淺析S模式二次雷達相對于A/C模式的優點

周小濤

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淺析S模式二次雷達相對于A/C模式的優點

周小濤

民航寧夏空管分局，寧夏 銀川 750000

隨著現代航空業的高速發展使得現行的A/C模式二次雷達已經漸漸難以滿足巨大的空中交通流量與安全性保障的要求，S模式二次雷達技術應運而生，S模式的選呼方式極大地減少了空間的詢問應答數目，使得一次需達所面臨的異步十擾（fruit）和串擾（garble）問題得到有效的解決，極大地提高了航管監視系統性能，保障了民航運行安全。基于此，介紹和分析了S模式的基本信號上作流程以及相對于傳統A/C模式的卓越的優點。

S模式；A/C模式

1 引言

隨著空中交通流量的口益增加，傳統的A/C模式已不能滿足空中交通管制(ATC)的需求。A/C模式的代碼數僅為4 096個，且易受到異步十擾(fruit)和串擾(garble)問題的影響，對交通流量較大的空域尤其是較大的機場終端區，其監視能力已接近極限。S模式具有基本監視、增強監視、數據鏈等多種功能。與A /C模式相比，其主要優點在于:數據中包含了24位的地址，有16 777216種可能的代碼，能夠為每架飛機分配唯一的地址;"S”是選擇(Select)的意思，詢問中能根據飛機地址點名呼叫，此時只有被呼叫的飛機才會應答，從而很大程度上減少了應答信號的混疊;其高度的精度從也從傳統A /C模式的30.5m提高到7.6 m。

2 A/C模式二次雷達

傳統A/C模式二次雷達詢問/應答主要是民用飛機的代碼和高度兩項，其中A模式用于識別詢問，C模式用于高度詢問。

2.1 詢問信號格式

如圖1所示，A/C模式的區別在于P1, P3脈沖的間距，A模式P1, P3脈沖的間距是8 u s,C模式P1, P3脈沖的間距是21us; P2脈沖起著詢問旁瓣抑制作用。在詢問時，根據需要可以發出一個模式的詢問信號，也可以幾種模式交錯詢問。

圖1 A/C模式詢問信號格式

2.2 應答信號格式

如圖2所示，應答碼由16個信息碼位組成，依次是F1,C1, A1, C2, A2, C4, A4, X, B1, D1, B2, D2, B4, D4, F2,SPI。每個碼位有兩種狀態，即有脈沖或者無脈沖，分別用“1;和“0”表示。F1和F2是框架脈沖，為二次雷達應答信號的標志脈沖，脈沖間隔為20.3us，恒為“1”狀態。X是備用位，恒為“0”狀態。其余12個碼位C1, Al, C2, A2, C4,A4, B1, D1, B2, D2, B4, D4為信息碼位，可以編成4096個獨立應答碼。SPI是特別位置識別碼。

圖2 A/C模式應答信號格式

應答機響應A模式詢問時，應答碼代表識別碼。12個信息碼從高位到低位的排列順序是:A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、D4D2D1。應答碼中有三組代碼表示危急信息，不能作為識別碼:7700(飛機機械故障);7600(飛機通信故障);7500(飛機受非法干擾)。

應答器響應C模式詢問時，應答碼是高度碼。其排列順序:D1D2D4、AlA2A4、B1B2B4、 C1C2C4。

3 S模式二次雷達

S模式二次雷達是在傳統模式基礎上發展起來的，擁有不同于傳統模式的詢問和應答信號格式。從傳統的A/C模式到S模式，其系統設備既要求更新有要求兼容。

3.1 詢問信號格式

(1) A/C/S模式全呼詢問格式

圖3 A/C/S模式全呼詢問格式

A/C模式應答機接收到P3時就開始應答，即P3后發射第一應答脈沖F1, P4對此沒有影響。S模式應答機也能回答全呼詢問應答，但是當檢測到P4脈沖后就會停止A/C模式應答，而根據P4脈沖寬度來決定何種方式應答。P4可以有兩種寬度，即0.8us或1.6us。當P4脈沖寬度為1.6us時，S模式應答機將會發射一個應答;寬度為0.8us時，S模式應答機不會產生應答，P4短脈沖的詢問主要是用于機載的交通咨詢和防撞系統(TCAS)詢問機，以從A/C模式的應答機中獲得響應。

(2) S模式詢問格式

圖4表示了最常用的S模式詢問格式，前兩個脈沖P1和P2的脈寬均為0.8us，脈沖間隔為2us。非S模式應答機接收到這些脈沖會對其抑制，也不再解碼其余的詢問脈沖。P2脈沖后是一個長脈沖P6，脈沖寬度是16. 25 u s或者30. 25 u s，其中有許多相位反轉脈沖，用來攜帶所要發射的數據。第一個相位反轉脈沖在這個長脈沖上升沿后的1. 25處，即“同步相位反轉”，作為S模式應答機的時鐘同步，從而對后續的數據進行對應解碼;同步相位反轉脈沖也用作應答機發生的時鐘參考，與A/C模式中P3脈沖作用類似。詢問機通過計算同步相位反轉脈沖的發射與接收到第一個應答脈沖之間時間間隔來測量飛機的距離。

圖4 S模式詢問格式

數據通過差分相移鍵控(DPSK)方式來發射，即當相位相對于同步相位反轉脈沖有二的變化時，數據表示為1;相位相對同步相位反轉脈沖沒有變化時，數據為0。相位反轉脈沖時間間隔為0. 25，速率是4MHz的數據比特率。根據不同要求，發射的數據位總數為56或者112位。

在S模式中，旁瓣抑制(SLS)的與A/C模式不同。SLS脈沖P5從天線控制波束中發射，它與P6的同步相位反轉脈沖在時間上有重合。如果發射的信號在線天旁瓣方向，P5的幅 度將大于P6，應答機將不會檢測到同步相位反轉脈沖，也不會對詢問信號進行解碼和應答。在天線主瓣方向，P5的幅度將小于P6，應答機將接收同步相位反轉脈沖，并繼續接收并解碼P6脈沖。

3.2 應答信號格式

圖5 S模式應答信號格式

圖5給出了S模式應答信號的格式，解碼設備根據檢測到4個前導脈沖的格式來確認。這些脈沖的分部間隔不可能與A/C模式的應答脈沖重疊，即使其他應答機產生的脈沖覆蓋了其中部分脈沖，4個脈沖中的任何一個脈沖上升沿均可用于檢測飛機的距離。應答信號的數據塊由前導脈沖后的56或112位應答數據組成，應答數據采用二進制脈沖位置調制方式，數據比特率是4MHz。每個數據位寬度都是1 bus，如果脈沖出現在數據位的前0. 5}us處，則后0. 5}us必然無脈沖，反之亦然。“一個脈沖后跟一個無脈沖”表示二進制數1}“一個無脈沖后跟一個脈沖”表示二進制數0，采用這種曼切斯特編碼具有很強的抗干擾作用。

4 S模式的主要優點

S模式相比較于A/C模式，它的定位精度更高，目標容量更大，適應了機場交通流量高速增長的需要，被國外權威民航組織和航空設備公司認為是二次監視需達的替代產品，S模式也將在這此應用中發揮其作用，并得到進一步的完善。S模式也具有很多其它優點，如數據可校驗，有較好的模式兼容性，實現了點名呼叫等。

4.1 數據可校驗

S模式使用奇偶校驗位(24 bit)來保護數據，校驗數據用前32 bit(56 bit數據塊)或88 bit (112 bit數據塊)生成。奇偶校驗位采用循環冗余編碼的方式生成，循環冗余編碼使用式(1)的多項式生成。生成的奇偶校驗位與24位地址作模2和運算，并將結果存放在AP字段 中。接收方在收到信息后解出地址和校驗位以判斷數據和地址是否被正確傳輸，如果發生錯誤，可采用糾錯技術進行數據修正。糾錯方法有“保守”技術、"Whole Message”技術和“Brute Force”技術等。

4.2 較好的模式兼容性

為了與傳統的A /C模式兼容，S模式仍然采用異頻收發的方式，詢問信號頻率為1 030 MHz，應答信號為1 090MHz。S模式的應答能夠應答A /C模式和S模式地面站的詢問，S模式的地面站能夠對S模式和A /C模式的目標發出詢問并接收其應答信息。因此，原有A /C模式的應答機和地面站在新的S模式實行后仍然能正常工作。目前，有的地面雷達仍為A /C模式，而大型飛機均載有S模式應答機;美國為了兼容以前的飛行設備，也是兩種模式混用;但在歐洲，地面和空中設備已全面采用了S模式。

4.3 點名呼叫

地面站發出全呼詢問后，飛機在全呼應答中包含了自身地址，地面站在識別飛機地址后入庫，稱為“鎖定”，以后對有地址的飛機將點名呼叫，地址不匹配的飛機不予應答，這在很大程度上減少了機應答信號的同步混疊十擾。已經鎖定的飛機不再響應全呼詢問，防止全呼時發生混擾。同時，在詢問信號UF11的PR字段，包含了數值1, 1 /2, 1 /4, 1 /8和1 /16，應答機根據該數值確定全呼應答概率。例如:PR字段數值為1 /4，應答機將產生一個0}-1之間的隨機數，當該數大于1 /4，則該應答機響應全呼詢問，否則不予應答，這樣做的目的是進一步減少全呼時產生混疊十擾的概率。當飛機連續18 s沒有收到地面設備的點名呼叫時，該飛機將解除鎖定。由于地面設備的作用距離在數百公里，同一目標將被多部地面雷達“看見”，被一部地面雷達鎖定的飛機仍能以全呼應答的方式響應其它需達的全呼。

[1]朱蕓，模式S應答接收機數字處理系統設計，電子科技大學碩士學位論文。

[2]樊昌信，徐炳祥，吳成柯，通信原理，北京，國防工業出版社。

Analysis of the advantages of S - mode secondary radar relative to A / C mode

Zhou Xiaotao

Civil Aviation Administration of China，Ningxia Yinchuan 750000

With the rapid development of modern aviation industry， the existing A / C mode secondary radar has become increasingly difficult to meet the requirements of huge air traffic flow and security，S mode secondary radar technology has emerged，S mode selection Call mode greatly reduces the number of interrogation responses in space， and makes the problem of asynchronous and garling problems to be solved effectively，which greatly improves the performance of air traffic monitoring system and ensures the safety of civil aviation operation Safety. This paper introduces and analyzes the basic signal flow of S mode，and the advantages over conventional A / C mode.

S mode；A / C mode.

TN958.96

A

1009-6434（2017）01-0153-03