二次雷达作用距离及影响因素分析
大气波导现象对二次雷达的影响及抑制方法
电子设计工程 Electronic Design Engineering
2019 年 1 月 Jan. 2019
大气波导现象对二次雷达的影响及抑制方法
张继明 1，孙 兵 2，刘纪辉 2，张 磊 2
（1. 南京恩瑞特实业有限公司 江苏 南京 210039；2.解放军 94535 部队 81 分队 江苏 南京 210039）
里），对 于 机 场 终 端 区 域 监 视 作 用 的 二 次 雷 达 ，最 大
作用距离一般约为 140 公里（75 海里）。
1.2 应答数据编码
二 次 雷 达 系 统 按 照 一 定 的 脉 冲 重 复 频 率（PRF）
询问监视空域内的目标，一般使用模式 3/A 与模式 C
交替询问，模式 3/A（简称模式 A）是兼用于军用识别
和民用识别的询问模式，模式 C 是用于高度的询问
模式。
应答机接收到二次雷达地面站发射的询问信号
后，将根据询问模式自动应答一串脉冲，也即应答信
号 。 模 式 3/A 与 模 式 C 的 应 答 码 格 式 相 同 ，都 是 由
16 个信息码位组成，如图 2 所示。其中，F1 和 F2 是
框架脉冲；X 位是备用位；两个框架脉冲之间的其余
Nanjing 210039，China）
Abstract: This paper explains the working principle of SSR，then analysis the phenomenon of atmospheric duct appearing in coastal areas，and give a algorithm which recognized and suppressed false targets of atmospheric duct.The results show that the algorithm can effectively suppress false targets of atmospheric duct ，and reduce the interference of atmospheric duct to SSR，and improve the surveillance performance of SSR. Key words: atmospheric duct；suppress algorithm；SSR；false target
影响二次雷达测角性能的主要因素及提高措施
影响二次雷达测角性能的主要因素及提高措施【摘要】本文叙述了车载一维相控阵二次雷达单脉冲测角原理，由地面反射引起多路径效应，以及车辆的运动等因素大大降低了测角精度，对这些影响单脉冲测角性能的主要因素进行了详细的分析和计算。
根据工程实践，给出了提高精度的方法，这些措施可以大大提高一维相控阵二次雷达的测角精度。
【关键词】SSR ADS-B；测角精度；标校1.引言二次雷达设备在空中交通管制中发挥着重要的作用，可以为管制工作人员提供比一次雷达精度高的航迹数据，还能提供识别信息，即飞机的代码，当飞机发生故障、通信系统失效或遇到劫持时，能够提供危机警告信息。
为了监视空域，和管理一些临时空域，需要发展车载二次雷达设备，快速部署到监视区域。
与陆地固定安装的二次雷达相比，有其共同的特点，也有其独特的一面，主要是受安装环境的影响，不能安装大尺寸的机械扫描天线，需要安装一维相扫的天线，特别是在空旷区域监视时，地面的反射很强，多径效应非常显著。
针对这些情况，本文分析了影响二次雷达测角精度的主要因素，针对这些问题，提出了一些解决措施，在实际应用中达到了预期的效果。
2.精度分析二次雷达测角时，多种因素的影响都将产生测角误差。
按误差的类型可分为系统误差和随机误差。
系统误差可通过校正加以消除或减小，随机误差则难以消除，它们直接影响测角的精度。
在雷达的各种测角方法中，单脉冲测角方法因实现简单、稳健性好等优点，在实际系统中得到了广泛的应用。
目前，实际中应用最广泛的单脉冲测角方法主要有四种：振幅-振幅式，相位-相位式，振幅和-差式及相位和-差式。
针对本设备中使用的振幅和-差式单脉冲测角方法，分析影响测角精度的主要因素。
2.1 振幅和-差式单脉冲测角由于在使用和-差角度鉴别器的单脉冲雷达对于接收支路特性的相位一致性要求相对不太苛刻，所以比较普遍的用于现代的一些雷达站。
这种方法所要求的设备量少，除要求和差通道的增益均衡外，对两路之间的相位关系要求不高，具有较大的实用价值。
二次雷达作用距离及影响因素分析
二次雷达覆盖范围及影响因素分析民航吉林空管分局 梁志国 严浩 文敏 马纯清1 引言航管二次雷达对保证民航飞机安全飞行、航班正常、提高空中交通管制效率具有重要的作用。
二次雷达覆盖范围是一项重要指标，这涉及到雷达设备的各项指标(如雷达天线增益、发射机发射功率、接收机带宽、接收机噪声系数等指标)的确定、准确合理的选址、规划和布局。
影响雷达实际作用距离的外界因素是非常复杂的，雷达的探测性能要受到雷达站选址和气候等多种因素的影响。
本文系统的研究了二次雷达辐射信号作用距离以及影响因素、空域覆盖问题。
2 理想条件下二次雷达覆盖范围分析二次雷达覆盖范围由二次雷达的作用距离决定。
二次雷达探测飞机需要询问信号能够有效的到达飞机应答机天线，飞机的应答信号能够有效的到达雷达天线。
询问距离要想达到最大，条件就是询问信号到达飞机时的功率刚刚好等于飞机应答机最小可检测信号。
询问信号作用距离的公式为2/1min I I I I Imax 4⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡''=P G G P R πλ，其中，I λ为询问信号波长，这里为0.291m ，I P 为询问信号功率，典型值为2000瓦，I G 为询问信号增益，典型值为27dB ，即天线增益为501，'I G 为应答机天线的接收增益，因为应答机天线为全向天线，所以天线增益为1，'min P 为应答机的灵敏度，即最小可检测信号，典型值为-71dBm ，即79.4×10-12w 。
经计算可以得到询问信号的最大作用距离为2600km 。
应答信号到达雷达的距离达到最大的条件是应答信号到达雷达天线的功率刚刚好等于二次雷达最小可检测信号，应答信号作用距离的公式为2/1min R R R R Rmax 4⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡''=P G G P R πλ，R λ为应答信号波长，0.275m ，'R P 为应答信号功率，典型值为251W,24dBW ，R G 为雷达接收增益，27dB ，'R G 为应答频率应答机天线增益，min P 为二次雷达最小可检测功率，典型值为-85dBm ，即3.16×10-12。
《二次雷达原理》课件
气象
用于气象预测和天气监测。
科研
用于天文观测和地质勘探。
雷达波段的分类
微波波段
毫米波波段
工作波段在1毫米到1米之间。
工作波段在0.1毫米到1毫米 之间。
紫外线波段
工作波段在200纳米到400纳 米之间。
二次雷达的波段选择
1 工作频率
通过选择合适的工作频率，可以获得更好的波束特性和探测性能。
2 环境干扰
在选择波段时，需要考虑周围环境波有不同的反射和吸收特性。
二次雷达的探测距离
信号强度
信号强度与目标物体到雷 达的距离成反比。
噪声干扰
噪声会降低信号的幅度， 从而影响探测距离。
功率和灵敏度
通过提高发射功率和接收 灵敏度，可以增加探测距 离。
发展历史
二次雷达起源于上世纪中叶，随着技术的发展，已经成为现代雷达系统的重要组成部分。
二次雷达的基本原理
1
发射信号
二次雷达向目标物体发射电磁波信号。
2
目标反射
目标物体接收到信号并反射回来。
3
接收信号
二次雷达接收目标物体反射的信号。
4
信号处理
接收到的信号经过处理，提取出目标物体的相关信息。
二次雷达的组成
《二次雷达原理》PPT课 件
在这个《二次雷达原理》PPT课件中，我们将探讨二次雷达的工作原理、应用 领域以及发展的前景。通过这个课件，你将深入了解雷达技术背后的科学原 理和实际应用。
什么是二次雷达
定义
二次雷达是一种通过接收目标物体反射的电磁波并进行信号处理的雷达系统。
作用
二次雷达用于探测、跟踪和测量目标物体位置、速度、轨迹等信息。
一次雷达 通过发射和接收连续的电磁波工作 适用于目标物体较大且距离较远的情况 具有较大的扫描范围
二次雷达原理分析
二次雷达原理分析作者：付广荣来源：《硅谷》2014年第03期摘要二次雷达作为当前民用航空的监视工具之一，在保障民航飞机安全飞行中扮演者重要的角色，它不仅能保障航班的正常运行，同时也丰富了管制手段，提高了航班运行效率。
但二次雷达运行过程中也经受着反射、目标丢失、异步干扰、错觉等一系列问题的困扰，因此如何有效发现并解决这些问题就成了关键所在。
关键词二次雷达；管制；反射；目标丢失；异步干扰；错觉中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0072-01雷达—无线电检测与测距，顾名思义：雷达的最终目的是发现目标，并测量其距离。
其中一次雷达（PSR）与二次雷达（SSR）是雷达家族中最常见的成员，其中一次雷达是检测自己发射的电磁波遇到物体后的反射信号来对空中飞行物进行检测的，其优点是具有较高的距离与方位精度，并能得出飞行物体的飞行速度；而二次雷达通过发射一组询问编码信号，装有机载应答机的飞机接收到询问信号后，转发一组应答编码信号。
通过“询问-应答”式工作，因此需要两次辐射，因此称为二次雷达。
因为二次雷达是双工作频率，其发射频率为1030 MHZ，接收频率为1090 MHZ，所以它具有作用距离远，无地物杂波和气象杂波干扰，又因其是“询问-应答”式工作模式，因此又具有交换信息丰富等特点。
下面就重点介绍下二次雷达的基本原理以及常见的问题及分析。
二次雷达询问信号采取的是P1P2P3三脉冲体制，其中P2为旁瓣抑制脉冲，P1与P2的时间间隔恒为2 μs，P1P3脉冲为模式询问脉冲，P1与P3之间的时间间隔决定了不同的询问模式，ICAO规定使用模式3/A与模式C，即为我们熟知的识别码和高度码，模式3/A的时间间隔为8 μs，模式C的时间间隔为21 μs。
二次雷达的编码信号经由天线、发射机进行信号的发送，而应答信号则由接收机、信号处理机、终端设备进行信号的接收，应答信号代码则有16个脉冲构成，图一中SPI位脉冲未进行标识，因其只有在管制员要求时发送，因此一般情况下不使用，其中脉宽为0.45 μs，脉冲间隔为1.45 μs，整个脉冲框架即F1到F2的时间间隔为20.3 μs，F2到SPI位的时间间隔为4.35 μs，脉冲编码经过处理就是我们所需的识别码与高度码，而在这16为脉冲信息编码中，其中F1、X、F2以及SPI位不用，因此有用的脉冲为12位，即会有4096种编码的可能性。
二次雷达原理(入门)
二次雷达原理
（信号格式）
模式询问脉冲含义
P1 P3间隔
3s 5s 8s 17s 21s 25s
询问模式
1 2 3/ A B
C D
询问模式的作用
军用
识别码
军用
识别码
军/民用 识别码
民用
识别码
高度码
备用码
二次雷达原理
（信号格式）
询问脉冲的参数 脉冲宽度 0.8微秒 公差 0.1微秒 上升时间 0.05~0.1 下降时间 0.01~0.2
二次雷达原理
（信号格式）
脉冲的参数定义
T
0.9 A 0.5 A
tr
t f 0.1A
二次雷达原理
（信号格式）
回答信号 回答信号格式除了F1和F2包括X位由13 个脉冲（位）组成
F1 C1 A1 C2 A2 C4 A4 X B1 D1 B2 D2 B4 D4 F 2
SPI
0.45s 1.45s
二次雷达原理
（信号格式）
五周期码对应十进数值
循环码奇偶性 偶数
奇数
C1 C2 C4
001 011 010 110 100 100 110 010 011 001
十进制数 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
二次雷达原理
（信号格式）
高度码示例 如下高度码代表海拔高度20000英尺
F1 A1 C2 A2 A4 B1 B2 B4 F 2
2
1
1
d
2
2
去R X
1
去RX
二次雷达原理
（单脉冲原理）
偏离瞄准轴大小 依照差信号的幅度大小判决偏离瞄准轴大小
雷达 第二节 最大作用距离及其影响因素
(3)圆柱形物体
• 像烟囱、煤气罐、系船浮筒这类圆柱形 物标，则其水平方向的影响与球体相似， 垂直方向的影响则和平板一样；
(4)锥体
• 像灯塔、教堂尖顶及锥形浮标这类锥形 物标的反射性能很差，只有当射束于母 线垂直时，效果与圆柱相同。
.
.
.
.
3)物标材料的影响
• 物标的材料不同，其回波强度也不同。物标反 射强弱可用反射系数表示。反射系数是指反射 能量与入射能量的比值，反射系数取决于物标 材料的基本电特性，导电性能好的材料其雷达 波的反射系数也高。金属比非金属的反射强， 木质及玻璃钢的放射性能较差。
4)工作波长对反射性能的影响
• 目标的有效散射面积与雷达波长有关。对于尺 寸比雷达波长小很多的目标(如雨、雪)来说， 其有效散射面积与波长的4次方成反比，故3cm 雷达的雨雪干扰要比10cm雷达强得多。
• 其特点是：
• 1．水蒸汽对3 cm雷达波的衰减比lO cm雷 达波大10倍多。
• 2．雨对雷达波的衰减随雨滴及密度的增 大而增加， 3 cm雷达波的衰减比对10 cm雷 达波大10倍左右，故雨天宜选用10 cm雷达。
•
.
• 3．一般的雾对雷达波的衰减较小，但能 见度为30 m的大雾对雷达波的衰减要比 中雨引起的衰减还要大。
• 1．离本船越近，海浪反射越强；随着距离增 加，则海浪反射强度呈指数规律迅速减弱。一 般风浪时，海浪回波显示范围可达6nmile～8 nmile，大风浪时甚至可达10nmile。海浪回波 在雷达荧光屏上显示为扫描中心周围一片不稳 定的鱼鳞状亮斑。
• 2．海浪回波强度与风向有关，风向和海浪波 形关系如图1—3—14所示。海浪反射上风侧强， 显示距离远，下风侧弱，显示距离近。
雷达 第二节 最大作用距离及其影响因素PPT课件
成正比。因此，增加发射功率，最大使用距 离增加并不显著，况且增加发射功率，付出 代价大，不可取。
• 2 ) rmax 与 Prmin 的 四 次 方 根 成 反 比 ， 减 小 Prmin (即提高接收机灵敏度)可增加rmax ，
但影响也不显著。
.
3
8
(2)球形物体
• 球体反射性能很差，只有正对圆心的才 返回；
(3)圆柱形物体
• 像烟囱、煤气罐、系船浮筒这类圆柱形 物标，则其水平方向的影响与球体相似， 垂直方向的影响则和平板一样；
(4)锥体
• 像灯塔、教堂尖顶及锥形浮标这类锥形 物标的反射性能很差，只有当射束于母 线垂直时，效果与圆柱相同。
.
• 3)从雷达方程中还可看出， rmax 与GA 和
λ的平方根成正比。
• 4)除了上述雷达技术参数外，显然雷达作用 距离还受到雷达极限探测距离的限制
.
4
2．物标反射性能的影响
• 物标反射雷达波性能的强弱显然会影响雷达的最大作用距 离。通常物标反射雷达波性能的强弱可用目标有效散射面 积来表示。目标有效散射面积的定义是：将物标看成各向 同性的等效散射体，它以相对于雷达波方向的截面积 ，
.
19
四、大气衰减的影响
• 大气衰减是指雷达波在大气层传播过程中受 到大气吸收或散射导致雷达波能量的衰减。这
在大气中有雾、云、雨和雪等含水量增大时更
为严重。
• 其特点是：
•
1．水蒸汽对3 cm雷达波的衰减比lO cm雷
达波大10倍多。
•
2．雨对雷达波的衰减随雨滴及密度的增
大而增加， 3 cm雷达波的衰减比对10 cm雷
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二次雷达覆盖范围及影响因素分析
民航吉林空管分局 梁志国 严浩 文敏 马纯清
1 引言
航管二次雷达对保证民航飞机安全飞行、航班正常、提高空中交通管制效率具有重要的作用。
二次雷达覆盖范围是一项重要指标，这涉及到雷达设备的各项指标(如雷达天线增益、发射机发射功率、接收机带宽、接收机噪声系数等指标)的确定、准确合理的选址、规划和布局。
影响雷达实际作用距离的外界因素是非常复杂的，雷达的探测性能要受到雷达站选址和气候等多种因素的影响。
本文系统的研究了二次雷达辐射信号作用距离以及影响因素、空域覆盖问题。
2 理想条件下二次雷达覆盖范围分析
二次雷达覆盖范围由二次雷达的作用距离决定。
二次雷达探测飞机需要询问信号能够有效的到达飞机应答机天线，飞机的应答信号能够有效的到达雷达天线。
询问距离要想达到最大，条件就是询问信号到达飞机时的功率刚刚好等于飞机应答机最小可检测信号。
询问信号作用距离的公式为
2/1min I I I I Imax 4⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡''=P G G P R πλ，其中，I λ为询问信号波长，这里为0.291m ，I P 为询问
信号功率，典型值为2000瓦，I G 为询问信号增益，典型值为27dB ，即天线增
益为501，'I G 为应答机天线的接收增益，因为应答机天线为全向天线，所以天线增益为1，'min P 为应答机的灵敏度，即最小可检测信号，典型值为-71dBm ，
即79.4×10-12w 。
经计算可以得到询问信号的最大作用距离为2600km 。
应答信号到达雷达的距离达到最大的条件是应答信号到达雷达天线的功率刚刚好等于二次雷达最小可检测信号，应答信号作用距离的公式为
2/1min R R R R Rmax 4⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡''=P G G P R πλ，R λ为应答信号波长，0.275m ，'R P 为应答信号功率，
典型值为251W,24dBW ，R G 为雷达接收增益，27dB ，'R G 为应答频率应答机天线
增益，min P 为二次雷达最小可检测功率，典型值为-85dBm ，即3.16×10-12。
计算可以得到应答信号的最远作用距离为4365km 。
另一方面雷达的探测距离还要受地平线对飞机屏蔽的限制。
雷达的电磁波基本是按直线传播的，距离较远的飞机，由于地球表面的弯曲不能被发现。
雷达在地平线上的最大探测距离成为雷达的视距，视距有一个公式
()
t a 0 12.4h h d +=，a h 为雷达站的高度，t h 为飞机飞行的高度。
假设雷达站假设高度为20m ，飞机飞行高度为10000m ，可以得出结论雷达视距为430km 。
从430km 这个数值可以看出，雷达的测距探测范围大于450km 的限制主要是在视距。
因为民航飞机基本在12000米以下飞行，所以在远距离处飞行的飞机可能不在雷达辐射覆盖范围内，导致雷达无法探测到远距离处的飞机。
3 影响二次雷达覆盖范围的因素
第2节的二次雷达作用距离分析是在理想条件下计算的，这包括在雷达天线与目标的直线距离上没有任何障碍物，到达目标只有直射电磁波的能量，空间内的大气处处均匀、性质也相同，空间内的大气不吸收电磁波的能量。
但是在实际的电磁环境中二次雷达覆盖范围会有以下四个方面的影响：天气因素的影响，地面反射的影响，有源干扰的影响，无源干扰的影响。
3.1 天气因素对于二次雷达覆盖范围的影响
电磁波传输的实际介质是大气层，且大气是在不断变化的，这种变化对微波的传输会产生影响，特别是距地面约10000米以下的对流层的底层大气层对微波的传输影响最大。
在对流层中，大气成分、压强、温度、湿度会随着高度的变化而变化，会使得微波产生吸收、反射、折射和散射等影响，并且天气是变幻莫测的，电波在往返大气层的时候，可能会受到大气、云、雾、雪、降雨等不同气象因子的影响，使之有所损耗。
但是从整体来看，天气因素对于二次雷达作用距离有一定的影响，但是影响较小，这是因为二次雷达使用的发射和接收频率较低。
雨对于电磁波有较大的衰减，电磁波从雨中穿过会被吸收一部分；雨滴中的感应电流的二次辐射能减小电波传播方向上的功率密度。
雨的衰减大小与降雨量、雨顶高度、电波频率、温度、电磁波的极化有关。
雾是由直径为0.01-0.02厘米的水珠。
由于直径小其对电磁波的散射衰减小，主要是吸收衰减。
衰减量与雾的浓度、吸收系数、折射率、波长、水密度等参数有关。
云中的水蒸气粒子最大直径一般在50-100um ，大小较微波雷达的波长小的多，所以其对电磁波的散射远小于吸收。
吸收系数与电磁波的波长、温度、云的含水量、云的种类、分布范围和高度等等有关。
沙尘的形状具有复杂的多样性，尺寸分布在几十到几百微米，沙的直径分布呈指数模式，其直径分布的均值和方差依据地理环境和沙尘成因不同而不同，一般沙尘分为自然沙尘、爆炸沙尘和车扬沙尘。
沙尘对电磁波的主要影响是通过与空气中的水分结合，形成一定的介电常数，对电磁波进行衰减。
3.2 反射对于二次雷达覆盖范围的影响
当询问机询问或应答机回答时所发射的电磁波，碰到山峰或高大建筑物等固定目标而反射时，将会造成距离和方位都不正确的假目标的显示。
反射是目前困扰二次监视雷达探测性能的主要因素。
反射造成的影响非常大，包括解码错误、定向误差、垂直波束分裂、旁瓣穿透、幻影飞机等等。
对于反射问题，在二次雷达建设选址期间就需要有相关的规划，需要按照规范选择较高的地形，避开反射物。
同时二次雷达采用一些技术处理，可以减弱反射对于雷达覆盖的影响，这包括询问旁瓣抑制(ISLS)、接收旁瓣抑制(RSLS)、可编程灵敏度控制(STC)、功率程序控制(PPC)、异步干扰抑制(Defruit)、单脉冲测角技术、应答和点迹相关处理等技术。
3.3有源干扰对于二次雷达覆盖范围的影响
有源干扰分为人为的和偶然的(即有人故意做的或则来至其他电气设备或机器的)，干扰信号进入雷达接收机又分为从天线主瓣进入和从天线旁瓣进入。
有源干扰能够对二次雷达询问和应答过程造成干扰，从而影响雷达的覆盖。
如图1所示为有源干扰的示例图。
图中有源连续波干扰对于飞机应答机的应答信号有干扰，导致二次雷达接收到大量的虚假应答，雷达接收机饱和，无法正确解出正确应答。
在180度到210度之间的应答输出全部被假应答覆盖，在这一扇区雷达失去作用能力。
图1 有源干扰示例图
3.4 无源杂波对于二次雷达覆盖范围的影响
从整体来看，由于二次雷达的工作原理与一次雷达不同，即二次雷达通过两次有源辐射来探测目标，且发射过程和接收过程使用的电磁波频率不同，无源杂波对于二次雷达的影响很小。
这里只做简要介绍。
无源杂波分为面杂波和
体杂波。
面杂波是由不规则表面引起的，如崎岖的地形。
体杂波是由空间分布的散射体引起的，如雨、箔条干扰物。
面杂波和体杂波的幅度随距离的变化规律不同，从而导致不同的二次雷达距离方程。
4 结束语
本文初步的对二次雷达覆盖范围做了分析，包括理想条件下二次雷达覆盖范围的计算，以及天气因素，地面反射，有源干扰，无源干扰对于二次雷达覆盖范围的影响。
这些分析涉及航管雷达辐射信号作用距离的影响因素、空域覆盖以及雷达站选址问题。
本文内容对于评估航管雷达性能和雷达站选址布局有重要意义和应用价值，对于二次雷达站的日常维护以及问题排查有实际意义。