二次雷達S模式綜述

二次雷達S模式綜述摘要：在空管領(lǐng)域使用的A/C型二次雷達在一定程度上暴露出許多問題，因此歐美國家開發(fā)了S模式二次雷達，它正在逐漸取代傳統(tǒng)的A/C模式二次雷達。本文介紹了S模式的工作機制；在S模式下，詢問信號和響應(yīng)信號的格式、意義；S模式二次雷達的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：空中交通管制；二次雷達；S模式；應(yīng)用；綜述刖言隨著空中交通流量的增加，傳統(tǒng)的A/C模式無法滿足空中交通管制（ATC）的要求。A/C模式的碼數(shù)只有4096個，容易受到干擾和交叉。因此，美國林肯實驗室進行了先進雷達審訊系統(tǒng)的研究工作，即“DABS”項目；與此同時，英國的研究機構(gòu)也獨立開展了類似的工作，稱為“ADSEL”項目。這兩個項目的結(jié)果已經(jīng)合并成一個項目，聯(lián)邦航空局已經(jīng)將其命名為S模式。S模式已被國際民航組織接受為二次監(jiān)視雷達的行業(yè)標準。二次雷達二次雷達（SSR）是相對于一次雷達而言的。二次雷達發(fā)射詢問信號，然后接收到應(yīng)答機的回復(fù)信號，地面雷達收到這個信號后，通過信號處理，得到飛機的應(yīng)答機代碼、高度、位置和距離等信息。民用二次雷達的傳統(tǒng)模式為A/C模式，在A/C模式下，二次雷達目標數(shù)增加到一定程度時，會暴露出如：缺少回答信號及干擾等問題。從而使得雷達信號中包含的數(shù)據(jù)混亂和不確定。為了滿足日益增長的空中交通需求，英國、美國針對二次雷達的問題，研制了S模式雷達和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，以提高空中交通管制的能力。S模式空管二次雷達系統(tǒng)工作原理二次雷達的工作模式多種多樣，主要是根據(jù)編碼方式的不同來區(qū)分?，F(xiàn)如今，我們都是根據(jù)國際的規(guī)定來進行劃分，目前常用的為A（獲取目標航管編號）、C（獲取目標氣壓高度信息）兩種模式。詢問格式又叫做上行格式，用UF（UPLINKFORMAT）表示，應(yīng)答格式又稱之為下行格式，用DF（DOWNLINKFORMAT）表示。下行格式有DF4、DF5、DF11、DF20、DF21、DF24等，其中格式4和5用于上行或下行短消息（56位）監(jiān)視、高度、識別，20和21用于上行或下行標準長度信息（11位）通信A/B、高度、識別，11用于上行或下行純S模式全呼叫。24用于上行或下行擴展長度信息通信C和通信D（S模式目前沒有使用）。模式二次雷達的詢問應(yīng)答流程：S模式二次雷達的詢問應(yīng)答流程如下：在雷達覆蓋范圍內(nèi)有飛機進入時，S模式全呼叫（UF11）將被二次雷達發(fā)射，此時飛機可以接受到響應(yīng)的訊息。在此次的呼叫中，全呼叫詢問地址碼和詢問器代碼信息會產(chǎn)生作用，從而應(yīng)答機通過飛機24位地址信息和詢問器代碼確認信息來進行應(yīng)答，在雷達解碼后，則鎖定該飛機的地址碼。S模式空管二次雷達詢問和應(yīng)答信號格式4.1詢問器代碼的功能和類別S模式詢問信號頻率為1030±0.2MHz，為了與原有的A/C模式兼容，S模式的詢問對象包括A/C模式應(yīng)答機和S模式應(yīng)答機，其呼叫方式分為以下3種：（1） ModeA/C全呼詢問，P4為全呼脈沖，寬度為0.8卜時表示ModeA/C全呼。P1和P3脈沖寬度為0.83，間隔8.03為A模式詢問，應(yīng)答為12位的身份代碼；間隔21.03為C模式詢問，應(yīng)答為飛機氣壓計高度；S模式的應(yīng)答機對該詢問不作應(yīng)答。P2脈沖的位置固定，為旁瓣抑制脈沖，P2用全向天線輻射，P1、P3脈沖用定向天線輻射，在定向天線的主瓣內(nèi)，P1、P3比P2大，而在定向天線的旁瓣內(nèi)，P2比P1、P3大，當主瓣內(nèi)的P1、P3脈沖比P2脈沖大9dB以上時，應(yīng)答機才應(yīng)答，而旁瓣詢問信號不予應(yīng)答，從而減少了應(yīng)答信號接收機的干擾。（2） MODEA/C/S全呼詢問，詢問格式同上，但P4脈沖寬度為1.6卜。此時A/C和S模式的應(yīng)答機均要應(yīng)答，其中S模式的應(yīng)答信號包含飛機的身份標志（FlightIdentity）和24位地址信息。FlightID是8個字符的標記，由飛行員每次起飛前輸入，與飛機的地址一起用于ATC（AirTrafficControl）監(jiān)視。（3） S模式編碼詢問，這種詢問只針對S模式應(yīng)答機，非S模式應(yīng)答機不予應(yīng)答。在P2脈沖后是一個長脈沖P6,用其傳輸上行數(shù)據(jù)，其脈寬為16.25或者30.253（對應(yīng)56bit和112bit數(shù)據(jù)）。P6以DPSK方式調(diào)制，其中二進制1代表相位變化180°，而0代表相位沒有變化，反相位置的間隔為0.253，從而產(chǎn)生4MHz的數(shù)據(jù)比特率。采用DPSK擴譜信號可以提高詢問信號的抗干擾能力。P6以外的脈沖采用脈沖幅度調(diào)制。P6脈沖前沿后1.253處有一個固定的同步反相信號，應(yīng)答機以該信號作為詢問數(shù)據(jù)解碼的同步信號和發(fā)射應(yīng)答信號的時間基準，詢問機以該信號為基準測量目標應(yīng)答信號到達的時間差，并進一步計算出目標距離。4.2應(yīng)答信號格式航空器上的應(yīng)答機在收到詢問信號以后以1090±3MHz的頻率發(fā)送應(yīng)答信號，由于收發(fā)頻率不同，也稱應(yīng)答機為異頻收發(fā)機，轉(zhuǎn)發(fā)延遲在303左右。隨著航空電子設(shè)備性能的提高，國際民航組織已將發(fā)射頻率的標準調(diào)整為1090±1MHz。應(yīng)答信號前8.03為導(dǎo)前脈沖，其位置固定，后面為56bit或112bit的數(shù)據(jù)，每位數(shù)據(jù)脈沖時寬為13，采用脈位調(diào)制，前半部分發(fā)脈沖代表“1”，后半部分發(fā)脈沖代表“0”。這種編碼稱為曼切斯特編碼，保留了同步信息并具有一定的抗干擾能力，因為干擾不能在一個位置抑制一個脈沖而在相鄰位置插入一個脈沖。S模式空管二次雷達監(jiān)視的功能優(yōu)勢目前，S模式二次雷達也正在逐步取代傳統(tǒng)的A/C模式二次雷達，成為主流的空中交通管制手段。S模式二次雷達是在A/C模式二次監(jiān)視雷達系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它對A/C模式有著兼容和改進兩方面的進展。在二次雷達中的S模式有著如下的技術(shù)要點和優(yōu)勢：（1） S模式監(jiān)視使用的單脈沖功能使空中交通管制雷達信標系統(tǒng)（ATCRBS）在減少查詢次數(shù)的同時改進了目標定位性能。ATCRBS查詢和回答次數(shù)的減少則改善了射頻（RF）干擾環(huán)境。（2） 即便飛機距離非常相近，S模式也能通過自身的查詢定時功能來進行準確判斷，而且有效地避免了彼此之間的干擾。（3） 空對地和地對空的通信都可以通過S模式的數(shù)據(jù)鏈來實現(xiàn)。在航空領(lǐng)域中，有許多飛行領(lǐng)域非常密集，為了確保飛行的安全，使用S模式數(shù)據(jù)鏈可以更好的規(guī)劃行路線，幫助航空員準確的定位，減少誤差，減少經(jīng)濟成本。6結(jié)束語目前，S模式二次雷達的優(yōu)勢已經(jīng)引起雷達技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)注，其獲取的信息量逐步增加，功能和技術(shù)的成熟度也越來越先進。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，S模式二次雷達的建設(shè)使用，會給我國乃至世界帶來更大的經(jīng)濟利益和更好的社會效益。參考文獻：王洪，劉昌忠，汪學剛.二次雷達S模式綜述[J].電訊技術(shù)，2008（07）：113-118.王亞濤.空管二次雷達S模式詢問機目標捕獲與