S模式二次雷達應用分析

熊水華

摘 要：二次雷達（SSR）經地面二次雷達向機載應答機發送詢問信號，機載應答機應答信號經地面詢問機處理得到飛機的代碼、高度、方位和距離等信息，但傳統二次雷達抗干擾能力差，存在異步干擾、同步串擾等問題，為了解決傳統的A/C模式二次雷達應答編碼信息有限、系統抗干擾能力差等問題，發展了S模式二次雷達，現今歐美已經普及了S模式二次雷達，目前我國也處于推進階段，特別是近年來投產的二次雷達大部分都具備了S模式功能。本文介紹了二次雷達和S模式二次雷達的關鍵技術，分析了常規二次雷達的不足和S模式二次雷達特點并結合S模式二次雷達首次在某空管分局的使用情況對S模式二次雷達應用情況進行了闡述。

關鍵詞：二次雷達；S模式；同步串擾

中圖分類號：TN958.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0200-01

1 二次雷達介紹

1.1 詢問和應答信號、旁瓣抑制及單脈沖測角技術

1.1.1 詢問信號

二次雷達發射頻率是1030MHz，接收頻率是1090MHz，詢問信號由P1、P2、P3脈沖組成，P1、P2脈沖間隔恒為2微秒，P1、P3脈沖間隔決定了二次雷達的模式。目前民航使用的是兩種模式，一種間隔為8微秒，稱為Acfun模式又稱為3/A模式（識別碼）；另一種間隔21微秒，稱為Chrome模式（高度碼）。圖1為二次雷達應答信號。

1.1.2 應答信號

應答脈沖根據含義上及譯碼處理上的不同，可分為識別碼（響應3/A模式詢問）和高度碼（響應C模式詢問）。

1.1.3 旁瓣抑制技術

由于二次雷達存在旁瓣波束，當不存在控制波束時，處在旁瓣波束內的目標可能會被旁瓣詢問而給出回答，造成目標增多、方位錯誤等。為此在二次雷達天線背面的輻射器產生背向的控制波束，用來抑制尾瓣，P2脈沖的作用是用來防止應答機回答詢問波束的旁瓣詢問，這種功能稱詢問機旁瓣抑制（ISLS）。技術上要求控制波束的增益必須覆蓋詢問波束的旁瓣（即使P2脈沖的增益大于詢問旁瓣的增益而又小于詢問波束的主瓣）。

P2>P1 旁瓣詢問

P2

1.2 二次雷達的干擾

1.2.1 異步干擾fruit

收到其他雷達詢間應答所引起的干擾。

1.2.2 交織應答

應答脈沖組相互重疊，但脈沖位置不相互占用的應答。

1.2.3 同步串擾Code Garble

當兩個或多個目標對于同一個詢問應答時產生的。由于兩個或多個目標對于詢問機的距離很相近導致的應答碼彼此交織混淆在一起，使回答相互重疊，且脈沖位置相互占用的應答。

1.2.4 反射假目標ghost

由于地物反射引起的假目標。

2 S模式二次雷達

S模式二次雷達是在傳統的A/C模式二次雷達缺陷的基礎上發展起來的。傳統的A/C模式二次雷達詢問時，處在詢問波束范圍內的飛機都會做出應答，若兩架以上飛機很近時，他們的應答脈沖就會交織在一起，從而加大了脈沖處理的難度，即使使用了單脈沖技術也會無法辨別。為了克服這一弊端，發展了S模式二次雷達以消除其他飛機應答使的回答信號交織的現象，同時降低了詢問的頻率，有效的減少了干擾，不僅具有更好的監視能力，還提供地空數據通信能力。S模式系統，詢問方法有兩種：交互模式（Intermode）詢問和模式S詢問。

2.1 交互模式詢問

圖2給出交互模式詢問的時間關系圖。從圖中可以看出它和模式A/C詢問的老系統相似，只是在P3之后2微秒增加一個P4脈沖。非S模式應答機收到這種詢問不受P4脈沖的影響，能夠正常響應模式A或模式C的詢問并給出相應的回答。

P4脈沖有兩種寬度，當為0.8微秒時，是僅模式A/C全呼（mode A/C-only all-call），S模式應答機能夠識別出短P4但不能給出回答響應。當為1.6微秒時，是僅模式A/C/S全呼（mode A/C/S-only all-call），S模式應答機給出含有飛機離散地址的回答。交互模式采用脈沖幅度調制，詢問的旁瓣抑制（ISLS）由控制波束輻射P2脈沖實現。

2.2 模式S詢問

模式S詢問由P1，P2和P6三個脈沖組成如圖3所示。P1-P2作為模式S詢問的前導脈沖（Preamble pulse）間隔2微秒，模式A/C的應答機把它看成旁瓣詢問的指令，在P2之后形成35微秒的抑制時間，防止P6脈沖以高的概率與P1形成模式A/C的詢問。

詢問脈沖P6的寬度為16.25微秒和30.25微秒兩種，分別對應56位數據鏈和112位數據鏈，數據鏈的長度由通信的類型決定。數據的調制方式采用差動移相鍵控（DPSK），速率為4Mbps，每個數據片位（chip）是0.25微秒。P6的第一個相位反轉（phase reversal）位置距P6脈沖前沿1.25微秒，稱同步相位反轉（sync phase reversal）其作用是回答定時參考基準并與應答機時鐘同步作為DPSK譯碼開始。

詢問的旁瓣抑制（ISLS）由控制波束輻射P5脈沖實現。P5脈沖采用幅度調制時間上和同步相位反轉重疊，如果從旁瓣接收到詢問P5脈沖的強度大于P6脈沖9dB，應答機以99%的概率抑制回答。

3 結語

可以預見隨著我國民航的發展，管制區域內的飛機數量會不斷創新高，而A/C模式二次雷達存在的二次雷達代碼資源有限、同步串擾等問題將更加突出，S模式二次雷達所具有的技術優勢將是解決上述問題的途徑。同時在采用S模式的同時也會面臨新問題，如區域內的多個S模式雷達覆蓋管理、航管自動化系統和模式S飛機之間進行數據鏈通信等，任需不斷進行摸索和創新，相信隨著技術的發展我國空中交通管理能力會不斷提高。