S模式二次雷达浅析
浅谈S模式雷达在空管设备运行中的应用
浅谈S模式雷达在空管设备运行中的应用发布时间：2021-12-30T08:58:35.214Z 来源：《中国科技人才》2021年第25期作者：李金蔓[导读] 目前，二次雷达作为传统的监视信号源接入空管自动化系统在空中交通管制工作中已经得到广泛的应用，早期二次雷达系统为单脉冲A/C模式（取得飞机的身份识别信息和高度信息），随着S模式雷达的逐步推广，未来几年S模式雷达将全面取代传统的单脉冲二次雷达。
民航桂林空管站技术保障部广西桂林 541000摘要：目前，许多空管系统开始使用S模式雷达系统，作为一种新型的空中监视设备已经被越来越多的用户所接受，S模式雷达系统根据S模式数据配置的区别分为S模式基本型雷达和S模式增强型雷达两种类型，S模式雷达的使用以及其数据接入空管自动化系统后会为管制人员提供更多的信息，提升整个体系的安全运行能力。
关键词：二次雷达、S模式、DAPs、空管、增强型、基础型1.前言目前，二次雷达作为传统的监视信号源接入空管自动化系统在空中交通管制工作中已经得到广泛的应用，早期二次雷达系统为单脉冲A/C模式（取得飞机的身份识别信息和高度信息），随着S模式雷达的逐步推广，未来几年S模式雷达将全面取代传统的单脉冲二次雷达。
S模式雷达作为近年发展起来的一种新型空中监视设备相对传统的A/C模式二次监视雷达具有较大的优势，它采用了选址询问技术，通过对数据链的扩展和对系统容量的扩充，大大提高了数据传输的容量并且降低了系统内部干扰，目前在美、欧等国家和地区已经得到了广泛应用，同时也是国际民航组织推荐使用的一种空管设备。
S模式雷达是使用唯一的24位地址进行选择性询问的二次监视雷达，本文通过对S模式雷达系统的原理的介绍，对S模式雷达系统在民航空管的实际运行情况进行分析和探讨并对其在空管系统的前景进行展望。
2.S模式二次雷达监视系统功能概述S模式二次雷达监视系统是在传统的A/C模式雷达的基础上发展起来的，它采用询问应答协同的工作方式，具有S模式雷达的询问和应答两项功能。
S模式二次雷达的简单介绍
通信导航监视/CNS S 模式二次雷达的简单介绍Brief introduction to Mode S secondary radar华北空管局高树萍编译2007 年具有S 模式的苏庄一/二次雷达站和百花山单脉冲二次雷达站在民航华北空管局落成，标志着S 模式二次雷达在我国首家使用。
作为S 模式二次雷达站的建设者之一，尤其对S 模式感兴趣。
S 模式二次雷达系统精度高、抗干扰能力强、信息量大，它能实现两个以上雷达站之间的通信，其有为飞机对询问轮流做出应答。
二、S模式的特点S 模式地址唯一。
在S 模式二次雷达中，基于飞机地址唯一可选择性，S 模式询问含有56 位及112位信息串，其中包括24 位的飞机代码位；除了24 位地址位还有32和88 位信息位，任何装有S 模式的飞机都能由波束内的其它飞机分时，信号范围内的所有飞机应答没有重叠，应答录取则不会发生错误。
一机一码，减少或消除了同步干扰，同时防止询问信号串扰其它飞机，提高了检测能力。
（3）S 模式询问消除了来自天线波束范围内其它目标的应答信号，因此大大降低了干扰、应答机占据以及由于反射引起的虚假应ATC 提供数据链以及为VHF 语音通信提供备份的能力，可以应用在ADS-B 和TCAS 防撞等系统中，是二次雷达的发展方向。
一、S模式的定义S 模式即选址模式。
S=Select 选择，是有选择性地询问识别目标。
地面管制雷达站通过轮呼别询问。
因为对每一架装有S 模式的飞机，都分配给一个全世界独一无二的地址，该地址称为技术地址。
全世界有16 777 216 个技术地址可用，并且已由国际民航组织（ICA O）进行标准化。
每次S 模式询问都包含目标飞机的地址，被寻呼的飞机是回答询问的唯一飞机。
答。
（4）S 模式询问较高的飞机数据完整性，得益于S 模式唯一的地址和较安全的数据传输。
当传输期间编码被破坏时，S 模式有更好的编码维修能力。
（5）S 模式询问选择性询问减少了询问次数从而减少了干扰，最（ROLL-CLL）有选择地询问，在地面询问和机载应答装置之间具备双向交换数据功能，这就是说S 模式二次雷达站有能力选择性地寻呼其覆盖范围内的飞机。
初探S模式二次雷达的基本原理
初探S模式二次雷达的基本原理S模式雷达是一种应用广泛的雷达系统，它具有良好的抗干扰性和高分辨率。
在S模式雷达的基础上，二次雷达又是一种新型雷达系统，它在S模式雷达的基础上进行了进一步的改进和优化，具有更高的性能和更广泛的应用。
下面就来介绍一下S模式雷达和二次雷达的基本原理。
首先是S模式雷达的基本原理。
S模式雷达是一种利用电磁波来探测目标的雷达系统。
它通过向目标发射一束电磁波，然后接收目标散射回来的信号，并通过分析信号的相位差来测定目标的距离。
S模式雷达的原理是利用电磁波在空间中的传播和散射特性，通过探测目标散射的信号来实现对目标的定位和跟踪。
S模式雷达具有测距精度高、抗干扰性强等优点，在航空、航海、军事和民用领域有着广泛的应用。
但是在一些复杂环境下，S模式雷达的性能可能会受到限制，需要进一步改进和优化。
二次雷达的工作原理和S模式雷达类似，但是它在信号处理、抗干扰、分辨率等方面进行了改进和优化。
二次雷达在信号处理方面采用了更先进的算法和技术，使得雷达系统能够更准确地测定目标的距离和方向。
在抗干扰方面，二次雷达采用了更高的抗干扰技术，能够在复杂的电磁环境下保持良好的性能。
二次雷达在分辨率方面也有所提高。
分辨率是指雷达系统能够分辨出两个非常接近的目标的能力。
二次雷达在分辨率方面采用了更先进的技术和方法，使得雷达系统能够更好地分辨出目标，提高了雷达系统的探测能力和精度。
二次雷达在S模式雷达的基础上进行了进一步的改进和优化，具有更高的性能和更广泛的应用。
二次雷达在军事、航空、航海、民航等领域都有着广泛的应用前景。
随着技术的不断发展，二次雷达将会进一步改进和完善，为人类社会的发展做出更大的贡献。
浅谈二次雷达S模式及S模式在SELEX雷达中的应用
浅谈二次雷达S模式及S模式在SELEX雷达中的应用作者：卢勋来源：《科学导报·学术》2019年第36期摘要：S模式中S=Selective即选址模式。
S模式询问是通过分配给每架飞行器一个唯一的24位地址码，通过飞行器唯一的地址码有选择性的进行询问，相比较传统A/C模式在整个天线波瓣内进行广播询问，S模式大大降低了同步串扰问题，同时由于其选择性较好能避免相邻飞机的干扰。
除此之外，S模式具有更大的识别编码容量可以同时为16777216架飞机编码，而目前使用的A/C模式代码数只有4096个，大大增加了空中交通管制容量，面对民航系统高速发展的今天，代码资源短缺问题在一定时期内得到了解决。
同时，S模式采用数据链通信，可交换在信息更丰富，更有利于空中交通管制员了解飞机更详细的状况。
关键词：空中交通管制;二次雷达;S模式;SELEX雷达1.二次雷达S模式发展历史在20世纪70年代人们开始研究单脉冲二次雷达（MSSR），单脉冲二次雷达提供了更准确的目标位置信息并减少异步和同步串扰。
在广泛应用A/C模式的同时，其缺点也显而易见：同步干扰（garble），询问率过高导致异步干扰（fruit），识别码太少（4096）个，随着空中交通流量的日益增加，识别码已经不能满足空中管制ATC）需求。
由于上诉情况，英国和美国独立发展了S模式，英国开发的系统称为选择地址（ADSEL）SSR，美国开发的系统称为离散地址信标系统（DABS）SSR。
英美两国研究的侧重点不同，英国的系统主要偏向于一架飞机位置的精准性以及通讯链路的性能;美国系统则完成了基本S模式的开发项目，并讨论了S 模式机载设备的性能。
最后，两项工程合二为一，并被美国联邦航空管理局（FAA）命名为S 模式。
2.S模式信号格式S模式询问信号格式：P1-P2为模式S询问的前导脉冲，采用脉冲幅度调制，间隔2微秒，脉冲宽度为0.8微秒。
P6是数据脉冲（数据块），宽度16.25微秒对应56位数据链，宽度30.25 微秒对应112位数据链。
浅谈二次雷达S模式及雷达新技术
在 ＡＣ模式 基础上发展起来 的 ｓ ／ 模式必须兼 容原有 的 ＭＣ 式 模 ０８ ． 系统 ， 模式雷达仍然属 于二 次雷达 ． 对传统二次雷达 的改进 ， 须 ｓ 是 必 图 ３１ ． 遵循传统二次雷达的一些 特性 ｓ 模式 的兼容性关键是要求 ｓ 模式的 频 率 与 传 统 模 式 相 同 ．即 询 问 频 率 为 １３Ｍ ｚ 应 答 频 率 为 ００ Ｈ ． 数据是通过 Ｐ 脉冲差分移相键控 发射 的．Ｐ Ｋ编码 的规则是 当 ６ ＤＳ １９ Ｍ ｚ 同时 Ｓ ００ Ｈ ： 模式 必须不干扰原 有 ＭＣ模式 的正 常工作 ． 能改 相邻位之间相位变化 １０ 时表示二进制的逻辑 １相位无变化时表示 不 ８。 ， 变原有 的设备工作 方式 。基于以上要求 ． 模式必须做到 以下两个 方 二进制的逻辑 Ｏ 编码示意 图如 图 ３ ． ｓ ． ． 其抗干扰性非 常好 。 ２
２１ 年 ０１
第 ２ 期 ７
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｆ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｎ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｉ
ｏ科教前沿。
科技信 息
浅谈二次雷达 Ｓ模式及雷达新技术
郭 林辉 （ 民航 安徽 空中 交通管理 分局 安徽 合肥 ２０ ５ ） ３ ０ １
【 要】 摘 二次 雷达（ ｓ ） Ｓ 式是在 Ａ Ｃ模式缺陷的基 础上发展起 来的。 ｓＲ 的 模 ／ 现今欧 美已经普及 了 Ｓ 模式二 次雷达 ， 国也处于推进 阶段 。 我 传统 的 Ａ Ｃ模式询 问时， ／ 处在询 问波束 范围内的飞机都会做 出应答， 若两架以上飞机很近时 ， 他们的应答脉 冲就会 交织在一起 ， 而加 大 了脉 从 冲处理 的难度 ． 即使使 用了单脉冲技术也会无法辨别。为了克服这一弊端 。 二次雷达 出现了 ｓ 模式— —选择询问方式， 样就 消除其他 飞机 应 这 答使 的回答信 号交织的现 象． 同时降低 了询问的频率， 效的减 少了异步干扰 。ｓ 有 模式 的二 次雷达 不仅 具有 更好 的监视 能力， 还提供 地空数据 通信 能力。 模式是二次雷达发展 的一个里程碑 。 ｓ 那么随 着电子制造业的发展 ， 的技术也将应 用到雷达上 ， 斯 未来雷达系统设计将会 出现 ： 数字 化收／ 发模块 、 中频接收机、 零 软件技 术应 用、 以及超 强处理能力的计算机 等。本文 旨 阐述二 次雷达新的模 式和新 的技术 。 在 【 关键 词】 二次雷达（ｓ ： ｓ Ｋ）ｓ模式 ： 单脉冲
对单脉冲二次雷达S模式的认识
摘要：有效空域内目标数激增a/c模式系统所显示出的不足，大多数先进国家以s模式系统逐步替换a/c模式。
本文简略阐述了a/c和s模式的优缺点；s模式对装有a/c模式和s 模式应答机的3中呼叫方式：mode a/c全呼询问、mode a/c/s全呼询问、s模式编码询问；s模式的应答；s模式的兼容性。
关键词：单脉冲；二次雷达；s模式1.引言随着我国民用航空业近年来的飞速发展，空中交通流量的日益增加，早期引进的航管单脉冲二次监视雷达（ssr），传统的a／c模式已不能满足空中交通管制(atc)的需求。
近年来国际上已经普遍采用了更为先进的雷达—s询问模式。
所谓s模式，美国称为离散选址信标系统，其地面询问是一种只针对选定地址编码的飞机专用呼叫的询问。
装有s模式应答机的飞机，都有自己单独的地址码，它对地面询问会用本机所编地址码来回答，因而每次询问都能指向选定的飞机，实现点名式的询问应答；同时s模式的上下行数据链可以用地空双向数据交流。
此询问模式已被国际民航组织(icao）接受，作为二次监视雷达的行业标准。
2.a/c模式与s模式优缺点a/c模式二次雷达的不足表现在几个方面：其一，应答信号只有12位二进制，编码数量有限；其二，只能回答飞机的代号、气压高度，可交换信息少；其三，询问信号结构简单（只有p1、p2、p3三个脉冲），不含识别成分，在询问信号工作范围内的全部飞机会同时获得询问信号，可能产生同时应答，造成混叠；其四，地面反射产生盲区，还有目标的方位、距离等参数的分辩率低等。
s模式二次雷达，其询问信号和应答信号都包含有56位二进制（短报文）或112位二进制（长报文）的数据块。
在s模式的询问信号中，一个15或29us的数据块可容纳56bit或112bit的数据，数据的前24位规定用于飞机的地址编码，这样的飞机的识别码数量可达1677万个，是现行的a/c模式的46千多倍，足以实现全球飞机一机一码。
其他的数据位可用于传送所需的飞机参数。
初探S模式二次雷达的基本原理
初探S模式二次雷达的基本原理S模式（Secondary Surveillance Radar）2次雷达是一种被动雷达技术，它通过二次回波信号寻找目标来识别和跟踪空中飞行器。
与传统雷达相比，它具有更高的准确性和可靠性，并经常用于民航、军事和航空交通管制等领域。
S模式二次雷达是如何工作的？当飞行器向雷达站发送信号时，雷达站会将能量反射回飞行器，并通过反射后的信号计算出飞行器的距离、高度和速度等信息。
这是一种主动雷达技术。
而S模式二次雷达则是一种被动雷达技术。
它并不向飞行器发送信号，而是接收飞行器已经发送的二次信号。
S模式二次雷达依赖于ATC（Air Traffic Control）雷达发射器向飞行器发射脉冲信号，每个飞行器上都配备有一个响应器。
这个响应器与ATC雷达发射器配合工作，工作原理如下：1. ATC雷达发射器向飞行器发送调制干扰信号，这个信号被响应器接收并进行处理。
2. 响应器对信号进行处理，将自己的特定编码加入到信号中，并将处理后的信号返回给ATC雷达发射器。
3. 雷达发射器接收到信号，解码响应器编码并计算飞行器的距离、高度和速度等信息。
由于S模式二次雷达接收到的是飞行器的二次信号，因此它的精度和可靠性比主动雷达更高。
此外，每个响应器的特定编码还保证了ATC雷达发射器只接收到与其交互的飞行器的信息，并避免干扰其他飞行器。
需要注意的是，S模式二次雷达只能跟踪已经安装有响应器的飞行器，并且需要与ATC 雷达发射器配合使用才能正常工作。
结论S模式二次雷达是一种高精度、可靠的被动雷达技术，主要用于识别和跟踪航空器。
它依赖于飞行器上安装的响应器和ATC雷达发射器的配合工作，能够提供准确的距离、高度和速度等信息，对民航、军事和航空交通管制等领域有重要的应用价值。
初步认知S 模式二次雷达
1S模式S模式二次雷达的开发起源于美国和英国，当时飞机数量大量增加，自动控制ATC系统中涌现众多异步干扰问题，为此科研人员将每架飞机编上离散地址码，对雷达扫描波束内的目标进行点名性的询问，被点到名的飞机才予以回答。
这样就可以避免A/C交互模式中的A、C两种模式相关问题，大大降低雷达的询问率，进一步减少异步干扰问题。
S模式二次雷达安装了数据链通信功能，提高了管制系统自动化水平。
为此，将S模式询问定义为离散选址信标系统，雷达询问是针对于特定地址编码的目标进行定向呼叫的询问。
安装S模式应答机的飞机都有特殊的地址码，飞机对雷达询问的应答信息中必须包含本机地址码。
因此，每次询问都相关飞机地址码，实行点名询问和对应的应答，这样就从根本上排除了同步窜扰问题。
S模式询问和应答形成完整的地空数据链系统，便于实现地空双向数据交互。
S模式二次雷达应答信息和询问，采用信息数据链报文格式多达24种，相关应答信号和询问信号含有56位二进制（长报文）或（短报文）的数据块，完全可以满足不同数据传输的需要。
2S模式询问形式雷达S模式询问方式对应的是S模式应答机，原有的A/C模式应答机收获后将不予应答。
S模式在P2脉冲之后增加了一个P6长脉冲，用来发送上行数据，脉冲宽度为16.25us或者30.25us。
P6脉冲采用Dpsk方式调制，其中二进制1表示相位变化180°，二进制0表示相位没有变化，反相脉冲的间隔为0.25us，进而产生4MHz比特率的数据。
采用Dpsk扩谱信号能够大大提高询问信号的抗干扰特性。
P6之外的脉冲实行脉冲幅度调制。
P6脉冲前沿之后1.25us处包含一个同步反相信号，模式S应答机以这个信号作为询问解码的发射应答信号及同步信号的时间基准，二次雷达询问机以该信号为基准，即可测量飞机信号到达的时间，从而计算出飞机的实际距离。
3S模式的应答飞机上的S应答机，在收到雷达询问信号之后，用l090MHz的频率发送应答信号，因为收发采用不同频率，故称接收应答机为异频收发机，相应的信号转发延迟在30us左右。
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1.S模式介绍 S模式的出现很好的解决了A/C模式雷 达所存在的缺陷。很好的解决了由于空域中 的飞行器数量持续增多而引起的异步干扰和 同步串扰问题。相比于常规的单脉冲二次雷 达，Mode S探测目标分为全呼（All-Call） 和选择性呼叫（Roll-Call）两部分。 由于 每一架飞机出厂时都会被分配独一无二的24 位地址码，也称作飞机 S模式地址，当飞机 收到询问脉冲中的信息后，会比较询问数据 链中AP字段是否与自己的24位地址码相同。
停止试验，用新试件重新开始；
若损坏或影响能确定为试件某部分，
淋雨、爆炸大气、沙尘 过中断
可继续进行，但若后续试验试件失效则会导致 对其他部分无影响，则可修复该部分
许最高线 试件未损坏
试验无效。
后征得顾客同意后，做完试验。
高低温、低气压（高度）、湿 根据具体试验，仔细分析中断情况、
同一试件从新开始该试验；
热、霉菌、盐雾、加速度
综合讨论处理办法
从最后一个有效的试验循环开始试验。
3.2 试验中事项 试验开始，按照规定施加环境条件，试件要在试验中工作时，
按照规范要求进行性能功能测试。记录测试结果，并进行对比，测 试记录应包含试验的条件、时机、性能指标等。 3.3 试验中断的处理
试验中断分为允许内中断、和超允许中断。表1，给出了中断 分类和参考处理办法。 3.4 试验后处理
4.结语
军品环境试验是用来验证和考核军事装备对其预期遇到极端环 境的适用能力。航空电子产品有其使用的特殊性，既要满足地面环 境、高空环境，还要满足在高速航行过程中各类综合环境的速变， 对气候和力学条件均要求较高，因此对航空电子产品提出更高的环 境适用要求。环境试验应加强早期投入，在产品研制阶段和设计 鉴定阶段应通过大量试验不断改进设计，从源头上提高产品环境使 用能力。环境适用性设计是产品设计最重要组成部分，且应先期投 入。定型后的应力筛选只要是剔除早期缺陷，例行试验主要是产品 质量一致性检验试验。
图2 S模式询问脉冲格式 S模式询问信号频率为1030±0.01 Mhz，如图2所示，为S模式询问格 式。询问信号由4个脉冲组成，前两个是前导脉冲（P1，P2），用于抑制常 规模式雷达的响应。 第三个脉冲（ P6）为信息为第一个相位反转称为同步相位反转， 作为用于 确认信号解码的同步时钟和用于测量飞行器距离的时间起始点。P5脉冲为旁 瓣抑制脉冲，时间上与同步相位反转重叠，应答机通过比较P5与P6脉冲的幅 值来判断是否为旁瓣发射的询问。 3.2 应答模式
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ELECTRONICS WORLD・探索与观察
图1 联合询问脉冲格式 的2微妙处增加了P4脉冲。 P4长度有两种： 当它为0.8微秒时，是仅模式 A/ C全呼（ mode A/ C- only all- call）， S模式应答机可识别短 P4但无法 给出应答; 当它为1.6微秒时，是仅模式 A/ C/ S全呼（ mode A/ C/ S- only all- call），应答机以格式DF11应答，应答信息中包含飞机的地址码。 3.1.2 s模式询问
1）试验后的测试和对比。按照规定要求试件恢复常温，依照 规范要求指标进行测试并记录。对试验前中后数据进行比较，确认 数据有效性和完整性，对试验结果进行分析。
2）试验报告。出具试验报告，试验报告签署批准完整；试验报 告一般须包括：试验目的、要求和判据；试件的唯一性标识（名称、 编号、型号等）；试验参数、方法、程序；试件的安装图或者连接照 片；试验所用的仪器及其型号、编号、校准期，试验场地、试验参试 人员；试验测试性能记录；试验条件监视记录；试验结果等。
ELECTRONICS WORLD・探索与观察
表1 试验中断处理
试验中断
分类及具体情况
参考处理办法
允许内中断
中断期试验条件一直保持正确的量值
不修改持续时间，试验继续进行。
超允许 中断
欠中断 试验条件低于允许下线
从低于试验条件的点重新达到试验条件恢复试验。
温度冲击、振动、冲击、炮振、
试验条件超过允 试件损坏
2.s模式优点 因S模式在自动化系统的应用，优势也 越来越明显： （1）解决常规A/C模式二次代码紧缺的 问题。由于A码的个数是有限的，而需要分 配的飞机数目持续增多，4096个二次代码已 经不能满足各个管制区单独的分配，但是在 S模式中可以用飞机的24地址码来代替。 地 址码数量为2^24个，大约为二次代码的4000
S模式二次雷达浅析
民航青海空管分局 技术保障部雷达室 袁 昕
多倍，可以有效避免因二次代码不足引起的二次代码不够分配、二次代码重复问题。 （2）在不影响获取目标的情况下降低雷达的询问率。 S模式二次雷达询问分为全呼和
选择性呼叫，其中选择性呼叫能够根据飞机的 S模式地址来对某一架飞机单独进行询问，只 有具有相同地址的飞机才能响应，减少信号干扰或信号处理过程中占用造成的干扰。
（5）提高数据精确度。S模式的数据精度从原来的100ft提高到25ft。 （6）增加空空监视功能。采用S模式数据链，可以用于飞机与飞机间的定位和告警提 示，也就是空中防撞系统TCAS。
3 s模式的基本原理 3.1 询问模式 3.1.1 联合询问模式 联合询问模式能够兼容现有的所有的应答机类型。 相比于传统A/C模式，在P3之后
（3）相比传统A/C模式可以获得更多的信息。A / C模式雷达仅具有识别和位置信息， 而S模式询问脉冲或应答脉冲都含有56/112位数据块。可以为空各种交通管制提供大量信息 （飞机的机载导航监视设备性能、气象和环境信息、飞机意图、航路等），其数据部分也加 入了校验功能来提高每一位信息的可靠性。
（4）减小雷达自身工作负荷。由于选择性的询问和应答策略，减少应答交织，提高了 数据分离的标准。
作在独立模式的雷达具有监视和数据链功能，不具备监视协 调功能，把接收到的数据发送给只与自己相关的ATC进行后 续处理。
Network模式：多部具有同一覆盖区域的s模式雷达分 配相同的II/SI码（最多可达6部），形成群（cluster） 的形式工作。在这种模式下，每一部雷达探测到的目标 通过（SCN）链路实现数据共享，使得每一部雷达都可以 显示这个群每个成员捕获的目标。