二次雷達原理分析

付廣榮

摘 要 二次雷達作為當前民用航空的監視工具之一，在保障民航飛機安全飛行中扮演者重要的角色，它不僅能保障航班的正常運行，同時也豐富了管制手段，提高了航班運行效率。但二次雷達運行過程中也經受著反射、目標丟失、異步干擾、錯覺等一系列問題的困擾，因此如何有效發現并解決這些問題就成了關鍵所在。

關鍵詞 二次雷達；管制；反射；目標丟失；異步干擾；錯覺

中圖分類號：TN95 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0072-01

雷達—無線電檢測與測距，顧名思義：雷達的最終目的是發現目標，并測量其距離。其中一次雷達（PSR）與二次雷達（SSR）是雷達家族中最常見的成員，其中一次雷達是檢測自己發射的電磁波遇到物體后的反射信號來對空中飛行物進行檢測的，其優點是具有較高的距離與方位精度，并能得出飛行物體的飛行速度；而二次雷達通過發射一組詢問編碼信號，裝有機載應答機的飛機接收到詢問信號后，轉發一組應答編碼信號。通過“詢問-應答”式工作，因此需要兩次輻射，因此稱為二次雷達。因為二次雷達是雙工作頻率，其發射頻率為1030 MHZ，接收頻率為1090 MHZ，所以它具有作用距離遠，無地物雜波和氣象雜波干擾，又因其是“詢問-應答”式工作模式，因此又具有交換信息豐富等特點。下面就重點介紹下二次雷達的基本原理以及常見的問題及分析。

二次雷達詢問信號采取的是P1P2P3三脈沖體制，其中P2為旁瓣抑制脈沖，P1與P2的時間間隔恒為2 μs，P1P3脈沖為模式詢問脈沖，P1與P3之間的時間間隔決定了不同的詢問模式，ICAO規定使用模式3/A與模式C，即為我們熟知的識別碼和高度碼，模式3/A的時間間隔為8 μs，模式C的時間間隔為21 μs。二次雷達的編碼信號經由天線、發射機進行信號的發送，而應答信號則由接收機、信號處理機、終端設備進行信號的接收，應答信號代碼則有16個脈沖構成，圖一中SPI位脈沖未進行標識，因其只有在管制員要求時發送，因此一般情況下不使用，其中脈寬為0.45 μs，脈沖間隔為1.45 μs，整個脈沖框架即F1到F2的時間間隔為20.3 μs，F2到SPI位的時間間隔為4.35 μs，脈沖編碼經過處理就是我們所需的識別碼與高度碼，而在這16為脈沖信息編碼中，其中F1、X、F2以及SPI位不用，因此有用的脈沖為12位，即會有4096種編碼的可能性。若圖一為應答信息中的識別碼，其識別碼的編碼順序為A1A2A4，B1B2B4，C1C2C4，D1D2D4，由此我們可以得出圖1中有效位為A1A2，B2，C1，D2D4，因此該飛行器的識別碼即為3216；然而在4096種編碼中有三種特殊識別碼：7700：飛機緊急情況；7600：通信故障；7500：非法干擾，這三種特殊識別碼一般情況下不輕易使用。若圖一為高度碼，高度碼的編碼順序與識別碼又有所區別，其規則為：D1D2D4，A1A2A4，B1B2B4：C1C2C4，其中D1D2D4，A1A2A4，B1B2B4為標準循環碼，按500ft遞增，C1C2C4為五位循環碼，按100ft遞增，其中D1位恒為0，目前的民航飛行器達不到這一高度，如圖一所示其標準循環碼為011110010，要換算成高度值，首先要對標準循環碼轉換成二進制碼，這種運算過程可通過“異或門”得以實現，經轉換后可得出二進制碼為010100011，再將二進制碼換算成十進制數，得出十進制數為163，可得標準循環碼計算高度即為163*500=81500ft，查表可得對應五位循環碼為0，又因為氣壓高度是從—1200ft開始計算，由此可得此航空器的高度值為：81500+（-1200）=80300ft。

圖1

二次雷達就是通過發送詢問信號編碼，接收應答信號編碼，使得每一架航班都獲得了一個唯一的識別碼與高度碼，同時經過設備后續的程序處理還可得出飛機的方位、速度等參數，然后將這些數據傳輸給空管人員，他們就可以按照監視情況而做出正確有效的指揮，即保證了航班的正常運行，也將可能發生的問題降低到了最小化。然而二次雷達如同其它監視設備一樣，面臨著諸如反射、目標丟失、異步干擾、錯覺等一系列問題，那么這些問題如何產生又是如何影響二次雷達正常運行以及常見的解決手段有哪些呢？

反射是指當詢問波束的主瓣方向上存在著反射體，詢問信號經過反射后，被機載應答機接收，這個詢問信號就會引起應答機的應答，而應答信號以直線的方向到達雷達的接收機，即由天線旁瓣接收，這時就會造成同一架飛機出現多個報告，產生干擾，使判斷困難。解決反射問題主要有兩種方式，一是改進天線系統，讓天線的垂直波束采用銳截止方式，而是采用詢問旁瓣抑制ISLS，即前面提到的詢問脈沖中的P2脈沖，此脈沖由控制波束發射，控制波束覆蓋詢問波束P1P3的所有旁瓣以及尾瓣，而低于詢問波束的主瓣，這樣就有效了避免了反射問題。

目標丟失是指在雷達監視屏幕上監測不到該目標的信號，造成這樣的原因主要有飛機的機動飛行，機身遮蔽了應答機的天線；還有一種原因是由于過問詢問造成了機載應答機過載，即詢問次數超過上限值。

異步干擾是指當一個地面站主瓣詢問某一目標時，目標應答機的回答可以通過另一個應答機的旁瓣進入另一個地面站的接收系統，由于旁瓣接收的信號與該地面站的詢問不同步而造成的干擾。簡單的理解就是由于飛機天線的無方向性，飛機對A站詢問的應答被B站所接收，從而對B站造成異步干擾，其主要破壞力是造成譯碼錯誤。對付異步干擾一個有效的方法就是減少詢問頻率，這樣可以使空間中應答信號減少，從而減小造成異步干擾的可能性。

錯覺是指二次雷達應答存在檢測過程中就是對框架脈沖F1到F2的檢測，因為在應答中總存在F1與F2框架脈沖，而框架脈沖檢測過程是檢測是否存在一對脈沖時間間隔為20.3 μs，但這對脈沖框架有可能是錯覺引起的錯誤的框架脈沖。如圖1所示C2到SPI位的時間間隔為20.3 μs，但卻不能認為是一個正確的框架脈沖，再如后一架飛機的應答碼恰好與前一架飛機的應答碼存在著脈沖位置重疊的情況，同樣可能造成錯覺，不過錯覺問題一般在設備的后續處理過程中會得以消除。

二次雷達問題不僅僅只有上述幾個，還有比如繞環現象、同步串擾、虛假目標等等一系列問題，在這就不做一一論述，盡管二次雷達設備存在著許多問題，但隨著科技手段的進步以及更綜合的處理方法，使得這些問題都能迎刃而解，從而使二次雷達在實時監控航班動態，保障航班安全穩定運行，豐富管制方式，提高航班的運行效率等方面均發揮著積極而又有效的作用。相信在我們民航人積極努力之下，會使中國民航事業迎來更大的飛躍！

參考文獻

[1]蘇志剛.二次雷達設備.

[2]航管二次雷達.

[3]丁鷺飛，耿富錄.雷達原理[M].西安電子科技大學出版社.

[4]王毓銀.數字電路邏輯設計[M].高等教育出版社.endprint

摘 要 二次雷達作為當前民用航空的監視工具之一，在保障民航飛機安全飛行中扮演者重要的角色，它不僅能保障航班的正常運行，同時也豐富了管制手段，提高了航班運行效率。但二次雷達運行過程中也經受著反射、目標丟失、異步干擾、錯覺等一系列問題的困擾，因此如何有效發現并解決這些問題就成了關鍵所在。

關鍵詞 二次雷達；管制；反射；目標丟失；異步干擾；錯覺

中圖分類號：TN95 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0072-01

雷達—無線電檢測與測距，顧名思義：雷達的最終目的是發現目標，并測量其距離。其中一次雷達（PSR）與二次雷達（SSR）是雷達家族中最常見的成員，其中一次雷達是檢測自己發射的電磁波遇到物體后的反射信號來對空中飛行物進行檢測的，其優點是具有較高的距離與方位精度，并能得出飛行物體的飛行速度；而二次雷達通過發射一組詢問編碼信號，裝有機載應答機的飛機接收到詢問信號后，轉發一組應答編碼信號。通過“詢問-應答”式工作，因此需要兩次輻射，因此稱為二次雷達。因為二次雷達是雙工作頻率，其發射頻率為1030 MHZ，接收頻率為1090 MHZ，所以它具有作用距離遠，無地物雜波和氣象雜波干擾，又因其是“詢問-應答”式工作模式，因此又具有交換信息豐富等特點。下面就重點介紹下二次雷達的基本原理以及常見的問題及分析。

二次雷達詢問信號采取的是P1P2P3三脈沖體制，其中P2為旁瓣抑制脈沖，P1與P2的時間間隔恒為2 μs，P1P3脈沖為模式詢問脈沖，P1與P3之間的時間間隔決定了不同的詢問模式，ICAO規定使用模式3/A與模式C，即為我們熟知的識別碼和高度碼，模式3/A的時間間隔為8 μs，模式C的時間間隔為21 μs。二次雷達的編碼信號經由天線、發射機進行信號的發送，而應答信號則由接收機、信號處理機、終端設備進行信號的接收，應答信號代碼則有16個脈沖構成，圖一中SPI位脈沖未進行標識，因其只有在管制員要求時發送，因此一般情況下不使用，其中脈寬為0.45 μs，脈沖間隔為1.45 μs，整個脈沖框架即F1到F2的時間間隔為20.3 μs，F2到SPI位的時間間隔為4.35 μs，脈沖編碼經過處理就是我們所需的識別碼與高度碼，而在這16為脈沖信息編碼中，其中F1、X、F2以及SPI位不用，因此有用的脈沖為12位，即會有4096種編碼的可能性。若圖一為應答信息中的識別碼，其識別碼的編碼順序為A1A2A4，B1B2B4，C1C2C4，D1D2D4，由此我們可以得出圖1中有效位為A1A2，B2，C1，D2D4，因此該飛行器的識別碼即為3216；然而在4096種編碼中有三種特殊識別碼：7700：飛機緊急情況；7600：通信故障；7500：非法干擾，這三種特殊識別碼一般情況下不輕易使用。若圖一為高度碼，高度碼的編碼順序與識別碼又有所區別，其規則為：D1D2D4，A1A2A4，B1B2B4：C1C2C4，其中D1D2D4，A1A2A4，B1B2B4為標準循環碼，按500ft遞增，C1C2C4為五位循環碼，按100ft遞增，其中D1位恒為0，目前的民航飛行器達不到這一高度，如圖一所示其標準循環碼為011110010，要換算成高度值，首先要對標準循環碼轉換成二進制碼，這種運算過程可通過“異或門”得以實現，經轉換后可得出二進制碼為010100011，再將二進制碼換算成十進制數，得出十進制數為163，可得標準循環碼計算高度即為163*500=81500ft，查表可得對應五位循環碼為0，又因為氣壓高度是從—1200ft開始計算，由此可得此航空器的高度值為：81500+（-1200）=80300ft。

圖1

二次雷達就是通過發送詢問信號編碼，接收應答信號編碼，使得每一架航班都獲得了一個唯一的識別碼與高度碼，同時經過設備后續的程序處理還可得出飛機的方位、速度等參數，然后將這些數據傳輸給空管人員，他們就可以按照監視情況而做出正確有效的指揮，即保證了航班的正常運行，也將可能發生的問題降低到了最小化。然而二次雷達如同其它監視設備一樣，面臨著諸如反射、目標丟失、異步干擾、錯覺等一系列問題，那么這些問題如何產生又是如何影響二次雷達正常運行以及常見的解決手段有哪些呢？

反射是指當詢問波束的主瓣方向上存在著反射體，詢問信號經過反射后，被機載應答機接收，這個詢問信號就會引起應答機的應答，而應答信號以直線的方向到達雷達的接收機，即由天線旁瓣接收，這時就會造成同一架飛機出現多個報告，產生干擾，使判斷困難。解決反射問題主要有兩種方式，一是改進天線系統，讓天線的垂直波束采用銳截止方式，而是采用詢問旁瓣抑制ISLS，即前面提到的詢問脈沖中的P2脈沖，此脈沖由控制波束發射，控制波束覆蓋詢問波束P1P3的所有旁瓣以及尾瓣，而低于詢問波束的主瓣，這樣就有效了避免了反射問題。

目標丟失是指在雷達監視屏幕上監測不到該目標的信號，造成這樣的原因主要有飛機的機動飛行，機身遮蔽了應答機的天線；還有一種原因是由于過問詢問造成了機載應答機過載，即詢問次數超過上限值。

異步干擾是指當一個地面站主瓣詢問某一目標時，目標應答機的回答可以通過另一個應答機的旁瓣進入另一個地面站的接收系統，由于旁瓣接收的信號與該地面站的詢問不同步而造成的干擾。簡單的理解就是由于飛機天線的無方向性，飛機對A站詢問的應答被B站所接收，從而對B站造成異步干擾，其主要破壞力是造成譯碼錯誤。對付異步干擾一個有效的方法就是減少詢問頻率，這樣可以使空間中應答信號減少，從而減小造成異步干擾的可能性。

錯覺是指二次雷達應答存在檢測過程中就是對框架脈沖F1到F2的檢測，因為在應答中總存在F1與F2框架脈沖，而框架脈沖檢測過程是檢測是否存在一對脈沖時間間隔為20.3 μs，但這對脈沖框架有可能是錯覺引起的錯誤的框架脈沖。如圖1所示C2到SPI位的時間間隔為20.3 μs，但卻不能認為是一個正確的框架脈沖，再如后一架飛機的應答碼恰好與前一架飛機的應答碼存在著脈沖位置重疊的情況，同樣可能造成錯覺，不過錯覺問題一般在設備的后續處理過程中會得以消除。

二次雷達問題不僅僅只有上述幾個，還有比如繞環現象、同步串擾、虛假目標等等一系列問題，在這就不做一一論述，盡管二次雷達設備存在著許多問題，但隨著科技手段的進步以及更綜合的處理方法，使得這些問題都能迎刃而解，從而使二次雷達在實時監控航班動態，保障航班安全穩定運行，豐富管制方式，提高航班的運行效率等方面均發揮著積極而又有效的作用。相信在我們民航人積極努力之下，會使中國民航事業迎來更大的飛躍！

參考文獻

[1]蘇志剛.二次雷達設備.

[2]航管二次雷達.

[3]丁鷺飛，耿富錄.雷達原理[M].西安電子科技大學出版社.

[4]王毓銀.數字電路邏輯設計[M].高等教育出版社.endprint

摘 要 二次雷達作為當前民用航空的監視工具之一，在保障民航飛機安全飛行中扮演者重要的角色，它不僅能保障航班的正常運行，同時也豐富了管制手段，提高了航班運行效率。但二次雷達運行過程中也經受著反射、目標丟失、異步干擾、錯覺等一系列問題的困擾，因此如何有效發現并解決這些問題就成了關鍵所在。

關鍵詞 二次雷達；管制；反射；目標丟失；異步干擾；錯覺

中圖分類號：TN95 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0072-01

雷達—無線電檢測與測距，顧名思義：雷達的最終目的是發現目標，并測量其距離。其中一次雷達（PSR）與二次雷達（SSR）是雷達家族中最常見的成員，其中一次雷達是檢測自己發射的電磁波遇到物體后的反射信號來對空中飛行物進行檢測的，其優點是具有較高的距離與方位精度，并能得出飛行物體的飛行速度；而二次雷達通過發射一組詢問編碼信號，裝有機載應答機的飛機接收到詢問信號后，轉發一組應答編碼信號。通過“詢問-應答”式工作，因此需要兩次輻射，因此稱為二次雷達。因為二次雷達是雙工作頻率，其發射頻率為1030 MHZ，接收頻率為1090 MHZ，所以它具有作用距離遠，無地物雜波和氣象雜波干擾，又因其是“詢問-應答”式工作模式，因此又具有交換信息豐富等特點。下面就重點介紹下二次雷達的基本原理以及常見的問題及分析。

二次雷達詢問信號采取的是P1P2P3三脈沖體制，其中P2為旁瓣抑制脈沖，P1與P2的時間間隔恒為2 μs，P1P3脈沖為模式詢問脈沖，P1與P3之間的時間間隔決定了不同的詢問模式，ICAO規定使用模式3/A與模式C，即為我們熟知的識別碼和高度碼，模式3/A的時間間隔為8 μs，模式C的時間間隔為21 μs。二次雷達的編碼信號經由天線、發射機進行信號的發送，而應答信號則由接收機、信號處理機、終端設備進行信號的接收，應答信號代碼則有16個脈沖構成，圖一中SPI位脈沖未進行標識，因其只有在管制員要求時發送，因此一般情況下不使用，其中脈寬為0.45 μs，脈沖間隔為1.45 μs，整個脈沖框架即F1到F2的時間間隔為20.3 μs，F2到SPI位的時間間隔為4.35 μs，脈沖編碼經過處理就是我們所需的識別碼與高度碼，而在這16為脈沖信息編碼中，其中F1、X、F2以及SPI位不用，因此有用的脈沖為12位，即會有4096種編碼的可能性。若圖一為應答信息中的識別碼，其識別碼的編碼順序為A1A2A4，B1B2B4，C1C2C4，D1D2D4，由此我們可以得出圖1中有效位為A1A2，B2，C1，D2D4，因此該飛行器的識別碼即為3216；然而在4096種編碼中有三種特殊識別碼：7700：飛機緊急情況；7600：通信故障；7500：非法干擾，這三種特殊識別碼一般情況下不輕易使用。若圖一為高度碼，高度碼的編碼順序與識別碼又有所區別，其規則為：D1D2D4，A1A2A4，B1B2B4：C1C2C4，其中D1D2D4，A1A2A4，B1B2B4為標準循環碼，按500ft遞增，C1C2C4為五位循環碼，按100ft遞增，其中D1位恒為0，目前的民航飛行器達不到這一高度，如圖一所示其標準循環碼為011110010，要換算成高度值，首先要對標準循環碼轉換成二進制碼，這種運算過程可通過“異或門”得以實現，經轉換后可得出二進制碼為010100011，再將二進制碼換算成十進制數，得出十進制數為163，可得標準循環碼計算高度即為163*500=81500ft，查表可得對應五位循環碼為0，又因為氣壓高度是從—1200ft開始計算，由此可得此航空器的高度值為：81500+（-1200）=80300ft。

圖1

二次雷達就是通過發送詢問信號編碼，接收應答信號編碼，使得每一架航班都獲得了一個唯一的識別碼與高度碼，同時經過設備后續的程序處理還可得出飛機的方位、速度等參數，然后將這些數據傳輸給空管人員，他們就可以按照監視情況而做出正確有效的指揮，即保證了航班的正常運行，也將可能發生的問題降低到了最小化。然而二次雷達如同其它監視設備一樣，面臨著諸如反射、目標丟失、異步干擾、錯覺等一系列問題，那么這些問題如何產生又是如何影響二次雷達正常運行以及常見的解決手段有哪些呢？

反射是指當詢問波束的主瓣方向上存在著反射體，詢問信號經過反射后，被機載應答機接收，這個詢問信號就會引起應答機的應答，而應答信號以直線的方向到達雷達的接收機，即由天線旁瓣接收，這時就會造成同一架飛機出現多個報告，產生干擾，使判斷困難。解決反射問題主要有兩種方式，一是改進天線系統，讓天線的垂直波束采用銳截止方式，而是采用詢問旁瓣抑制ISLS，即前面提到的詢問脈沖中的P2脈沖，此脈沖由控制波束發射，控制波束覆蓋詢問波束P1P3的所有旁瓣以及尾瓣，而低于詢問波束的主瓣，這樣就有效了避免了反射問題。

目標丟失是指在雷達監視屏幕上監測不到該目標的信號，造成這樣的原因主要有飛機的機動飛行，機身遮蔽了應答機的天線；還有一種原因是由于過問詢問造成了機載應答機過載，即詢問次數超過上限值。

異步干擾是指當一個地面站主瓣詢問某一目標時，目標應答機的回答可以通過另一個應答機的旁瓣進入另一個地面站的接收系統，由于旁瓣接收的信號與該地面站的詢問不同步而造成的干擾。簡單的理解就是由于飛機天線的無方向性，飛機對A站詢問的應答被B站所接收，從而對B站造成異步干擾，其主要破壞力是造成譯碼錯誤。對付異步干擾一個有效的方法就是減少詢問頻率，這樣可以使空間中應答信號減少，從而減小造成異步干擾的可能性。

錯覺是指二次雷達應答存在檢測過程中就是對框架脈沖F1到F2的檢測，因為在應答中總存在F1與F2框架脈沖，而框架脈沖檢測過程是檢測是否存在一對脈沖時間間隔為20.3 μs，但這對脈沖框架有可能是錯覺引起的錯誤的框架脈沖。如圖1所示C2到SPI位的時間間隔為20.3 μs，但卻不能認為是一個正確的框架脈沖，再如后一架飛機的應答碼恰好與前一架飛機的應答碼存在著脈沖位置重疊的情況，同樣可能造成錯覺，不過錯覺問題一般在設備的后續處理過程中會得以消除。

二次雷達問題不僅僅只有上述幾個，還有比如繞環現象、同步串擾、虛假目標等等一系列問題，在這就不做一一論述，盡管二次雷達設備存在著許多問題，但隨著科技手段的進步以及更綜合的處理方法，使得這些問題都能迎刃而解，從而使二次雷達在實時監控航班動態，保障航班安全穩定運行，豐富管制方式，提高航班的運行效率等方面均發揮著積極而又有效的作用。相信在我們民航人積極努力之下，會使中國民航事業迎來更大的飛躍！

參考文獻

[1]蘇志剛.二次雷達設備.

[2]航管二次雷達.

[3]丁鷺飛，耿富錄.雷達原理[M].西安電子科技大學出版社.

[4]王毓銀.數字電路邏輯設計[M].高等教育出版社.endprint