摘? 要：近年來(lái)，因航空事業(yè)發(fā)展快速，飛行密度增大，二次雷達(dá)應(yīng)答交織概率大幅提升，影響航空運(yùn)輸安全。但針對(duì)二次雷達(dá)應(yīng)答交織國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)性研究資料較少，本文從二次雷達(dá)應(yīng)答交織的現(xiàn)象出發(fā)，結(jié)合理論分析深入尋求交織的本質(zhì)原因，討論應(yīng)答信號(hào)交織的解碼準(zhǔn)則和基本提取方法，推論出兩批交織目標(biāo)理論上的正確解交織概率，提出提高解交織概率的方法，并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境測(cè)試得到驗(yàn)證，本文提出的方法可在二次雷達(dá)研制中廣泛推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：二次雷達(dá)? 交織? 解交織? 交織測(cè)試

中圖分類號(hào)：TN957.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2021）07（a）-0007-04

Analysis and Solution of Target Interleaving Characteristics of SSR

LI Lu

（Sichuan Jiuzhou Aerocont Technologies Co.， Ltd.，Mianyang， Sichuan Peovince， 621000? china）

Abstract： In recent years， due to the rapid development of aviation industry and the increase of flight density， the interleaving probability of SSR response has increased significantly， which affects the safety of air transportation. However， there are few systematic research data on SSR response interleaving at home and abroad. Starting from the phenomenon of SSR response interleaving， combined with theoretical analysis， this paper deeply seeks the essential reason of interleaving， discusses the decoding criteria and basic extraction methods of response signal interleaving， infers the correct de interleaving probability of two batches of interleaving targets in theory， and puts forward the method to improve the de interleaving probability， the method proposed in this paper can be widely used in the development of SSR.

Key Words： SSR; Interleaving; De interleaving; Interleaving test

二次雷達(dá)通過旋轉(zhuǎn)天線發(fā)射定向詢問波束，機(jī)載應(yīng)答機(jī)收到詢問時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)答信號(hào)[1]，二次雷達(dá)接收應(yīng)答信號(hào)后解碼上報(bào)獲取的飛機(jī)身份、屬性、位置以及特殊代碼等監(jiān)視信息[2]，為目標(biāo)監(jiān)視和飛行安全提供情報(bào)保障。

因近年航空業(yè)發(fā)展快速，飛行密度加大，二次雷達(dá)應(yīng)答交織概率大幅提升，飛機(jī)高密度或編隊(duì)飛行時(shí)，存在多個(gè)相近目標(biāo)同時(shí)應(yīng)答，二次雷達(dá)無(wú)法有效分辨，造成目標(biāo)錯(cuò)碼或丟失;同時(shí)城市化進(jìn)程加快，雷達(dá)陣地周邊環(huán)境惡化，存在大量遮擋或反射體，應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生多路徑效應(yīng)，直射和反射信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收，引起回波能量起伏加劇，造成目標(biāo)錯(cuò)碼。

1? 應(yīng)答信號(hào)交織概述

1.1 應(yīng)答信號(hào)格式

如圖1所示，為二次應(yīng)答機(jī)常規(guī)（A/C模式）應(yīng)答信號(hào)的波形。其中，F(xiàn)1F2為成對(duì)的框架脈沖，A、B、C、D共4組12個(gè)數(shù)據(jù)脈沖[3，4]。特殊位置識(shí)別脈沖（SPI）位于最后，當(dāng)?shù)孛婀苤迫藛T要求時(shí)會(huì)發(fā)送，用于進(jìn)一步身份確認(rèn)。

1.2 應(yīng)答信號(hào)交織

應(yīng)答信號(hào)交織由異步干擾和同步竄擾引起。異步干擾接收到其他詢問機(jī)的詢問而觸發(fā)應(yīng)答信號(hào);同步竄擾指因反射等多路徑造成同時(shí)收到多個(gè)應(yīng)答信號(hào)，應(yīng)答脈沖相互重疊[5]。當(dāng)應(yīng)答信號(hào)間隔小于20.3μs時(shí)會(huì)交疊，等效飛機(jī)間隔3.1km時(shí)應(yīng)答脈沖會(huì)重疊，如圖2所示。歸結(jié)主要有以下3種情況[3，6]。

第一，交疊應(yīng)答，因多目標(biāo)應(yīng)答脈沖組相互重疊，且重疊的應(yīng)答脈沖相互占據(jù)。

第二，交錯(cuò)應(yīng)答，因多目標(biāo)應(yīng)答脈沖組相互重疊，但重疊的應(yīng)答脈沖相互占據(jù)。

第三，幻影應(yīng)答，A模式應(yīng)答且存在特殊位置識(shí)別脈沖時(shí)，由C2-SPI形成虛假應(yīng)答框架和脈沖序列。

目標(biāo)交織應(yīng)答本質(zhì)上是多個(gè)應(yīng)答信號(hào)同時(shí)到達(dá)相互重疊，此時(shí)能否正確譯碼與應(yīng)答脈沖重疊部分的寬度和幅度差有關(guān)，一定條件下可分辨可正確解碼，有時(shí)無(wú)法正確提取目標(biāo)框架或代碼，易造成目標(biāo)錯(cuò)碼或丟失。

2? 交織應(yīng)答信號(hào)分析

2.1 交織信號(hào)特征分析

2.1.1 信號(hào)強(qiáng)度

應(yīng)答機(jī)標(biāo)準(zhǔn)功率差±3dB，信號(hào)空間傳輸衰減一致，交織信號(hào)強(qiáng)度差不大。

2.1.2 載波相移

二次雷達(dá)天線以固定轉(zhuǎn)速、固定寬度波束、固定詢問周期工作，由此在波束駐留期間內(nèi)，兩個(gè)應(yīng)答目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)給應(yīng)答信號(hào)帶來(lái)一定的相位差;同時(shí)應(yīng)答信號(hào)載波頻率允許±3MHz的偏差，兩個(gè)應(yīng)答信號(hào)的頻差也會(huì)帶來(lái)一定的相移。

2.1.3 交疊幅度變化

交織信號(hào)疊加處信號(hào)幅度受到疊加幅度和相位差影響，交疊信號(hào)干涉而幅度閃爍加劇，交疊處信號(hào)幅度可表示為。其中ρ為信號(hào)的幅度改變因子（ρ≤1），，φ為兩信號(hào)的相位差，λ為應(yīng)答信號(hào)的波長(zhǎng)，Ed為交疊的基準(zhǔn)信號(hào)，由此，計(jì)算出交疊信號(hào)的幅度變化值，二次雷達(dá)一般采用對(duì)數(shù)接收機(jī)，交疊信號(hào)幅度隨相位差變換的關(guān)系也可查表獲取。

2.1.4 綜合影響

ICAO附件10第四卷第3.1.1.6.4節(jié)規(guī)定“一個(gè)脈沖的脈沖振幅變化相對(duì)于一應(yīng)答列中任何其他脈沖，不得超過1分貝”[7]。即當(dāng)兩應(yīng)答信號(hào)幅度差為6dB時(shí)，交疊處波動(dòng)在1dB內(nèi)的概率只有約31%，由特性可知，交織信號(hào)頻差和目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的載波相移使交疊處信號(hào)幅度閃爍加劇，較難確定信號(hào)幅度和前沿，一定條件下致使F1F2框架檢測(cè)失敗，故而不能正確提取交織目標(biāo)應(yīng)答碼位。

2.2 常規(guī)解交織譯碼準(zhǔn)則

根據(jù)國(guó)際民航組織的ICAO附件10第四卷規(guī)定，應(yīng)答機(jī)應(yīng)答信號(hào)所允許的脈沖位置偏差為±0.1μs;但實(shí)際脈沖位置隨著接收機(jī)噪聲、應(yīng)答機(jī)不規(guī)范、多路徑等因素抖動(dòng)[8]。同時(shí)譯碼器的時(shí)鐘頻率和應(yīng)答脈沖的時(shí)間偏差應(yīng)匹配，以二次雷達(dá)譯碼時(shí)鐘通常選定為20MHz頻率為例[9]，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的1.45μs間隔脈沖需進(jìn)行29等分量化。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，譯碼電路對(duì)處理后和視頻（PSV）進(jìn)行反窄處理后，依據(jù)視頻前沿（ALE）進(jìn)行框架（F1F2）檢測(cè)，再提取碼位信號(hào)。PSV反窄寬度常規(guī)為0.3μs，應(yīng)答碼位譯碼允許誤差范圍為±0.15μs，當(dāng)交疊脈沖的前沿不能被分開始時(shí)，就必須利用后沿或前沿時(shí)間所提供的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行PSV前沿探測(cè)，從而正確提取應(yīng)答目標(biāo)框架和碼位信息。當(dāng)干擾信號(hào)形成長(zhǎng)脈沖或連續(xù)波，會(huì)形成大量的額外前沿（XLE），從而產(chǎn)生大量的虛假應(yīng)答信號(hào)，需控制XLE數(shù)量。

2.3 兩批目標(biāo)交織理論概率

基于以上譯碼框架和脈沖提取準(zhǔn)則，當(dāng)應(yīng)答信號(hào)脈沖相對(duì)時(shí)間差為X（變化范圍0～1.45）μs，脈碼交疊隨相對(duì)時(shí)間差變化，如圖3所示，不用時(shí)間差的理論譯碼結(jié)果見表1[10]。

由此可見，兩批目標(biāo)交織應(yīng)答均能正確譯碼區(qū)間為的0.35～1.1μs，正確譯碼概率為51.7%;而應(yīng)答機(jī)應(yīng)答概率一般為90%，目標(biāo)遠(yuǎn)距離應(yīng)答信號(hào)強(qiáng)度還會(huì)降低，解兩交織應(yīng)答能力隨之降低。

3? 提高解目標(biāo)交織的方法

3.1 譯碼處理

針對(duì)C2-SPI幻影應(yīng)答，可以強(qiáng)化SPI與C2關(guān)系檢測(cè)，多幀關(guān)聯(lián)驗(yàn)證抑制虛假框架;而對(duì)于交織和交疊應(yīng)答，可在常規(guī)前沿檢測(cè)基礎(chǔ)上，進(jìn)行前后沿正反向關(guān)聯(lián)檢測(cè)，提高目標(biāo)分辨代碼正確提取概率，并標(biāo)記交織后續(xù)數(shù)據(jù)處理使用;當(dāng)在方位上部分交織時(shí)，可以利用詢問波束前后邊緣非交織應(yīng)答進(jìn)行代碼提取，且標(biāo)記為高置信度，點(diǎn)跡凝聚處理時(shí)根據(jù)算法加大高置信度代碼權(quán)重，從而正確提取目標(biāo)代碼。

3.2 航跡處理

航跡處理軟件對(duì)被標(biāo)記為交織已跟蹤的航跡嘗試代碼確認(rèn)和糾錯(cuò)，根據(jù)歷史航跡代碼隊(duì)列利用非交織應(yīng)答代碼糾正交織代碼;同時(shí)利用反射目標(biāo)檢測(cè)，去除因反射形成虛假目標(biāo);當(dāng)航跡丟點(diǎn)時(shí)，采用平滑外推的方法進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)，代碼和高度適度保持，極大地提高解交織能力。

3.3 與一次雷達(dá)聯(lián)合處理

一次/二次雷達(dá)合裝時(shí)，因一次雷達(dá)體制與二次雷達(dá)差異，一次雷達(dá)分辨力更高，可有效分辨二次雷達(dá)判定為交織的多目標(biāo);由此，二次雷達(dá)可引接一次目標(biāo)報(bào)告獲取一次提供交織目標(biāo)機(jī)架數(shù)量、航向、航速等屬性，建立區(qū)域補(bǔ)充跟蹤運(yùn)動(dòng)模型，精細(xì)化匹配二次點(diǎn)航跡，動(dòng)態(tài)控制相關(guān)門限，可以減少錯(cuò)關(guān)聯(lián)，同樣可以采用航跡平滑濾波糾正二次代碼和高度錯(cuò)誤，可適度補(bǔ)點(diǎn)，從而提高一次/二次雷達(dá)綜合探測(cè)能力。

4? 試驗(yàn)驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)室利用某二次雷達(dá)開展解四重交織驗(yàn)證，選定儀器為1臺(tái)應(yīng)答模擬器和3套“1400A+1402-I”，通過功分器與設(shè)備和通道相連，設(shè)備差通道和控制通道接吸收負(fù)載。各模擬目標(biāo)模擬在300km以外順序遞增，4個(gè)目標(biāo)兩兩交疊后，脈沖幅度波動(dòng)較大，通過使用本文的二次雷達(dá)譯碼、點(diǎn)航跡解交織方法處理后，能正確獲取多個(gè)目標(biāo)代碼。調(diào)節(jié)四重交織目標(biāo)的和通道信號(hào)強(qiáng)度，其余參數(shù)不變后測(cè)試結(jié)果見表2。

在實(shí)驗(yàn)室設(shè)定四重目標(biāo)交織距離差情況下，當(dāng)兩兩交疊目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度差大于4dB時(shí)，均能夠正確譯碼;但在信號(hào)強(qiáng)度在2～3dB時(shí)，能譯出4個(gè)目標(biāo)，但存在錯(cuò)碼;在信號(hào)強(qiáng)度差小于2dB時(shí)，出現(xiàn)目標(biāo)丟點(diǎn)或錯(cuò)碼。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文列舉了二次雷達(dá)因陣地影響或密集飛行造成目標(biāo)交織應(yīng)答現(xiàn)象，分析了交織應(yīng)答造成目標(biāo)丟失或錯(cuò)碼的原因，給出了應(yīng)答信號(hào)交織的譯碼準(zhǔn)則，解算兩批目標(biāo)解交織的理論概率，提出了提高目標(biāo)結(jié)解交織能力的方法，并通過實(shí)驗(yàn)室環(huán)境對(duì)四重結(jié)交織進(jìn)行驗(yàn)證，可泛應(yīng)用于二次雷達(dá)設(shè)備研制。

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