二次雷達(dá)S模式綜述

二次雷達(dá)S模式綜述摘要：在空管領(lǐng)域使用的A/C型二次雷達(dá)在一定程度上暴露出許多問(wèn)題，因此歐美國(guó)家開發(fā)了S模式二次雷達(dá)，它正在逐漸取代傳統(tǒng)的A/C模式二次雷達(dá)。本文介紹了S模式的工作機(jī)制；在S模式下，詢問(wèn)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)的格式、意義；S模式二次雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：空中交通管制；二次雷達(dá)；S模式；應(yīng)用；綜述刖言隨著空中交通流量的增加，傳統(tǒng)的A/C模式無(wú)法滿足空中交通管制（ATC）的要求。A/C模式的碼數(shù)只有4096個(gè)，容易受到干擾和交叉。因此，美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了先進(jìn)雷達(dá)審訊系統(tǒng)的研究工作，即“DABS”項(xiàng)目；與此同時(shí)，英國(guó)的研究機(jī)構(gòu)也獨(dú)立開展了類似的工作，稱為“ADSEL”項(xiàng)目。這兩個(gè)項(xiàng)目的結(jié)果已經(jīng)合并成一個(gè)項(xiàng)目，聯(lián)邦航空局已經(jīng)將其命名為S模式。S模式已被國(guó)際民航組織接受為二次監(jiān)視雷達(dá)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。二次雷達(dá)二次雷達(dá)（SSR）是相對(duì)于一次雷達(dá)而言的。二次雷達(dá)發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，然后接收到應(yīng)答機(jī)的回復(fù)信號(hào)，地面雷達(dá)收到這個(gè)信號(hào)后，通過(guò)信號(hào)處理，得到飛機(jī)的應(yīng)答機(jī)代碼、高度、位置和距離等信息。民用二次雷達(dá)的傳統(tǒng)模式為A/C模式，在A/C模式下，二次雷達(dá)目標(biāo)數(shù)增加到一定程度時(shí)，會(huì)暴露出如：缺少回答信號(hào)及干擾等問(wèn)題。從而使得雷達(dá)信號(hào)中包含的數(shù)據(jù)混亂和不確定。為了滿足日益增長(zhǎng)的空中交通需求，英國(guó)、美國(guó)針對(duì)二次雷達(dá)的問(wèn)題，研制了S模式雷達(dá)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，以提高空中交通管制的能力。S模式空管二次雷達(dá)系統(tǒng)工作原理二次雷達(dá)的工作模式多種多樣，主要是根據(jù)編碼方式的不同來(lái)區(qū)分。現(xiàn)如今，我們都是根據(jù)國(guó)際的規(guī)定來(lái)進(jìn)行劃分，目前常用的為A（獲取目標(biāo)航管編號(hào)）、C（獲取目標(biāo)氣壓高度信息）兩種模式。詢問(wèn)格式又叫做上行格式，用UF（UPLINKFORMAT）表示，應(yīng)答格式又稱之為下行格式，用DF（DOWNLINKFORMAT）表示。下行格式有DF4、DF5、DF11、DF20、DF21、DF24等，其中格式4和5用于上行或下行短消息（56位）監(jiān)視、高度、識(shí)別，20和21用于上行或下行標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度信息（11位）通信A/B、高度、識(shí)別，11用于上行或下行純S模式全呼叫。24用于上行或下行擴(kuò)展長(zhǎng)度信息通信C和通信D（S模式目前沒(méi)有使用）。模式二次雷達(dá)的詢問(wèn)應(yīng)答流程：S模式二次雷達(dá)的詢問(wèn)應(yīng)答流程如下：在雷達(dá)覆蓋范圍內(nèi)有飛機(jī)進(jìn)入時(shí)，S模式全呼叫（UF11）將被二次雷達(dá)發(fā)射，此時(shí)飛機(jī)可以接受到響應(yīng)的訊息。在此次的呼叫中，全呼叫詢問(wèn)地址碼和詢問(wèn)器代碼信息會(huì)產(chǎn)生作用，從而應(yīng)答機(jī)通過(guò)飛機(jī)24位地址信息和詢問(wèn)器代碼確認(rèn)信息來(lái)進(jìn)行應(yīng)答，在雷達(dá)解碼后，則鎖定該飛機(jī)的地址碼。S模式空管二次雷達(dá)詢問(wèn)和應(yīng)答信號(hào)格式4.1詢問(wèn)器代碼的功能和類別S模式詢問(wèn)信號(hào)頻率為1030±0.2MHz，為了與原有的A/C模式兼容，S模式的詢問(wèn)對(duì)象包括A/C模式應(yīng)答機(jī)和S模式應(yīng)答機(jī)，其呼叫方式分為以下3種：（1） ModeA/C全呼詢問(wèn)，P4為全呼脈沖，寬度為0.8卜時(shí)表示ModeA/C全呼。P1和P3脈沖寬度為0.83，間隔8.03為A模式詢問(wèn)，應(yīng)答為12位的身份代碼；間隔21.03為C模式詢問(wèn)，應(yīng)答為飛機(jī)氣壓計(jì)高度；S模式的應(yīng)答機(jī)對(duì)該詢問(wèn)不作應(yīng)答。P2脈沖的位置固定，為旁瓣抑制脈沖，P2用全向天線輻射，P1、P3脈沖用定向天線輻射，在定向天線的主瓣內(nèi)，P1、P3比P2大，而在定向天線的旁瓣內(nèi)，P2比P1、P3大，當(dāng)主瓣內(nèi)的P1、P3脈沖比P2脈沖大9dB以上時(shí)，應(yīng)答機(jī)才應(yīng)答，而旁瓣詢問(wèn)信號(hào)不予應(yīng)答，從而減少了應(yīng)答信號(hào)接收機(jī)的干擾。（2） MODEA/C/S全呼詢問(wèn)，詢問(wèn)格式同上，但P4脈沖寬度為1.6卜。此時(shí)A/C和S模式的應(yīng)答機(jī)均要應(yīng)答，其中S模式的應(yīng)答信號(hào)包含飛機(jī)的身份標(biāo)志（FlightIdentity）和24位地址信息。FlightID是8個(gè)字符的標(biāo)記，由飛行員每次起飛前輸入，與飛機(jī)的地址一起用于ATC（AirTrafficControl）監(jiān)視。（3） S模式編碼詢問(wèn)，這種詢問(wèn)只針對(duì)S模式應(yīng)答機(jī)，非S模式應(yīng)答機(jī)不予應(yīng)答。在P2脈沖后是一個(gè)長(zhǎng)脈沖P6,用其傳輸上行數(shù)據(jù)，其脈寬為16.25或者30.253（對(duì)應(yīng)56bit和112bit數(shù)據(jù)）。P6以DPSK方式調(diào)制，其中二進(jìn)制1代表相位變化180°，而0代表相位沒(méi)有變化，反相位置的間隔為0.253，從而產(chǎn)生4MHz的數(shù)據(jù)比特率。采用DPSK擴(kuò)譜信號(hào)可以提高詢問(wèn)信號(hào)的抗干擾能力。P6以外的脈沖采用脈沖幅度調(diào)制。P6脈沖前沿后1.253處有一個(gè)固定的同步反相信號(hào)，應(yīng)答機(jī)以該信號(hào)作為詢問(wèn)數(shù)據(jù)解碼的同步信號(hào)和發(fā)射應(yīng)答信號(hào)的時(shí)間基準(zhǔn)，詢問(wèn)機(jī)以該信號(hào)為基準(zhǔn)測(cè)量目標(biāo)應(yīng)答信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差，并進(jìn)一步計(jì)算出目標(biāo)距離。4.2應(yīng)答信號(hào)格式航空器上的應(yīng)答機(jī)在收到詢問(wèn)信號(hào)以后以1090±3MHz的頻率發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，由于收發(fā)頻率不同，也稱應(yīng)答機(jī)為異頻收發(fā)機(jī)，轉(zhuǎn)發(fā)延遲在303左右。隨著航空電子設(shè)備性能的提高，國(guó)際民航組織已將發(fā)射頻率的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為1090±1MHz。應(yīng)答信號(hào)前8.03為導(dǎo)前脈沖，其位置固定，后面為56bit或112bit的數(shù)據(jù)，每位數(shù)據(jù)脈沖時(shí)寬為13，采用脈位調(diào)制，前半部分發(fā)脈沖代表“1”，后半部分發(fā)脈沖代表“0”。這種編碼稱為曼切斯特編碼，保留了同步信息并具有一定的抗干擾能力，因?yàn)楦蓴_不能在一個(gè)位置抑制一個(gè)脈沖而在相鄰位置插入一個(gè)脈沖。S模式空管二次雷達(dá)監(jiān)視的功能優(yōu)勢(shì)目前，S模式二次雷達(dá)也正在逐步取代傳統(tǒng)的A/C模式二次雷達(dá)，成為主流的空中交通管制手段。S模式二次雷達(dá)是在A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它對(duì)A/C模式有著兼容和改進(jìn)兩方面的進(jìn)展。在二次雷達(dá)中的S模式有著如下的技術(shù)要點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：（1） S模式監(jiān)視使用的單脈沖功能使空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)（ATCRBS）在減少查詢次數(shù)的同時(shí)改進(jìn)了目標(biāo)定位性能。ATCRBS查詢和回答次數(shù)的減少則改善了射頻（RF）干擾環(huán)境。（2） 即便飛機(jī)距離非常相近，S模式也能通過(guò)自身的查詢定時(shí)功能來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，而且有效地避免了彼此之間的干擾。（3） 空對(duì)地和地對(duì)空的通信都可以通過(guò)S模式的數(shù)據(jù)鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)。在航空領(lǐng)域中，有許多飛行領(lǐng)域非常密集，為了確保飛行的安全，使用S模式數(shù)據(jù)鏈可以更好的規(guī)劃行路線，幫助航空員準(zhǔn)確的定位，減少誤差，減少經(jīng)濟(jì)成本。6結(jié)束語(yǔ)目前，S模式二次雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)引起雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)注，其獲取的信息量逐步增加，功能和技術(shù)的成熟度也越來(lái)越先進(jìn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，S模式二次雷達(dá)的建設(shè)使用，會(huì)給我國(guó)乃至世界帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)利益和更好的社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)：王洪，劉昌忠，汪學(xué)剛.二次雷達(dá)S模式綜述[J].電訊技術(shù)，2008（07）：113-118.王亞濤.空管二次雷達(dá)S模式詢問(wèn)機(jī)目標(biāo)捕獲與