對(duì)航管二次雷達(dá)干擾現(xiàn)象的分析＊

趙 崧 陳 嬌 肖 希

（1.海裝重慶局 重慶 400042）（2.總裝駐綿陽地區(qū)軍代室 綿陽 621000）

1 引言

航管二次雷達(dá)（SSR，Secondary Surveillance Radar）通常也稱為航空交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)ATCRB（Air Traffic Control Radar Beacon System）或航管二次監(jiān)視雷達(dá)，它是由詢問雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射詢問信號(hào)，裝有應(yīng)答器的目標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答信號(hào)給詢問雷達(dá)，雷達(dá)接收應(yīng)答信號(hào)來檢測(cè)和識(shí)別目標(biāo)。在實(shí)際使用中，由于航管二次雷達(dá)現(xiàn)階段本身技術(shù)的局限性，以及客觀環(huán)境條件，容易受到干擾，導(dǎo)致不能完全實(shí)現(xiàn)期望的性能。該文從常見的幾種干擾現(xiàn)象進(jìn)行分析，尋找解決干擾現(xiàn)象的途徑。

2 二次雷達(dá)工作原理

二次雷達(dá)的詢問信號(hào)為脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，載波為射頻信號(hào)，調(diào)制脈沖為脈沖對(duì)Pl和P3，脈寬為0.8μs，通過定向天線輻射［1］。Pl和P3 詢問脈沖對(duì)之間的間隔是固定的，它們之間的間隔決定了詢問的模式。P2為旁瓣抑制脈沖，通過全向天線輻射。要求Pl脈沖幅度要比P2脈沖幅度大9dB，應(yīng)答機(jī)才能對(duì)它進(jìn)行譯碼和作編碼回答。P2脈沖是在Pl脈沖發(fā)出2μs后發(fā)出，以起旁瓣抑制作用。

按照ICAO 規(guī)范，傳統(tǒng)空管二次雷達(dá)共有六種詢問模式，分別稱為1、2、3／A、B、C、D 模式。其中1、2模式專用于軍用識(shí)別詢問；3／A 模式兼用于軍用識(shí)別和民用識(shí)別；B模式只用于民用識(shí)別；C模式用于高度識(shí)別；而D 模式作為備用詢問模式，目前未指定用于何用途［1］。

圖1 航管二次雷達(dá)示意圖

圖2 脈沖信號(hào)示意圖

航管二次雷達(dá)有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

1）應(yīng)答機(jī)的回答頻率為1090MHz，而詢問載率被限制在1030MHz，可避免PSR 常見的地物雜波、氣象雜波等干擾，且回波與RCS無關(guān)，所以無目標(biāo)閃爍現(xiàn)象。

2）因?yàn)楹焦芏卫走_(dá)不依靠電波反射，基于電波的單程傳輸，所以其發(fā)射功率比PSR小得多，且體積質(zhì)量也很小。

3）SSR可以提供識(shí)別等信息，危急時(shí)可發(fā)出告警信號(hào)。

缺點(diǎn)：需要飛機(jī)上裝有應(yīng)答機(jī)。

3 對(duì)幾種干擾現(xiàn)象的分析

3.1 擾環(huán)效應(yīng)

天線波瓣圖在發(fā)射時(shí)表示雷達(dá)在各個(gè)方向上輻射信號(hào)能量強(qiáng)度（或稱增益）的分布，在接收時(shí)表示雷達(dá)在各個(gè)方向上對(duì)同徑向距離等強(qiáng)度信號(hào)感應(yīng)的能量強(qiáng)度的分布［2］。對(duì)于任一實(shí)際雷達(dá)發(fā)射天線來說，除主瓣發(fā)射詢問脈沖功率外，總有副瓣泄漏部分功率。因此，在近距離上，應(yīng)答器可能被旁瓣觸發(fā)，以致于在全方位上都有應(yīng)答信號(hào)，使得在P型顯示器上出現(xiàn)所謂“擾環(huán)效應(yīng)”［3］。

3.2 多徑效應(yīng)

“多路徑”描述了在雷達(dá)發(fā)射天線、目標(biāo)和接收天線之間存在一條以上路徑的現(xiàn)象［4］。由地面反射引起的多路徑效應(yīng)一直是影響雷達(dá)性能的主要因素之一，導(dǎo)致雷達(dá)接收信號(hào)的起伏，影響二次雷達(dá)的檢測(cè)和解碼性能；而建筑物的反射會(huì)在建筑物的后面產(chǎn)生虛假的目標(biāo)報(bào)告。

各種多徑形式可分為以下三類：

1）經(jīng)由地面的反射波與直射波到達(dá)同一垂面；

2）通過凸凹物的反射波與直射波的水平夾角很小；

3）通過凸凹物的反射波與直射波的水平夾角較大。

此三類多徑現(xiàn)象的每一類又可分為以下兩種情況：

1）二路徑程差很小，以致通過不同路徑到達(dá)的同一應(yīng)答脈沖嚴(yán)重交疊；

2）二路徑程差較大以致二路應(yīng)答脈沖很少或根本不交疊。

當(dāng)詢問機(jī)詢問或應(yīng)答機(jī)回答時(shí)所發(fā)射的電磁波碰到山峰或高大建筑物等固定目標(biāo)而反射時(shí)，將會(huì)造成距離和方位都不正確的假目標(biāo)的顯示。多路徑效應(yīng)的影響使某些區(qū)域作用距離增強(qiáng)，某些區(qū)域作用距離減弱，從而嚴(yán)重影響雷達(dá)的探測(cè)性能。

電磁波傳播在垂直平面的反射是雷達(dá)信號(hào)多路徑現(xiàn)象中的一種，所導(dǎo)致的垂直波瓣圖開裂將引起某些高度角上垂直覆蓋的威力下降，某些高度角作用距離增加，因而目標(biāo)在等高飛行過程中可能出現(xiàn)航跡間斷的現(xiàn)象。結(jié)果，許多發(fā)射的能量被直接發(fā)向地面，致使飛機(jī)收到的信號(hào)是直射波和反射波的合成。由此導(dǎo)致了垂直方向的波瓣分裂，這也就造成了飛機(jī)飛行時(shí)經(jīng)過信號(hào)強(qiáng)弱不同的區(qū)域。在一定的距離和高度處，飛機(jī)收到的信號(hào)強(qiáng)度不夠，以致不能被機(jī)載應(yīng)答器檢測(cè)出來，所以也就不會(huì)進(jìn)行應(yīng)答。在某種程度上，可以通過增大地面發(fā)射機(jī)功率來減小盲區(qū)。

3.3 大氣波導(dǎo)環(huán)境影響

在一定的氣象條件下，在大氣邊界層尤其是在近地層中傳播的電磁波，受大氣折射的影響，其傳播軌跡彎向地面，當(dāng)曲率超過地球表面曲率時(shí)，電磁波會(huì)部分地被陷獲在一定厚度的大氣薄層內(nèi)，就像電磁波在金屬波導(dǎo)管中傳播一樣，這種現(xiàn)象稱為電磁波的大氣波導(dǎo)傳播［5］。大氣波導(dǎo)是一種異常天氣引起的一種超折射現(xiàn)象，且在海域和陸地任何時(shí)間均有可能存在，在一定的大氣波導(dǎo)條件下，當(dāng)波導(dǎo)內(nèi)的輻射源以某一小仰角發(fā)射一定頻率的電磁波時(shí)，電磁波就會(huì)被“陷獲”在大氣波導(dǎo)內(nèi)傳播，從而實(shí)現(xiàn)超視距傳播，同時(shí)由于大氣波導(dǎo)的作用，雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生電磁盲區(qū)。通常這種盲區(qū)分為兩類：頂部盲區(qū)和跳躍盲區(qū)。電磁波被大氣波導(dǎo)“陷獲”與電磁波的波長(zhǎng)、大氣波導(dǎo)的厚度、大氣修正折射指數(shù)垂直梯度、發(fā)射仰角有關(guān)。只有當(dāng)大氣波導(dǎo)的厚度遠(yuǎn)大于電磁波的波長(zhǎng)，且回波或應(yīng)答信號(hào)與海平面的仰角大于臨界仰角時(shí)，電磁波才能被“陷獲”。因此，當(dāng)二次雷達(dá)處在大氣波導(dǎo)環(huán)境中，大氣波導(dǎo)的厚度和強(qiáng)度足夠大時(shí)，二次雷達(dá)發(fā)射波和應(yīng)答波也會(huì)被“陷獲”。

4 解決方法

4.1 解決“擾環(huán)效應(yīng)”的方法

為消除“擾環(huán)效應(yīng)”的影響，可以采用兩個(gè)發(fā)射通道：Σ和Ω，Σ通道產(chǎn)生P1－P3發(fā)射功率，另一個(gè)產(chǎn)生P2發(fā)射功率。發(fā)射信號(hào)能量經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)、射頻切換開關(guān)，分別饋向天線的Σ、Ω 通道向空中輻射。通常稱Σ 波束的高增益部分為主瓣，其它部分被稱為副瓣。此時(shí)，只需應(yīng)答器比較P1－P3信號(hào)和P2信號(hào)功率大小，就可以識(shí)別出旁瓣詢問信號(hào)，并對(duì)旁瓣詢問不給予應(yīng)答，即可達(dá)到旁瓣詢問抑制的目的。

當(dāng)處于一部雷達(dá)天線副瓣位置內(nèi)的飛機(jī)，在其接收到其它二次雷達(dá)的異步詢問時(shí)而給予的應(yīng)答，會(huì)對(duì)本雷達(dá)產(chǎn)生異步干擾。為消除這種干擾，可以利用單脈沖二次雷達(dá)Σ波瓣和Ω 波瓣特性，應(yīng)答信號(hào)同時(shí)由和波束和差波束接收，將Σ接收機(jī)與Ω 接收機(jī)接收到的應(yīng)答碼信號(hào)幅度進(jìn)行比較，若Ω 信號(hào)大于Σ信號(hào)則可判斷為是副瓣內(nèi)的應(yīng)答信號(hào)，并產(chǎn)生接收旁瓣抑制信號(hào)RSLS，此時(shí)對(duì)Σ 波束范圍內(nèi)接收到的回波將不作應(yīng)答檢測(cè)，從而有效地抑制了這類干擾，達(dá)到旁瓣接收抑制目的。

4.2 解決“多徑效應(yīng)”和大氣波導(dǎo)環(huán)境影響

采用改進(jìn)的天線，尤其是采用單脈沖測(cè)向技術(shù)可以解決許多此類問題。在二次雷達(dá)中可以采用滑窗處理技術(shù)，去掉系統(tǒng)自身的干擾和多徑干擾，降低這些干擾造成的虛報(bào)概率，提高目標(biāo)檢測(cè)概率，控制波束方向圖增益比副瓣方向波束增益大，但卻比主波束增益低。

單脈沖技術(shù)可以精確測(cè)定每一應(yīng)答脈沖的到達(dá)角。這是通過測(cè)量和、差通道的信號(hào)比而得到的。來自天線中心線方向的應(yīng)答信號(hào)在和信道上產(chǎn)生一強(qiáng)信號(hào)，而在差信道上產(chǎn)生很小的信號(hào)。而來自天線中心軸兩旁的回答，其和、差通道的信號(hào)幅度就非常相近。通過對(duì)和、差通道信號(hào)相位測(cè)量就可以很容易地確定應(yīng)答信號(hào)是來自地面詢問天線中心的左邊還是右邊。如果有必要的話，通過精確測(cè)量一次應(yīng)答的一個(gè)脈沖的和、差通道信號(hào)比也就可以確定飛機(jī)的方位角。此種技術(shù)需用較高的重復(fù)速率進(jìn)行詢問。同時(shí)，多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合技術(shù)也是當(dāng)前的研究方向。

5 結(jié)語

近年來，航管二次雷達(dá)技術(shù)發(fā)展較為迅速，在抗干擾層面上也取得了一些突破，但是仍然存在一些固有的干擾問題。筆者通過對(duì)幾種干擾現(xiàn)象分析后，進(jìn)一步思考后提出解決的途徑，對(duì)克服此類問題具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］張尉.二次雷達(dá)原理［M］.國(guó)防工業(yè)出版社，2009－5－1.

［2］《空軍裝備系列叢書》編審委員會(huì).機(jī)載雷達(dá)裝備［M］.航空工業(yè)出版社，2010－6－1.

［3］丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理［M］.西安電子科技大學(xué)出版社，2002－6－1.

［4］俞小鼎.多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用［M］.氣象出版社，2006－2－1.

［5］焦中生，沈超玲，張?jiān)?氣象雷達(dá)原理［M］.氣象出版社，2005－10－1.

［6］張永順.雷達(dá)電子戰(zhàn)原理［M］.國(guó)防工業(yè)出版社，2006，3.

［7］李旭東，陳冬，程鵬.二次散射對(duì)脈沖激光雷達(dá)回波功率的影響［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2012，40（1）.