SSR工作原理專業(yè)知識(shí)講座

SSR工作原理主講人：蘇志剛2023年3月第1頁(yè)內(nèi)容提綱空管監(jiān)視技術(shù)二次雷達(dá)系統(tǒng)介紹信號(hào)形式問(wèn)詢信號(hào)應(yīng)答信號(hào)問(wèn)詢旁瓣抑制方位測(cè)量技術(shù)指標(biāo)第2頁(yè)內(nèi)容提綱空管監(jiān)視技術(shù)二次雷達(dá)系統(tǒng)介紹信號(hào)形式問(wèn)詢信號(hào)應(yīng)答信號(hào)問(wèn)詢旁瓣抑制方位測(cè)量技術(shù)指標(biāo)第3頁(yè)CNS/ATM新一代航行系統(tǒng)C:Communication通信N:Navigation導(dǎo)航S:Surveillance監(jiān)視ATM:AirTrafficManagementATC（空中交通管制）ATFM第4頁(yè)空管監(jiān)視技術(shù)第5頁(yè)空管監(jiān)視技術(shù)第6頁(yè)空管監(jiān)視技術(shù)第7頁(yè)空管監(jiān)視技術(shù)第8頁(yè)空管監(jiān)視技術(shù)第9頁(yè)空管監(jiān)視技術(shù)第10頁(yè)空管監(jiān)視技術(shù)第11頁(yè)空管監(jiān)視技術(shù)第12頁(yè)二次雷達(dá)第13頁(yè)二次雷達(dá)系統(tǒng)組成第14頁(yè)SSR系統(tǒng)基本組成第15頁(yè)SSR發(fā)展進(jìn)程示意圖第16頁(yè)內(nèi)容提綱二次雷達(dá)系統(tǒng)介紹信號(hào)形式問(wèn)詢信號(hào)應(yīng)答信號(hào)問(wèn)詢旁瓣抑制方位測(cè)量技術(shù)指標(biāo)第17頁(yè)二次雷達(dá)系統(tǒng)高度表應(yīng)答機(jī)天線問(wèn)詢(1030MHz)回答(1090MHz)ModeAModeC識(shí)別碼5423高度碼20.3

s20.3

s21

s8

s

P1P2P3

P1P2P35423問(wèn)詢(1030MHz)回答(1090MHz)第18頁(yè)二次雷達(dá)特點(diǎn)收、發(fā)工作頻率不一樣發(fā)射：1030MHz接收：1090MHz信號(hào)單程工作具有通信特性問(wèn)詢(1030MHz)回答(1090MHz)第19頁(yè)二次雷達(dá)長(zhǎng)處由于問(wèn)詢頻率和回答頻率不一樣，避免了一次雷達(dá)地物雜波和氣象雜波干擾。由于目標(biāo)定位是靠?jī)纱斡性摧椛洌瑯虞椛涔β识卫走_(dá)作用距離遠(yuǎn)。二次雷達(dá)1.5kw200nm一次雷達(dá)650kw110nm由于采取編碼信號(hào)，能夠交換信息第20頁(yè)二次雷達(dá)不足由于問(wèn)詢機(jī)不接收問(wèn)詢頻率回波信號(hào)，不能檢測(cè)沒(méi)有應(yīng)答機(jī)目標(biāo)。由于各二次雷達(dá)站使用統(tǒng)一問(wèn)詢頻率和應(yīng)答頻率，帶來(lái)某些二次雷達(dá)固有問(wèn)題， 例如：異步干擾等第21頁(yè)內(nèi)容提綱二次雷達(dá)系統(tǒng)介紹信號(hào)形式問(wèn)詢信號(hào)應(yīng)答信號(hào)問(wèn)詢旁瓣抑制方位測(cè)量技術(shù)指標(biāo)第22頁(yè)脈沖參數(shù)定義第23頁(yè)問(wèn)詢信號(hào)地面問(wèn)詢機(jī)產(chǎn)生一種調(diào)制信息射頻脈沖發(fā)射給飛機(jī)，這個(gè)信號(hào)被稱為

問(wèn)詢信號(hào)（Interrogation）三脈沖問(wèn)詢編碼第24頁(yè)三脈沖問(wèn)詢體制P1-P3：模式問(wèn)詢脈沖 問(wèn)詢波束（主瓣）輻射P2：旁瓣抑制脈沖（控制脈沖） 控制波束輻射問(wèn)詢(1030MHz)ModeAModeC21

s8

s

P1P2P3

P1P2P3第25頁(yè)問(wèn)詢模式InterrogationReply

P1P2P3RangeF1F2CodeMODES

Use

P1-P31 軍用

3

S2 軍用識(shí)別

5

S3/A 軍/民用識(shí)別 8

SB 民用識(shí)別 17

SC 高度 21

SD 備用 25

S第26頁(yè)問(wèn)詢模式2

S8

SP3

ModeAP1P2ModeB17

SP3P1P2ModeC21

SP3P1P2第27頁(yè)問(wèn)詢信號(hào)模式問(wèn)詢脈沖間隔決定問(wèn)詢模式無(wú)論任何模式P2脈沖距P1為2微秒在相鄰問(wèn)詢周期采取不一樣問(wèn)詢模式稱為模式交替問(wèn)詢單模式、雙模式、三模式ICAO要求民用航管二次雷達(dá)只采取模式A和模式C交替問(wèn)詢第28頁(yè)問(wèn)詢脈沖參數(shù)脈沖寬度0.8±0.1微秒上升時(shí)間0.05~0.1微秒下降時(shí)間0.01~0.2微秒第29頁(yè)應(yīng)答信號(hào)機(jī)載應(yīng)答機(jī)檢測(cè)到問(wèn)詢信息并返回一種射頻調(diào)制脈沖作為

應(yīng)答信號(hào)（Replies）應(yīng)答信號(hào)格式除了F1和F2包括X位由13個(gè)脈沖（位）組成F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

S0.45

S1.45

SXF2SPI4.35

S第30頁(yè)應(yīng)答信號(hào)格式F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

S0.45

S1.45

SXF2SPI4.35

SF1，F(xiàn)2：框架（幀）脈沖表白一種回答存在每次回答必須發(fā)射第31頁(yè)應(yīng)答信號(hào)格式A，B，C，D：信息脈沖表白一種回答數(shù)據(jù)。模式A和模式C含義不一樣。有嚴(yán)格位置關(guān)系（N*1.45微秒）F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

S0.45

S1.45

SXF2SPI4.35

S第32頁(yè)應(yīng)答信號(hào)格式X：備用位S模式定義：邏輯0，高度碼單位為英尺 邏輯1，高度碼單位為公尺目前恒為邏輯0F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

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S第33頁(yè)應(yīng)答信號(hào)格式SPI：特殊位置識(shí)別脈沖。在F2脈沖后4.35微秒。由管制員祈求（在模式A）發(fā)射。連續(xù)20秒自動(dòng)結(jié)束發(fā)射F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

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S第34頁(yè)識(shí)別碼響應(yīng)模式A問(wèn)詢是回答識(shí)別碼識(shí)別碼碼序：A，B，C，DF1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F2XF27777A B C D第35頁(yè)識(shí)別碼有4096種不一樣組合應(yīng)急碼7700表達(dá)飛機(jī)故障危機(jī)（emergence）7600表達(dá)飛機(jī)通信系統(tǒng)故障（communicationfailure）7500表達(dá)非法干擾飛行器（hi-jack）第36頁(yè)識(shí)別碼示例1F1F2F20000A B C D第37頁(yè)識(shí)別碼示例2F1C1A1C2B2D4F2F21234A B C D第38頁(yè)識(shí)別碼示例3F1F2F20000A B C D1A1A23C1C2C47D44第39頁(yè)高度碼響應(yīng)模式C問(wèn)詢回答高度碼碼序

第40頁(yè)高度碼D，A，B共九位是標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)碼， 按500英尺遞增C三位是五周期循環(huán)碼， 按100英尺遞增D1代表高度碼最高位。 由于民航飛行器目前達(dá)不到這個(gè)高度

D1位恒為0高度碼最低位代表-1200英尺第41頁(yè)高度碼譯碼標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)碼第42頁(yè)高度碼譯碼五周期碼

根據(jù)循環(huán)碼奇偶性查表上例循環(huán)碼偶數(shù)位， 因此，010代表2， 即200英尺

第43頁(yè)高度碼示例如下高度碼代表海拔高度20230英尺第44頁(yè)內(nèi)容提綱二次雷達(dá)系統(tǒng)介紹信號(hào)形式問(wèn)詢信號(hào)應(yīng)答信號(hào)問(wèn)詢旁瓣抑制方位測(cè)量技術(shù)指標(biāo)第45頁(yè)問(wèn)題提出SSR具有高指向天線，天線方向圖具有非常窄主瓣寬度具有較低副瓣電平主瓣旁瓣接收角度第46頁(yè)問(wèn)題提出應(yīng)用此天線存在兩種也許情況天線旁瓣也許對(duì)飛機(jī)實(shí)現(xiàn)有效問(wèn)詢天線旁瓣也許接收到飛行應(yīng)答Remark：產(chǎn)生較大定位誤差旁瓣主瓣天線軸第47頁(yè)旁瓣問(wèn)詢也許示例第48頁(yè)問(wèn)詢旁瓣抑制（ISLS）繞環(huán)現(xiàn)象由于雷達(dá)站附近目標(biāo) 受到旁瓣問(wèn)詢，于是 出現(xiàn)斷續(xù)回答。 展現(xiàn)“繞環(huán)現(xiàn)象”這些回答是同步回答， 距離相同第49頁(yè)問(wèn)詢旁瓣抑制（ISLS）危害目標(biāo)精確方位不能判斷——方位判決含糊。繞環(huán)目標(biāo)產(chǎn)生多種目標(biāo)報(bào)告，加重處理負(fù)擔(dān)，繞環(huán)目標(biāo)多時(shí)會(huì)造成后續(xù)電路過(guò)載。第50頁(yè)旁瓣問(wèn)詢處理方案飛機(jī)應(yīng)答機(jī)對(duì)檢測(cè)到旁瓣問(wèn)詢不回答ISLS（InterrogationwithSideLobesSuppresion）IISLS/I2SLS（ImprovedISLS）P1P2P3P1P3P2P2P2控制波束P1P2P3P1P2P3控制波束問(wèn)詢波束yundeterminedy回答y抑制-9dB0dBP1P2P3第51頁(yè)問(wèn)詢旁瓣抑制（ISLS）增加一種控制波束，控制波束波瓣應(yīng)覆蓋問(wèn)詢波束旁瓣，控制波束輻射P2脈沖channel

mainlobecontrolchannel

aircraftinaxisofmainlobeLookingtotheiramplitudes,

P1&P3aremuchgreaterthanP2

thetransponderistriggeredLookingtotheiramplitudes,P1&P3arelessthanP2

thetransponderisNOTtriggeredP1P2 P3P1P2 P3aircraftinasidelobe第52頁(yè)問(wèn)詢旁瓣抑制（ISLS）空間信號(hào)特性P1P2P3P1P3P2P2P2控制波束P1P2P3P1P2P3控制波束問(wèn)詢波束第53頁(yè)問(wèn)詢旁瓣抑制（ISLS）空間信號(hào)特性主瓣方向P1＞P2旁瓣方向P1≤P2應(yīng)答機(jī)判決P1和P2幅度關(guān)系：P1＞P2主瓣問(wèn)詢給予回答P1≤P2旁瓣問(wèn)詢不予回答

自P2脈沖起抑制35usyundeterminedy回答y抑制-9dB0dBP1P2P3第54頁(yè)改善型問(wèn)詢旁瓣抑制（I2SLS）存在問(wèn)題應(yīng)答機(jī)僅接收到旁瓣輻射P2，未被捕捉應(yīng)答機(jī)接收到經(jīng)反射主瓣問(wèn)詢

reflectingobstacleP1P2P3P1P2P3第55頁(yè)改善型問(wèn)詢旁瓣抑制（I2SLS）

directpathreflectedpath

P1cont-P2

P1-P3(weak)

P1cont-P2(weak)

P1-P3

aircraftoutsidethe

majorlobereflectingobstacle

P1P1contP2P3P1contisattenuatedwithrespecttoP2第56頁(yè)改善型問(wèn)詢旁瓣抑制（I2SLS）第57頁(yè)捕捉與群捕捉捕捉：當(dāng)飛機(jī)應(yīng)答機(jī)回答問(wèn)詢后，將休止60~135us，在此期間，應(yīng)答機(jī)回絕回答任何問(wèn)詢?nèi)翰蹲剑寒?dāng)雷達(dá)天線旁瓣周圍飛機(jī)正確識(shí)別出ISLS問(wèn)詢后，在P2脈沖后休止35us，回絕回答問(wèn)詢?cè)诓扇』皺z測(cè)時(shí)，方位精度變差影響目標(biāo)連續(xù)跟蹤第58頁(yè)ISLS與I2SLS組合第59頁(yè)內(nèi)容提綱二次雷達(dá)系統(tǒng)介紹信號(hào)形式問(wèn)詢信號(hào)應(yīng)答信號(hào)問(wèn)詢旁瓣抑制方位測(cè)量技術(shù)指標(biāo)第60頁(yè)概念滑窗檢測(cè)就是在目標(biāo)駐留波束期間對(duì)同一目標(biāo)回答進(jìn)行數(shù)量上有關(guān)積累

當(dāng)積累數(shù)值超出預(yù)置門限時(shí)就確以為一種同步回答。

滑窗檢測(cè)技術(shù)第61頁(yè)滑窗檢測(cè)原理

按照波束中N個(gè)回波脈沖設(shè)置一種滑動(dòng)窗口

窗口延遲是一種（問(wèn)詢）反復(fù)周期T延遲單元數(shù)量為波束中回波數(shù)N-1天線掃描時(shí)回波脈沖依時(shí)間次序序貫進(jìn)入

窗口能夠同步觀測(cè)到同一距離（量化間隔）N個(gè)反復(fù)周期回波信息

窗口輸出信息在求和單元累加

判決邏輯是設(shè)置第二門限以避免異步干擾

滑窗檢測(cè)技術(shù)第62頁(yè)滑窗測(cè)角原理B.O.P.E.O.PBOP=脈沖開(kāi)始EOP=脈沖結(jié)束=目標(biāo)方位RangeWindow第63頁(yè)滑窗測(cè)角原理波束最大法測(cè)角由天線碼盤給出，表達(dá)天線指向第64頁(yè)滑窗檢測(cè)原理

滑窗檢測(cè)技術(shù)第65頁(yè)滑窗檢測(cè)技術(shù)滑窗積累輸出示意圖（正?；卮穑┑?6頁(yè)滑窗檢測(cè)技術(shù)滑窗檢測(cè)天線瞄準(zhǔn)軸指向判決

建立目標(biāo)起始準(zhǔn)則同步錄取天線指向角

建立目標(biāo)終止準(zhǔn)則同步錄取天線指向角

第67頁(yè)確定目標(biāo)進(jìn)入與離開(kāi)波束目標(biāo)方位第68頁(yè)滑窗檢測(cè)技術(shù)滑窗積累輸出示意圖（干擾）第69頁(yè)滑窗檢測(cè)技術(shù)滑窗檢測(cè)天線瞄準(zhǔn)軸指向判決

第70頁(yè)滑窗檢測(cè)技術(shù)滑窗檢測(cè)天線瞄準(zhǔn)軸指向判決第71頁(yè)滑窗檢測(cè)技術(shù)——小滑窗檢測(cè)是窗口長(zhǎng)度L不大于天線波束掃過(guò)目標(biāo)所接收回波脈沖N檢測(cè)器。

N＝20～30時(shí)，L＝5～7窗口頻率響應(yīng)和N個(gè)脈沖序列頻率響應(yīng)不匹配。檢測(cè)性能下降。

與滑窗檢測(cè)比較，小滑窗檢測(cè)應(yīng)增加窄帶長(zhǎng)時(shí)間積累電路

第72頁(yè)滑窗檢測(cè)技術(shù)——小滑窗檢測(cè)第73頁(yè)小滑窗頻率響應(yīng)滑窗檢測(cè)技術(shù)——小滑窗檢測(cè)第74頁(yè)工作原理

第二門限是檢測(cè)目標(biāo)起始和目標(biāo)終止（和滑窗檢測(cè)相同）第三門限是長(zhǎng)積累時(shí)間電路—脈沖或方位計(jì)數(shù)滿足目標(biāo)起始啟動(dòng)第三門限計(jì)數(shù)器

滿足目標(biāo)終止關(guān)閉第三門限計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)數(shù)值和予置門限比較。 ——不大于予置數(shù)干擾也許性大 ——大于予置數(shù)旁瓣接收也許性大小滑窗對(duì)目標(biāo)方位估值和滑窗檢測(cè)類似?；皺z測(cè)技術(shù)——小滑窗檢測(cè)第75頁(yè)錄取目標(biāo)數(shù)據(jù)要求使用脈沖多。 ——波束寬度一定期，脈沖反復(fù)頻率高 ——對(duì)二次雷達(dá)可使空間異步干擾增加

滑窗檢測(cè)技術(shù)本身方位估值有較大誤差 ——實(shí)踐表白滑窗檢測(cè)有0.3°誤差。

滑窗檢測(cè)技術(shù)——缺欠第76頁(yè)由于脈沖干擾或錄取過(guò)程回波丟失均會(huì)造成附加誤差?！獙?duì)二次雷達(dá)丟失目標(biāo)（回波）機(jī)會(huì)多。位置估值誤差大

——影響后續(xù)處理航跡跟蹤。

滑窗檢測(cè)技術(shù)第77頁(yè)單脈沖測(cè)角原理單脈沖技術(shù)測(cè)角三要素第78頁(yè)單脈沖測(cè)角原理單脈沖技術(shù)測(cè)角三要素天線瞄準(zhǔn)軸指向角 —由天饋系統(tǒng)碼盤提供。偏離瞄準(zhǔn)軸信息偏離瞄準(zhǔn)軸方向 —均由單脈沖技術(shù)處理。q±第79頁(yè)單脈沖測(cè)角原理天線等效構(gòu)造 等效間隔為d兩個(gè)輻射單元。-方向性圖完全相同-遠(yuǎn)場(chǎng)方向性圖重合任何方向達(dá)到兩等效輻射單元信號(hào)

強(qiáng)度相同，相位不一樣第80頁(yè)單脈沖測(cè)角原理波程差目標(biāo)天線瞄準(zhǔn)軸第81頁(yè)接收信號(hào)特性只要偏離瞄準(zhǔn)軸兩個(gè)輻射單元接收信號(hào)大小相同相位不一樣相位不一樣是由于電磁波等相位面（波前面）傳輸時(shí)進(jìn)入等效輻射單元先后不一樣引發(fā)波程差。第82頁(yè)接收信號(hào)特性第83頁(yè)接收信號(hào)特性第84頁(yè)信號(hào)和差處理第85頁(yè)偏離瞄準(zhǔn)軸大小根據(jù)差信號(hào)幅度大小判決偏離瞄準(zhǔn)軸大小第86頁(yè)偏離瞄準(zhǔn)軸方向差信號(hào)矢量與和信號(hào)矢量是正交。偏離瞄準(zhǔn)軸方向不一樣體現(xiàn)在第87頁(yè)偏離瞄準(zhǔn)軸方向第88頁(yè)水平輻射方向圖OBA和信號(hào)差信號(hào)瞄準(zhǔn)軸第89頁(yè)OBA與差信號(hào)第90頁(yè)單脈沖信息處理分類單脈沖信息偏離瞄準(zhǔn)軸（大?。┬畔?；偏離瞄準(zhǔn)軸方向：符號(hào)信息分類單脈沖信息幅度處理——求解信號(hào)單脈沖信息相位處理——求解信號(hào)

第91頁(yè)單脈沖原理單脈沖信息幅度處理單脈沖信息相位處理求出或數(shù)值。通過(guò)查表得出第92頁(yè)關(guān)鍵器件：和-差電橋和-差電橋構(gòu)造

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/43

/4

/4LΣRΔ差端口：L和R信號(hào)相位相差180°，疊加信號(hào)為

矢量差

和端口：L和R信號(hào)相位差0°，疊加信號(hào)為

矢量和第93頁(yè)單脈沖原理環(huán)形電橋采取微帶線技術(shù),工作頻率設(shè)為1060MHz.

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