淺談二次雷達S模式

李永剛

（民航山西空管分局，山西 太原 030031）

淺談二次雷達S模式

李永剛

（民航山西空管分局，山西 太原 030031）

S模式詢問的特點是對目標進行選擇性詢問，被詢問的目標應(yīng)答，沒有被詢問的目標不應(yīng)答，采用了多種協(xié)議，文中分析了各種協(xié)議的意義及S模式的優(yōu)點及優(yōu)勢。

S模式雷達；II碼；上行格式（UF）；下行格式（DF）；數(shù)據(jù)鏈

民航所使用的監(jiān)視雷達有一次雷達和二次雷達之分，而在當(dāng)今，隨著航班密度的不斷增加和管制部門對雷達依賴性更強的形勢下，二次雷達的重要性越來越得以體現(xiàn)。然而在當(dāng)今雷達的發(fā)展史上，二次雷達的更新交替經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程，從早期的普通常規(guī)二次雷達到后來的單脈沖二次雷達，以至后來發(fā)展為全固態(tài)二次雷達，到今天更加先進的帶有S模式的二次雷達，可以說是功能越來越強大，獲取的信息越來越多。帶有S模式的二次雷達與以往的常規(guī)二次雷達有什么區(qū)別？它的優(yōu)點體現(xiàn)在哪里？能夠獲取什么信息？下面就這些問題作一些簡單的分析。

1 S模式中的S的意義

首先，S模式中的S是Selective的首字母，是選擇的意思。其目的是在其詢問時不是像以往的二次雷達詢問一樣，向在其詢問波瓣內(nèi)所有的飛機發(fā)射相同的詢問格式，而是根據(jù)每架飛機地址的不同，去點名（有選擇性的）詢問，每架飛機的地址是唯一的。由于是點名詢問，而且是根據(jù)飛機的唯一地址去點名詢問，其結(jié)果就是被點名的飛機應(yīng)答，沒有被點名的飛機不應(yīng)答，S模式雷達都有自己的II（INTERROGATOR IDENTIFIER）代碼，應(yīng)答機會被帶有不同II碼的S模式雷達鎖定（LOCKOUT）。

2 關(guān)于S模式下的飛機地址

在談到飛機地址之前，首先要說明一個概念，就是雷達可以具有S模式功能，而飛機的應(yīng)答機也可以具有S模式功能，根據(jù)資料顯示目前民航的飛機所攜帶的應(yīng)答機都應(yīng)具有S模式功能。關(guān)于飛機地址，是由24位二進制代碼組成，由注冊國或公共標志注冊當(dāng)局，從分配給各國的地址字塊中指配到每架飛機，是在飛機出廠前就已經(jīng)定義好的。ICAO的附件十中規(guī)定，任何時候，一個地址不應(yīng)分配給一個以上的飛機。只有一個地址分配給一架飛機而不管飛機上應(yīng)答機數(shù)量是多少。飛機地址不能改變，飛行過程中也不能改變地址。除非在異常情況下,當(dāng)飛機改變其注冊國籍時，以前分配的地址應(yīng)當(dāng)改變，由新的注冊當(dāng)局分配新的地址。由24個0或24個1組成的二進制代碼不應(yīng)分配給飛機。飛機24位二進制地址中的前3、6、9、12位或15位定義國家，余下的位數(shù)用于分配給飛機用做地址。舉例說明中國飛機的24位二進制地址是這樣組成的：國家代碼用的是前6位（011110），而后18位可以提供給飛機用地址，即中國可以擁有2（24-6）=218=262144個地址可以分配給飛機。（說明：飛機的24位二進制地址在實際應(yīng)用時用6位十六進制數(shù)表示）。

3 在詢問模式上的不同

以往常規(guī)二次雷達在詢問模式上只有3/A和C模式詢問，而帶有S模式功能的雷達在詢問模式上增加了過渡模式（A/C/S）和純S模式全呼模式（MODE S ONLY ALL CALL）與輪呼模式（MODE S ROLL CALL），增加過渡模式的目的是用于S模式雷達捕獲沒有加裝S模式應(yīng)答機的飛機（常規(guī)A/C模式應(yīng)答機），純S模式全呼模式（ALL CALL UF11）用于加裝了S模式應(yīng)答機的飛機，它向應(yīng)答機發(fā)送詢問器代碼（II碼/SI碼，用于對飛機的鎖定）和從應(yīng)答機獲得帶S模式應(yīng)答機的飛機地址。輪呼用于加裝了S模式應(yīng)答機的飛機，它可以與應(yīng)答機之間進行各種數(shù)據(jù)信息交流。

這里需要增加一項技術(shù)說明：首先從帶有S模式功能的雷達說起，為了捕獲雷達覆蓋范圍內(nèi)的所有飛機，這里包括加裝了S模式應(yīng)答機的飛機和常規(guī)模式應(yīng)答機的飛機，S模式雷達使用過渡模式（A/C/S P4短，“P4長”不使用）詢問常規(guī)模式應(yīng)答機的飛機，帶常規(guī)模式應(yīng)答機的飛機正常應(yīng)答S模式雷達，反之，對加裝了S模式應(yīng)答機的飛機而言，當(dāng)常規(guī)雷達詢問時，也可以正常應(yīng)答。換言之，就是帶有S模式功能的雷達兼容了S模式應(yīng)答機和常規(guī)應(yīng)答機；而S模式應(yīng)答機也兼容了S模式雷達和常規(guī)雷達。

4 帶有S模式功能的雷達在詢問格式內(nèi)容上與以前的常規(guī)二次雷達有著很大的不同

以往的常規(guī)二次雷達在詢問格式上一般只采用模式3/A（識別碼）和模式C（高度碼）的交替詢問，使用P1,P2,P3脈沖序列，從而達到獲得飛機識別碼和高度碼的目的，見圖1。

圖1

圖2

3/A碼 P1,P3脈沖間隔為 8μs，C碼 P1，P3脈沖間隔為21μs，P1，P2脈沖間隔恒為 2μs，P2脈沖由于詢問旁瓣抑制，見圖2。

而帶有S模式功能的雷達在詢問格式上增加了P5和P6脈沖，P2脈沖用于抑制SSR應(yīng)答機，P5脈沖用于S模式旁瓣抑制，P6脈沖為信息數(shù)據(jù)塊，為56位或112位，見圖3。

圖3

5 S模式雷達詢問格式與應(yīng)答格式的分類

詢問格式又叫做上行格式，用UF（UPLINK FORMAT）表示，應(yīng)答格式又叫做下行格式，用DF(DOWNLINK FORMAT)表示。上行格式有 UF4、UF5、UF11、UF20、UF21、UF24 等，下行格式有DF4、DF5、DF11、DF20、DF21、DF24 等，其中格式 4 和 5 用于上行或下行短信息（56位）監(jiān)視、高度、識別，20和21用于上行或下行標準長度信息（112位）通信A/B、高度、識別，11用于上行或下行純S模式全呼叫。24用于上行或下行擴展長度信息通信C和通信D（S模式目前沒有使用）。

6 S模式雷達詢問應(yīng)答流程（針對S模式應(yīng)答機）

首先，雷達發(fā)射純S模式全呼叫(UF11)，當(dāng)飛機進入雷達覆蓋范圍時接收到此呼叫，此呼叫帶有雷達的詢問器代碼信息（II碼）和全呼叫詢問地址碼（24位全1），應(yīng)答機將產(chǎn)生應(yīng)答(DF11)，此應(yīng)答信息帶有對詢問器代碼的確認信息和飛機24位地址信息，雷達進行處理解碼后，將對帶有此地址碼的飛機發(fā)射S模式點名詢問（ROLL CALL）并將該飛機鎖定,如果雷達采用的是UF4和UF5詢問，根據(jù)對RR(REPLY REQUEST)字段的控制，應(yīng)答機將應(yīng)答DF4/DF5或DF20/DF21。格式20，21與格式4，5的區(qū)別僅在于20，21比4，5多了一個56位的短數(shù)據(jù)鏈路信息。

表1

7 S模式中使用的協(xié)議

（1）首先是鎖定協(xié)議（LOCKOUT），發(fā)送純S模式全呼的目的就是為了獲取飛機24位地址和為飛機提供雷達的詢問器代碼（II碼）用于將飛機鎖定，真正的鎖定命令是由S模式點名輪呼（ROLL CALL）中 LOS(LOCKOUT SUBFIELD)字段發(fā)送的，當(dāng)飛機被鎖定后，在18 s時間內(nèi)不應(yīng)答帶有此（II碼）的雷達的所有純S模式全呼 UF11（MODE S ONLY ALL CALL）,這樣可以大大減少雷達間的異步干擾(FRUIT)。

（2）多現(xiàn)場協(xié)議（MULTISITE），這個協(xié)議適用的條件是雷達必須工作在單獨模式（STAND ALONE），雷達間使用不同的II碼，單部雷達發(fā)射詢問脈沖時帶有II碼，應(yīng)答機存儲這個II碼，在下一次詢問或應(yīng)答時，雷達或應(yīng)答機將檢測這個II碼。因此，單個雷達能夠控制數(shù)據(jù)鏈路信息的發(fā)送或停止。

（3）非選擇性協(xié)議（NON SELECTIVE）與 SCN（SURVEILLANCE COORDINATION NETWORK）協(xié)議。非選擇性協(xié)議是在雷達間具有重疊覆蓋區(qū)域而雷達II碼又不充足的情況下使用（II碼為0～15）。使用非選擇性協(xié)議必須是建立在SCN（監(jiān)視協(xié)作網(wǎng)絡(luò)）的基礎(chǔ)上，雷達間使用相同的II碼。SCN的意義在于數(shù)據(jù)共享，SCN協(xié)議分為集中式和分布式兩種，SCN將一部以上的雷達稱為一簇（CLUSTER），集中式SCN有一個簇控制單元，簇控制單元清楚每個雷達的覆蓋范圍，當(dāng)飛機進入到一個雷達的覆蓋范圍時，簇控制單元會告知這部雷達，簇控制器會整合簇內(nèi)所有雷達的數(shù)據(jù)信息，并允許雷達間數(shù)據(jù)交流。分布式SCN沒有簇控制單元，所有雷達通過網(wǎng)絡(luò)進行內(nèi)部連接，直接交換SCN數(shù)據(jù)。每一部雷達都知道相鄰雷達的覆蓋范圍，當(dāng)飛機進入到其中一部雷達的覆蓋范圍時，它會通知相鄰的雷達。

8 S模式的優(yōu)勢及優(yōu)點

（1）使用純S模式全呼（ALL CALL）有效降低了異步干擾。

（2）使用S模式點名輪呼(ROLL CALL)有效降低了同步竄擾。

（3）高度應(yīng)答處理精度由過去常規(guī)二次雷達的30 m降低為7.5 m。

（4）飛機代碼的擴容，過去常規(guī)二次雷達的飛機識別碼（A碼）只有4096個可以分配，使用S模式飛機代碼可以有224=16777216個代碼分配（使用飛機S模式地址），在一定時期內(nèi)解決了飛機代碼資源短缺的問題。

（5）通過COMM-B詢問模式，可以讀取機載應(yīng)答機BDS寄存器中的信息，便于空中指揮人員了解飛機更詳細的狀況。例如，飛機的航班號(BDS20)。

（6）由于采用了新的調(diào)制方式差分相移鍵控（DPSK）解碼，使得解碼的誤碼率大大降低。

9 結(jié)束語

隨著我國民航業(yè)的高速發(fā)展以及航空量的大幅增加，S模式二次雷達的投入使用將有效地提高當(dāng)前雷達管制能力，科學(xué)合理地控制航空流量，更進一步地提高空管的工作效率。

Discusses Two Time Radar S Pattern

Li Yonggang

The S pattern inquired the characteristic is carries on the selectivity to the goal to inquire that goal reply which inquired，not the goal no-relay which inquired，has used many kinds of agreements，for example:The LOCKOUT agreement，the Multisite agreement，Non the selective agreement，the SCN agreement，in the article has analyzed each kind ofagreement significance and the Spattern merit and the superiority.

Spattern radar；II yard；upward form（UF）；downward form（DF）；data chain

TN 95

A

1000-8136(2011)02-0142-03