S模式雷達(dá)的特點(diǎn)

1、2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹二次雷達(dá)發(fā)展背景：二次雷達(dá)發(fā)展背景：二次大戰(zhàn)期間，為了達(dá)到自我識(shí)別和飛機(jī)定位的目的，產(chǎn)生了二次雷達(dá)。二次雷達(dá)和相應(yīng)的應(yīng)答機(jī)不斷發(fā)展。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹運(yùn)行模式：運(yùn)行模式：lA模式 飛行器有4096種編碼lC模式 A+ 模式 高度編碼，100英尺采樣2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹A/C模式的缺點(diǎn)：模式的缺點(diǎn)：信息量已滿足不了要求。異步干擾：隨著流量的增加，異步干擾增加，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的假目標(biāo)。同步串?dāng)_。捕獲/沉默時(shí)間2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹S模式的解決方法：模式的解決方法：l給每架飛行器一個(gè)唯一的識(shí)別碼：24位

2、地址碼。l選擇性詢問：有選擇性地進(jìn)行詢問以 尋址每架唯一的飛機(jī)而無需在整個(gè)天 線波瓣內(nèi)進(jìn)行廣播詢問。減少同步串 擾。l不但能進(jìn)行監(jiān)視（如輸出飛機(jī)方位），同時(shí)也具有數(shù)據(jù)鏈的功能。數(shù)據(jù)鏈只能建立于通過監(jiān)視處理而確立航跡的飛機(jī)于雷達(dá)之間。l增強(qiáng)型中的上行鏈路/下行鏈路：管制員訪問參數(shù)/系統(tǒng)訪問參數(shù)。l向下兼容2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹l為能提供二次雷達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)功能，ICAO對(duì)S模式下的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化：使用S模式數(shù)據(jù)鏈功能的地空數(shù)據(jù)網(wǎng)應(yīng)與ATN網(wǎng)兼容。但同時(shí)該數(shù)據(jù)鏈也能提供非ATN網(wǎng)的服務(wù)。 * ATN : Aeronautical Telecommunications Networ

3、k2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹詢問格式詢問格式l 交互模式（Intermode）詢問：A/C/S全呼詢問模式2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹S模式詢問脈沖模式詢問脈沖l 模式S詢問2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹P1-P2 為模式S詢問的前導(dǎo)脈沖（Preamble pulse）脈沖。老系統(tǒng)的應(yīng)答機(jī)把它看成旁瓣詢問指令，在P2之后形成35us的抑制時(shí)間。P5 脈沖通過控制通道發(fā)射，用于詢問旁瓣抑制。P5脈沖采用幅度調(diào)制，時(shí)間上和同步相位反轉(zhuǎn)重疊。P6數(shù)據(jù)脈沖（數(shù)據(jù)塊），寬度為16.25s 或30.25s，分別包含56 或112 位詢問信息。調(diào)制方式采用差動(dòng)移相鍵控（D

4、PSK），速率為4Mbps，每個(gè)數(shù)據(jù)片位（chip）是0.25微秒。P6的第一個(gè)相位反轉(zhuǎn)（phase reversal）位置距P6脈沖前沿1.25 us，稱同步相位反轉(zhuǎn)。（sync-phase reversal）。作用是回答定時(shí)參考基準(zhǔn)并與應(yīng)答機(jī)時(shí)鐘同步，同時(shí)作為DPSK譯碼開始 。在P6脈沖下降沿之前0.5微秒是保護(hù)間隔（guard interval）。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹DPSK編碼規(guī)則：當(dāng)相鄰片位之間相位變化180時(shí)表示二 進(jìn)制的邏輯1，相鄰片位之間相位無變化 時(shí)表示二進(jìn)制的邏輯0。0001011110002011年5月S模式原理介紹模式原理介紹S模式詢問脈沖模式詢問

5、脈沖l 詢問脈沖參數(shù)應(yīng)滿足下表要求(單位s)：2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹模式模式S 應(yīng)答編碼格式應(yīng)答編碼格式2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹模式S 應(yīng)答頻率為10901MHz。模式S 應(yīng)答由4 個(gè)導(dǎo)前脈沖和56 或112 位應(yīng)答數(shù)據(jù)塊組成，應(yīng)答數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制脈沖位置調(diào)制方式，脈沖出現(xiàn)在前半段時(shí)代表“1”，出現(xiàn)在后半段時(shí)代表“0”。模式S 應(yīng)答的第一個(gè)導(dǎo)前脈沖與后續(xù)的三個(gè)導(dǎo)前脈沖的間隔分別為1、3.5 和4.5s。模式S 應(yīng)答中任意兩個(gè)脈沖的幅度變化不能超過2dB。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹模式S 應(yīng)答脈沖參數(shù)2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)

6、塊 詢問和回答數(shù)據(jù)塊各有相對(duì)應(yīng)的25種上行（UP）和下行（DF）格式 。目前國際民航組織規(guī)定了其中的8種。格式0和16用于空對(duì)空監(jiān)視屬于空中碰撞回避系統(tǒng)（air collision avoidance system）ACAS。格式11是模式S全呼。格式4和5用于監(jiān)視。格式20和21用于監(jiān)視和地-空通信。格式24是擴(kuò)展長度信息（extended length message）ELM通信。2011年5月上行格式下行格式位數(shù)作 用UF=0DF=056短 空-空監(jiān)視（ACAS） UF=4DF=456監(jiān)視，高度請(qǐng)求（UF）/高度回答（DF） UF=5DF=556監(jiān)視，識(shí)別請(qǐng)求（UF）/識(shí)別回答（DF）

7、UF=11DF=1156僅模式S全呼 UF=16DF=16112長 空-空監(jiān)視（ACAS） UF=20DF=20112comm-A, 高度請(qǐng)求（UF）/comm-B,高度回答（DF） UF=21DF=21112comm-A, 識(shí)別請(qǐng)求（UF）/comm-B,識(shí)別回答（DF） UF=24DF=21112Comm.-C，LEM（UF）/ Comm.-D，LEM（DF） 2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹模式S 上行詢問格式模式S 上行詢問格式見下表，共有25 種上行詢問格式2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹模式S 下行應(yīng)答格式模式S 下行應(yīng)答格式

8、見下表，共有25 種下行應(yīng)答格式。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹模式模式S S監(jiān)視監(jiān)視地面站已經(jīng)建立了管制空域的模式S詢問的文件，即已經(jīng)知道飛機(jī)的地址碼和近似的位置。在確定詢問的前幾個(gè)扇區(qū)調(diào)出文件，按飛機(jī)的距離，和對(duì)每架飛機(jī)的數(shù)據(jù)鏈的通行要求，編制詢問程序。在一次掃描中詢問一個(gè)或多個(gè)模式S應(yīng)答機(jī)。每次詢問成功，用新的信息去更新原有的詢問文件。詢問不成功，在飛機(jī)駐留詢問天線波束期間，詢問機(jī)可以自行進(jìn)行第二次詢問。 2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹詢問方式詢問方式l 詢問時(shí)間被分成了兩段：全呼（AC）和選呼（RC），這兩種詢問方式是交替進(jìn)行

9、的。l 全呼詢問可以采用模式A/C/S全呼（交互模式詢問的長P4）和模式S全呼（上行格式UF=11）兩種方法。l 在全呼周期內(nèi)，雷達(dá)將詢問所有的飛機(jī)以識(shí)別它們，同時(shí)獲取它們的S模式地址碼。一旦取得各飛機(jī)的地址碼，雷達(dá)將對(duì)相應(yīng)的飛機(jī)進(jìn)行選擇詢問，而在選呼狀態(tài)下的飛機(jī)將不應(yīng)答全呼詢問。l 為使多路雷達(dá)捕獲同一飛機(jī)，每臺(tái)雷達(dá)將被賦予一個(gè)II編碼 (Interrogator Identifier Code)。此編碼將置于全呼詢問中，每套雷達(dá)用此編碼來鎖定某架飛機(jī)，但只有15II編碼以供同時(shí)使用。 2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹選擇性詢問選擇性詢問A類型模式B類型模式All CallAll C

10、allAll CallRoll CallRoll CallRoll CallTACTACTACTRCTRCInterrogationsS, AS, AS, CSSSTRCAll CallAll CallRoll CallTACTACTRCInterrogationsS, AS, AS, CSSS, CAll CallAll CallRoll CallTACTACTRC2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹S模式的全呼叫、滾動(dòng)呼叫與選擇呼叫：模式的全呼叫、滾動(dòng)呼叫與選擇呼叫：2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹模式模式A/C/SA/C/S全呼（交互模式詢問的長全呼（交互模式詢問的長P4P4

11、）模式A/C/S全呼詢問回答：接收包含飛機(jī)地址的全呼回答（DF=11）詢問：監(jiān)視詢問UF=4或5或20或21的上行格式詢問?；卮穑簡?dòng)應(yīng)答機(jī)的非選擇鎖定定時(shí)器，鎖定狀態(tài)保持18秒一個(gè)周期。由詢問刷新。 2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹非選擇性（非選擇性（non-selectivenon-selective）協(xié)議的適用條件）協(xié)議的適用條件地面詢問機(jī)沒有與其它模式S地面詢問機(jī)有重疊的覆蓋。通過通訊網(wǎng)絡(luò)，保證只有一個(gè)詢問機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)與空中飛機(jī)的通訊。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹非選擇性（非選擇性（non-selectivenon-selective）協(xié)議）協(xié)議應(yīng)答機(jī)一旦鎖定，就

12、不再響應(yīng)地面站對(duì)它的全呼詢問?？梢詼p少地空之間的同步竄擾 多站覆蓋環(huán)境，非選擇性鎖定防礙尚未捕獲該目標(biāo)的地面站對(duì)它的全呼捕獲。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹模式模式S S全呼詢問（全呼詢問（UF=11UF=11）詢問UF=11 。II（interrogator identifier）字段報(bào)告地面站的站址。如果應(yīng)答機(jī)不處于指定站址鎖定狀態(tài)，回答DF=11，報(bào)告飛機(jī)地址碼和數(shù)據(jù)鏈能力。同時(shí)鎖定站址，拒絕其全呼詢問。應(yīng)答機(jī)有15個(gè)站址鎖定定時(shí)器，編號(hào)從1到15 ，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)地面站進(jìn)行站址鎖定。DF=11的AP字段是站址和飛機(jī)地址的編碼，提供站址的詢問機(jī)可以接收該回答。一旦建立鎖定關(guān)系，

13、拒絕任何全呼詢問。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹隨機(jī)捕獲：隨機(jī)捕獲：模式S的鎖定能使目標(biāo)捕獲的同步串?dāng)_最少，但不能完全消除。用增加所要捕獲目標(biāo)的時(shí)間來分解空中串?dāng)_目標(biāo) 。在模式S全呼詢問（UF=11）的PR（回答概率）字段置小于1的回答概率。 回答概率可以根據(jù)竄擾情況自動(dòng)調(diào)整。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹覆蓋管理覆蓋管理重疊區(qū)模式S飛機(jī)如何管理？如何將模式S的地址轉(zhuǎn)移到鄰近的地面站？2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹對(duì)于一個(gè)孤立的地面站的覆蓋管理對(duì)于一個(gè)孤立的地面站的覆蓋管理監(jiān)視管理簡單。詢問機(jī)提供監(jiān)視和數(shù)據(jù)鏈服務(wù)。詢問機(jī)鎖定模式S飛機(jī)使之拒絕全呼回答。2011年5

14、月S模式原理介紹模式原理介紹多站情況下的覆蓋管理多站情況下的覆蓋管理使用網(wǎng)絡(luò)管理功能。網(wǎng)絡(luò)管理是基于預(yù)先存儲(chǔ)在每個(gè)站的地圖，它規(guī)定了每個(gè)空域詢問機(jī)應(yīng)當(dāng)履行的職責(zé)，管理本地站的全部活動(dòng)： 1.目標(biāo)保持航跡 2.管制移交2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹重疊覆蓋重疊覆蓋為了保證對(duì)模式S飛機(jī)監(jiān)視和數(shù)據(jù)鏈服務(wù)的連續(xù)性，飛機(jī)應(yīng)當(dāng)保持同時(shí)處于至少兩個(gè)站的模式S詢問之下 ，一旦一個(gè)地面站/飛機(jī)的鏈路失去聯(lián)系以便由另一個(gè)提供即時(shí)的支持。處于兩個(gè)（或多個(gè)）地面站模式S詢問時(shí),應(yīng)由對(duì)該飛機(jī)負(fù)有管制責(zé)任的空中交通管理機(jī)構(gòu)指定一個(gè)主導(dǎo)站，完成全呼鎖定；數(shù)據(jù)鏈讀出；擴(kuò)展長度信息（ELM）處理等。 2011年5月S

15、模式原理介紹模式原理介紹監(jiān)視協(xié)同功能：監(jiān)視協(xié)同功能：l目的在于成立一個(gè)雷達(dá)群（集群），允許共享飛行器的信息。l集群內(nèi)的雷達(dá)可使用同一II編碼。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹監(jiān)視協(xié)同功能：監(jiān)視協(xié)同功能：l所有雷達(dá)都通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 并直接交換數(shù)據(jù)。l每臺(tái)雷達(dá)都知道相鄰區(qū)的 覆蓋范圍。l當(dāng)一架飛行器進(jìn)入雷達(dá)的 覆蓋區(qū)內(nèi)，這臺(tái)雷達(dá)通知 相鄰雷達(dá)。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹移交：移交：入網(wǎng)的地面站之間通過公用的地-地?cái)?shù)據(jù)通信網(wǎng)傳 送通過監(jiān)視邊界的飛機(jī)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管制移交。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹EHS：增強(qiáng)型監(jiān)視：增強(qiáng)型監(jiān)視lS模式應(yīng)答機(jī)具有256個(gè)稱作BDS（Co

16、mm B Data Selector傳輸數(shù)據(jù)選擇器）的寄存器。每個(gè)寄存器都有56位長度，且詢問機(jī)對(duì)此隨時(shí)可讀。這些寄存器存有飛機(jī)的各項(xiàng)信息：飛行速度，朝向，滾動(dòng)角，軌跡角，天氣信息，識(shí)別碼及ACAS（Airborne Collision Avoidance System防撞系統(tǒng)）信息等。l這主要是為了增加常規(guī)目標(biāo)報(bào)告的信息量，且部分BDS信息屬監(jiān)視處理的一部分，故這些BDS稱為增強(qiáng)的監(jiān)視信息。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹EHS：增強(qiáng)型監(jiān)視：增強(qiáng)型監(jiān)視l 優(yōu)點(diǎn)： 空中姿態(tài)更清楚。 降低了ATC的工作量。 安全性增強(qiáng)。l 基于安全的原因，每臺(tái)雷達(dá)對(duì)所有目標(biāo)都進(jìn)行常規(guī)增強(qiáng)監(jiān)視以獲取相應(yīng)的BDS信息，同時(shí)值得注意的是這些BDS信息也用于加強(qiáng)雷達(dá)本身的錄取處理能力。l 此增強(qiáng)的監(jiān)視功能可應(yīng)用于GICB (Ground Initiated Comm B)，故把其當(dāng)成一地空數(shù)據(jù)鏈。2011年5月S模式原理介紹模式原理介紹數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)鏈lS模式的數(shù)據(jù)鏈又可定義成兩個(gè)級(jí)別：l第一級(jí)別包含一臺(tái)詢問機(jī)與一臺(tái)應(yīng)答機(jī)間的通信，它能提供兼容數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)，其速率可達(dá)1280BITS，另還可提供三項(xiàng)額外的服務(wù)：上傳廣播服務(wù)，它使詢問機(jī)對(duì)所用波瓣內(nèi)的飛機(jī)發(fā)送8