民用航空無線導航及二次雷達干擾排除的研究

朱瑀然

【摘 要】航空導航設備是確保飛機實施遠程航行的重要設備，隨著科技的發展，航空導航設備已經得到了很大的發展，基本上能夠滿足飛行的需要。二次雷達系統是國內民用航空主要的監視手段，在航空運輸快速發展的今天，飛行量與日俱增，雷達對航空管制也越來越重要。與此同時，航空管制雷達在運斤過程中暴露出了一些問題，如異步干擾，反射，同步串擾，多徑詢問應答等問題，這些問題給空中航行的安全帶來了隱患。因此，對這些問題的研究分析變得非常重要。

【關鍵詞】無線導航；二次雷達；航空

一、民用航空無線導航

（一）駕駛艙衛星通信

為滿足民航規章，保障飛機全球范圍內的安全運行，基于衛星通信的駕駛艙話音及數據通信得到廣泛應用，目前用于駕駛艙的衛星通信系統主要有海事衛星（Inmarsat）和銥星（Iridium）。

Inmarsat航空衛星通信系統Inmarsat航空衛星通信系統可以分為空間段、地面段和用戶段。空間段由多顆地球靜止軌道（GEO）衛星組成，地面段包括衛星測控中心、衛星接入站和其他地面網絡等，用戶段由各種用戶終端組成。Inmarsat航空衛星通信系統的信道分為P、R、T和C信道，P、R和T信道主要用于數據傳輸，C信道可傳輸話音、數據、傳真等。同時，Inmarsat支持4種不同類型的航空服務。

Iridium-Next系統，其建設目標總體包括提高數據傳輸速率、更高的話音質量、可以靈活分配頻帶、利用IP技術的優勢、提供更強的業務和設備等。Iridium-Next系統支持全球范圍的多種新應用和新業務，包括星基廣播式自動相關監視ADS-B應用，可以實現全球覆蓋的航空器獨立監視，單星可監視3000個目標，處理1000個以上目標。

（二）客艙衛星通信

1.Telesat衛星系統

Telesat是全球領先的衛星通信運營商，提供可靠和安全的衛星通信解決方案，服務于廣播、電信、企業和政府客戶，總部設立在加拿大的渥太華，在世界各地建有辦事處及設施，目前擁有15顆衛星，計劃于2017年發射兩顆小型衛星，避免Ka頻段衛星互聯網連接相關技術風險。

2.Inmarsat-5衛星系統

Inmarsat為實現Ka頻段高通量衛星應用，推出了第五代海事衛星系統GlobalXpress，GlobalXpress采用全IP體制，使用Ka頻段，空間段采用三顆主用（120°間隔）加一顆備用靜止軌道衛星的組網方式。

3.）ViaSat衛星系統

美國衛訊公司（ViaSat）的Ka頻段衛星可分為三代。ViaSat-1、ViaSat-2、ViaSat-3。ViaSat系列衛星均是采用ViasSat公司自有的SurfBeam網絡技術。SurfBeam網絡是一個雙模式寬帶衛星通信系統，既可工作在Ka點波束衛星轉發器上，也可工作于傳統的Ku頻段寬帶衛星上。SurfBeam網絡可為用戶提供高速Internet接入、軟件化服務、視頻和VOIP、高速文件傳輸、IP組播等應用服務。

二、二次雷達干擾排除

（一）二次雷達簡介

由于航管二次雷達（SSR）的使用，地面控制中心管制員可以通過雷達屏幕看到飛機的飛行代碼、速度、位置信息等參數，雷達也可向駕駛員提供飛機相互之間的相對位置信息，從而消除潛在的相撞事故，保證空中飛行安全。SSR的出現是空中交通管制的重大技術進步。隨著近年來我國航空事業的高速發展，目前我國民航系統已經引進和建設比較完備的地面雷達檢測導航系統，建設和部署了全國數百個大中小城市的航管二次雷達地面站。航管二次雷達系統作為是一種高復雜度、高精度的設備，在雷達的維護中需要對其定期進行檢驗和維護，從而確保其性能指標符合要求。

（二）二次雷達系統組成

航管二次雷達系統組成主要包括機載設備和地面系統兩部分。地面系統主要是地面雷達站和空管控制中心，雷達站又主要包括地面天線系統和詢問機/應答機處理器（也稱發射機-接收機），地面系統用來發射上行詢問信號，機載設備主要是機載異頻收發機，通常安裝在飛機機身的下部，用于接收詢問信號并產生應答信號；空管控制中心接收應答信號處理并最終顯示飛機信息。

二次監視雷達非自主的、協同式的方式工作，且地面設備具有與機載設各雙向配合、兼容協同的特性。相比么下，二次雷達的優點主要有：

（1）國際民航組織將地面巧備的詢問頻率定義為1030MHZ，機載設備的應答信號頻率定文為1090MHZ。而且靠接收發射回來的信號來發現目標，這樣就克服了自然界中由于的地物以及氣象引起的雜波干化。

（2）二次雷達對目標的定位是依靠地面詢問設備和機載設備的兩次福射。當探測相同距離的目標時，在發射功率上，一次雷達遠遠大于二次雷達，常為幾百千瓦和幾千瓦的區別。在價格上，一次雷達比二次雷達要昂貴。

（3）—次雷達并不能識別目標屬性，而二次雷達可以得到豐富的信息，在未來還可以實現數據鏈通信。

（三）二次雷達干擾

飛機上的天線為全向天線，當接收某一雷達站的詢問時，機載天線發出的信號以球面形式擴散出去，除了被當前雷迭主瓣收到以外，還可能被處于范圍內的另一部雷達的旁瓣收到，與這部雷達的詢問步調不一致，造成干擾。由于這個回答與自身的詢問不同步，因此叫做異步干擾。降低詢問率可以降低異步干擾形成的概率，異步干擾信號可以通過RSLS技術和詢問頻率交錯技術加以抑制。

兩架飛機同處于一部雷達的覆蓋之下，當它們相對于雷達站大致接近且波程差小于20.3us的距離，從而使得雷達接收兩架飛機的應答代碼發生重疊，當后續重疊應答代碼的f1脈沖處于前面應答代碼的脈沖位置上，則稱為同步串擾。可能兩架飛機的方位和高度不同，但在離雷達站的距離上大致相同。

當波束主瓣的詢問信號遇到反射物體時，會發生反射，之后繼續傳播到達應答機。同理，根據反射路徑的可逆性，應答信號既有直達的回波也有反射的回波，從而出現假目標現象，經常體現為兩個目掠二次代碼相同，但距離、速度不同，使判決困難。

【參考文獻】

[1]鄭彬.關于民航通信的現狀及展望[J].信息通信，2017，4（172）：269-270.

[2]吳志軍，李坤.美國民航信息安全保障計劃研究[J].信息安全研究，2016，2（6）：562-567.

[3]陳銳，邵珍珍.第五代海事衛星通信系統全球網絡架構與技術特性研究[J].信息通信，2015（8）：8-10.