《次监视雷达》PPT课件.ppt

导航原理与系统 Navigation Principles and Systems 倪育德倪育德 中国民航大学中国民航大学 第6章 二次监视雷达 6.1 概述 6.2 SSR的工作过程 Navigation Principles and Systems 6.3 SSR机载应答机 6.1 概 述 一、一、SSRSSR的发展历史的发展历史 上世纪六十年代中期出现SSR，当时叫“敌我 识别器（IFF）”； SSR是ICAO的标准监视系统； SSR的装备量在世界范围内呈上升趋势。 SSR是高精度的近程脉冲（时间）测距/测 向系统，它是构成现代空中交通管制的重要监 视系统。 CAUC 6.1 概 述 二、二、SSRSSR可以获得的主要信息可以获得的主要信息 飞机的距离和方位； 飞机的识别代码； 飞机的气压高度； 飞机紧急告警信息，如飞机发生紧急故障、无线电通 信失效、飞机被劫持。 CAUC 6.1 概 述 三、三、PSRPSR与与SSRSSR主要性能比较主要性能比较 一次监视雷达（PSR）二次监视雷达（SSR） 在作用距离相同时，辐射功率大在作用距离相同时，地面SSR系 统辐射功率小得多 干扰杂波较多干扰杂波较少 存在目标闪烁现象不存在目标闪烁现象 不能识别飞机能识别飞机 不能获得飞机高度信息能获得飞机高度信息 提供的方位精度较高提供的方位精度较差 CAUC 6.1 概 述 四、四、SSRSSR的发展趋势的发展趋势 A/C模式或S模式的SSR用作终端区和高密度陆地空域 的监视； 自动相关监视（ADS）用在其他空域，最终将普遍使 用ADS，并且可以和SSR重叠 ； 一次监视雷达（PSR）将逐步消失 。 CAUC 6.2 SSR的工作过程 CAUC 6.2 SSR的工作过程 一、工作框图（一、工作框图（1 1） f问=1030MHz，f答=1090MHz 。 采用视距传播方式，垂直极化。 P问=2000W，P答=700W，作用距离R=200nm 询问机天线的旋转周期T=415s CAUC 6.2 SSR的工作过程 一、工作框图（一、工作框图（2 2） 图7-13 应答机天线 SSR询问机及其天线系统 SSR应答机天线系统 CAUC 二、询问模式（二、询问模式（1 1） P2：旁瓣抑制脉冲CAAC：使用A、C模式 6.2 SSR的工作过程 CAUC 二、询问模式（二、询问模式（2 2） 6.2 SSR的工作过程 每个脉冲的宽度为：0.80.1s 采用每组二重模式的询问方式，两种模式以1:1或2:2 或2:1的比例交替询问。 询问重复频率 询问重复频率主要取决于SSR的作用距离，同时与 应答机所能承受的最大应答率有关。 询问重复频率一般为150450Hz。 CAUC 三、应答信号（三、应答信号（1 1） 6.2 SSR的工作过程 1.应答信号格式（1） F1、F2为帧脉冲，它们总是存在的。 SPI为特殊位置识别脉冲，只有按下应答机控制盒上的相 应按纽才会产生SPI脉冲。 每个脉冲的宽度为：0.450.1s CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（2 2） 1.应答信号格式（2） 总共可以组成4096个独立的应答码。 飞机的识别代码 紧急代码 飞机气压高度代码 7500表示飞机被劫持 7600表示无线电通信失效 7700表示飞机发生危急故障 CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（3 3） 2.飞机识别代码的编码（1） 飞机识别代码：ABCD A A1 A2 A4 B B1 B2 B4 C C1 C2 C4 D D1 D2 D4 脉冲权值 CAUC A=3 A1=1 A2=1 A4=0 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（4 4） 2.飞机识别代码的编码（2） 例飞机的识别代码为3570，画出应答码的帧结构。 B=5 B1=1 B2=0 B4=1 C=7 C1=1 C2=1 C4=1 D=0 D1=0 D2=0 D4=0 CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（5 5） 2.飞机识别代码的编码（3） 例飞机识别代码的帧结构如图所示，则飞机的识别 代码是什么？ A=4 A1=0 A2=0 A4=1 B=7 B1=1 B2=1 B4=1 C=2 C1=0 C2=1 C4=0 D=2 D1=0 D2=1 D4=0 飞机识别代码为：4722 CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（6 6） 3.飞机高度代码的编码（1） 飞机高度代码：DABC C1C2C4 D A B C D1D2D4A1A2A4B1B2B4 CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（7 7） 3.飞机高度代码的编码（2） ICAO规定的高度编码范围为-1000126700ft（- 30437000m），编码增量为100ft。 实际上，民航所使用的高度范围为-100062700ft（- 30419111m）就够了（编码增量为100ft），故D1=0， D2=1。 C1C2C4 D A B C D1D2D4A1A2A4B1B2B4 第一组第二组第三组00 CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（8 8） 3.飞机高度代码的编码（3） C1C2C4 D A B C D1D2D4A1A2A4B1B2B4 第一组第二组第三组00 高度码D4A1A2A4B1B2B4C1C2C4 码制格雷码格雷码五位循环码 可编码组8165 增量（ft）8000500100 用途高度范围500ft增量100ft增量 CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（9 9） 3.飞机高度代码的编码（4） 0000 000 1 001 1 001 0 0110 011 1 010 1 010 0 000 -1000-50005001000150020002500 001 1450014000135001300012500120001150011000 011 1500015500160001650017000175001800018500 010 3050030000295002900028500280002750027000 110 3100031500320003250033000335003400034500 111 4650046000455004500044500440004350043000 101 4700047500480004850049000495005000050500 100 6250062000615006100060500600005950059000 对应高度 A4B1B2B4 D4A1A2 CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（1010） 3.飞机高度代码的编码（5） 1100 110 1 111 1 111 0 1010 101 1 100 1 100 0 000 30003500400045005000550060006500 001 1050010000950090008500800075007000 011 1900019500200002050021000215002200022500 010 2650026000255002500024500240002350023000 110 3500035500360003650037000375003800038500 111 4250042000415004100040500400003950039000 101 5100051500520005250053000535005400054500 100 5850058000575005700056500560005550055000 对应高度 A4B1B2B4 D4A1A2 CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（1111） 3.飞机高度代码的编码（6） 第二组高度编码增量为 1000ft 第二组高度编码增量为 500ft C1 C2 C4C1 C2 C4 1 0 0+2000 0 1 1 1 0+1000 1 1 0 1 000 1 0 0 1 1-1001 1 0 0 0 1-2001 0 0 附加高度（ft） CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（1212） 3.飞机高度代码的编码（7） 飞机高度代码的编码方法： 若高度值可以写成形式：N11000N2100（N1为0，1 ，2，；N2为0，1，2），则按前表确定第一、第二 组编码（即D4A1A2 A4B1B2B4的编码），而第三组编码 C1C2C4则用前表左侧1000ft栏的编码。 若高度值可以写成形式：N3500N2100（N3为0，1 ，2，；N2为0，1，2），则按前表确定第一、第二 组编码（即D4A1A2 A4B1B2B4的编码），而第三组编码 C1C2C4则用前表右侧500ft栏的编码。 CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（1313） 3.飞机高度代码的编码（8） 例设高度为28200ft，确定其编码。 28200ft=281000+200ft， D4A1A2 A4B1B2B4的编码 为：010 0111； C1C2C4的编码为：100 D4 A1 A2 A4 B1 B2 B4 C1 C2 C4 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 28000ft200ft=28200ft+ CAUC 6.2 SSR的工作过程 三、应答信号（三、应答信号（1414） 3.飞机高度代码的编码（9） 例设高度为28400ft，确定其编码。 28400=28500-100=57500-100， D4A1A2 A4B1B2B4 的编码为：010 0110； C1C2C4的编码为：110 D4 A1 A2 A4 B1 B2 B4 C1 C2 C4 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 28500ft100ft=28400ft- CAUC 6.2 SSR的工作过程 四、四、PPIPPI显示画面（显示画面（1 1） 平面位置显示器（PPI）显示的主要内容包括： 飞机位置（距离、方位）显示：将距离和方位数据显示在距离 方位线的端点，用飞机符号或其他符号表示飞机所在位置。 在所选定的飞机位置符号附近显示如下数据标牌： 飞机识别代码或飞机呼号 飞机气压高度 特殊显示：飞机紧急情况显示（用“闪亮”方式显示飞机符号和标牌 。 航迹显示：用出现在飞机符号后面的一串亮点来显示飞机的航迹。 CAUC 6.2 SSR的工作过程 四、四、PPIPPI显示画面（显示画面（2 2） CAUC 6.2 SSR的工作过程 四、四、PPIPPI显示画面（显示画面（3 3） 图7-4 一种实际航管雷达显示画面 CAUC 五、旁瓣抑制（五、旁瓣抑制（1 1） 6.2 SSR的工作过程 CAUC 6.2 SSR的工作过程 五、旁瓣抑制（五、旁瓣抑制（2 2） CAUC 6.2 SSR的工作过程 五、旁瓣抑制（五、旁瓣抑制（3 3） CAUC 6.2 SSR的工作过程 五、旁瓣抑制（五、旁瓣抑制（4 4） P2P1，应答机不应答 P1P29dB，应答机应答 CAUC 一、系统组成（一、系统组成（1 1） 6.3 SSR机载应答机 1.机载应答机系统 CAUC 一、系统组成（一、系统组成（2 2） 6.3 SSR机载应答机 2.典型应答机 CAUC 一、系统组成（一、系统组成（3 3） 6.3 SSR机载应答机 3.应答机天线 图7-13 应答机天线 CAUC 一、系统组成（一、系统组成（4 4） 6.3 SSR机载应答机 4.控制盒面板 CAUC 二、应答机工作过程二、应答机工作过程 6.3 SSR机载应答机 CAUC 编码器的控制下，产生一定模式的询问脉冲对信号， 通过条形方向性天线辐射。 在其天线波束照射范围内的机载应答机对所接收到的 询问信号进行接收处理与译码识别，如果判明为有效 的询问信号，则由应答机中的编码电路控制发射电路 产生应答发射信号发射。 所产生的应答信号是由多个射频脉冲组成的射频脉冲 串，它代表飞机的识别代码或高度信息。 与此同时，向同一方位辐射的一次雷达也会接收到飞 机所产生的回波信号，它的接收机所产生的飞机视频 回波信号也同时输往数据处理与显示系统。在控制中 心的圆形平面位置显示器上的同一位置，显示飞机的 一次雷达回波图像与二次雷达系统所获得的飞机识别 代码及高度信息 二次雷达系统工作总结 CAUC AC模式的缺点 异步应答干扰 在雷达探测范围内的所有飞机都会产生应答信号 ，地面接收机可能收到并非所需的应答。 同步串扰 当两架飞机离地面站有相同的距离时，其应答信 号会同时被地面接收机接收到，而产生相互干扰 。 CAUC 离散寻址信标系统的基本原理 离散寻址信标系统的基本思想，是以选择性的 询问-应答方式，取代ATCRBS的广播式询问-应答 方式，从而从根本上消除ATCRBS的相互串扰等缺 陷。为此，赋予每一架飞机一个独特的 24 位地址码。地面雷达以数字式询问信号， 询问指定地址码的飞机。 离散寻址信标系统的机载应答机称 为S模式应答机 6.4 离散寻址信标系统 CAUC S模式应答机（机载设备-兼容atc） 用24位表示飞机的识别码，即 224=4096*4096 约为16,000,000种编码， 可以为世界上每一架 飞机提供一个唯一的识别码（地址码）。可单独 询问某架飞机，并得到其一对一的应答信号。 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 6.4 离散寻址信标系统 1. 询问格式 CAUC ATCRBSS模式全呼叫 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 仅ATCRBS呼叫 在需要询问常规的A、C应答机而不希望 S模式应答机应答时，二次雷达所发射的是 ATCRBS只呼叫询问信号。它与上述 ATCRBSS模式全呼叫询问信号十分相似， 只是其中的P4脉冲的宽度改为0.8s 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 2、S模式点名询问信号 （DPSK） 6.4 离散寻址信标系统 CAUC S模式询问信号的调制方式 S模式数据字组采用差分相移键控（DPSK）调制。 这种调制方法是用码位中载波信号的不同相位差值来表 示二进制信息“1”和“0”的。在数据字的每个0.25s的码 位中，如果在一个数据位的载波相位翻转位置前后载波 的相位翻转了180，则该数据位就是二进制数“1”；如载 波相位在相位翻转位置处不发生相位变化（相位差为零 ），则该数据位就是二进制数“0”。 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 3. S模式应答信号格式 应答信号有两对前导脉冲，两对脉冲相距3s，每对脉冲的两 个脉冲之间的间隔 为1s。前导脉冲的宽度均为0.5s。应答 数据字组也是由 56位或112位数据组成的。数据字组的始端 距第一个前导脉冲8s。和询问数据字组不同的是，应答数据 字组采用脉冲位置调制（PPM）方式 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 4. S模式应答机的基本工作 这种应答机是和现行的 ATCRBS是兼容的， 因此，它的接收机应既能接收A、C模式的询问信 号，又能接收S模式的询问信号。它的发射机既 能够产生A、C模式的识别应答信号，又能产生S 模式的数字式应答信号。 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 工作概况 离散寻址信标系统地面询问机首先对其管辖范围内的所有飞 机做一个全呼叫询问；-意在让所有应答机报个模式 A/C模式应答机以A/C模式回答； S模式应答机以S模式回答; 地面询问机收到回答信号后，确定飞机方位，并对回答信号 做处理；A/C模式信号：显示飞机代号/高度、位置； S模 式信号：回答信号是飞机的地址 对于S模式应答机回答的信号，地面询问机把回答信号中的地 址和位置分别存入存储器，并核实确是本询问站所负责管辖 的飞机，则把这些飞机的位置和地址分别编入到各个飞机点 名的字段内，并把这些信息送到邻近空域管制台。 地面询问机确定了S模式应答机的位置和地址后，就切断全呼 叫询问，而以带有飞机字段的S模式询问格式对飞机作点名式 询问。被点名飞机以S模式询问格式进行回答。回答飞机代号 或飞机高度由接收到的询问格式确定。 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 6.4 离散寻址信标系统 CAUC S模式应答机原理方框图 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 7.4 atc-720 CAUC 6.4 离散寻址信标系统 CAUC 空中交通管理（Air Traffic Management,ATM) 空域管理 Air Space Management, ASM 空中交通服务 Air Traffic Service ,ATS 飞行情报服务 Fly Information Service ,FIS 空中交通管制 Air Traffic Control, ATC 航空气象服务 Aerospace Weather Service ,AWS 空中交通流量管理 Air Traffic Fluid Management ATMF 6.5 空中交通管制（ATC） CAUC 1. ATC的概念： ATC是飞行业务的组织与管理 飞机怎么飞，飞行的路线，高度，防止飞机危险 接近，进而发生碰撞，是从导航领域派生过来的 2. ATC的设备基础： 一次监视雷达 （PSR） 二次监视雷达 （SSR) 6.5 空中交通管制（ATC） CAUC 3. 空管体制 1）军队统管 2）军民分开各自管理 3）国家统一管理 4. 我国ATC情况 1）空管体制较陈旧 所有权归总参和司令部 2）空管机构较繁琐 管制权和指挥权不统一 3）空管手段仍需改进 PSR SSR 太贵 4）空域系统有些规定不合理，不科学 高度层的划分 太少 5）空管人员的培养有待加强 6.5 空中交通管制（ATC） CAUC 5. ATC的定义 ATC也叫航行管制，它就是借助于通信、导航、监视系 统 对飞机进行科学的组织与管理，使得在机场或空中的飞机 安 全、有秩序，并加速空中交通活动。 6. ATC的目的和任务 防止飞机在空中或在飞机坪上与飞机或障碍物相撞 加速并维持有秩序的空中交通活动 对安全或有效的飞机提供有用的情报 通知有关的飞机搜救组织，并当该组织提出请求时对他 提供帮助 6.5 空中交通管制（ATC） CAUC 7. ATC的分类 飞行情报服务 告警服务 空中交通咨询服务 机场管制服务 进近管制服务 区域管制服务 6.5 空中交通管制（ATC） CAUC 7.ATC系统的分类 1）以各种导航系统为基础+ 数据自动传递，处理设备 民航不使用军航早期系统 （台卡，塔康） 2）以雷达为基础+数据自动传递，处理设备 民航使用的系统 8.自动化与ATC 1）飞行数据处理 2）雷达数据处理 3）FDP和RDP的相关处理 只有上海，北京和广州的自动化系统可采用国外 国内厂商： 民航2所， 川大， 28所 6.5 空中交通管制（ATC） CAUC ATC系统 空域划分 1）管制地带 （2500ft) 目的：保护进场飞机由终端区至机场或离港飞机由机场 至 终端区的飞行航线。 2）终端区 航路在机场区域的汇合处（2500-25000ft, R=150km) 目的：保护着陆飞机离开航路至终端区或保护起飞飞机 离 开终端区飞向航路。 6.5 空中交通管制（ATC） CAUC 3）航路 配备有良好的通信、导航、监视设备的航线 目的：保护由航路提供服务的指定机场之间进行航路飞 行 飞机的飞行路线或飞机飞向另一个区域。 4）高空空