，飛機(jī)進(jìn)行應(yīng)答，而該雷達(dá)接收到相關(guān)信號(hào)，從而造成一定程度的干擾;反射干擾主要是由于地面的物體發(fā)生反射而產(chǎn)生的虛假信號(hào)，給該雷達(dá)呈現(xiàn)出虛假目標(biāo)的情況。針對(duì)上述發(fā)生干擾的情況，S模式可以有效避免。

4.1 抵抗混淆干擾

當(dāng)信號(hào)發(fā)生同步竄擾和交織的情況時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)混淆干擾情況，從而出現(xiàn)識(shí)別編碼和高度解碼錯(cuò)誤的現(xiàn)象。S模式可以有效解決上述問題，其中涵蓋的Mode S詢問策略能夠?qū)︼w機(jī)進(jìn)行選擇性的詢問，當(dāng)雷達(dá)發(fā)出群呼信號(hào)后，還可進(jìn)行點(diǎn)名式詢問，沒有被點(diǎn)名的飛機(jī)不會(huì)做出回復(fù);在詢問過程中會(huì)有效識(shí)別飛機(jī)上的地址碼，從而能快速、準(zhǔn)確、有效地對(duì)飛機(jī)識(shí)別并進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交流。通過此模式，即使兩架飛機(jī)間距很近，也能有效識(shí)別，雷達(dá)通過地址碼進(jìn)行點(diǎn)呼，兩架飛機(jī)也不會(huì)互相干擾，不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)應(yīng)答的情況。

4.2 抗異步干擾

異步干擾主要是由于雷達(dá)接受了其他雷達(dá)發(fā)送詢問信號(hào)后飛機(jī)做出的應(yīng)答信號(hào)，總體而言，飛機(jī)天線沒有方向性，所以很容易對(duì)雷達(dá)造成信號(hào)干擾，也很容易對(duì)信號(hào)代碼產(chǎn)生錯(cuò)譯的現(xiàn)象。而S模式可以有效避免信號(hào)異步干擾，其能選擇性地對(duì)飛機(jī)進(jìn)行詢問，因?yàn)槊總€(gè)飛機(jī)上都有唯一的地址碼，雷達(dá)能夠有效識(shí)別并清除錯(cuò)誤的信號(hào)信息。依據(jù)MSSR技術(shù)，雷達(dá)可以有效辨別目標(biāo)并準(zhǔn)確對(duì)其進(jìn)行定位，所以S模式二次雷達(dá)可以降低對(duì)飛機(jī)的詢問率，進(jìn)而減少對(duì)信號(hào)的異步干擾。

4.3 抗反射干擾

反射信號(hào)干擾是由于大氣層、電離層、山巒和建筑等對(duì)一些電波進(jìn)行反射和折射，從而造成信號(hào)反射傳播。而S模式二次雷達(dá)可以有效降低對(duì)反射信號(hào)的識(shí)別率，其能利用航跡關(guān)聯(lián)策略和算法，有效設(shè)定目標(biāo)方位和距離高度門限消除反射干擾信號(hào)，從而有效去除對(duì)二次雷達(dá)的干擾。

5 ?結(jié)語

S模式二次雷達(dá)相比于以前的二次雷達(dá)，能有效獲取更多的數(shù)據(jù)信息、降低對(duì)信號(hào)的干擾，有效避免危險(xiǎn)發(fā)生;此模式在航空領(lǐng)域所起的作用越來越重要，可有效促進(jìn)航空交通管制的高效、健康發(fā)展。

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