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27 03 2020 二次雷达 SSR 内容提要 空管监视技术SSR历史发展SSR基本原理SSR特有问题ModeSSSR 空管监视技术 CNS ATM 新一代航行系统C Communication通信N Navigation导航S Surveillance监视ATM AirTrafficManagementATC 空中交通管制 ATFM 监视 提供飞机信息 提供相关服务 是管制员管理飞机的手段 空管监视技术 监视信息源 一次雷达 二次雷达 主要 自动相关监视多点定位 MLAT 场面监视雷达 二次雷达能够获得飞机的代码 距离 方位 高度等信息 是我国目前主要的空管监视数据源 空管监视技术 空管监视技术 空管监视技术 空管监视技术 空管监视技术 空管监视技术 空管监视技术 监视技术比较 空管监视技术 监视政策规划 二次雷达 SSR SecondarySurveillanceRadar SSR使得管制员可以可靠地识别屏幕上的飞机 二次雷达 二次雷达 收 发工作频率不同发射 1030MHz接收 1090MHz信号单程工作具有通信的特征 询问 1030MHz 回答 1090MHz 特点 第一代 二战时期 敌我识别系统 IFF 第二代 1950s ATCRBS 人工解码 第三代 1950s SSR 信标译码系统 第四代 1960s 计算机技术引入 自动化 第五代 1990s 单脉冲技术 ModeS 自动化系统 SSR历史发展 SSR历史发展 SSR基本原理 组成信号格式询问旁瓣抑制技术单脉冲测角技术天线系统发射机接收机录取器 SSR组成 SSR组成 信号格式 询问信号应答信号 发送和接收的是脉冲编码信号 询问信号 地面询问机产生一个调制信息的射频脉冲发射给飞机 这个信号被称为询问信号 Interrogation 三脉冲询问体制 询问信号 P1 P3 模式询问脉冲询问波束 主瓣 辐射P2 旁瓣抑制脉冲 控制脉冲 控制波束辐射 ICAO规定民用航管二次雷达只采用模式A和模式C交替询问 应答信号 机载应答机检测到询问信息并返回一个射频调制脉冲作为应答信号 Replies 应答信号格式除了F1和F2包括X位由13个脉冲 位 组成 应答信号 F 1 C 1 A 1 C 2 A 2 C 4 A 4 B 1 D 1 B 2 D 2 B 4 D 4 F 2 0 45 S 1 45 S X F 2 S P I 4 35 S F1 F2 框架 帧 脉冲表明一个回答的存在每次回答必须发射 应答信号 A B C D 信息脉冲表明一个回答的数据 模式A和模式C的含义不同 有严格的位置关系 N 1 45微秒 F 1 C 1 A 1 C 2 A 2 C 4 A 4 B 1 D 1 B 2 D 2 B 4 D 4 F 2 0 45 S 1 45 S X F 2 S P I 4 35 S 应答信号 X 备用位S模式定义 逻辑0 高度码单位为英尺逻辑1 高度码单位为公尺目前恒为逻辑0 F 1 C 1 A 1 C 2 A 2 C 4 A 4 B 1 D 1 B 2 D 2 B 4 D 4 F 2 0 45 S 1 45 S X F 2 S P I 4 35 S 应答信号 SPI 特殊位置识别脉冲 在F2脉冲后4 35微秒 由管制员请求 在模式A 发射 持续20秒自动结束发射 F 1 C 1 A 1 C 2 A 2 C 4 A 4 B 1 D 1 B 2 D 2 B 4 D 4 F 2 0 45 S 1 45 S X F 2 S P I 4 35 S 应答信号 响应模式A询问是回答识别码识别码的码序 A B C D F 1 C 1 A 1 C 2 A 2 C 4 A 4 B 1 D 1 B 2 D 2 B 4 D 4 F 2 X F 2 7 7 7 7 ABCD 应答信号 响应模式C询问回答高度码码序 应答信号 D A B共九位是标准循环码 按500英尺递增C三位是五周期循环码 按100英尺递增D1代表高度码的最高位 由于民航飞行器目前达不到这个高度D1位恒为0高度码最低位代表 1200英尺 应答信号 标准循环码 应答信号 五周期码依照循环码奇偶性查表上例循环码偶数位 所以 010代表2 即200英尺 应答信号 如下高度码代表海拔高度20000英尺 询问旁瓣抑制技术 天线旁瓣的存在造成天线旁瓣可能对飞机实现有效询问天线旁瓣可能接收到飞行的应答Remark 产生较大的定位误差 询问旁瓣抑制技术 绕环现象由于雷达站附近的目标受到旁瓣询问 于是出现断续的回答 呈现 绕环现象 这些回答是同步回答 距离相同 增加一个控制波束 控制波束的波瓣应覆盖询问波束的旁瓣 控制波束辐射P2脉冲 询问旁瓣抑制技术 空间信号特征 P1 P2 P3 P1 P3 P2 P2 P2 控制波束 P1 P2 P3 P1 P2 P3 控制波束 询问波束 询问旁瓣抑制技术 空间信号特征主瓣方向P1 P2旁瓣方向P1 P2应答机判决P1和P2的幅度关系 P1 P2主瓣询问给予回答P1 P2旁瓣询问不予回答自P2脉冲起抑制35us 询问旁瓣抑制技术 单脉冲测角技术 单脉冲技术测角的三要素 单脉冲技术测角的三要素天线瞄准轴指向角由天馈系统码盘提供 偏离瞄准轴信息偏离瞄准轴方向均由单脉冲技术解决 q 单脉冲测角技术 单脉冲测角原理 波程差 目标 天线瞄准轴 测角结构图 单脉冲测角技术 测角示意图 单脉冲测角技术 和差信号 偏离瞄准轴大小 单脉冲测角技术 差信号的幅度大小与偏离瞄准轴的大小有关 单脉冲测角技术 偏离瞄准轴方向 和差信号的相位关系与偏离瞄准轴的方向有关 单脉冲测角技术 OBA信息 结构 差端口 L和R信号相位相差180 叠加信号为矢量差和端口 L和R信号相位差0 叠加信号为矢量和 单脉冲测角技术 和 差电桥 环形电桥采用微带线技术 工作频率设为1060MHz 单脉冲测角技术 和 差信号 水平方向图询问波束 和波束 发射P1 P3 接收回答 差波束 接收回答产生单脉冲信息 控制波束 发射P2ISLS接收回答RSLS 天线系统 天线系统 水平波束 水平方向图技术要求 天线系统 实际水平波束 天线系统 垂直方向图形状 天线系统 垂直方向图 天线系统 0 按1 8dB 度衰减0 12 呈笔形波束12 24 呈余割平方形波束36 72 单调衰减到 30dB THALESAS909天线 天线系统 大垂直孔径天线 天线系统 开放式阵列 openarray 大垂直孔径天线 LVA 轴对称 左右各17个辐射柱 馈电规律相同 辐射柱之间是反射器 天线结构 天线系统 Raytheon的LVA天线 天线系统 横梁 内部功分电路 反射柱 辐射柱 背部辐射柱 天线系统 偶极子 中心接头 标尺 功分电路 辐射柱 天线系统 单辐射柱功率分配示意图 天线系统 单脉冲二次雷达LVA天线的垂直辐射单元馈电的幅度和相位各不相同以保证垂直方向图的形状 单辐射柱的功率分配结构图 天线系统 ALE 9天线功率分配 天线系统 Raytheon天线的功率分配 侧边功分器 中心功分器 Raytheon天线的功分器 天线系统 天线驱动 天线系统 天线驱动 天线系统 天线驱动 天线系统 发射机 发射机模式产生器振荡器调制器功率放大 发射机 产生同步触发信号产生模式询问脉冲并进行分配抑制脉冲用于标识某询问信号产生 并送达其它发射设备产生交替的询问模式产生系统定时 模式产生器 录取器触发 RxS Test 录取门 ProcessorS Tests SynthTarget AntennaPatternMeasurement SUMINT CONTROLINT 33 3333 30 153 240 240 注 时间单位为 S 4545for220Hz MAXRECCOMMENDEDPRF 220Hz 模式脉冲 P3 30 P3 31 P3 最大作用距离 RangeListeningIntervalforSiteMonitor realtime 系统触发 P3toP3 500 系统触发 模式产生器时序图 发射机 模式产生器基本组成 发射机 作用 形成询问所需的1030MHz载波信号 振荡器 发射机 形成 振荡器工作在114 444MHz 采用石英晶振 倍频器为9倍频 发射机 航管常用的调制方式 三极管调制 集电极调制二极管调制 开关调制电桥调制 调制器 接收机 切线灵敏度 接收机 灵敏度是衡量接收机检测微弱信号的能力 使雷达能够正常工作时的最小输入信号功率 航管二次雷达灵敏度表征 切线灵敏度 接收机 接收机带宽用于抑制邻近波道干扰和抑制带外噪声 接收机一般含有两个滤波器 两个带宽 射频带宽 抑制镜像干扰和 L波段 PSR带外的强信号干扰中频带宽 邻近波道干扰 接收机 接收机带宽指标 SSR接收机带宽主要由中频段带宽所决定 定义 使接收机能够正常工作时的输入信号允许的最大变化范围航管二次雷达接收机要求 动态范围大于60dB 动态范围 接收机 用于发射时保护接收机和镜像干扰抑制 预选器 接收机 采用低噪声放大器是为了降低整机的噪声系数 提高接收机的灵敏度 低噪声放大器 接收机 混频器将回答频率进行频谱变换变换成60MHz中频混频器的本振来自发射机的频率源中放决定了接收机的频率响应和增益为了提高接收机动态范围采用对数接收机 接收机 检波和视频放大检波 是一次频谱变换 采用包络检波器视频放大 将检波输出信号放大到后续电路可用电平 接收机 是一种扩大动态范围的方法 目前STC在航管二次雷达使用上有三种方式射频STC 微波电调衰减器 Toshiba 中频GTC 电容电桥衰减器 Thomson 视频STC门 Alenia 灵敏度时间控制 STC 接收机 接收机 灵敏度时间控制 STC 原理 按6dB 倍时程衰减输入信号使输出恒定 接收机 可编程STC划分出方位 距离单元方位32扇区 11 25 距离以海里划分每个扇区保持理论的STC衰减值 再根据实际要求按照方位 距离单元调整 接收机 RSLS ReceptionwithSideLobeSuppression 和通道 主瓣目标 旁瓣目标 控制通道 接收机 接收机旁瓣抑制 单脉冲接收机 接收机 几个考虑问题两路接收机公用一个本振混频输出应保持输入时的原有相位关系保证偏离瞄准轴方向不变两路接收机应设置相位校正电路放大过程两路接收机的相移相同保证原有相位关系使偏离瞄准轴方向不变 单脉冲接收机 接收机 几个考虑问题两路接收机的增益保持一致保证两路信号的固有的幅度关系这样就确保减少偏离瞄准轴的大小误差电路中的增益控制是对两路增益的监测 在幅度校正器中调整 单脉冲接收机 接收机 几个考虑问题必须采用大动态范围的接收机避免幅度失真引起的偏离瞄准轴大小错误应采用对数放大对数输出带来电路运算的好处 简化电路设计 单脉冲接收机 接收机 几个考虑问题差信号的归一化保证在相同偏离瞄准轴角度情况下不因目标距离的远近 差信号强度不同引起测角差异 用和信号归一 差信号的强弱变成比值 查表得到对应的偏离瞄准轴角度 单脉冲接收机 接收机 录取器 单脉冲二次雷达录取器 脉冲检测 最终给出脉冲报告完成窄脉冲抑制脉冲宽度分析脉冲属性的赋值回答处理 最终给出回答报告完成脉冲到达时间定时 将一系列脉冲串组成回答组 分解窜扰回答 回答相关 最终给出目标报告 点迹 目标在波束驻留期间 组合同一目标的全部信息生成点迹 录取器 雷达数据处理 雷达数据处理 特有问题 错觉异步干扰旁瓣询问引起的回答反射问题同步窜扰回答丢失无线视频干扰 特有问题 二次雷达的特点 收发具有统一的频率 1030MHz 1090MHz应答机的天线为全向天线信号单程辐射编码信号 定义 检测出的应答F1脉冲为代码脉冲或为一个应答的框架脉冲 而F2脉冲为代码脉冲或另一个应答的框架脉冲影响 使后续处理加重负担 干扰正确的航迹跟踪解决方法 单脉冲技术可以判决错觉假目标 错觉 特有问题 错觉 Phantom 假目标示意图 特有问题 特有问题 无向应答 A站 B站 500nm 异步干扰影响 特有问题 特征 同步回答原因 询问机的旁瓣出现穿透控制波束现象询问机的控制脉冲辐射功率降低 旁瓣询问引起应答机回答 特有问题 旁瓣引起的询问示意图 特有问题 地物反射引起的假目标 Ghost 主瓣询问受地物遮蔽引起反射触发应答机回答 多径 特征 同步回答影响 在不同的距离和方位上出现标牌相同的两个回答 出现时间较短 反射问题 特有问题 反射假目标示意图 特有问题 反射应答 直接应答 由水平表面引起的主瓣反射 特有问题 由于波束中两个 或多个 目标间隔 20 3导致同步窜扰 同步窜扰 Garble 特有问题 询问 应答 F1 F2 RangeTgt1 RangeTgt2 20 3 S F1 F2 20 3 S 同步窜扰 Garble 特有问题 同步窜扰可能出现三种状态隔离 回答码信息位落在信息脉冲间隔之间粘连 回答码信息位有部分重叠 粘连结果使粘连信息脉冲变宽占位 回答码位完全重叠 两回答之间相互占位 特有问题 回答交织可能出现三种状态示意图 特有问题 模式S二次雷达 S模式 选择 是一种使用航行器全世界唯一地址进行选择性询问的二次监视雷达技术 模式S二次雷达 S模式询问 模式S二次雷达 特点 S模式意味着减少询问数目并选择寻址来减少阻塞和混叠更高的航行器数据完整性 由于S模式的唯一地址和更安全的数据传输数据链技术使得可提供更多的机载数据 模式S二次雷达 优点 更高的航行器数据完整性 由于S模式的唯一地址和更安全的数据传输 减少询问已减少阻塞可靠的反射处理更好的编码纠错能力 模式S二次雷达 优点 选择性询问 更好的分辨率 混叠消除 航路应用 处于统一航路的两架飞机 速度相近