試探二次監(jiān)視雷達系統(tǒng)存在的干擾問題及解決方法

歐剛 易威

四川九洲空管科技有限責任公司 四川綿陽 621000

SSR以其能夠捕獲目標身份、位置、飛行姿態(tài)以及特殊代碼等信息，有效提高了對空情目標的監(jiān)視、跟蹤和識別能力等優(yōu)點，在軍/民航空管系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，在保障航空交通運輸安全及其高效和有序運行方面起著關(guān)鍵作用。然而，由于SSR使用1030MHz的詢問頻率和1090MHz的應(yīng)答頻率，采用非加密編碼，信號調(diào)制和處理方式也較為簡單，使得SSR較易受到干擾；隨著軍/民航領(lǐng)域的飛速發(fā)展，飛行目標大量增加且越來越密集，SSR使用的地理環(huán)境和空域電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，導(dǎo)致SSR在受到干擾情況下會產(chǎn)生代碼錯誤、多目標和目標分裂等虛假目標或目標不應(yīng)答等問題，對空管情報保障及航空飛行安全帶來重大隱患。

本文主要針對SSR在高密度應(yīng)答環(huán)境及復(fù)雜電磁環(huán)境下的干擾問題進行分析并提出有效解決方法。

1 二次監(jiān)視雷達系統(tǒng)存在的主要干擾問題

SSR干擾信號分為：多徑效應(yīng)、異步干擾、同步竄擾、旁瓣干擾和有用信號丟失等。

1.1 信號的多徑效應(yīng)

影響和限制SSR達到其探測性能的主要因素是多徑，“多徑”是指在發(fā)射和接收之間不止一條信號傳播路徑，這些路徑包括發(fā)射和接收之間的直接路徑，來自自然和人工物體的反射等[1]。多徑類型及造成的系統(tǒng)誤差見表1。

表1 多徑分類及造成的系統(tǒng)誤差

1.2 信號的異步干擾

飛行目標的應(yīng)答天線為全向天線，其可接收360°方位SSR的詢問信號。當應(yīng)答機接收到有效的詢問信號后，就會根據(jù)詢問信號的要求全方向輻射應(yīng)答信號，結(jié)果一個SSR觸發(fā)的應(yīng)答信號，就可能被作用范圍內(nèi)的其他SSR接收到，對于作用范圍內(nèi)的其他SSR，其接收到的信號即為“時間不同步信號”，即所謂的異步干擾或混擾。異步干擾信號會產(chǎn)生錯誤的目標報告，也會干擾同步應(yīng)答信號，從而影響對飛行目標身份和高度的正確譯碼。

1.3 信號的同步竄擾

在空域飛行目標數(shù)量比較多時，會出現(xiàn)兩個或多個飛行目標同時對一個SSR的詢問進行應(yīng)答，SSR會同時收到多個應(yīng)答信號，由于飛機距離SSR具有大致相同的距離，應(yīng)答脈沖組相互重疊，或應(yīng)答脈沖出現(xiàn)位置相互重疊（即“竄擾”），出現(xiàn)信號同步竄擾問題，當重疊脈沖或脈沖組不滿足解碼要求時，目標信號就會被丟棄或出現(xiàn)錯誤譯碼。

1.4 旁瓣及尾瓣干擾

大多數(shù)SSR天線采用線型或平面陣列型，并對饋電系統(tǒng)內(nèi)的相位進行專門設(shè)計來形成天線的和波束（Σ）、差波束（Δ）及控制波束（Ω）等主波束，在波束合成后不可避免地會在前向形成旁瓣，在后向形成尾瓣。較強的應(yīng)答信號可能會通過副瓣或尾瓣進入SSR接收機參與解碼并產(chǎn)生虛假目標。

1.5 有用信號的丟失

1.5.1 群捕獲

應(yīng)答機相應(yīng)不同SSR詢問需要一段休止期來恢復(fù)電源供應(yīng)和發(fā)射機輸出級的冷卻，其最長休止期時間可以持續(xù)125μs，典型值為25μs。如果一個SSR觸發(fā)了近似同步的異步應(yīng)答，另外一個SSR捕獲自己應(yīng)答的時間可能延遲幾個詢問周期。這種丟失一個應(yīng)答，后面應(yīng)答的丟失可能性變得非常高的效應(yīng)即群捕獲。

1.5.2 應(yīng)答率的限制

應(yīng)答機接收過多詢問信號時就會發(fā)生過載保護。應(yīng)答機應(yīng)答速率限制在每秒500批到2000批之間，如果應(yīng)答速率超過了預(yù)定限制的150%，應(yīng)答機接收機靈敏度降低超過30dB。

1.5.3 機載設(shè)備的抑制

與SSR工作在相同頻率的機載設(shè)備，存在天線混用的情況，其發(fā)射信號會被其他系統(tǒng)的接收機探測到，從而產(chǎn)生干擾，所以通常彼此之間都有互抑制接口。

1.5.4 其他設(shè)備的影響

測距儀（DME）的工作頻段包括了SSR的工作頻率，其脈沖大致是高斯形狀，脈寬為3.5μs，所以DME脈沖可能會被誤當作SSR重疊應(yīng)答脈沖，從而影響正確譯碼。

SSR常與一次雷達合裝協(xié)同工作，一次雷達發(fā)射功率較大，盡管其頻率與SSR的不同，但其諧波有可能造成SSR接收機底噪上升，造成譯碼靈敏度降低。

2 二次監(jiān)視雷達系統(tǒng)干擾問題的解決方法

2.1 多徑效應(yīng)處理方法

多徑效應(yīng)綜合考慮解決SSR在詢問和應(yīng)答階段詢問及接收天線波束失真問題，以及在應(yīng)答信號處理中脈沖檢測和濾波問題。在SSR詢問天線已確定的情況下，更多地是在信號處理端對多徑效應(yīng)進行處理[2]。

在點跡處理和數(shù)據(jù)融合軟件中應(yīng)聯(lián)合采用動態(tài)綜合多徑抑制處理技術(shù)。在點跡處理中，進行同波束距離測試、信號強度測試、潛在反射測試，同時點跡處理軟件將每個應(yīng)答的幅度、置信度、應(yīng)答次數(shù)等有效信號判定特征信息送入數(shù)據(jù)融合軟件。數(shù)據(jù)融合軟件再對不同波束內(nèi)點跡進行距離測試，信號強度測試，潛在反射測試，反射區(qū)域測試，潛在環(huán)繞測試，歷史點跡測試等，綜合評估出置信度最高的航跡作為目標航跡數(shù)據(jù)送出。

2.2 異步干擾處理方法

2.2.1 接收旁瓣抑制（RSLS）

異步應(yīng)答信號絕大部分是通過SSR天線旁瓣接收的，所以通過接收旁瓣抑制可有效抑制異步應(yīng)答信號。接收旁瓣抑制通過和波束（Σ）接收信號與控制波束（Ω）接收信號相減去除和波束旁瓣接收到的干擾信號。

2.2.2 靈敏時間控制（STC）曲線抑制

在自由空間條件下，SSR接收到應(yīng)答信號的強度與飛行目標的距離平方成反比，因此，STC曲線按每倍頻程衰減6dB規(guī)律產(chǎn)生，同時，STC曲線還按不同方位和距離段可分別設(shè)置，以適應(yīng)該區(qū)域應(yīng)答信號的幅度變化特征。將接收的和波束（Σ）應(yīng)答信號與STC曲線比較，可有效去除低于STC曲線的雜波干擾信號。

2.2.3 其余虛假應(yīng)答信號抑制

濾除應(yīng)答信號中脈沖寬度小于0.3μs的各種干擾窄脈沖；

濾除應(yīng)答信號中C2_SPI虛假應(yīng)答信號；

通過周期距離相關(guān)濾除應(yīng)答信號中的異步虛假信號。

2.3 同步竄擾處理方法

SSR通過詢問周期參差（跳變），將同步干擾變?yōu)楫惒叫盘?，并通過周期距離相關(guān)去掉異步虛假信號；

SSR對真實的同步竄擾信號用滑窗法進行交疊應(yīng)答信號處理：首先通過檢測該位置有無脈沖對來檢測框架，然后進行幻影處理。對一串重疊的框架中所有中間的框架全部認為是幻影而丟掉，只保留第一個和最后一個框架；然后對代碼進行提取，將保留的真實框架中代碼相應(yīng)位置上有脈沖的認為其代碼為1，沒有脈沖則代碼為0。這種方法在低密度應(yīng)答中能準確檢測到可能存在的框架，在中低密度中能準確去除大多數(shù)的異步干擾。該方法最多只能同時處理兩架飛機，在高密度應(yīng)答情況下檢測率低且容易出現(xiàn)誤判[3]；

在多雷達共同覆蓋區(qū)域可采用多雷達融合信息處理，充分利用多個傳感器資源，對觀測到的信息進行合理支配和使用，把在時間和空間上的冗余或互補信息按照某種準則進行組合，獲得對被觀測目標的一致確認。

2.4 副瓣及尾瓣干擾處理方法

詢問旁瓣抑制（ISLS，發(fā)射P2）和改進詢問旁瓣抑制（IISLS發(fā)射P1+P2）

用Ω通道發(fā)射旁瓣詢問抑制信號（P2或P1+P2），利用應(yīng)答機的應(yīng)答準則，實現(xiàn)ISLS和IISLS功能，減少或抑制旁瓣詢問產(chǎn)生的應(yīng)答信號。

接收旁瓣抑制：同3.2.1。

尾瓣抑制：在SSR天線安裝一個背輻射器抵消后向尾瓣進入的干擾。

2.5 有用信號丟失處理方法

SSR主要根據(jù)陣地的具體情況采用有針對性的詢問策略來減少有用信號的丟失，并通過帶通濾波有效抑制帶外的干擾。

2.6 多區(qū)域指向性抗干擾措施

在SSR覆蓋的范圍內(nèi)某些特殊的區(qū)域會產(chǎn)生不同特征的干擾，單一和全局的抗干擾措施無法滿足日益復(fù)雜的陣地環(huán)境對設(shè)備探測效果的影響，因此消除區(qū)域性特殊干擾問題必須采用“多區(qū)域指向性抗干擾”措施。

多區(qū)域指向性抗干擾采用設(shè)定特殊區(qū)域的手段，對SSR陣地覆蓋范圍內(nèi)指定地點、特定場地、特殊區(qū)域（如機場、停機坪、山區(qū)、高大的地標等）出現(xiàn)不同方式干擾進行特殊的抗干擾處理。在信號處理部分設(shè)置原始濾波區(qū)、功率抑制區(qū)（利用多區(qū)域功率控制POC）、干擾幅度抑制區(qū)（利用精細的方位STC）、反射壓制區(qū)等特殊處理區(qū)域，在數(shù)據(jù)處理部分設(shè)置航跡禁止區(qū)、航跡禁止起始區(qū)、機場區(qū)、停機坪區(qū)等多種特殊處理區(qū)域指向性抗干擾方法，每種特定區(qū)域（可疊加）發(fā)揮不同的抗干擾作用，多種抗干擾措施的迭代累積，可有效地減少SSR在復(fù)雜地形環(huán)境造成的虛假目標，提高SSR目標探測的準確性和可靠性。

3 結(jié)語

SSR系統(tǒng)干擾問題的分析及處理是一個系統(tǒng)工程，需根據(jù)該系統(tǒng)運行實際情況對癥分析、精準施策，并綜合運用多種抗干擾措施方能減少系統(tǒng)信號干擾，提升目標航跡探測的準確性、可靠性和可用度，保障航空交通運輸安全及其高效和有序運行。