DLD-100C型空管二次雷達(dá)的性能分析

摘要：該文介紹了DLD-100C型空管二次雷達(dá)的主要性能指標(biāo)，首先介紹了空管二次雷達(dá)的技術(shù)原理和工作方式；然后詳細(xì)說明國產(chǎn)化空管二次雷達(dá)的系統(tǒng)組成和主要部件功能；最后在實(shí)際雷達(dá)架設(shè)現(xiàn)場利用校飛飛機(jī)對雷達(dá)性能進(jìn)行評估與驗(yàn)證，校飛結(jié)果滿足雷達(dá)性能指標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：二次雷達(dá)；性能；校飛

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.12.039

中圖分類號：TN 958.96" " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）12-0-03

Performance Analysis of DLD-100C Air Traffic Control Secondary Radar

WANG Qingguo

（Nanjing Nriet Industrial Co.， Ltd.， Nanjing 210013， China）

Abstract： This article introduces the main performance indicators of the DLD-100C air traffic control secondary radar. Firstly， the technical principle and working mode of the air traffic control secondary radar are introduced， and the system composition and main component functions of the domestically produced air traffic control secondary radar are detailed. Finally， the radar performance is evaluated and verified using a calibration aircraft at the actual radar installation site， and the calibration results meet the requirements of the radar performance indicators.

Keywords： secondary radar; performance; school flight

二次雷達(dá)作為現(xiàn)代空中交通管制系統(tǒng)中的重要組成部分，極大地改善了空中管制環(huán)境，提高了管制效率[1-2]。相比于傳統(tǒng)的A/C模式二次雷達(dá)，S模式二次雷達(dá)具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性，它通過飛機(jī)唯一指定的24位地址碼選擇性詢問及概率應(yīng)答的方式，降低了詢問頻率，可以減少異步干擾和同步竄擾的發(fā)生，擴(kuò)展了空域監(jiān)視容量[3-4]。中國民航長期使用進(jìn)口雷達(dá)，執(zhí)行民航機(jī)場航路監(jiān)視和管制區(qū)內(nèi)目標(biāo)監(jiān)視任務(wù)。隨著國產(chǎn)化設(shè)備的進(jìn)步，越來越多的國產(chǎn)雷達(dá)開始布網(wǎng)，為中國民航提供穩(wěn)定可靠的信號供管制服務(wù)。

1" "二次雷達(dá)組成

DLD-100C型空管二次雷達(dá)由天線系統(tǒng)、天線基座系統(tǒng)、詢問機(jī)（包括饋線分系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、組合電源、信號處理、數(shù)據(jù)處理）等組成。

1.1 天線系統(tǒng)

天線采用大垂直孔徑陣列形式，由箱體、俯仰調(diào)整機(jī)構(gòu)、列饋、饋線網(wǎng)絡(luò)和反射桿等組成。列饋和反射桿固定在箱體表面上，饋線網(wǎng)絡(luò)安裝在箱體內(nèi)部。

天線的正面是35條等間距排列的列饋（每條列饋包括11個(gè)印刷振子單元）和反射桿，天線背面是1條背饋，位于天線背面中心。支座安裝在箱體下面，上面設(shè)有俯仰調(diào)整機(jī)構(gòu)，由絲桿、刻度盤組成，可以對天線俯仰進(jìn)行-6～+10°的機(jī)械調(diào)整。

饋線網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)1/8功分器以及中心網(wǎng)絡(luò)，裝在天線箱體內(nèi)，饋線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通過電纜相互連接。

1.2 天線基座系統(tǒng)

天線基座系統(tǒng)由天線座系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對天線的支承和對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，控制天線按設(shè)定的轉(zhuǎn)速360°全方位旋轉(zhuǎn)，同時(shí)完成軸角變換并實(shí)時(shí)輸出方位增量、方位正北信號。

天線座系統(tǒng)由一體化電機(jī)減速機(jī)、離合器、轉(zhuǎn)臺、滾動軸承、旋變、方位鎖定裝置、檢測系統(tǒng)等組成。

雷達(dá)伺服系統(tǒng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)，按功能分為天線驅(qū)動和軸角變換兩大部分。天線驅(qū)動部分由主控單元、驅(qū)動單元、本控單元、執(zhí)行單元組成；軸角變換部分主要由雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器、軸角模數(shù)變換器組成。

1.3 詢問機(jī)

二次雷達(dá)詢問機(jī)主要由饋線分系統(tǒng)（切換開關(guān)、饋線組合、高頻電纜）、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、組合電源組成，天線系統(tǒng)與詢問機(jī)之間通過高頻低損耗電纜連接，錄取器（信號處理、數(shù)據(jù)處理）與詢問機(jī)之間通過低頻信號電纜相互通信。

（1）饋線系統(tǒng)主要有射頻切換單元、饋線組合和高頻電纜組成。射頻轉(zhuǎn)換單元采用機(jī)械雙刀雙擲開關(guān)實(shí)現(xiàn)；饋線組合主要由Σ、Ω兩路環(huán)行器收發(fā)開關(guān)，Σ、Ω、Δ三路濾波器等組成，環(huán)行器收發(fā)開關(guān)采用鐵氧體環(huán)行器方案，濾波器采用微帶電路實(shí)現(xiàn)；高頻電纜采用螺紋低損耗同軸電纜。

（2）發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)由4個(gè)全固態(tài)功率放大組件組成，分別為A路Σ發(fā)射機(jī)和Ω發(fā)射機(jī)，B路Σ發(fā)射機(jī)和Ω發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)完全一致，可以互換。

（3）接收機(jī)由三通道接收通道、頻綜模塊、自檢信號模塊、激勵源、接口及BITE板組成。

（4）電源系統(tǒng)主要輸出兩類電源：開關(guān)電源和低紋波線性電源。按組成可分為整流橋、EMI濾波器，以及相互獨(dú)立的5組DC/DC變換電路。每組電路包括DC/DC變換器、穩(wěn)壓電路和電源監(jiān)控電路等。電源監(jiān)控模塊包括監(jiān)控主板、采樣板、隔離板和CAN轉(zhuǎn)換器四個(gè)部分。

2" "二次雷達(dá)工作原理

2.1 A/C模式詢問

A/C模式詢問脈沖序列波形如圖1所示，詢問脈沖由2個(gè)對載波進(jìn)行幅度調(diào)制的脈沖P1、P3構(gòu)成。P1、P3脈沖間隔8 μs為A模式詢問，對應(yīng)于目標(biāo)的識別碼詢問；P1、P3脈沖間隔21 μs為C模式詢問，對應(yīng)于目標(biāo)的氣壓高度詢問，任何飛行器的機(jī)載應(yīng)答機(jī)收到二次雷達(dá)主波束發(fā)出的詢問信號，必須根據(jù)詢問模式做出相應(yīng)的應(yīng)答，二次雷達(dá)通過對應(yīng)答信號的解碼實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的監(jiān)視。

2.2 S模式詢問

S模式詢問脈沖序列波形如圖2所示，詢問脈沖由3個(gè)對載波進(jìn)行幅度調(diào)制的脈沖P1、P2和P6構(gòu)成，P6脈沖有長脈沖和短脈沖兩種形式，其內(nèi)部采用每秒4兆位的二進(jìn)制差分相位調(diào)制，即通過180°相位反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)載波的相位調(diào)制。短P6脈沖構(gòu)成S模式短詢問，長P6構(gòu)成S模式長詢問。

2.3 聯(lián)合模式詢問

S模式是在A/C模式基礎(chǔ)上升級的一種二次雷達(dá)工作模式，為了實(shí)現(xiàn)從A/C模式到S模式的平穩(wěn)過渡和升級，S模式還有一種兼容模式，即聯(lián)合模式詢問，其詢問脈沖序列波形由三個(gè)脈沖P1、P3、P4構(gòu)成，如圖3所示。該詢問模式的特點(diǎn)是在傳統(tǒng)A/C模式詢問信號P1、P3后面固定位置增加了一個(gè)幅度調(diào)制脈沖P4。根據(jù)P1、P3脈沖的間隔不同，聯(lián)合模式分為A模式聯(lián)合詢問和C模式聯(lián)合詢問兩種。

圖3 聯(lián)合模式詢問脈沖序列波形

3" "二次雷達(dá)主要技術(shù)指標(biāo)

二次雷達(dá)的技術(shù)指標(biāo)有：天線的駐波比、損耗；發(fā)射機(jī)功率、脈沖寬度、脈沖上升沿/下降沿；接收機(jī)的帶寬（3dB）、動態(tài)范圍、鏡像抑制、噪聲系數(shù)和靈敏度等。以上指標(biāo)可通過模擬測試進(jìn)行驗(yàn)證。而對于有些指標(biāo)，例如，威力覆蓋范圍、探測概率、距離精度、方位精度、假目標(biāo)概率、頂空盲區(qū)等需通過飛行校驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

4" "現(xiàn)場驗(yàn)證

以某DLD-100C型空管二次雷達(dá)站的飛行校驗(yàn)為例，校驗(yàn)飛機(jī)基本信息如下：機(jī)型為灣流C560，航班號為CFI073，A代碼為A2547，S模式地址碼為7806B2。

飛行校驗(yàn)科目有：水平覆蓋校驗(yàn)、旁瓣抑制校驗(yàn)、A模式代碼校驗(yàn)、頂空盲區(qū)校驗(yàn)、航線覆蓋校驗(yàn)、緊急代碼測試校驗(yàn)、C模式高度編碼校驗(yàn)等。

4.1 水平覆蓋校驗(yàn)

校驗(yàn)飛機(jī)保持高度5 700 m飛行，在距離雷達(dá)站37 km處做水平圓周飛行一周，飛行航跡如圖4所示。

由圖4可得出，在水平覆蓋測試過程中，校驗(yàn)飛機(jī)航跡平滑連續(xù)，沒有出現(xiàn)外推丟點(diǎn)情況。經(jīng)過目標(biāo)數(shù)據(jù)分析，探測概率為100%，方位精度是0.0471°，距離精度是3.15 m。使用RBAT（雷達(dá)信標(biāo)分析工具）對校飛數(shù)據(jù)進(jìn)行雷達(dá)性能詳細(xì)分析，并給出分析結(jié)果（RBAT是由FAA開發(fā)的一個(gè)工具軟件，它提供了評價(jià)二次雷達(dá)設(shè)備性能的標(biāo)準(zhǔn)方法與工具）。軟件計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

在圓周飛行過程中，與雷達(dá)站相同距離位置上未出現(xiàn)代碼相同的目標(biāo)，所有旁瓣均被控制波束覆蓋，未出現(xiàn)由旁瓣產(chǎn)生的假目標(biāo)。

在進(jìn)行航線覆蓋飛行校驗(yàn)時(shí)，由管制員指揮飛機(jī)依次改變二次代碼為0000、1000、1111、2222、3333、4444、5555、6666、7777，二次雷達(dá)能正確識別并穩(wěn)定顯示相應(yīng)代碼，與校驗(yàn)飛機(jī)設(shè)置完全吻合。

4.2 頂空盲區(qū)校驗(yàn)

校驗(yàn)飛機(jī)分別以4 800 m、6 300 m、7 500 m和9 800 m的高度穿越雷達(dá)的頂空，以測試?yán)走_(dá)頂空盲區(qū)。頂空盲區(qū)計(jì)算采用雷達(dá)探測的目標(biāo)點(diǎn)跡距離。頂空盲區(qū)飛行點(diǎn)跡圖如圖6所示。

設(shè)過頂飛機(jī)的氣壓高度是TH，雷達(dá)架設(shè)高度是RH，校驗(yàn)飛機(jī)點(diǎn)跡距離是R，如圖7所示，則雷達(dá)頂空盲區(qū)計(jì)算公式為θ=arcos（（T_H-R_H）/R）×（360/（2×3.1415926）） （1）

實(shí)測飛機(jī)頂空盲區(qū)飛行數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果如表1所示。

由以上數(shù)據(jù)分析計(jì)算得出，平均頂空盲區(qū)是64.152°。

5" "結(jié)束語

本文以現(xiàn)場實(shí)際架設(shè)的雷達(dá)為對象，通過飛行校驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證DLD-100C型國產(chǎn)二次雷達(dá)的威力覆蓋、方位精度、距離精度、探測概率、A模式代碼、C模式高度編碼、頂空盲區(qū)等，其結(jié)果滿足民航運(yùn)行要求，能夠?yàn)槊窈娇展芴峁┓€(wěn)定可靠的航跡數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王亞濤．空管二次雷達(dá)S模式詢問機(jī)目標(biāo)捕獲與監(jiān)視實(shí)施方案[J]．電訊技術(shù)，2010，50（7）：71-75．

[2] 田百全．S模式二次雷達(dá)特殊應(yīng)答分析及處理方法研究[J]．長江信息通信，2022（5）：68-71．

[3] 周水平．二次雷達(dá)S模式詢問與應(yīng)答研究[J]電子世界，2017（5）：57-58．

[4] 蘭鵬，曾一江，王凌．S模式地面二次監(jiān)視雷達(dá)及其關(guān)鍵技術(shù)分析[J]．電訊技術(shù)，2012（6）：840-845．