二次雷达系统在民航监视中的应用
航管二次雷达射频切换单元F
航管二次雷达射频切换单元F
引言
二次雷达也叫做空管雷达信标系统(Air TrafficControl Radar Beacon System，ATCRBS)。
它最初是在空战中为了使雷达分辨出敌我双方的飞机而发展的敌我识别系统，当把这个系统的基本原理和部件经过发展后用于民航的空中交通管制后，就成了二次雷达系统。
二次雷达是在地面站和目标应答器的合作下，采用问答方式工作，它必须经过两次有源辐射电磁波信号才能完成应有的功能。
单脉冲二次雷达是按照雷达方位角度定位体制的不同而定义的，有别于常规的二次监视雷达。
常规二次监视雷达实现一个目标定位需要利用雷达定向主波瓣中对这个目标的所有应答，而单脉冲二次雷达理论上只需要利用一次询问的应答即能准确定位。
单脉冲技术应用于二次雷达，使对目标的测量可以方便的基于多个波束，有效地增加了数据冗余度，提高了角度测量的精度。
对应答处理而言，单脉冲技术的应用，大大提高了在混叠或交织情况下对应答码的解码能力，使单脉冲二次雷达与常规二次雷达相比实现了一次质的飞跃。
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。
民航通信导航监视专业介绍
未来展望
未来，民航通信导航监视技术将 继续朝着数字化、智能化和网络 化的方向发展，进一步提高航空 运输的安全性和效率。
民航通信导航监视系
02
统的组成与功能
通信系统的组成与功能
通信系统的组成
民航通信系统由地面通信设备和机载通信设备组成，地面通 信设备包括卫星地面站、地面基站和地面传输设备等，机载 通信设备包括机载卫星天线、机载电台和机载终端等。
05
业人才培养与职业发
展
专业人才培养目标与要求
培养目标
培养具备民航通信导航监视系统专业知 识、技能和职业素养，能够从事民航通 信导航监视系统运行管理、维护保障、 技术支持等工作的高素质技术技能人才 。
VS
培养要求
掌握民航通信导航监视系统的基本原理、 技术标准和规范，具备通信导航监视设备 的安装、调试、维护和故障排除能力，熟 悉民航通信导航监视系统的运行管理流程 和安全保障要求。
技术发展对民航业的影响
提高航班运行效率
通信导航监视技术的升级将减少航班延误，提高运行效率，降低 运营成本。
提升航空安全水平
更精准的导航和监视系统将提高航空安全水平，减少飞行事故发生 的可能性。
促进航空科技创新
技术发展将推动航空科技创新，加速新技术的研发和应用，提升民 航业的竞争力。
民航通信导航监视专
技术发展趋势
1 2
5G通信技术应用
随着5G技术的普及，民航通信将实现更高速、 更可靠的数据传输，提升航班运行效率和安全性。
卫星导航系统升级
全球卫星导航系统（GNSS）的持续升级将提高 导航精度和可靠性，减少航班延误。
3
监视技术智能化
利用大数据、人工智能等技术提升航空交通监视 的智能化水平，实现更精准的航班轨迹预测和异 常检测。
SSR二次雷达课件
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）
20.3S
0.45S
1.45S
4.35S
S
F 1
C 1
A 1
C 2
A 2
C 4
A 4
X
B 1
D 1
B 2
D 2
B 4
D 4
F 2
P I
二次雷达（SSR）
电子信息工程学院
十进制数 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
二次雷达（SSR）
电子信息工程学院
应答信号
如下高度码代表海拔高度20000英尺
F 1 A 1C 2A 2 A 4 B 1 B 2 B 4 F2
二次雷达（SSR）
电子信息工程学院
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
aircraft in a sidelobe
Looking to their amplitudes, P1 P2
P3
P1& P3 are less than P2
the transponder is NOT triggered
control channel
aircraft in axis of main lobe
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。
二次雷达（SSR）
电子信息工程学院
空管监视技术
二次雷达（SSR）
电子信息工程学院
空管监视技术
关于二次雷达同步窜扰问题的分析及解决办法
尽 管 滑 窗 法 的根 本 原理 使 其 难 以避 免地 存 在 较 多 缺 陷 ，其 缺 陷 主要 为 ：①应 答 交叠 的数 目在 两个 或两 个 以上 时 ，一般 情 况 下只 能够 处 理两 个 目标 ，换 而 言之就 是 高密度 的应 答 中 ，其检 测 的准 确 率较 低 ；② 当存 在严 重 的异 步干扰 或 较 多 的幻 影状 态 下 ，检测 率 不 高 ，且判 断较 易出现 失误 ；③ 在进 行 应答 交叠 的过 程 中 ，无法 对应 答 代 码进 行准 确地 提取 。 （ 二 ）多数据 融合 法 雷达 的多数据 融 合原 理根 本 就是 通过 若干 个传 感 器 资源 ，妥 善 合 理 地支 配和 使用 观 测所 得 的信 息和 数据 ，依 照某 种 准则 在 空 间和 时 间的层 面上 组合 互 补和 冗余 的信 息 数据 ，进 而得 到 具有 一致 认 识 性 的被观 测 目标 。而 在窜 扰 目标 当 中， 只是依 据雷 达 信 息处理 来 躲 避 对 虚假 目标 进 行处 理 ，其实 行难 度 较大 。在 实 际的 系统 当 中 ，多 数情 况 下都会 通过 融合 多 雷达信 息数 据来 完成 处 理 。 在处 理 同步 窜扰 的虚 假 目标 的过 程 中 ，利 用 多雷 达进 行航 迹 信 息 的融合 ，若 同步窜 扰形 成 的虚假 目标 出现 区域为 多 雷达 覆盖 范 围 以外 的 区域 ，也就 是 只有 一个 雷达 系 统报 告 的范 围 ，此方 法依 然无 法 实 现对 同步 窜扰 虚 假 目标 的屏蔽 功 能 ，仍需 要进 行进 一 步 的深入
浅谈航管二次雷达航迹和点迹相关的基本原理
科技资讯2016 NO.22SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION信 息 技 术7科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 航管二次雷达系统是对空中目标鉴别与监视的系统,在空中的目标识别与跟踪和空中交通管制等很多方面都有极大的应用。
1 航管二次雷达的航迹跟踪现在,边扫描边跟踪已经成为航管二次雷达的必备能力,对于多个目标的跟踪,可以在它监视的空域范围内,针对各个需要跟踪的目标建立对应的相关航迹文件,将每次扫描得到的点迹、航迹与文件里面的航迹进行相关性对比,然后把跟踪目标现在的坐标位置进行优化,与此同时,用新的目标报告得到的估值参数将原来的航迹进行更新。
2 航迹和点迹的相关在进行点迹和航迹的相关处理之前,首先应该仔细研究点迹报告与所存的航迹报告中含有的信息,后续相关的计算都要按照这些信息来进行。
雷达处理单元中存在的航迹报告和雷达录取器中存在的点迹报告主要含有下列信息,见表1。
2.1 唯一代码相关由于一问一答的询问接收方式是民用航管二次雷达所采用的,所以其中询问与回答的过程中存在一些信息量,大家可以对携带的信息进行分析并且将其解码,这对点迹与航迹的相关起到了特别重要的帮助作用,使相关计算量变得简单。
可以猜测在这些关联中最好的情况,比如,唯一代码的相关,就是说点迹报告或者是航迹报告里面的所有码位都是高置信度,代码c4与d1位置上最少有一位是非零位,点迹报告里面的代码交换位是零,而且仅有一个目标报告的a码和唯一代码的航迹可以匹配,还要符合以下条件:Δρij ≤Δρp ;ΔO ij ≤ΔO p ;Δh ij ≤1/2Δh max (有代码交换位标记);Δh ij ≤Δh max (无代码交换位标记)。
其中,Δρij 表示第i个点的点迹报告和第j个点的点迹报告在距离上的差值,ΔO ij 表示它们在方位上的差值,Δh max 则表示它们在高度上的差值。
民航二次雷达关于假目标处理
民航二次雷达关于假目标处理摘要二次雷达在探测目标过程中，不可避免的会产生一些假目标，这样会给交通管制带来安全隐患，必须通过技术手段将假目标消除。
本文结合多年的工作经验，谈谈在工作过程中处理假目标的体会。
关键词假目标反射信号异步干扰绕环效应二次环绕目标抑制一、假目标假目标是现实中并不存在的目标，由于各种干扰在雷达工作过程中产生的。
假目标产生的主要包括信号受地物反射原因、绕环效应、异步干扰、二次环绕等原因造成。
二、反射信号多径传播造成的反射现象是二次雷达假目标产生的最主要原因。
多径传播是在雷达天线、目标的接收天线之间存在多条路径的现象。
雷达发射和接收采用共同天线，雷达天线与目标天线的直线路径称为直达路径，在雷达和目标之间还有地面、建筑物等障碍物反射到达目标称为间接路径，通过间接路径反射信号造成假目标的产生。
三、异步干扰二次雷达能够收到它威力范围之内的周围其他二次雷达询问引起应答机的应答，这种回答和该雷达发射存在不同步，称为异步干扰现象。
四、绕环效应二次雷达的发射有两个基本的波束，分别发射询问波束和控制波束，询问波束增益很高，旁瓣电平增益较低。
控制波束具有低增益，控制波束增益大于询问波束除主瓣以外旁瓣的增益。
控制波束的作用就是用来抑制目标应答询问波束的旁瓣询问，达到旁瓣抑制的作用。
特殊情况下控制波束不能完全覆盖询问波束的旁瓣，接近雷达站的飞机应答机可能被询问波束的旁瓣所触发，飞机应答机大部分时间处于询问波束的旁瓣的覆盖之下，应答机可能持续或者断续应答，造成众多假目标，所以这种现象称为“绕环效应”。
五、二次环绕如果二次雷达的脉冲重复频率很高，可能造成一次成功的询问所产生的飞机应答在下一个询问周期内被雷达接收，并且和下一个周期的询问脉冲稳定地同步，这种干扰称为“二次环绕”。
“二次环绕”会造成飞机计算距离时得到错误的时间间隔，产生一个近距离假目标。
六、假目标的抑制对于以上几种原因产生的假目标，二次雷达可以采用不同的手段和方法进行抑制。
论二次雷达空域监视能力的预估方法
论二次雷达空域监视能力的预估方法【摘要】随着我国民用航空业的快速发展，作为雷达管制“千里眼”的民用二次雷达正处于密集建设的周期中。
在各种复杂地理环境中，如何准确预估雷达对目标空域的监视能力成为雷达选址既困难又重要的课题。
本文结合计算机化的时代背景，提出一种基于高程数字地图的预估雷达对目标空域监视能力的方法，并使用深圳民用雷达的实际运行数据做验证，从而有效解决了雷达选址中预估监视空域的难题。
【关键词】二次雷达；雷达站选址；空域监视二次雷达被誉为民航空中交通管制的“千里眼”，在飞行监视和冲突预警中发挥着重要作用，可以说正是二次雷达的广泛使用，民航空中交通管制方式才能由程序管制方式安全全面地过渡到雷达管制方式，使飞行管制效率得以成倍提升。
与所有使用视距传输原理的通信方式一样，二次雷达在其有效作用范围内也不应有任何的遮挡。
尤其是二次雷达具有作用距离大、灵敏度高的特点，稍微的一点障碍物遮挡都会带来复杂的有害作用。
产生这些危害的机理主要为以下几个方面：信号衰减或遮挡、电磁波反射、电磁波散射、多径干扰导致波瓣开裂，而这些危害中以直接的障碍物遮挡尤为常见和严重。
本文以深圳雷达站建设工程为依托，提出一种基于高程数字地图的预估雷达对目标空域监视能力的方法，以有效解决选址工作中在雷达受障碍物遮蔽影响后，工程人员不能准确预估雷达监视覆盖能力的难题。
现对此预估方法作如下理论及实际效用分析：1 二次雷达作用范围的预估计方法二次雷达LV A天线具有向下辐射电磁信号的特性，因此，在选址和天线塔设计过程中应尽可能地使建成后的雷达高于周边环境，减少遮挡和反射体的不利影响。
尤其是对于建设在机场附近的雷达站，考虑到需要对机场周边较低高度的飞行器进行监视覆盖，更需要严格控制雷达周边视距障碍物的存在。
对于这一阶段障碍物的评估，可以从雷达近端和雷达远端两个方面进行。
对障碍物在雷达数百米至几公里的近端的影响，由于障碍物数量有限且目视可见，因此可以直接使用光学仪器测定其对目标监视空域的遮蔽影响。
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二次雷达系统在民航监视中的应用
摘要：随着低空空域的深入利用，不断有新技术应用于空域监视当中，这在一定程度上促进了民航系统的快速发展，本文就主要结合民航监视的实际特点，从我国民航的现状和监视技术发展出发，分析二次雷达系统在民航监视中的应用。
关键词：二次雷达系统；民航监视；应用
我国通用航空服务保障体系的建设相对滞后，特别是对于大范围的低空监视服务，目前难以满足民航的快速发展。
为了增强民航监测服务能力，逐步建立和完善我国低空监测服务保障体系，本文详细介绍了二次雷达在我国民航体系中的运用。
一、民航飞机飞行安全的发展现状
飞机的飞行安全是我国最为关注的问题。
通过对民航安全的具体研究，发现风切变、湍流和鸟击危险严重影响了飞行安全。
民航业作为我国当前航空业务中不可或缺的一部分，只有增强民航的安全性，才能够从根本上保证我国整体航空业务的稳定发展。
而雷达可以有效地检测飞行中的潜在危险，从而避免飞行事故发生。
但国内对雷达的研究起步较晚，部分雷达的具体应用尚未真正实现。
要把发展民航运输和国家物联网科技结合起来，建立新的雷达探测系统，加强民航雷达的发展。
二、监视技术的分类
1、一次监视雷达
一次监视雷达是通过雷达自动辐射电磁波，探测来自飞机的电磁波反射信号，对飞机进行定位和跟踪的雷达系统。
空管监视雷达包括短程空管主监视雷达、远程空管主监视雷达和地面监视雷达。
2、二次监视雷达
二次监视雷达是一个雷达系统，它通过安装在地面基站上的询问发射机和机载应答器响应信号来定位和跟踪装有机载应答器的飞机(见图1)。
空管二次监视雷达主要包括S模式空管二次监视雷达和A/C模式空管二次监视雷达。
图1二次雷达原理
3、多点定位系统
MLAT是一种利用多个地面基站接收飞机发出的相同响应信号，并通过各种算法计算各基站接收到的时间差，以实现飞机定位和跟踪的系统。
当多点定位技术应用于终端区域监控时，称为广域多点定位。
4、广播式自动相关监视
ADS-B是一种监控技术，它能够在广播模式下通过数据链路自动发送或接收信息，如身份、位置和其他有效数据。
这些信息可以用于车辆，机场活动区的飞机和其他物体。
目前ADS-B技术可选的数据链路技术主要有4 VHF数据链路、S模式 1090 MHz扩展报文和通用接入收发器。
三、二次雷达系统在使用过程中存在的干扰问题
1、窜扰问题
二次雷达的工作主要是在相互配合的过程中为询问器和应答器提供相应的信息。
当有特殊需要时，为空中目标设置应答机，然后增加查询机的数量，并根据安排的各种查询任务进行询问 [1]。
而它在工作中最经常遇到的问题就是信号干扰，其会导致本应传输的信息无法到达，最终造成严重影响。
2、绕环现象
雷达天线的辐射信号可以显示不同方向的能量强度，这些不同的能量强度形成了雷达天线在分布方向上的波瓣图。
如果位于旁瓣，它将偏向于强功率查询信息，以相反的方式触发转发器响应查询信号，并且雷达在接收过程中可能会受到这些错误目标的干扰。
这些误差目标主要分布在雷达附近和雷达中心环上。
这种现象被称为绕环现象，它对雷达的分辨率或位置的精确确定具有促进作用。
四、二次雷达系统问题的解决措施
1、窜扰问题的解决方法
辅助雷达系统在应用过程中产生的的干扰主要是由电磁信号导致的。
因此，在使用辅助雷达系统时，有必要处理这种干扰。
可以借助多雷达数据融合方法，对应答器掺杂的干扰信息或直接响应信息进行采集和处理，观察者可以一次接收到更清晰的信号。
从这里可以看出，多雷达数据融合方法能够有效解决二次雷达系统应用过程中产生的窜扰问题。
2、环绕现象的解决方法
为了解决旁瓣的影响，需要不断改进雷达设计，利用传输信道的方法对两个信道的功率进行比较。
例如α信道主要产生P1-P3的发射功率，Ω信道主要产生P2 发射功率。
在传输到空中的过程中，信号可以通过射频设备传输到这两个通道。
其中，Ω产生的信号缺乏方向性，各方向的功率大多相似。
所以，转发器必须通过比较两个信道产生的功率来更准确地识别主瓣信号和旁瓣信号。
最终形成旁瓣抑制功能。
五、雷达监视系统的应用
1、雷达对空中鸟情的探测应用
飞机在空中飞行过程中，会遇到许多飞行障碍。
事实上，飞机的飞行阶段是飞机最脆弱的时刻。
任何空中障碍都可能导致飞机坠毁，从而严重威胁飞机的安全。
飞行鸟类是飞机飞行的最大威胁之一。
由于鸟类的特殊性，航空航天业将鸟类撞击危害定义为A类航空危害。
雷达技术可以探测到飞机飞行区域的鸟类，进一步帮助飞机避开鸟类，减少鸟类撞击飞机的危害。
然而，通用雷达在探索鸟类方面仍然存在一些问题。
民航企业在雷达探测的基础上，建立了雷达预警系统，加强对特定鸟类活动的探测，形成了鸟类探测雷达。
这种特殊的雷达根据鸟类的不同体型反馈给飞机。
使不同频段的飞行员可以操控飞机有效地避开鸟类安全飞行。
此外，可以在整个航空系统中有效利用气象雷达建立相应的鸟撞危害防护系统，帮助飞机快速解决空中遇到的鸟撞危害[2]。
2、雷达对于大气流的探测应用
大气湍流是大气在天空中快速不规则运动的表现。
这种不规则的大气湍流不仅造成飞机飞行困难，还加大了局部降雨的可能性，进一步增加飞行障碍，对内部乘客的人身安全造成很大威胁。
在天气雷达的探测过程中，主要利用多普勒技术回波模型显示湍流。
雷达将湍流解析为粒子速度不规则、偏差较大的气象活动。
在探测过程中，雷达将这种速度偏差反映为频谱，而对湍流变化的检测则会形成频谱变化。
技术人员可以实时监测频谱宽度，从而保证飞机飞行的安全。
普通雷达通过间接探测和区分大气湍流以及降雨产生的回波形状来测量大气湍流的运动，但普通雷达不能快速有效地得到正确结果。
为了确保飞行安全，各航空企业使用国外湍流探测器，大大提高了雷达监测湍流区域的能力。
通过详细显示频谱模型的高频回波形状，可以快速、准确地得到飞行轨迹中的湍流区，从而获得明显的特定性能，最大限度地提高民航飞机的飞行安全性。
结语
二次雷达能很好地保证民航飞机的飞行安全，有效地避开空中飞鸟，清晰地探测到大气湍流，这对我国民航飞机的发展大有裨益。
为了中国未来的航天之旅，有必要广泛推广二次雷达。
参考文献
[1] 刘松义.二次雷达系统干扰等问题的解决方法 [J].电子测试，2019(23):124-126.
[2] 陈华芝.监控技术对提高民航运行效率的作用研究 [J].科技创新，2020(04):41-42.。