Selex二次雷達增強型S模式詢問應用分析

梁烈勇

【摘? 要】近期民航空管局全面推進空地一致性告警相關應用工具，為配合該項工作，桂林空管站對本站的Selex二次雷達進行了升級和相關設置，使之具備增強型S模式詢問能力。論文以該Selex雷達為實例，對雷達的工作方式、原理和應用進行分析。

【Abstract】Recently， CAAC comprehensively promoted the application tools related to air-to-ground consistent warning. In order to cooperate with this work， Guilin Air Traffic Control Station upgraded and set up the Selex secondary radar of this station， making it equipped with enhanced S-mode interrogation capability. This paper takes the Selex radar as an example to analyze the working mode， principle and application of the radar.

【關鍵詞】二次雷達;S模式;應用

【Keywords】secondary radar; S-mode; application

【中圖分類號】TN957.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）07-0172-04

1 A/C模式全呼詢問

Selex雷達兼容傳統A/C模式，使用A/C模式全呼進行詢問，其波形如圖1所示。按ICAO規定，如果詢問波形的P4脈沖脈寬為0.8μs，其即為A/C模式全呼詢問。它會觸發A/C模式應答機產生監視應答，S模式應答機不產生應答，減少竄擾發生。

A/C模式應答機產生的應答信號波形如圖2所示。A、B、C、D是信息脈沖，表明一個回答的數據，在模式A和模式C中含義不同。X是備用位（S模式定義邏輯0，高度碼單位為英尺，邏輯1單位為公尺）目前恒為邏輯0。SPI是特殊位置識別脈沖。

圖2? A/C模式應答信號

雷達通過計算發出P3脈沖和接收到F1框架脈沖的時間間隔tr來測量飛機的距離。其計算公式為：R=c（tr-3μs）/2，其中R為飛機到雷達站的斜距，3μs是應答機響應的延時，c為光速，如果t=tr-3μs，則公式轉化為R=0.15t，距離單位是公里。

其方位測量采用單脈沖測角原理，θ=α±Δβ，θ為測得目標方位，α為依據雷達14位編碼器得到角度值（瞄準軸方向），Δβ是由OBA法得到的偏離瞄準軸（大小）信息，偏離瞄準軸方向（符號信息）決定“±”值。

2 增強型S模式

S模式中S=Selective即選址模式，在飛機被選中后，雷達對飛機進行選呼以獲取信息，這個過程中其他飛機保持靜默，降低了同步串擾問題。S模式具有24位飛機編碼，大大增加了空中交通管制容量。S模式可采用數據鏈通信，可交換更豐富，信息更豐富。

P1～P2為模式S詢問的前導脈沖，間隔2μs，脈沖寬度為0.8μs，P2脈沖可以抑制A/C模式的應答機誤應答。P6是數據脈沖（數據塊），寬度16.25μs對應56位數據鏈，寬度30.25μs對應112位數據鏈。P6脈沖調制方式采用差動移相鍵控（DPSK），其速率為4Mbps，每個數據片位是0.25μs。P6的第一個相位反轉（phase reversal）位置距P6脈沖前沿1.25μs，稱同步相位反轉，它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。P5脈沖用于實現詢問的旁瓣抑制（ISLS）。

回答格式由前導脈沖和數據塊組成。S模式雷達通過計算同步相位反轉脈沖的發射與接收到的第1個應答脈沖之間的時間間隔來測量與飛機的距離。如果有干擾覆蓋了前導脈沖的一部分時，4個脈沖中的任何1個脈沖上升沿均可用于測距。其對方位的測量，仍然采用單脈沖測角法。其數據塊的長度是56μs或112μs，每一位持續1μs。在片位的1μs里，前0.5μs存在脈沖代表二進制的邏輯1，而后0.5μs存在脈沖代表二進制的邏輯0。

S模式詢問和回答數據塊各有相對應的25種上行（UP）和下行（DF）格式。目前國際民航組織規定了其中的8種，每個UF總有與其相對應的DF，如表1所示。

關于具體的UF和DF數據格式ICAO附件10第IV卷第三章有詳細描述，本文篇幅有限不可能全部講完。為了更好地理解S模式的工作過程，在此會把一些重要的東西經過歸納總結寫出來。

除了格式24外，UF和DF的數據格式碼段可分以下幾類：格式號、24位S模式地址、雷達識別碼（II/SI碼）、信息碼段（MB、二次代碼、高度碼）及控制字段組成。

其中格式號如UFxx、DFxx，是一個5位二進制碼，如UF11為“01011”，其十進制數就是11。只有UF24（DF24）是例外，只要前兩位為“11”，就認為是UF24（DF24），因為格式0～23的前兩位都不會是二進制數“11”，其后3位就安排其他用途，提高數據利用率。

每個數據塊都包含了一個AP碼段，它是一個用模2加了與G（x）相乘的飛機地址的奇偶字段，它可以解出24位S模式地址碼信息，并用于整個數據塊的校驗。只有UF11例外，因為全呼開始時，雷達不可能知道飛機的地址，所以它的AR碼段24位全為“1”。

雷達識別碼II/SI，它用于多站鎖定協議。例如，在UF11格式中，CL字段為0，表示該雷達支持II碼（詢問機識別），其IC字段（4位）即為II碼，II碼總共16個。如果CL不為0，兩者組合成SI碼（監視識別碼），SI碼總共64個。其組合規則如下：CL=000，IC值即為II值0～15;CL=001，IC值為SI值0～15;CL=010，IC值即為SI值16～31，以此類推。例如，CL=010，IC=1110，則SI=30（CL和IC，為二進制，SI，II為十進制表示）。

信息類碼段有AC碼段（高度信息），ID碼段（二次代碼），MA（MB）56位信息碼（BDS信息就是占用這個碼段送至雷達的）。

控制類碼段，ICAO設計了相當復雜的規則，用于控制雷達和應答機對各種信息的傳遞，相當枯燥不好理解。要理解其意義，最好從以下幾方面考慮：①雷達的能力差異大，且覆蓋日益密集;②飛機應答機能力差異大，且飛行流量越來越大;③雷達和飛機都有獲取更多信息的需求;④雷達飛機增加造成詢問和應答數量增加，竄擾嚴重，在這種情況下，仍要保證信息的準確有效的傳遞;⑤所有的技術應用，最終目的是保證飛行的安全。

例如，雷達識別碼為什么有兩種（II/SI）？可以如此解讀：II碼總共16個，II=0被ICAO預留，II=14被中國民航局預留用于設備測試，實際上只有14個，編碼資源不夠。在雷達數量密集的地區，如果兩個相鄰地區用了相同的II碼，可能造成就由某管制區的管控的飛行目標被其他雷達鎖定，如兩地雷達沒聯網，它不會在該區管制席位屏幕上出現，目標可能無管制飛行，危及飛行安全。為了保證飛行安全，于是II碼擴展為SI碼。這又造成新問題，應答機并不都能支持SI碼，如果用SI碼詢問只支持II碼的飛機，飛機無法鎖定，不能選呼。中國民航局又為此規定：SI應用的前提是覆蓋范圍內所有S模式應答機具備SI能力，目前暫時不用。桂林的SELEX雷達目前不支持SI，只使用II。

又如，UF11中為何要設計PR碼段？PR碼段為應答器指定一個應答概率，應答器根據內部算法，以相應概率決定是否回答。其使用意義在于，在竄擾密集區，減少應答概率，即減少了竄擾。如PR=2，應答概率=1/4，理論上全呼詢問4次之后，飛機應會被叫到。如果有飛機會在概率算法作用下，在多次呼叫之后也不應答無法捕獲時，雷達就會使用II=0進行補充捕獲，這個II=0的全呼只有未獲取未鎖定的飛機會應答。PR字段和II=0規則的設定，保證了在竄擾嚴重的地區，更準確傳遞信息，捕獲目標，又盡可能地不產生竄擾。

以前文內容為基礎，有助于理解下面S模式雷達的一般工作過程：

①雷達發送UF11（全呼），飛機收到后解讀II（SI），向雷達發送DF11（見圖6），鎖定站址。

②雷達接收到DF11（見圖6），解讀出飛機24位地址（AA）并進行奇偶校驗，然后根據CA（能力值）確定下一步動作（開始選呼）。

圖6? DF11數據格式

③CA=0，表示這是水平1收發機，僅能用于監視，于是向它發送UF4，UF5（56位）。飛機解碼后要驗證AP、II（SI）信息，才進行應答。應答格式為DF4、DF5，該格式只能獲取高度、二次代碼、飛機24位地址碼等信息。

④CA=4、5、6、7時，雷達向飛機發送UF20、UF21（見圖7），它們會向飛機索取高度、二次代碼，還會發送BDS請求;BDS1碼（高4位）在RR字段后4位中定義，當DI=7時，BDS2碼（低4位）在SD字段RRS子段中定義，如果沒有指定BDS2碼，則為0。

⑤飛機收到UF20、UF21，驗證AP、II（SI）信息后，才進行應答。應答格式為DF20、DF21（見圖8）。雷達從UF20、UF21中可獲得二次代碼和高度信息，還可從MB碼段中獲取BDS請求相對應的信息。Selex雷達能夠獲取BDS（1，0），BDS（1，7），BDS（2，0），BDS（4，0），BDS（5，0），BDS（6，0）的信息。具有獲取這些BDS信息能力的雷達，即為增強型S模式雷達。飛機上BDS有256個（編號00～FF），具體的定義可見ICAO附件10第三卷的表5-24。雷達獲取這些信息，可以更好地掌握飛行器的動態，有助于航跡的形成和預判下一周期飛機可能的位置，還能通過CAT34/48報文向管制席位發送這些信息，供空地一致性工具使用。

注：BDS（1，0）數據鏈能力報告，BDS（1，7）通用GIGB性能報告，BDS（2，0）航空器識別，BDS（4，0）選擇垂直目的，BDS（5，0）追蹤和提交報告，BDS（6，0）飛行高度和速度報告。

⑥選呼之后是失鎖（分兩種情況：roll call沒應答，目標沒在原來預判的位置或被干擾，叫不到要重新定位;或按照規則，鎖定時間到了，應答機自動解鎖），重新開始全呼，周而復始，整個問答過程嚴格遵守既定規則。

3 Selex二次雷達增強型S模式參數設置

具體Selex二次雷達增加型S模式參數如圖9所示，在RCP軟件上進行。

表中各參數定義為：BDS Code，BDS代碼;RD（Reply destination），回答目的;PC（Periodicity constraint）周期限制;OVR（Request override），請求覆蓋;EN（Enable/Disable），使能;BDS Req： BDS詢問圈數限制;Periodicity：周期。注意：EN必須勾上，BDS req=0（持續詢問），Periodicity=0（0為每次天線掃描都詢問，設為N則每隔N圈問一次）。如果設置時RCP出現告警，說明雷達RPCM模塊的軟件版本較低，需要升級。

在設置好BDS詢問功能后，還要按用戶的需求，把相應的雷達信號輸出端口設置成34/48格式輸出。操作方法如下：先按程序關閉RPCM，再通過雷達RCP電腦，使用FTP登錄軟件逐個訪問單通道RPCM，登錄成功后，尋找路徑home-->sirs-->TRKH-->SCP目錄，修改TRACKER_SCP_FILE.dat， TRACKER_SCP_FILE.dat.0，TRACKER_SCP_FILE.dat.1三個文檔中的153（230）行（見圖10），即SCP_ENABLE_ASTERIX=ai=0，2，1，1，1，2，1，1，1，1，1，第1個0不動，后面的10個數字分別對應10個端口的輸出，其中0=NO asterix，1=asterix 01-02，2=asterix 34-48，把需要改的端口設成2，修改完成后保存文件。

圖11可以看到二次雷達增強模式的效果。圖是從SMR軟件的目標顯示中隨機截下來，從圖中可直觀看到目標代碼為2445，S模式代碼780F72，航班號，以及BDS（1，0），BDS（1，7），BDS（2，0），BDS（4，0），BDS（5，0），BDS（6，0）相應數值碼串。在實際觀察中，飛機應答機能力差異很大，各種應答機都有。從數量上簡單統計：只具備A/C模式功能的應答機數量稀少，觀察較長時間才能發現一個;只提供S模式地址碼，不提供任何BDS信息的應答機數量也不多;大多數應答機能提供完全BDS的信息，在這種應答機支持下，二次雷達增強模式才能發揮作用。

桂林Selex二次雷達使用增強型S模式詢問獲得相應BDS信息，再把它們用34/48報文送至相應管制終端后，管制部門就可以使用相應的空地一致性告警相關應用工具對飛機進行管控。其典型應用如下，管制對一架飛機發出指令，如讓它升到6000m，如果它并沒有按指令執行或上升到其他高度（如7000m），自動化系統就會發出告警提醒管制員（該項操作的前提是，此飛機的應答機必須支持增強型S模式詢問）。該項功能使管制員不必分配過多精力去關注指令執行情況，減輕了管制員的工作負擔，降低了工作繁忙時由于人員疏忽帶來差錯的可能性，有效地提升了飛行安全。

【參考文獻】

【1】ICAO國際民航公約附件10-航空電信（第三卷）[EB/OL].https：//www.doc88.com/p-3837325420069.html，2019-10-31.

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【3】張尉.二次雷達原理[M].北京：國防工業出版社，2007.