非合作A/C應答解碼及識別

摘 要： 傳統二次雷達A/C模式解碼都是基于詢問?應答的合作模式，且有空間濾波，解碼相對容易。對于非合作的純接收系統如何對A/C應答進行解碼，提出了一種在基帶進行相關處理的解碼方法，可在非合作的情況下對A/C應答進行有效解碼，同時還可以通過改變門限的大小來滿足不同場合的精度要求。另外還提出了A/C模式應答碼的識別方法，該方法在多點定位中具有重要的應用價值。

關鍵詞： 二次雷達； A/C模式； 相關法； 多點定位

中圖分類號： TN953?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）01?0044?02

0 引 言

二次雷達是現代交通管制系統中的重要組成部分，它利用機載應答機應答地面詢問機發射的電磁波對目標進行探測定位[1]。空管雷達系統中的二次雷達就是它的典型應用，空管二次雷達常用的基本工作模式為傳統的A/C模式和S模式。A模式提供飛機的識別代碼，C模式提供飛機的高度碼。傳統的A/C模式多采用滑窗法進行解碼，但該解碼方法仍然存在較多的目標幻影、多目標的混疊和異步串擾等問題。

本文針對傳統解碼方法的缺陷，在傳統滑窗法的基礎上，運用了相關處理的方法，一定程度上提高了A/C模式解碼的準確率。

1 A/C模式的應答格式

A模式、C模式的應答碼格式相同，應答碼由16個信息碼組成[2]，這些碼位的代碼依次是F1、C1、A1、C2、A2、C4、A4、X、B1、D1、B2、D2、B4、D4、F2和SPI，如圖1所示。

圖1 應答信號格式

每個碼元有兩種狀態，即有脈沖和無脈沖。有脈沖時為“1”狀態，無脈沖時為“0”狀態。F1和F2叫做框架脈沖，其0.5電平處脈沖前沿間隔為（20.3±0.1）μs，它是空管二次雷達回波的標志脈沖，恒為“1”狀態。X位是備用位，恒為0。兩個框架脈沖之間的其余12個碼位為信息碼位，SPI碼位是特殊位置識別碼，一般不用。當2架飛機互相接近或者應答碼相同時，調度員可以要求其中一架飛機增加一個SPI脈沖以便可以準確識別[3]。

2 算法的分析與對比

2.1 算法思想

對于一個標準的A/C模式應答碼，首先F1和F2作為應答模式的框架脈沖是恒定不變的；另外備用位X，它的值也是固定的，恒為“0”；而對于其他的12個信息碼位，每個碼元的前0.45 μs是不固定的，但后1 μs的數值是固定的，應恒為“0”；而SPI位只會在A模式中存在，且一般不用。

根據應答碼的上述特點，可以將一條應答碼中確定的位提取出來組成一組新的數據，作為相關算法的標準碼元。將采集到的數據與該標準碼元進行相關運算，來判斷是否檢測到有效的數據。

采樣時鐘[4]為20 MHz，這樣每個碼元將會有29個采樣點。一個完整的報文將會有415個采樣點。對于有效的A/C模式應答碼，其中每個碼元的第10～29個采樣點的數據在理想的狀態下應都為零，不過由于各種干擾的存在，這些采樣點采集到的數據會出現不為零的狀態，為了減少這種干擾的影響，可以采用相關處理的方法，來統計采樣點中“0”的個數。對于有效的A/C模式應答信號，這些采樣點為“0”的個數應該是相當多的。另外F1和F2作為應答模式的框架脈沖是恒定不變的，它們的29個采樣點中，前1～9個采樣點應恒為“1”。另外還有備用位X，它的29個采樣點應都為“0”。

2.2 算法實現

工作流程如下：以20 MHz的采樣頻率采集（20.3+0.45）μs的時間，得到一個長度為415位的數據，先判斷這415位數據是否存在一個框架脈沖，如果存在，再進行后續的判斷；如果不存在，則直接舍去，重新進行新數據的采集判斷。

如果存在框架脈沖，則將所有碼元的第10～29個采樣點的數據提取出來，組成一個新的289位長度的數據，將該組新數據與一個長度同樣為289位且值為“0”的數據做相關處理，計算采樣數據中“0”的個數，當“0”的個數超過某一門限時，才認為檢測到了有效的數據。

最后，判斷各個碼元是有脈沖還是無脈沖，即為“0”還是為“1”，取各碼元的前1～9個采樣點數據，為減小干擾，取中間的3～4個采樣點，判斷是否都為“1”，若為“1”，則該碼元的值為“1”，反之，則為“0”。

解碼流程如圖2所示。

2.3 算法對比

傳統的滑窗處理技術在簡單環境和飛機數目分散的場合，應用較方便，但當飛機的數目多于兩架或者更多時常會產生虛假判斷或信息丟失的問題，所以滑窗法一般限于同時處理兩個應答的情況。它處理的機制為：第一個應答被檢測，隨后21 μs中檢測到的應答作為臨時檢測，如果另外又發現了一個重疊應答，這個臨時檢測就被取消，隨著每一個應答的臨時檢測會因為出現一個重疊的應答而被取消的過程不斷進行，最后一個應答不再取消，因為沒有其他的重疊會影響它[5]。由此可以看出，第一個和最后一個檢測到的框架被認可，而中間的“虛假”應答被忽略。如果存在3架飛機，位于中間的飛機將不能顯示。

圖2 解碼流程

對于相關法，因數據采集是連續不斷的，且每采集一個新的數據，所有原來的數據依次往前移一個，數據的長度保持不變，即舍掉時間最早的一個采樣值，所以產生丟點的可能性要小的多。另外滑窗法在很大程度上依賴于框架脈沖的檢測，而相關法不僅判斷框架脈沖，還判斷一條應答碼中各個碼元的部分確定位，所以相關法的準確度相比較傳統的滑窗法來說，要高的多。

3 A/C模式應答信號的識別

機載應答機發出的A/C模式應答信號采用相同的格式，根據兩種模式信號的編碼規則和應用的意義，總結出了一些識別的方法。

A模式為飛機的識別應答碼，信息碼排列順序為：

A4A2A1 B4B2B1 C4C2C1 D4D2D1

C模式為飛機的高度碼，信息碼排列順序為：

D1D2D4 A1A2A4 B1B2B4 C1C2C4

識別方法如下[6]：

（1） 檢測是否存在SPI位，如果存在則代表是A模式；

（2） 如果D1=1，則為A模式；

（3） 按A模式解碼，如果為7700，7600或7500，則是A模式；

（4） 根據海拔高度與高度碼的對應關系表分析，如果C4C2C1的解碼結果為0，5或7時，則為A模式。

4 結 語

針對傳統二次雷達A/C模式解碼存在的缺陷，本文提出了一種新的相關處理方法來檢測應答碼，該算法提高了A/C模式的解碼能力，能在相對復雜的環境下正確地提取目標信號。同時提出了幾種識別A/C模式應答碼的方法，解決了A/C模式應答碼的識別問題。

參考文獻

[1] STEVENS M C. Secondary Surveillance Radar [M]. USA： Artech House， 1988.

[2] 李玉柏，蔣睿，楊小飛.單脈沖二次雷達應答分析的抗干擾處理[J].電路與系統學報，2007，12（3）：15?20.

[3] 張尉.二次雷達原理[M].北京：國防工業出版社，2007.

[4] 羅麗，黃勇.二次雷達A/C模式解碼算法仿真[J].西華大學學報：自然科學版，2010，29（6）：22?27.

[5] RTCA. DO?260B， minimum operational performance standards for 1090MHz extended squitter ADS?B and TIS?B [S]. Washington DC： RTCA， 2009.

[6] 吳鑫偉，陳穎琪.復雜環境下的A/C模式信號處理算法及其實現[J].航空電子技術，2011，42（1）：4?8.

[7] 王運鋒，潘衛軍.機載應答機A/C模式應答信號的識別方法：中國，201010563668.5[P].2010?11?29.