ADS-BIN在二次雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳偉 巫文俊 鄒亮

（四川九洲空管科技有限責(zé)任公司 四川省綿陽市 621000）

二次雷達主要用于空中交通管制，通過二次雷達詢問，可以獲得目標(biāo)的距離、方位，目標(biāo)的氣壓高度，目標(biāo)的飛機代碼等信息。在二次雷達詢問系統(tǒng)中引入ADS-BIN，通過解析數(shù)據(jù)鏈中的位置報文、速度報文等，可以獲得飛機的位置、速度、航班號等信息。

1 系統(tǒng)組成

二次雷達系統(tǒng)一般包含天線系統(tǒng)、詢問機（也稱發(fā)射機-接收機）和應(yīng)答信號處理器，其中應(yīng)答信號處理器負(fù)責(zé)產(chǎn)生詢問脈沖，發(fā)送到發(fā)射機，并對接收機送來的應(yīng)答信號進行處理，對應(yīng)答脈沖內(nèi)的數(shù)據(jù)進行解碼，同時完成對異步干擾和竄擾的濾波處理，再通過點跡處理和航跡處理，最后將目標(biāo)報告送出。發(fā)射機主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生一定功率的詢問脈沖，通過射頻電纜傳送到天線向空中輻射。二次雷達組成框圖如圖1所示。其中應(yīng)答信號處理器由三個模塊組成：譯碼器、點跡處理器、航跡處理器。

圖1：二次雷達系統(tǒng)組成框圖

詢問機按照和/差/控制波束的要求，對應(yīng)包含和/差/控制通道，和通道負(fù)責(zé)輻射探測目標(biāo)，控制通道負(fù)責(zé)抑制旁瓣目標(biāo)，差通道與和通道配合使用，進行單脈沖測角。將ADS-BIN 引入二次雷達詢問系統(tǒng)，通過使用控制通道接收飛機廣播的ADS-BOUT 信號，同時更改應(yīng)答信號處理器中的應(yīng)答脈沖處理程序以及點跡處理軟件和航跡處理軟件，增加對ADS-BOUT 信號脈沖的提取處理和數(shù)據(jù)解析，在不更改硬件的情況下就可以實現(xiàn)對ADS-BOUT 信息的解析。

2 基于ADS-BIN目標(biāo)提高二次雷達探測效果

基于ADS-BIN 目標(biāo)提高二次雷達探測效果包含以下3個步驟。

2.1 SSR目標(biāo)處理

SSR 目標(biāo)處理包括譯碼處理、點跡處理、航跡處理。譯碼處理主要負(fù)責(zé)脈沖檢測和脈沖提??；點跡處理主要完成單脈沖測角、測距、以及應(yīng)答間的相關(guān)處理，最終形成點跡報告，點跡處理流程如圖2所示；航跡處理包括航跡建立、航跡更新、航跡外推和航跡中止，航跡處理的流程如圖3所示。

圖2：SSR 點跡處理流程圖

圖3：SSR 航跡處理流程圖

2.2 ADS-BIN處理

ADS-BIN 處理流程如下：

（1）實時獲取飛機廣播的ADS-B IN 消息，對接收通道的信號進行解碼和分集處理，得到112位原始ADS-B報文；

（2）根據(jù)ADS-B 目標(biāo)位置報文中的編碼位置信息，通過航跡的建立、跟蹤處理獲取實際的位置。位置信息更新航跡流程如圖4所示。

圖4：位置信息更新航跡流程圖

（3）對目標(biāo)航跡狀態(tài)進行周期維護，包括航跡初始化、速度更新、位置更新、航跡整理、航跡跟蹤。

ADS-BIN 目標(biāo)位置處理流程如下：

（1）解析ADS-BIN 消息，獲取編碼位置消息；

（2）提取S 模式地址信息，根據(jù)S 模式地址匹配ADS-B 航跡隊列，匹配成功，判斷ADS-B 航跡狀態(tài)，如果為使能狀態(tài)或者問詢狀態(tài)，則結(jié)合當(dāng)前編碼位置信息以及ADS-B 航跡文件進行本地解碼，解算目標(biāo)位置，更新ADS-B 航跡隊列；

（3）如果ADS-B 航跡狀態(tài)為初始化狀態(tài)，則判斷當(dāng)前編碼位置信息的奇偶屬性與ADS-B 航跡文件中的位置奇偶屬性是否不同，若不同則進行全球解碼，解算目標(biāo)位置，更新ADS-B 航跡隊列，若相同，則等待后續(xù)編碼位置信息進行全球解碼。

（4）為了保證ADS-B 位置信息的準(zhǔn)確性，在進行全球解碼時，需要判斷解算出來的位置與二次雷達站點位置距離差，結(jié)合系統(tǒng)ADS-BIN 的最大探測距離，如果距離差大于系統(tǒng)最大探測距離，則當(dāng)前解碼無效；在進行本地解碼時，需要計算新解算出來的目標(biāo)位置信息與ADS-B 航跡文件中的目標(biāo)位置信息的距離差，若目標(biāo)在30S 內(nèi)距離差大于6 海里，則認(rèn)為此次解碼無效。

2.3 ADS-B目標(biāo)與SSR目標(biāo)融合

通過判斷ADS-B 目標(biāo)與SSR 目標(biāo)的相關(guān)性，判斷兩者是否為同一目標(biāo)，相關(guān)成功后，使用ADS-B 目標(biāo)信息對SSR 目標(biāo)信息進行修正。SSR 目標(biāo)信息修正包括：位置修正、速度修正、航向修正。SSR 目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)相關(guān)上后，SSR 目標(biāo)的位置信息、速度信息、航向信息均使用ADS-B目標(biāo)的位置信息、速度信息、航向信息。ADS-B 目標(biāo)與SSR 目標(biāo)融合的處理流程如圖5所示。

圖5：ADS-B 目標(biāo)與SSR 目標(biāo)融合處理流程圖

SSR 目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)的相關(guān)分為距離相關(guān)、高度相關(guān)、時間相關(guān)、速度相關(guān)、航向相關(guān)、S 模式地址相關(guān)。由于ADS-B 目標(biāo)獲取到的是飛機的大地坐標(biāo)，SSR 目標(biāo)獲取到的是目標(biāo)的極坐標(biāo)，在進行距離相關(guān)時，需要將飛機的ADS-B 信息的大地坐標(biāo)經(jīng)過坐標(biāo)變換為極坐標(biāo)。

距離相關(guān)：計算出SSR 目標(biāo)極坐標(biāo)位置與ADS-B 極坐標(biāo)位置的距離差，距離差小于距離相關(guān)門限，則判定為距離相關(guān)成功，否則判定為距離相關(guān)失敗。不管是單脈沖測角還是滑窗測角，SSR 目標(biāo)的方位與目標(biāo)真實方位存在一定誤差，誤差大小和二次雷達系統(tǒng)測角精度有關(guān)。ADS-B 目標(biāo)位置是基于飛機的GPS 位置測定的，位置精度極高。因此兩者的距離相關(guān)門限設(shè)定值通常需要考慮二次雷達系統(tǒng)測角精度；

高度相關(guān)：當(dāng)SSR 目標(biāo)高度與ADS-B 高度同時有效時，需要進行兩者的高度相關(guān)，計算出SSR 目標(biāo)高度與ADS-B目標(biāo)高度的高度差，高度差小于高度相關(guān)門限，則判定為高度相關(guān)成功，否則判定為高度相關(guān)失?。?/p>

時間相關(guān)：為了保證ADS-B 目標(biāo)位置與SSR 目標(biāo)探測位置是基于相同時間內(nèi)進行的，需要進行兩者的時間相關(guān)，計算出SSR 目標(biāo)探測時間與ADS-B 目標(biāo)探測時間的時間差，時間差小于時間相關(guān)門限，則判定為時間相關(guān)成功，否則判定為時間相關(guān)失敗。由于SSR 目標(biāo)更新周期與系統(tǒng)探測周期有關(guān)，ADS-B 目標(biāo)更新周期基于機載應(yīng)答設(shè)備ADSBOUT 廣播周期，兩者更新時機不同，通常SSR 目標(biāo)的更新周期要大于ADS-B 目標(biāo)的更新周期，因此時間相關(guān)門限一般要大于SSR 目標(biāo)的更新周期；

S 模式地址相關(guān)：當(dāng)SSR 目標(biāo)S 模式地址有效時，需要進行兩者的S 模式地址相關(guān)，若SSR 目標(biāo)S 模式地址與ADS-B 目標(biāo)S 模式地址相同，則判定為S 模式地址相關(guān)成功，否則判定為S 模式地址相關(guān)失敗。

速度相關(guān)、航向相關(guān)只作為存在多個SSR 目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)相關(guān)時的一個輔助決策判斷，距離相關(guān)、時間相關(guān)是SSR 目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)相關(guān)的必要相關(guān)條件，高度相關(guān)只在二者高度均有效時為必要條件，S 模式地址相關(guān)只在SSR 目標(biāo)S 模式地址有效時為必要條件。

由于SSR 目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)位置精度上的差異，當(dāng)航線上存在位置相近的多個飛機時，可能會存在相關(guān)錯誤的情況。為了解決錯誤相關(guān)，可以在連續(xù)幾個探測周期相關(guān)上后，才進行SSR 目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)的融合，此外民航飛機為了保障飛行安全，多個飛機位置相近時需要保證飛機的高度差，因此高度相關(guān)可以有效解決多目標(biāo)相關(guān)時錯誤相關(guān)的問題。

對于SSR 目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)的解融合處理，當(dāng)SSR 目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)處于融合狀態(tài)時，若當(dāng)前周期相關(guān)失敗，為了防止SSR 目標(biāo)位置發(fā)生跳變，可以在連續(xù)幾個周期相關(guān)失敗再進行SSR 目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)的解融合處理。

3 基于ADS-BIN識別二次雷達虛假目標(biāo)

虛景率是衡量二次雷達探測性能的一個重要指標(biāo)，二次雷達探測的虛假目標(biāo)主要分為旁瓣目標(biāo)和多徑目標(biāo)。旁瓣目標(biāo)通常由于二次雷達控制波束未能覆蓋和波束的旁瓣，造成副瓣穿刺，穿刺后的旁瓣波束探測到旁瓣位置的目標(biāo)，從而在主波束方向形成該目標(biāo)的虛假目標(biāo)。多徑目標(biāo)是由于山體或者建筑物等地理環(huán)境的反射導(dǎo)致二次雷達發(fā)射機和接收機之間存在多條路徑，從而造成虛假目標(biāo)。

目前二次雷達虛假目標(biāo)是通過目標(biāo)的航管代碼以及幅度特性來進行識別，其中旁瓣目標(biāo)與真實目標(biāo)距離相近，方位存在較大偏差，航管代碼通常相同，旁瓣目標(biāo)幅度一般小于真實目標(biāo)幅度。多徑目標(biāo)通常距離大于真實目標(biāo)距離，航管代碼通常相同，多徑目標(biāo)幅度一般小于真實目標(biāo)幅度。因此在后端數(shù)據(jù)處理時，在同一個探測周期內(nèi)，如果存在多個航管代碼相同、高度相近的目標(biāo)，可以認(rèn)為其中幅度較小的目標(biāo)為虛假目標(biāo)。

通過目標(biāo)航管代碼以及幅度來進行，依賴于目標(biāo)的幅度，如果二次雷達波束形成異?？赡軙?dǎo)致旁瓣幅度過高，則旁瓣目標(biāo)幅度和真實目標(biāo)幅度接近；如果反射路徑與正常接收路徑距離差較小，導(dǎo)致反射信號與正常接收信號部分疊加，則多徑目標(biāo)幅度往往和真實目標(biāo)幅度接近。此時通過目標(biāo)幅度判斷虛假目標(biāo)的方法不再適用?；贏DS-BIN 識別二次雷達虛假目標(biāo)是通過二次雷達目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)的融合來實現(xiàn)的，處理流程示意圖如圖6所示。

圖6：SSR 虛假目標(biāo)識別

3.1 識別可能的虛假目標(biāo)

識別可能的二次雷達虛假目標(biāo)包括：

（1）周期遍歷二次雷達目標(biāo)列表；

（2）查詢是否存在多個航管代碼相同且高度相近的二次雷達目標(biāo)，將這些二次雷達目標(biāo)標(biāo)記為可能的虛假目標(biāo)。

3.2 二次雷達目標(biāo)與ADS-B目標(biāo)相關(guān)

通過2.3 完成二次雷達目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)的融合，將融合上的二次雷達目標(biāo)狀態(tài)標(biāo)記為融合狀態(tài)，其余目標(biāo)標(biāo)記為非融合狀態(tài)。

3.3 確定虛假二次雷達目標(biāo)

通過3.1 標(biāo)記出可能的二次雷達虛假目標(biāo)，通過3.2 將確定二次雷達目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)的融合狀態(tài)。查詢可能的二次雷達虛假目標(biāo)的融合狀態(tài)，如果存在融合狀態(tài)的目標(biāo)，則該目標(biāo)為真實目標(biāo)，其余非融合狀態(tài)的目標(biāo)為虛假目標(biāo)。

4 結(jié)論

在二次雷達詢問系統(tǒng)中引入ADS-B 信息源，將二次雷達目標(biāo)與ADS-B 目標(biāo)進行信息融合，可以有效提高二次雷達系統(tǒng)的探測精度，當(dāng)存在多個航管代碼相同、高度相近的目標(biāo)時，可以通過二次雷達目標(biāo)是否能與ADS-B 融合來識別虛假的二次雷達目標(biāo)。使用這種方法能夠有效識別出虛假的二次雷達目標(biāo)，減少二次雷達探測的虛警率。