一種艦載二次雷達S模式詢問策略研究

王 強,夏喜龍

(四川九洲空管科技有限責任公司,四川 綿陽 621000)

0 引 言

大多數空中交通監(jiān)視由布置在地面上的二次雷達詢問機和飛機上的機載應答機實現。二次監(jiān)視雷達具備雷達和通信雙重功能[1],不僅能探測飛機的方位和距離,還能通過交換編碼內容獲取飛機的識別代碼、氣壓高度和危機告警信息。二次監(jiān)視雷達S模式具有數據鏈功能,交換的信息更豐富。

二次雷達廣泛應用于各種艦船平臺,能夠增強艦船的態(tài)勢感知能力和威脅識別能力,為艦艇的指揮、控制、通信、計算機和情報系統提供目標數據。二次監(jiān)視雷達還是先進的防空系統,為艦隊的目標探測提供遠距離預警。

1 S模式

二次雷達的S模式是在傳統模式(A、C)的基礎上發(fā)展起來的,常規(guī)二次雷達在詢問時,處于天線波束范圍內的飛機都會做出應答,若有兩架以上的飛機相距很近,它們的應答脈沖會重疊在一起,對詢問機造成嚴重的竄擾現象,增加了詢問機對應答脈沖的處理難度,甚至無法辨別飛機。為了克服這一問題,在二次雷達中引進選擇性詢問(S模式),為全球每架飛機都分配了唯一的地址。在詢問信號中加入飛機地址,處于詢問波束范圍內的飛機,只有當其收到的詢問脈沖中的編碼地址與飛機自身地址相同時,才做出應答,這就從根本上克服了竄擾現象[2]。

當二次雷達部署較為密集時,多部二次雷達存在空域交疊區(qū)域,為了減少空域交疊區(qū)域內的飛機重復應答,空管系統常常將多部S模式二次雷達組成一個網絡,多部二次雷達特別是鄰近的二次雷達共享一個詢問機標識碼(II碼),通過網絡傳遞、移交飛機的信息,每部二次雷達不再單獨對飛機進行全呼詢問、鎖定捕獲,從而提高空管效率。

S模式詢問分為全呼詢問和選呼詢問:全呼詢問獲取飛機地址碼;選呼詢問根據飛機地址碼進行針對性詢問來獲取飛機更多的信息,比如航班號、磁航向、指示空速、真航跡角等。在全呼詢問獲取飛機地址碼后,通過選呼詢問將其鎖定,在下一圈詢問中,應答機不會響應將其鎖定的詢問機的全呼詢問,大大減少了竄擾現象。在探測目標時通常將全呼詢問、選呼詢問進行組合編排,以實現監(jiān)視目標的最優(yōu)性能。全呼詢問、選呼詢問組合編排如圖1所示,其中不同的全呼詢問、選呼詢問模式激勵S模式應答機、常規(guī)(A、C模式)應答機作出相應的應答,如表1所示。

圖1 全呼詢問與選呼詢問組合編排示意圖

《國際民用航空公約》規(guī)定了兩種鎖定協議:多站全呼鎖定和非選擇性全呼鎖定,前者用于存在交疊區(qū)域的捕獲,后者用于不存在交疊區(qū)域的捕獲。

多站全呼鎖定特性如下:

(1)當UF4/5/20/21的DI字段等于1或7,將SD字段中的LOS置1,即開啟多站全呼鎖定;

(2)在多站全呼鎖定后,飛機應答機拒絕II碼不為0的僅S全呼詢問;

表1 詢問模式與應答對應關系

(3)在多站全呼鎖定后,飛機應答機不拒絕:

· UF11中PR字段等于8～12的僅S全呼詢問;

· II碼為0的僅S全呼詢問;

· 僅A/C/S全呼詢問。

非選擇性全呼鎖定特性如下:

(1)UF4/5/20/21的PC字段和LOS字段均等于1,且詢問機II碼為0,即開啟非選擇性全呼鎖定;

(2)在非選擇性全呼鎖定后,飛機應答機拒絕:

· II碼為0的僅S全呼詢問;

· 僅A/C/S全呼詢問;

(3)在非選擇性全呼鎖定后,飛機應答機不拒絕:

· II碼不為0的僅S全呼詢問;

· UF11中PR字段等于8～12的僅S全呼詢問。

2 艦載二次雷達S模式詢問策略

2.1 艦船平臺特殊性

由于艦船是獨立的系統,很難與陸基空管系統組網,其二次雷達監(jiān)視區(qū)域是動態(tài)的,時而與陸基二次雷達重疊,時而是獨立的監(jiān)視區(qū)域,如圖2所示。為不影響陸基S模式二次雷達組網監(jiān)視,同時又保證艦載二次雷達對目標的捕獲效率,艦載二次雷達的S模式詢問策略與常規(guī)詢問策略不同。

圖2 艦載二次雷達與陸基二次雷達交疊示意圖

2.2 探測場景

由于艦船的航行路線是動態(tài)的,艦載、陸基二次雷達的覆蓋區(qū)域存在交疊和不交疊兩種情況,同時根據平臺要求,艦船二次雷達的II碼也存在0和非0兩種情況。因此,艦船二次雷達的探測覆蓋場景可大致如圖3所示。

圖3 艦船二次雷達探測覆蓋場景

2.3 II碼不為0的詢問策略

為保證艦載二次雷達對周圍空域內的飛機進行有效探測,且不與陸基二次雷達捕獲沖突,當艦船二次雷達的II碼不為0(場景1、2)時,采取的詢問策略如圖4所示。

圖4 艦載二次雷達II碼不為0的S模式詢問策略

各時隙內仍然遵循全呼詢問、選呼詢問交替的組合規(guī)則,編排的全呼詢問、選呼詢問次數則根據天線的一圈掃描時間、作用距離等因素而定,這里不做詳細介紹。

在工作時隙1中,艦船二次雷達啟動多站全呼鎖定。這時如果艦船處于場景1,陸基二次雷達對飛機的多站全呼鎖定(II=x)、非選擇性全呼鎖定(II=0)不影響本艦船,本艦船的多站鎖定也不影響陸基二次雷達。如果艦船處于場景2,陸基二次雷達的多站全呼鎖定(II=x)會拒絕艦船二次雷達對飛機的全呼,影響捕獲,同樣艦船二次雷達的鎖定也影響陸基II碼為x的二次雷達的捕獲,但艦船二次雷達與陸基II碼為0的二次雷達互不影響。

在工作時隙2中,艦船二次雷達忽略鎖定,觸發(fā)飛機應答機以一定概率(50%、25%、12.5%、6.25%)全呼應答,觸發(fā)應答概率根據平臺要求而定,雖然應答機不以100%概率應答,詢問機還是有一定的概率捕獲目標。這時,由于采用了忽略鎖定,不管是場景1還是場景2,陸基二次雷達對飛機的多站全呼鎖定(II=x)、非選擇性全呼鎖定(II=0)均不影響本艦船,由于在選呼詢問中未開啟鎖定指令,本艦船也不影響陸基二次雷達對目標的捕獲。

通過圖4中時隙1和時隙2兩種策略的交替,可保證艦載二次雷達對周圍空域內的飛機進行有效探測,同時又不影響陸基二次雷達對目標的捕獲。

2.4 II碼為0的詢問策略

當艦船二次雷達的II碼為0(場景3、4)時,采取的詢問策略如圖5所示。

圖5 艦載二次雷達II碼為0的S模式詢問策略

在工作時隙1中,艦船二次雷達啟動非選擇性全呼鎖定。這時如果艦船處于場景3,陸基二次雷達對飛機的多站全呼鎖定(II=x)、非選擇性全呼鎖定(II=0)不影響本艦船,本艦船的非選擇性全呼鎖定也不影響陸基二次雷達。如果艦船處于場景4,陸基二次雷達的多站全呼鎖定(II=x)與本艦船互不影響,但陸基二次雷達的非選擇性全呼鎖定(II=0)會與本艦船相互影響。同樣,在工作時隙2采用了與圖4工作時隙2相同的忽略鎖定詢問策略,以便與陸基二次雷達的非選擇性全呼鎖定(II=0)互不影響。時隙1和時隙2兩種策略交替,既可以實現本艦二次雷達對目標的有效探測,同時又不對陸基二次雷達造成影響。

3 結束語

隨著越來越多的艦船平臺配裝二次雷達,艦載二次雷達S模式的應用也引起普遍重視。S模式采用“一對一”的選擇性詢問,解決了常規(guī)A/C模式的竄擾問題?？紤]到艦船平臺二次雷達很難與陸基二次雷達進行組網探測,陸基二次雷達采用的多站全呼鎖定協議、非選擇性全呼鎖定協議等也不適用于艦載二次雷達,后者需要特殊的詢問策略,才能有效鎖定、捕獲飛機。本文針對不同應用場景下的艦船二次雷達,提出了多站全呼鎖定、非選擇性全呼鎖定、忽略鎖定等相結合、交替的詢問策略,來保證艦船對飛機的有效探測,同時在海岸線附近活動時又不對陸基二次雷達造成影響。