梁烈勇

【摘? 要】近期民航空管局全面推進(jìn)空地一致性告警相關(guān)應(yīng)用工具，為配合該項(xiàng)工作，桂林空管站對本站的Selex二次雷達(dá)進(jìn)行了升級和相關(guān)設(shè)置，使之具備增強(qiáng)型S模式詢問能力。論文以該Selex雷達(dá)為實(shí)例，對雷達(dá)的工作方式、原理和應(yīng)用進(jìn)行分析。

【Abstract】Recently， CAAC comprehensively promoted the application tools related to air-to-ground consistent warning. In order to cooperate with this work， Guilin Air Traffic Control Station upgraded and set up the Selex secondary radar of this station， making it equipped with enhanced S-mode interrogation capability. This paper takes the Selex radar as an example to analyze the working mode， principle and application of the radar.

【關(guān)鍵詞】二次雷達(dá);S模式;應(yīng)用

【Keywords】secondary radar; S-mode; application

【中圖分類號】TN957.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）07-0172-04

1 A/C模式全呼詢問

Selex雷達(dá)兼容傳統(tǒng)A/C模式，使用A/C模式全呼進(jìn)行詢問，其波形如圖1所示。按ICAO規(guī)定，如果詢問波形的P4脈沖脈寬為0.8μs，其即為A/C模式全呼詢問。它會觸發(fā)A/C模式應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生監(jiān)視應(yīng)答，S模式應(yīng)答機(jī)不產(chǎn)生應(yīng)答，減少竄擾發(fā)生。

A/C模式應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生的應(yīng)答信號波形如圖2所示。A、B、C、D是信息脈沖，表明一個(gè)回答的數(shù)據(jù)，在模式A和模式C中含義不同。X是備用位（S模式定義邏輯0，高度碼單位為英尺，邏輯1單位為公尺）目前恒為邏輯0。SPI是特殊位置識別脈沖。

圖2? A/C模式應(yīng)答信號

雷達(dá)通過計(jì)算發(fā)出P3脈沖和接收到F1框架脈沖的時(shí)間間隔tr來測量飛機(jī)的距離。其計(jì)算公式為：R=c（tr-3μs）/2，其中R為飛機(jī)到雷達(dá)站的斜距，3μs是應(yīng)答機(jī)響應(yīng)的延時(shí)，c為光速，如果t=tr-3μs，則公式轉(zhuǎn)化為R=0.15t，距離單位是公里。

其方位測量采用單脈沖測角原理，θ=α±Δβ，θ為測得目標(biāo)方位，α為依據(jù)雷達(dá)14位編碼器得到角度值（瞄準(zhǔn)軸方向），Δβ是由OBA法得到的偏離瞄準(zhǔn)軸（大小）信息，偏離瞄準(zhǔn)軸方向（符號信息）決定“±”值。

2 增強(qiáng)型S模式

S模式中S=Selective即選址模式，在飛機(jī)被選中后，雷達(dá)對飛機(jī)進(jìn)行選呼以獲取信息，這個(gè)過程中其他飛機(jī)保持靜默，降低了同步串?dāng)_問題。S模式具有24位飛機(jī)編碼，大大增加了空中交通管制容量。S模式可采用數(shù)據(jù)鏈通信，可交換更豐富，信息更豐富。

P1～P2為模式S詢問的前導(dǎo)脈沖，間隔2μs，脈沖寬度為0.8μs，P2脈沖可以抑制A/C模式的應(yīng)答機(jī)誤應(yīng)答。P6是數(shù)據(jù)脈沖（數(shù)據(jù)塊），寬度16.25μs對應(yīng)56位數(shù)據(jù)鏈，寬度30.25μs對應(yīng)112位數(shù)據(jù)鏈。P6脈沖調(diào)制方式采用差動移相鍵控（DPSK），其速率為4Mbps，每個(gè)數(shù)據(jù)片位是0.25μs。P6的第一個(gè)相位反轉(zhuǎn)（phase reversal）位置距P6脈沖前沿1.25μs，稱同步相位反轉(zhuǎn)，它是回答定時(shí)參考基準(zhǔn)并與應(yīng)答機(jī)時(shí)鐘同步作為DPSK譯碼開始。P5脈沖用于實(shí)現(xiàn)詢問的旁瓣抑制（ISLS）。

回答格式由前導(dǎo)脈沖和數(shù)據(jù)塊組成。S模式雷達(dá)通過計(jì)算同步相位反轉(zhuǎn)脈沖的發(fā)射與接收到的第1個(gè)應(yīng)答脈沖之間的時(shí)間間隔來測量與飛機(jī)的距離。如果有干擾覆蓋了前導(dǎo)脈沖的一部分時(shí)，4個(gè)脈沖中的任何1個(gè)脈沖上升沿均可用于測距。其對方位的測量，仍然采用單脈沖測角法。其數(shù)據(jù)塊的長度是56μs或112μs，每一位持續(xù)1μs。在片位的1μs里，前0.5μs存在脈沖代表二進(jìn)制的邏輯1，而后0.5μs存在脈沖代表二進(jìn)制的邏輯0。

S模式詢問和回答數(shù)據(jù)塊各有相對應(yīng)的25種上行（UP）和下行（DF）格式。目前國際民航組織規(guī)定了其中的8種，每個(gè)UF總有與其相對應(yīng)的DF，如表1所示。

關(guān)于具體的UF和DF數(shù)據(jù)格式ICAO附件10第IV卷第三章有詳細(xì)描述，本文篇幅有限不可能全部講完。為了更好地理解S模式的工作過程，在此會把一些重要的東西經(jīng)過歸納總結(jié)寫出來。

除了格式24外，UF和DF的數(shù)據(jù)格式碼段可分以下幾類：格式號、24位S模式地址、雷達(dá)識別碼（II/SI碼）、信息碼段（MB、二次代碼、高度碼）及控制字段組成。

其中格式號如UFxx、DFxx，是一個(gè)5位二進(jìn)制碼，如UF11為“01011”，其十進(jìn)制數(shù)就是11。只有UF24（DF24）是例外，只要前兩位為“11”，就認(rèn)為是UF24（DF24），因?yàn)楦袷?～23的前兩位都不會是二進(jìn)制數(shù)“11”，其后3位就安排其他用途，提高數(shù)據(jù)利用率。

每個(gè)數(shù)據(jù)塊都包含了一個(gè)AP碼段，它是一個(gè)用模2加了與G（x）相乘的飛機(jī)地址的奇偶字段，它可以解出24位S模式地址碼信息，并用于整個(gè)數(shù)據(jù)塊的校驗(yàn)。只有UF11例外，因?yàn)槿糸_始時(shí)，雷達(dá)不可能知道飛機(jī)的地址，所以它的AR碼段24位全為“1”。

雷達(dá)識別碼II/SI，它用于多站鎖定協(xié)議。例如，在UF11格式中，CL字段為0，表示該雷達(dá)支持II碼（詢問機(jī)識別），其IC字段（4位）即為II碼，II碼總共16個(gè)。如果CL不為0，兩者組合成SI碼（監(jiān)視識別碼），SI碼總共64個(gè)。其組合規(guī)則如下：CL=000，IC值即為II值0～15;CL=001，IC值為SI值0～15;CL=010，IC值即為SI值16～31，以此類推。例如，CL=010，IC=1110，則SI=30（CL和IC，為二進(jìn)制，SI，II為十進(jìn)制表示）。

信息類碼段有AC碼段（高度信息），ID碼段（二次代碼），MA（MB）56位信息碼（BDS信息就是占用這個(gè)碼段送至雷達(dá)的）。

控制類碼段，ICAO設(shè)計(jì)了相當(dāng)復(fù)雜的規(guī)則，用于控制雷達(dá)和應(yīng)答機(jī)對各種信息的傳遞，相當(dāng)枯燥不好理解。要理解其意義，最好從以下幾方面考慮：①雷達(dá)的能力差異大，且覆蓋日益密集;②飛機(jī)應(yīng)答機(jī)能力差異大，且飛行流量越來越大;③雷達(dá)和飛機(jī)都有獲取更多信息的需求;④雷達(dá)飛機(jī)增加造成詢問和應(yīng)答數(shù)量增加，竄擾嚴(yán)重，在這種情況下，仍要保證信息的準(zhǔn)確有效的傳遞;⑤所有的技術(shù)應(yīng)用，最終目的是保證飛行的安全。

例如，雷達(dá)識別碼為什么有兩種（II/SI）？可以如此解讀：II碼總共16個(gè)，II=0被ICAO預(yù)留，II=14被中國民航局預(yù)留用于設(shè)備測試，實(shí)際上只有14個(gè)，編碼資源不夠。在雷達(dá)數(shù)量密集的地區(qū)，如果兩個(gè)相鄰地區(qū)用了相同的II碼，可能造成就由某管制區(qū)的管控的飛行目標(biāo)被其他雷達(dá)鎖定，如兩地雷達(dá)沒聯(lián)網(wǎng)，它不會在該區(qū)管制席位屏幕上出現(xiàn)，目標(biāo)可能無管制飛行，危及飛行安全。為了保證飛行安全，于是II碼擴(kuò)展為SI碼。這又造成新問題，應(yīng)答機(jī)并不都能支持SI碼，如果用SI碼詢問只支持II碼的飛機(jī)，飛機(jī)無法鎖定，不能選呼。中國民航局又為此規(guī)定：SI應(yīng)用的前提是覆蓋范圍內(nèi)所有S模式應(yīng)答機(jī)具備SI能力，目前暫時(shí)不用。桂林的SELEX雷達(dá)目前不支持SI，只使用II。

又如，UF11中為何要設(shè)計(jì)PR碼段？PR碼段為應(yīng)答器指定一個(gè)應(yīng)答概率，應(yīng)答器根據(jù)內(nèi)部算法，以相應(yīng)概率決定是否回答。其使用意義在于，在竄擾密集區(qū)，減少應(yīng)答概率，即減少了竄擾。如PR=2，應(yīng)答概率=1/4，理論上全呼詢問4次之后，飛機(jī)應(yīng)會被叫到。如果有飛機(jī)會在概率算法作用下，在多次呼叫之后也不應(yīng)答無法捕獲時(shí)，雷達(dá)就會使用II=0進(jìn)行補(bǔ)充捕獲，這個(gè)II=0的全呼只有未獲取未鎖定的飛機(jī)會應(yīng)答。PR字段和II=0規(guī)則的設(shè)定，保證了在竄擾嚴(yán)重的地區(qū)，更準(zhǔn)確傳遞信息，捕獲目標(biāo)，又盡可能地不產(chǎn)生竄擾。

以前文內(nèi)容為基礎(chǔ)，有助于理解下面S模式雷達(dá)的一般工作過程：

①雷達(dá)發(fā)送UF11（全呼），飛機(jī)收到后解讀II（SI），向雷達(dá)發(fā)送DF11（見圖6），鎖定站址。

②雷達(dá)接收到DF11（見圖6），解讀出飛機(jī)24位地址（AA）并進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，然后根據(jù)CA（能力值）確定下一步動作（開始選呼）。

圖6? DF11數(shù)據(jù)格式

③CA=0，表示這是水平1收發(fā)機(jī)，僅能用于監(jiān)視，于是向它發(fā)送UF4，UF5（56位）。飛機(jī)解碼后要驗(yàn)證AP、II（SI）信息，才進(jìn)行應(yīng)答。應(yīng)答格式為DF4、DF5，該格式只能獲取高度、二次代碼、飛機(jī)24位地址碼等信息。

④CA=4、5、6、7時(shí)，雷達(dá)向飛機(jī)發(fā)送UF20、UF21（見圖7），它們會向飛機(jī)索取高度、二次代碼，還會發(fā)送BDS請求;BDS1碼（高4位）在RR字段后4位中定義，當(dāng)DI=7時(shí)，BDS2碼（低4位）在SD字段RRS子段中定義，如果沒有指定BDS2碼，則為0。

⑤飛機(jī)收到UF20、UF21，驗(yàn)證AP、II（SI）信息后，才進(jìn)行應(yīng)答。應(yīng)答格式為DF20、DF21（見圖8）。雷達(dá)從UF20、UF21中可獲得二次代碼和高度信息，還可從MB碼段中獲取BDS請求相對應(yīng)的信息。Selex雷達(dá)能夠獲取BDS（1，0），BDS（1，7），BDS（2，0），BDS（4，0），BDS（5，0），BDS（6，0）的信息。具有獲取這些BDS信息能力的雷達(dá)，即為增強(qiáng)型S模式雷達(dá)。飛機(jī)上BDS有256個(gè)（編號00～FF），具體的定義可見ICAO附件10第三卷的表5-24。雷達(dá)獲取這些信息，可以更好地掌握飛行器的動態(tài)，有助于航跡的形成和預(yù)判下一周期飛機(jī)可能的位置，還能通過CAT34/48報(bào)文向管制席位發(fā)送這些信息，供空地一致性工具使用。

注：BDS（1，0）數(shù)據(jù)鏈能力報(bào)告，BDS（1，7）通用GIGB性能報(bào)告，BDS（2，0）航空器識別，BDS（4，0）選擇垂直目的，BDS（5，0）追蹤和提交報(bào)告，BDS（6，0）飛行高度和速度報(bào)告。

⑥選呼之后是失鎖（分兩種情況：roll call沒應(yīng)答，目標(biāo)沒在原來預(yù)判的位置或被干擾，叫不到要重新定位;或按照規(guī)則，鎖定時(shí)間到了，應(yīng)答機(jī)自動解鎖），重新開始全呼，周而復(fù)始，整個(gè)問答過程嚴(yán)格遵守既定規(guī)則。

3 Selex二次雷達(dá)增強(qiáng)型S模式參數(shù)設(shè)置

具體Selex二次雷達(dá)增加型S模式參數(shù)如圖9所示，在RCP軟件上進(jìn)行。

表中各參數(shù)定義為：BDS Code，BDS代碼;RD（Reply destination），回答目的;PC（Periodicity constraint）周期限制;OVR（Request override），請求覆蓋;EN（Enable/Disable），使能;BDS Req： BDS詢問圈數(shù)限制;Periodicity：周期。注意：EN必須勾上，BDS req=0（持續(xù)詢問），Periodicity=0（0為每次天線掃描都詢問，設(shè)為N則每隔N圈問一次）。如果設(shè)置時(shí)RCP出現(xiàn)告警，說明雷達(dá)RPCM模塊的軟件版本較低，需要升級。

在設(shè)置好BDS詢問功能后，還要按用戶的需求，把相應(yīng)的雷達(dá)信號輸出端口設(shè)置成34/48格式輸出。操作方法如下：先按程序關(guān)閉RPCM，再通過雷達(dá)RCP電腦，使用FTP登錄軟件逐個(gè)訪問單通道RPCM，登錄成功后，尋找路徑home-->sirs-->TRKH-->SCP目錄，修改TRACKER_SCP_FILE.dat， TRACKER_SCP_FILE.dat.0，TRACKER_SCP_FILE.dat.1三個(gè)文檔中的153（230）行（見圖10），即SCP_ENABLE_ASTERIX=ai=0，2，1，1，1，2，1，1，1，1，1，第1個(gè)0不動，后面的10個(gè)數(shù)字分別對應(yīng)10個(gè)端口的輸出，其中0=NO asterix，1=asterix 01-02，2=asterix 34-48，把需要改的端口設(shè)成2，修改完成后保存文件。

圖11可以看到二次雷達(dá)增強(qiáng)模式的效果。圖是從SMR軟件的目標(biāo)顯示中隨機(jī)截下來，從圖中可直觀看到目標(biāo)代碼為2445，S模式代碼780F72，航班號，以及BDS（1，0），BDS（1，7），BDS（2，0），BDS（4，0），BDS（5，0），BDS（6，0）相應(yīng)數(shù)值碼串。在實(shí)際觀察中，飛機(jī)應(yīng)答機(jī)能力差異很大，各種應(yīng)答機(jī)都有。從數(shù)量上簡單統(tǒng)計(jì)：只具備A/C模式功能的應(yīng)答機(jī)數(shù)量稀少，觀察較長時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)一個(gè);只提供S模式地址碼，不提供任何BDS信息的應(yīng)答機(jī)數(shù)量也不多;大多數(shù)應(yīng)答機(jī)能提供完全BDS的信息，在這種應(yīng)答機(jī)支持下，二次雷達(dá)增強(qiáng)模式才能發(fā)揮作用。

桂林Selex二次雷達(dá)使用增強(qiáng)型S模式詢問獲得相應(yīng)BDS信息，再把它們用34/48報(bào)文送至相應(yīng)管制終端后，管制部門就可以使用相應(yīng)的空地一致性告警相關(guān)應(yīng)用工具對飛機(jī)進(jìn)行管控。其典型應(yīng)用如下，管制對一架飛機(jī)發(fā)出指令，如讓它升到6000m，如果它并沒有按指令執(zhí)行或上升到其他高度（如7000m），自動化系統(tǒng)就會發(fā)出告警提醒管制員（該項(xiàng)操作的前提是，此飛機(jī)的應(yīng)答機(jī)必須支持增強(qiáng)型S模式詢問）。該項(xiàng)功能使管制員不必分配過多精力去關(guān)注指令執(zhí)行情況，減輕了管制員的工作負(fù)擔(dān)，降低了工作繁忙時(shí)由于人員疏忽帶來差錯(cuò)的可能性，有效地提升了飛行安全。

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