石家庄国际机场二次雷达天线电机监控系统设计及功能实现

研究Technology StudyI G I T C W 技术24DIGITCW2021.040 引言我国民航事业迅猛发展，航班量显著增长。

以云南管制区为例，随着昆明长水国际机场投入运行，旅客及货邮翻倍增加，云南空中管制安全保障压力日益增长。

在巨大的航班量和安全压力下，稳定可靠的雷达监视信号质量对管制部门就至关重要了。

目前，全国有22套西班牙INDRA 公司20 MP/L MODE-S 单脉冲二次雷达应用在空管系统，仅云南管制区就有3套。

对该雷达目标速度相关故障分析及排查，对类似问题排查可提供思路及借鉴。

1 I ndra 二次雷达目标速度跳变情况概述云南某雷达站Indra 二次雷达在S 模式和A/C 模式下均出现部分目标速度跳变情况，该站点切换雷达工作通道故障现象无改善。

雷达目标速度跳变范围从20 Nm/h 至1 200 Nm/h 随机出现，其中，个别雷达目标除航班速度跳变外，还出现目标分裂、位置倒退的情况。

如图1所示。

2 二次雷达目标速度测算原理航迹跟踪是基于天线扫描到扫描之间的航迹和点迹之间的相关处理实现的。

不断测量一个目标的位置，将点迹和航迹文件中的航迹进行相关处理，并进行平滑滤波，才能连成航迹[1]。

继而计算出目标的速度和航向，外推出航迹的未来位置，这一系列的处理称之为跟踪。

能够在天线不断扫描过程中对几十批或更多的目标实行跟踪，是边跟踪边扫描（Tracks-While-Scan ）系统的任务。

完成跟踪后，计算出目标速度。

简单理解为在一个更新周期（4 s ）内前后两个点之间的位移量（距离矢量）与更新周期（4 s ）的比值即为速度。

3 故障排查思路3.1 航迹跟踪处理部分排查根据二次雷达测速原理，首先排查航 迹跟踪处理相Indra 二次雷达速度跳变分析处理徐晓强（民航云南空管分局，云南 昆明 650200）摘要：通过对航管二次雷达速度构成要素入手，分析排除一例Indra 二次雷达速度跳变。

• 104•ELECTRONICS WORLD ・探索与观察浅谈二次雷达天线原理民航福建空管分局 陈 翰【摘要】二次雷达通常使用的是垂直大孔径天线，不同设备厂家所提供的雷达天线型号也是不尽相同。

但这些天线在工作原理上都大同小异，掌握其中通用的内容，就可以很快地学习不同厂家的天线。

【关键词】二次雷达；天线；垂直大孔径1.引言航管二次雷达是通过地面的询问机向航空器发射1030MHz 询问信号，安装有应答机的航空器接收到询问后回返回一个1090MHz 应答信号，雷达设备再接收应答信号来检测、识别目标的方位与距离。

2.二次雷达的工作原理二次雷达的信息交换，是通过将上行询问内容和下行应答内容进行脉冲编码来实现的。

按照ICAO 规范，传统空管二次雷达的询问模式共有6种，分别为1、2、3/A 、B 、C 、D 模式。

实际在民用航空中常用的是3/A 、C 两种模式。

这两种模式主要区别在于P1与P3的时间间隔不同。

P1~P3间隔是指P1和P3的0.5电平处脉冲前沿之间的间隔，其中3/A 模式下，间隔为8us ，C 模式下间隔为21us 。

P1、P2、P3的0.5电平脉冲宽度均为0.8us ，脉冲前沿宽度均为0.05~1us ，脉冲后沿均为0.05~0.2us 。

询问时，可以根据需要，只发射单一模式询问信号也可以各种模式交错询问。

3.天线基本理论天线的具体形式繁多，有多种分类方法，但是其中的基本理论，分析方法以及典型天线的工作原理与点特性却是相通的。

3.1 方向性函数天线的方向性函数是描写天线的辐射作用在空间的相对分布的数学表示式，方向图则是相应的图解表示。

场强振幅的归一化方向性函数定义为：式中，为天线在任意方向上的场强；为在最大辐射方向上的场强。

针对定向天线，它的方向图一般都呈现出花瓣状，而且都包含两个甚至多个波瓣：其中辐射方向上最大的瓣称为主瓣，剩余的瓣均被称为旁瓣或副瓣。

我们通常利用主瓣和副瓣的宽度来描写天线辐射处得能量的集中度。

对民航空管二次雷达系统安全运行的电磁环境分析民航空管二次雷达系统是一种用于航空交通管制的重要工具，它通过向飞机发送无线电波，并接收被飞机反射回来的信号来实现对飞机位置和飞行状态的监测。

在保证民航空管二次雷达系统安全运行的过程中，电磁环境分析具有重要意义。

本文将对民航空管二次雷达系统安全运行的电磁环境进行分析。

民航空管二次雷达系统需要在一定的频率范围内进行工作。

根据国际民航组织（ICAO）的相关规定，民航二次雷达的工作频率一般在1030-1090MHz的范围内。

在电磁环境分析中，需要考虑该频率范围内的干扰源情况。

可能存在的干扰源包括其他交通雷达系统、无线电通信设备、雷达干扰装置等。

这些干扰源可能会影响到民航空管二次雷达系统的正常工作，因此需要对干扰源进行监测和管理，以确保系统的安全运行。

民航空管二次雷达系统在工作过程中还需要考虑雷达信号的传播路径和传播损耗。

雷达信号的传播路径通常是水平传播，但也会受到地面效应和天气条件的影响。

地面效应包括地形、建筑物等因素，可能会导致信号的反射、衍射和散射，从而影响到雷达信号的强度和质量。

天气条件如大气湍流、降水等也会对雷达信号传播产生影响。

在电磁环境分析中，需要考虑地面效应和天气条件对雷达信号传播的影响，并采取相应的措施来抵消传播损耗，以确保雷达信号的可靠性和稳定性。

民航空管二次雷达系统还需要考虑与其他电磁设备的干扰问题。

在雷达系统的工作频率范围内，可能存在其他无线电设备的工作，如通信设备、导航设备等。

这些设备的工作信号可能会对雷达信号产生干扰，从而影响到雷达系统的工作效果。

在电磁环境分析中，需要对周边的电磁设备进行调查和评估，确保雷达系统与其他设备之间的工作协调性，避免干扰问题的发生。

民航空管二次雷达系统还需要考虑电磁环境中的无线电频谱管理问题。

根据相关规定，民航二次雷达系统的频谱使用需要遵守国家和国际的法律法规和标准。

在电磁环境分析中，需要对频谱使用情况进行监测和管理，确保民航二次雷达系统的频谱使用符合规定，并与其他无线电设备的频谱使用协调一致。

图1雷达头设系统配置图1AMS SIR-S雷达系统概述1.1系统介绍AMS SIR-S雷达系统采用单脉冲技术,使得测角精度大大提高,理论上分析一个雷达回波就可以确定目标的到达角,从而可以大大减少地面站的询问率,使得异步干扰进一步减少。

由于利用OBA信息和更为强大的计算能力,使得雷达录取时抗击假目标和同步干扰目标性能也大大提升,雷达的水平覆盖范围是0.5-256海里,垂直覆盖角度为0.25度—40度,检测概率不小于99%。

AMS SIR-S雷达系统包括天线Science&Technology Vision科技视界101Science &Technology Vision科技视界群,SIR-S 单脉冲二次监视雷达,双雷达头处理器(RHP),雷达维护监视席位,本地控制和监视系统,以及双以太局域网,其连接如图1所示。

1.2发射机单元发射机单元由两个发射机组成:一个为主发射机,也是和通道发射机;一个是辅发射机,也是控制通道发射机。

发射机采用全固态发射机,并且使用了插接式连接。

发射机输出功率衰减分为8个等级,从-12dB,以2dB 为步进,也可以完全关断输出功率。

输出功率可进行方位编程,每周扫描分为128个扇区,相应每个扇区为2.8度。

在每个扇区对P1-P3和P2的输出功率进行控制。

发射机具有BITE(built in test equipment)自检功能,可向RPCM 发送状态报告,并接受RPCM 控制,其检测可到达LRU (least replaceable unit)级别。

发射机的频率为1030MHz+0.01MHz;输出功率大于62dBm。

如图2为发射机单元原理方框图。

1.3接收机单元接收机采用全固态接收机,并且使用了插接式连接。

接收机单元包含三个匹配的对数通道,分别是Σ通道,Δ通道和Ω通道。

另外还包括了相位检测器。

三个通道各向RPCM 送出两路视频信号,向相位检测器送出一路视频信号。

DLD—100C型与DLD—100A型二次雷达的区别作者：郭井波文敏来源：《电子技术与软件工程》2016年第19期摘要2006年，长春龙嘉国际机场安装了我国民航系统使用的首套国产空管二次雷达。

该雷达是南京恩瑞特实业有限公司（中国电科十四所）研制生产DLD-100A型二次雷达，已连续运行10年。

随着长春龙嘉机场的航班成倍增多及空运能力的提高，对二次雷达的最大目标处理能力提出更高的要求，DLD-100A型二次雷达已经难以满足要求。

恩瑞特公司在2011年研制了新一代具有S模式的DLD-100C型二次雷达，并获得中国民航颁发的使用许可证。

针对两代雷达产品，本文着重介绍新一代二次雷达的产品相对上一代产品的优势及特点。

【关键词】DLD-100C型二次雷达功能提升维护便利 DLD-100A型二次雷达南京恩瑞特实业有限公司2011年研制了新一代具有S模式的DLD-100C型二次雷达，并获得中国民航颁发的使用许可证。

该雷达采用的大规模集成电路已经达到当代先进水平，且采用了当代最先进的处理架构，雷达系统的性能得到极大的提升，不仅目标处理能力、接收机灵敏度、在线状态监测等多项技术指标大大提高，而且由于二次雷达S模式的实现，提高了对密集目标的鉴别率和抗混淆能力，对日益增长的航空业务提供了强有力的技术保障。

由于设备集成度的提高，结构设计的改进，系统的可靠性也大大提升，同时设备的可操作性和可维修性得到很大改善。

1 系统指标提高新雷达采用的大规模逻辑器件和当代最先进的处理架构，大大提高了二次雷达系统的整体性能，目标处理能力由每天线转400批提高到每天线转900批，每扇区64批提高到每扇区80批。

新设备采用先进的数字中频接收机，应答信号的采样率由8MHz提高到20MHz，模数转换精度由8位ADC提高到24位ADC，通过数字中频实现了Σ、Δ接收通道幅相一致性的自动补偿，更好的保障了二次雷达单脉冲功能的实现。

2 实现S模式DLD-100C二次雷达实现S模式功能，从全呼方式变为点名呼叫方式，从根本上解决了多目标相互干扰和混淆的问题，大大提高的目标的发现概率，降低了虚警率，实现了二次雷达对空中应答目标的准确定位和跟踪，还实现了地-空-地之间的数据链功能。

自动化技术0 引言目前，全国范围内仍有一定数量不带NTPS（网络时钟协议服务器）的老旧雷达正在服役，这些雷达输出的目标报告中没有GPS时标。

自动化系统会根据接收到目标报告的时间和间隔判断雷达数据的有效性并参与融合计算。

如果雷达头传输至终端自动化系统间的数据链路出现长时间累计延时，虽然每次接收到的数据延时都在可接受范围内，但是延时在每次接收中均存在，长时间的积累就会将延时放大，超过可接受范围。

最终导致自动化系统多雷达融合出现错误，产生大面积目标分裂或者偏移，影响管制指挥。

因此，需要设计一种监控方案，可对无时标雷达数据的时延情况进行监控，及时上报告警或丢弃不可用的雷达数据。

1 雷达数据时延监控方案分析雷达数据出现劣化，如丢包、延时、抖动过大等产生的原因，可归纳为以下两个方面：（1）传输造成的时延，如在传输接口链路、转发过程、切换环节引起的传输质量问题或运营商链路由于常规维护、频繁割接和本身的故障造成的传输质量问题。

（2）雷达自身的原因，如雷达头本身在录取、编码处理时，造成的正北帧丢失，扇区不连续，数据包缓存过大等。

因此，针对无时标雷达数据时延的监控方案，可以从两个方面实现：一是为雷达数据打上时标，这又可分为对雷达原始数据加时标进行监控和新增一路带时标的雷达基准数据用作比对；二是在雷达数据进入自动化系统前，对其进行质量分析进而触发告警剔除异常数据。

2 监控方案的实现■2.1 方案一：监控加时标的雷达原始数据目前，绝大多数老旧雷达输出ASTERIX和ALENIA MP2格式雷达数据。

标准ASTERIX格式雷达数据具备时间数据项内容，仅需在雷达头将GPS时间按照标准ASTERIX格式要求加入雷达数据中即可。

ALENIA MP2格式雷达数据没有定义时间数据项内容，如果需要增加时间数据项需要转换为ASTERIX格式雷达数据送自动化系统处理；或者保持原数据内容不变在雷达头输出数据中额外增加时间数据项内容，传输至终端判断有效性后，再去除时间信息送自动化系统，如图1所示。

二次雷达接收系统设计及幅相处理作者：郑殷超来源：《现代电子技术》2011年第09期摘要：为了准确判定目标偏离天线轴的方向和消除旁瓣应答信息干扰，二次雷达接收系统采用了三路对数接收机单脉冲比幅体制，将带有目标信息的射频信号变换成对数视频送至应答处理，通过对和、差通道脉冲信号鉴相器处理，判定目标偏离天线轴的方向；运用对和、控制通道脉冲幅度比较的方法，产生接收旁瓣抑制信号以消除应答干扰。

从实验和产品交付后的使用情况来看，接收机设计合理，幅相处理效果满足雷达整机的要求。

关键词：二次雷达; 对数接收机; 鉴相器; 脉冲比幅中图分类号：TN958.96-34文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)09-0013-04Design and Phase Processing of Secondary Radar Receiver SystemZHENG Yin-chao(East China Research Institute of Electronic Engineering, Hefei 230031, China)Abstract： In order to accurately determine the deviation of the target from the boresight line and eliminate side-lobe response interference, the three-route logarithmic receiver and single pulse amplitude comparison system is applied on the secondary radar receiver system. The system can transfer radio-frequency signal with target information into logarithmic video and send to the responding unit, then the recognition and processing of the sum and difference channel impulse signals can determine the deviation of the target from the boresight line, and the sum & control channel pulse amplitude comparison method can generate side-lobe receiving inhibit signal and eliminate response interference. From the experiment and the usage after delivery, the receiver is well-designed, and its amplitude and phase processing can meet the need of the radar.Keywords： secondary radar; logarithmic receiver; phase detector; pulse amplitude comparison0 引言二次雷达也称为航空交通管制雷达信标系统，通过地面站和目标应答器之间的询问和应答，实现对目标的跟踪，接收到的回波中包含了目标的距离和方位信息、气压高度信息，还可以用于对军用和民用目标的识别。

对民航空管二次雷达系统安全运行的电磁环境分析民航空管二次雷达系统是民航空域管理和航空交通控制的重要组成部分，它通过接收飞机上的二次雷达回波信号来实现飞机的识别和跟踪。

为了保证二次雷达系统的安全运行，需要对其所处的电磁环境进行分析和评估，以确定可能存在的电磁干扰源和应对措施。

对于二次雷达系统而言，最常见的电磁干扰源是来自其他无线电频段的发射设备。

附近的无线电台、电视台和手机基站等都有可能在相邻频段上发射信号，这些信号可能会干扰到二次雷达的接收工作。

需要在设计和选址阶段，确保二次雷达系统远离这些干扰源，或者采取屏蔽和滤波等措施来抵消干扰信号。

二次雷达系统本身也会产生电磁干扰。

雷达发射机产生的高功率脉冲信号可能会对附近的其他电子设备产生干扰。

雷达天线辐射的电磁场也可能对周围的无线电设备产生干扰。

在二次雷达系统的设计和安装过程中，需要合理规划雷达发射机和天线的位置和功率，以减少对其他设备的干扰。

当二次雷达系统工作在接收模式时，可能会受到来自雷电和其他大气电磁干扰的影响。

雷电产生的强电磁场信号可能会对二次雷达系统的接收机产生干扰和损坏。

在设计和安装二次雷达系统时，需要考虑防雷措施，例如设置避雷针和采用合适的防雷设备，以保护系统的安全运行。

对于二次雷达系统而言，还需要考虑电源供应的稳定性和可靠性。

因为二次雷达系统通常需要连续运行，并且对供电的稳定性要求较高，所以需要确保电源供应的可靠性，并且设置备用电源以防止停电和电源故障等情况导致系统瘫痪。

在二次雷达系统的运行过程中，需要进行定期的维护和检查，以确保设备的正常运行和防范潜在的故障和干扰。

定期的天线调校和设备校准可以帮助减少电磁辐射和提高接收精度，从而保证二次雷达系统的准确性和可靠性。

对民航空管二次雷达系统的电磁环境进行分析是保障其安全运行和可靠性的重要环节。

通过合理设计和选址、规划雷达发射机和天线、采取防雷措施、确保电源供应的稳定性以及定期维护和检查等措施，可以最大程度地降低电磁干扰对二次雷达系统的影响，确保系统的正常运行。

机场安全监测雷达系统综述机场安全监测雷达系统是指用于监测机场周围航空器、鸟类、风切变等可能影响飞行安全的因素的雷达系统。

该系统可以实现对机场离场和进场的航空器进行实时监测，并可预警风切变、鸟类等对飞行安全的威胁，提高机场运行的安全性和效率。

机场安全监测雷达系统的主要功能包括：实时、连续监测机场周围的航空器、鸟类等；提供风切变、鸟撞等异常情况报警；快速、准确地定位航空器、鸟类等物体；提供数据接口，实现数据的共享和交换。

在机场的控制中心，监测雷达系统将与其他系统，如气象预测、应急救援、航空器轨迹监测等进行联动，提高机场的综合管理和应急能力。

机场安全监测雷达系统的核心技术是雷达信号处理技术。

雷达信号处理技术主要分为信号接收、信号处理、目标检测三个部分。

信号接收是指将雷达系统中的发射机发出的信号接收到回波信号并转换成电信号的过程；信号处理是指对回波信号进行滤波、放大、解调、采样等处理，以提高信噪比和抑制不需要的干扰信号；目标检测是指对处理后的信号进行分析和解译，从而确定目标物体的位置、距离、速度、方向等参数。

目前市场上的机场安全监测雷达系统主要分为三类：非扫描式二次雷达、扫描式二次雷达和三次雷达。

非扫描式二次雷达是指无需旋转天线的雷达系统，主要用于机场进近区域探测；扫描式二次雷达是指需要旋转天线进行扫描的雷达系统，可用于机场周边区域的全向探测；三次雷达则是指通过接收ADS-B信号，将其转换成雷达显示和控制信息的雷达系统。

机场安全监测雷达系统的选择需要根据机场的特殊情况进行定制。

在选择机场安全监测雷达系统时需要考虑机场的规模、航班量、气象条件、鸟类种类和数量等因素，以确定合适的雷达系统类型、雷达探测距离和角度、雷达数据处理速度和精度等系统参数。

doi :10.3969/j.issn.1001-893x.2016.02.014引用格式:邓欣.提高航管二次雷达近程目标跟踪稳定性的方法[J].电讯技术,2016,56(2):190-194.[DENG Xin.A method for improving sec⁃ondary surveillance radar system′s short-range targets tracking stability[J].Telecommunication Engineering,2016,56(2):190-194.]提高航管二次雷达近程目标跟踪稳定性的方法*邓　欣**(中国西南电子技术研究所,成都610036)摘　要:针对相控阵体制航管二次雷达系统在雷达近程探测空域内无法稳定监视目标的问题,提出了一种提高航管二次雷达系统对近程目标跟踪稳定性的方法㊂基于现有航管二次雷达系统的硬件架构,设计了在对监视空域进行航管扫描询问过程中密集插入对近程目标跟踪询问的工作方式,并给出了航管近程跟踪询问流程和波位随机同步跳转控制时序的详细设计方法以及对航管近程跟踪能力的估算方法㊂仿真计算结果验证了该方法的可行性和有效性㊂关键词:相控阵天线;航管二次雷达;近程探测;扫描询问;稳定监视;近程跟踪询问中图分类号:TN958.96 文献标志码:A 文章编号:1001-893X (2016)02-0190-05A Method for Improving Secondary Surveillance RadarSystem′s Short -range Targets Tracking StabilityDENG Xin(Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu 610036,China)Abstract :For the problem that short-range targets are unable to be surveilled stably by secondary surveil⁃lance radar(SSR)system based on phased array antenna(PAA),a method is proposed to improve the SSR system's stability of tracking short-range targets.Based on the hardware architecture of the existing SSR system,a new operation mode is designed to insert short -range tracking interrogations intensively in the process of SSR scan interrogation.The flow of short-range tracking interrogation and the time sequence de⁃sign of beam position jumping synchronously are presented,and an estimation method of the capability to track short-range targets is also introduced.Simulation result validates the feasibility and effectiveness of the proposed method.Key words :phased array antenna;air traffic control secondary surveillance radar;short-range detection;scan interrogation;stable surveillance;short-range tracking interrogation1　引　言航管二次雷达(Secondary Surveillance Radar,SSR)系统[1-2]作为对空域目标的识别和监视系统,在空中交通管制㊁目标识别㊁信标跟踪等多方面得到了广泛应用,配置在如机场㊁航路㊁飞机和舰船等军事和民用领域的各类平台㊂航管二次雷达系统可完成对雷达覆盖空域的自主扫描探测,实现对协同飞机的定位㊁定高㊁身份识别及飞机航迹的显示,已成为空中交通管制的重要手段㊂相对于传统的基于机械扫描的航管二次雷达系统,为了适应重点空域警戒功能而发展起来新体制航管二次雷达系统,采用相控阵询问天线体制,可实现对扫描波束的快速㊁灵活控制[2],且基于安装平台的不同需求,需兼具有进近管制和航路监视的能㊃091㊃第56卷第2期2016年2月电讯技术Telecommunication EngineeringVol.56,No.2February,2016***收稿日期:2015-08-03;修回日期:2015-12-18 Received date :2015-08-03;Revised date :2015-12-18通信作者:xind829@ Corresponding author :xind829@力㊂为保证对整个雷达探测空域的实时监控和稳定监视,要求航管二次雷达系统能够实时获取连续㊁稳定的飞机航迹信息[3-4]㊂但采用现有的航管工作方式,在雷达近程探测范围内存在监视不稳定区域,尤其当飞机进行大机动飞行(速度快㊁转弯半径小)时,会出现飞机航迹断续不连贯的问题㊂存在近程航路监视不稳定问题的主要原因是:为保证航管目标航迹的准确度,对目标角度变化率设置了相应的门限τ,超出该门限值,则判定接收数据为无效数据而剔除;对远距离的目标进行扫描监视时,在扫描周期内目标运动相对雷达视角变化较小,两次测量目标的角度差在门限范围内,可进行航迹相关[5],但当飞机相对于航管二次雷达近距离飞行时,目标相对雷达角度变化大,测量角度数据极易超出门限值而被剔除㊂因此,出现目标航迹断续现象㊂针对以上问题,现有的国内外航管二次雷达系统大多采用进近管制二次雷达和航路监视二次雷达组合配置的方式[5],确保同时满足对近㊁远程目标精确㊁稳定监视的使用需求㊂本文基于采用相控阵询问天线的航管二次雷达系统,提出了一种提高对近程目标精确探测和稳定跟踪能力的方法㊂通过对航路监视二次雷达的工作时序优化设计,在航管扫描询问的工作方式下插入对近程目标的跟踪询问,无需增加二次雷达数量便可实现对雷达覆盖空域内飞机的全程稳定监视和提供准确的目标特征信息㊂2　航管二次雷达系统工作原理航管二次雷达系统主要由相控阵询问天线㊁旁瓣抑制天线和询问主机等组成,如图1所示㊂其中询问天线由天线辐射口面㊁T /R 组件㊁波束形成网络和波控器等组成,询问主机由询问信道㊁航管信号处理分机和航管主控分机等组成㊂图1　航管二次雷达系统组成框图Fig.1Block diagram of SSR system航管二次雷达采用和差单脉冲测角方法,只需进行一次询问即可精确测量飞机应答脉冲信号的到达方位,并将该方位数据用于建立飞机航迹㊂来自飞机的航管应答信号经过T /R 组件的移向和放大后,再通过波束形成中的功率合成器和和差器形成和信号和差信号,送入询问主机进行信号解析和测角㊁测距等工作㊂在航管扫描询问时,首先,由航管主控分机向询问天线的波控器发送天线指向信息,波控器将天线指向转换成包含所有T /R 组件移相信息的移相码,控制天线指向切换至航管询问方位;其次,由航管主控分机将询问参数送至航管信号处理分机,并触发航管信号处理分机产生航管询问信号和旁瓣抑制信号,在航管信号处理分机中完成对接收的飞机应答信号进行信号处理㊁测角㊁测距和形成目标点迹信息;最后,由航管主控分机进行点迹融合和建立目标航迹㊂航管主控分机对询问信道进行收发控制和工作状态控制㊂基于近程目标相对于雷达天线快速机动的特点,本文方法采用对近程目标的定位和跟踪算法,由航管主控分机统一管理航管工作流程和对各分机㊁模块的综合调度,航管主控分机根据对飞机各次测量数据的相关度,建立对近程目标跟踪询问的任务需求,在航管扫描流程中插入近程跟踪询问㊂3　本文方法3.1　近程目标跟踪询问流程在预先设定的相对雷达天线的近程区域内,对于已建立航迹的近程目标,选取其中距离航管二次雷达最近的P 批目标进行自动跟踪询问,或者通过人工干预的方式在人机交互界面手动选取跟踪目标㊂对近程目标的航管跟踪询问流程如图2所示,主要在航管主控分机中完成,具体说明如下:(1)对询问信道进行扫描询问功率㊁灵敏度时间控制(Sensitivity Time Control,STC)后,启动航管扫描询问,航管主控分机对已建立航迹的目标进行筛选,如存在近程目标则进入第2步;(2)判断在一个跟踪周期内已跟踪的近程目标数量是否超过预先设定的跟踪目标批数P ,如是则返回第1步,否则转至第3步;(3)判断在扫描询问中近程目标的航迹稳定性,即在扫描限制数范围内检测到的点迹数据与已建立的航迹数据是否具备相关条件(在幅度和位置㊃191㊃第56卷邓欣:提高航管二次雷达近程目标跟踪稳定性的方法第2期信息判决门限的范围内),如是则返回第1步,否则判定近程目标的航迹不稳定,建立近程跟踪询问的任务需求,转至第4步;(4)暂停航管扫描询问,缓存扫描参数,对询问信道进行近程跟踪询问功率㊁STC 控制;(5)定位　将询问天线的波束宽度作为大步进波束跃度,以最近一次探测到的目标位置为中心,进行连续三个方位的近程跟踪询问;(6)预推　根据以往的目标数据计算出目标的运动方向㊁速度等参数,并根据目标跟踪询问周期预测下一次跟踪询问的方位[6];(7)跟踪　在下一跟踪询问周期到来时,根据预测的目标方位,在航管扫描询问中插入对目标的近程跟踪询问,在一个跟踪周期内只需进行一个方位的跟踪询问便可获得准确的目标态势信息,建立稳定的航迹;在每个跟踪周期的近程跟踪询问完成后,恢复航管扫描设置,返回至第1步㊂图2　近程目标跟踪询问流程图Fig.2Flow chart of short-range tracking interrogation3.2　波位快速同步跳转控制时序设计在航管二次雷达系统中,航管扫描询问周期应不超过航管的数据更新时间㊂因此,在航管的工作时序方面,提出了波位快速同步跳转控制的时序设计方法,以实现航管扫描询问中密集插入近程跟踪询问且满足数据更新时间的要求㊂将航管监视空域均匀划分为以波位号代表波束指向㊁每一波位预留相同时间窗的N 个连续波位,为确保扫描波束对航管监视空域的全覆盖并提高测角精度,如图3所示,相邻波位间隔的经验取值为不超过询问天线波束宽度的1/2,表达式为ϕa N ≤θ3dB2㊂(1)式中:ϕa 为航管监视空域范围(方位面);θ3dB 为询问天线方位面的波束宽度㊂图3　扫描波位间隔示意图Fig.3Diagram of scan beam position space为保证近程跟踪询问能够随时暂停航管扫描询问,且不影响航管扫描询问的航迹质量,时序设计示意图如图4所示㊂图4　航管控制时序设计示意图Fig.4Diagram of SSR control time sequence design具体设计为:按照波位号对应的方位ϕ1,ϕ2,,ϕN 上依次完成航管扫描询问,以实现对整个雷达覆盖空域的扫描监视㊂航管主控分机根据航管扫描询问和航管近程跟踪询问的询问驻留时间计时产生同步脉冲信号;在对方位ϕ1进行扫描询问时,航管主控分机预先将扫描方位ϕ2的波位号和询问参数分别置入波控器和航管信号处理分机,在航管主㊃291㊃ 电讯技术 2016年控分机对方位ϕ1的扫描询问计时结束后,向波控器和航管信号处理分机同时发出方位ϕ2扫描询问的同步脉冲信号,同步脉冲信号触发波控器切换天线指向至ϕ2,并触发航管信号处理分机开始扫描方位ϕ2的询问处理工作㊂如在方位ϕ2的扫描询问期间,航管主控分机检测到在方位ϕm有近程目标且目标航迹不稳定,则重新向波控器和航管信号处理分机发送近程跟踪方位ϕm的波位号和询问参数,待方位ϕ2的扫描询问结束后,暂停航管扫描询问,发送同步脉冲,进行对方位ϕm的近程跟踪询问,并将计时调整为近程跟踪询问时间㊂在近程跟踪询问期间,航管主控分机预先将扫描方位ϕ3的波位号和询问参数分别置入波控器和航管信号处理分机,待近程跟踪询问结束后恢复航管扫描询问㊂波位快速同步跳转控制的时序设计实现了航管工作效率的最优化,且同时确保了航管近程跟踪询问不会影响航管扫描询问的目标航迹稳定性,具体分析如下:以相对雷达天线30km的近程目标为例,对近程目标进行一次跟踪询问(根据测角精度要求在一个方位连续询问至少8次)的时间在8ms之内,以目标方位为中心,最多进行连续3个波位近程跟踪询问后便立即返回航管扫描询问,且天线指向由扫描方位切换至近程跟踪方位的时间是微秒级的,因此航管近程跟踪询问对航管扫描询问的占据时间小于24ms,在近程跟踪询问期间,飞机位移相对航管二次雷达的角度变化远小于天线的波束宽度,不会影响航管扫描询问中对除近程跟踪目标外的飞机的航迹质量㊂3.3　航管近程跟踪能力估算航管扫描数据更新时间T sud可用以下关系式表示:T sud=T tk N tk+T scw N㊂(2)式中:T scw为扫描波位的驻留时间窗;T tk为暂停一次航管扫描询问的近程跟踪询问的占据时间;N tk为在航管扫描数据更新周期内近程跟踪询问次数㊂为保证航管测角的准确度,每个波位的询问次数应大于8次,则每个波位驻留时间窗应满足T scw≥8T ss+T pls㊂(3)式中:T ss为航管扫描询问中单次询问信号处理时间;T pls为同步脉冲的脉宽,为微秒量级,相对于毫秒量级的T scw可忽略,即T scw≥8T ss㊂(4)同理,为满足测角精度要求,近程跟踪询问在一个方位的询问次数应大于8次,且在一次暂停航管扫描询问的时间内,以目标方位为中心,最多进行连续3个波位的近程跟踪询问㊂因此,一次近程跟踪询问的占据时间T tk表示为T tk=24T ts㊂(5)式中:T ts为航管近程跟踪询问中单次询问信号处理时间㊂将式(4)和式(5)代入式(2)中,并结合式(1)中N的取值范围,可得以下关系式:2ϕaθ3dB≤T sud-24T ts N tk8T ss㊂(6)在一个航管扫描数据更新周期内,近程跟踪询问的占据次数N tk满足N tk=T sud×P㊂(7)式中:P为航管能够同时近程跟踪的目标批数,单位为批/s㊂将式(7)代入式(6)中可得P的取值范围,即P≤θ3dB T sud-16ϕa T ss24T ts T sudθ3dB㊂(8)根据航管二次雷达系统的询问频率不能超过航管最大询问率的要求[7],P还需满足以下关系式:8NT sud+24P≤f SSR㊂(9)式中:f SSR为航管最大询问率㊂将式(1)代入式(9),可得出P≤f SSRθ3dB T sud-16ϕa24θ3dB T sud㊂(10)因此,P需同时满足式(8)和式(10)的取值条件,由此可得出航管二次雷达系统能够跟踪近程目标的最大数量P max,这个数值也反映出航管二次雷达系统对近程目标的跟踪能力㊂实际应用中,在满足航管近程跟踪能力的同时,还需确保近程跟踪目标在各种机动飞行情况下的航迹质量㊂因此,航管二次雷达系统对近程目标的跟踪询问周期可由飞机的飞行轨迹和机动情况进行自适应调整㊂如当飞机进行大机动飞行时缩短近程跟踪询问周期,反之亦然㊂但在航管扫描数据更新时间内,总的近程跟踪询问波位数不能超过3P max T sud㊂4　仿真计算分析为验证本文方法的可行性,对上节给出的航管二次雷达系统能够实现稳定跟踪的最大近程目标数量进行仿真计算㊂以某航路监视二次雷达系统为例,该二次雷达系统采用一维相控阵询问天线,航管㊃391㊃第56卷邓欣:提高航管二次雷达近程目标跟踪稳定性的方法第2期扫描数据更新时间为T sud=10s,航管监视空域范围(方位面)ϕa=360°,航管扫描询问最大距离为400km,对30km内的目标进行航管近程跟踪询问,按ICAO附件10[7]的规定,航管最大询问频率f SSR= 450Hz,由此估算出T ss=3ms,T ts=1ms(考虑航管应答容量[7])㊂表1给出了不同天线波束宽度情况下,利用第3节的估算方法,对航管二次雷达系统可进行稳定跟踪的最大近程目标数量的仿真计算结果㊂由表1可知:相比现有航管二次雷达系统不具备对近程目标的跟踪能力且对近程目标监视能力较弱的情况,本文方法可有效实现对近程目标的跟踪和稳定监视,且几种天线波束宽度情况下的最大跟踪目标批数P max也满足实际近程监视空域的飞机数量和使用需求㊂由表1的数据进行对比分析得出:天线半功率波束宽度越大,航管二次雷达系统能够稳定跟踪的目标数量越多,但波束宽度增大的同时又会降低航管的测角精度㊂因此,在天线的设计上需同时兼顾航管二次雷达系统的近程目标跟踪能力和测角精度的要求㊂表1　航管二次雷达系统最大跟踪目标数量仿真计算结果Tab.1Results of the maximum quantity of SSRsystem tracking short-range targets序号θ3dB/(°)最大跟踪目标批数P max/(批㊃s-1)1815261435135摇结束语本文提出了一种适用于航管二次雷达系统的提高对近程目标跟踪稳定性的方法,通过在对监视空域航管扫描询问的过程中密集插入对近程目标跟踪询问的工作方式,可有效提高对近程目标监视的稳定性和准确性,解决了现有航管二次雷达系统由于扫描询问周期的限制无法对相对雷达天线的近距离大机动飞行目标进行稳定监视的问题㊂本文在不影响已有远程监视能力的前提下对航管二次雷达系统航管近程跟踪能力进行了详细的推导分析㊂几种天线波束宽度情况下可稳定跟踪的最大目标数量的仿真计算结果验证了本文方法的可行性和实用性㊂ 本文方法是在现有相控阵体制航路监视二次雷达系统的硬件架构基础上实现的,只涉及航管工作流程的改进设计㊂因此,可应用于航管监视二次雷达系统提升对近程目标跟踪能力的升级改造㊂本文方法仅适用于提高对已建立航迹的近程目标的跟踪能力,但对于二次雷达系统只获取到点迹信息㊁未建立航迹或无法建立航迹的目标如何进行跟踪和建立精确航迹的问题还需做进一步的研究㊂参考文献:[1]　STEVENS M.Secondary surveillance radar[M].Boston:Artech House,1988.[2]　山秀明.航管二次雷达[M].北京:国防工业出版社,1983.SHAN Xiuming.Secondary surveillance radar[M].Beijing:National Defense Industry Press,1983.(in Chinese) [3]　张光义,赵玉洁.相控阵雷达技术[M].北京:电子工业出版社,2010.ZHANG Guangyi,ZHAO Yujie.Phased array radar tech⁃nology[M].Beijing:Publishing House of Electronics In⁃dustry,2010.(in Chinese)[4]　贾坤.航管二次雷达数据处理[J].电讯技术,2011,51(6):78-81.JIA Kun.Data processing of secondary surveillance radarfor air traffic control[J].Telecommunication Engineering,2011,51(6):78-81.(in Chinese)[5]　张尉.二次雷达原理[M].北京:国防工业出版社,2009.ZHANG Wei.Secondary surveillance radar theory[M].Bei⁃jing:National Defense Industry Press,2009.(in Chinese) [6]　吴顺君,梅晓春.雷达信号处理和数据处理技术[M].北京:电子工业出版社,2008.WU Shunjun,MEI Xiaochun.Radar signal processing anddata processing technology[M].Beijing:PublishingHouse of Electronics Industry,2008.(in Chinese) [7]　ICAO Annex10VolumeⅣ,Surveillance and collision a⁃voidance systems[S].作者简介:邓　欣(1982 ),女,陕西汉中人,2007年于西安电子科技大学获硕士学位,现为工程师,主要研究方向为二次雷达和阵列信号处理㊂DENG Xin was born in Hanzhong,ShaanxiProvince,in1982.She received the M.S.degreefrom Xidian University in2007.She is now an engineer.Her research concerns secondary radar system and ar⁃ray signal processing.Email:xind829@㊃491㊃电讯技术 2016年。