茍玉玲 曾湘洪

1.四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司；2.四川九洲空管科技有限責(zé)任公司

二次監(jiān)視雷達(dá)在多徑、交織、弱信號(hào)等情況下，會(huì)產(chǎn)生虛假特殊代碼，突發(fā)的錯(cuò)誤信息會(huì)嚴(yán)重干擾空管管制人員的工作。本文通過分析虛假特殊代碼產(chǎn)生的機(jī)理，從目標(biāo)信號(hào)提取、監(jiān)視數(shù)據(jù)融合來探究提升特殊代碼置信度的策略，使二次監(jiān)視雷達(dá)特殊代碼更好的表征目標(biāo)特殊狀況。

1 特殊代碼應(yīng)用

2022年1月20 日，川航3U8884航班飛行途中出現(xiàn)單發(fā)失效故障，掛出“7700”緊急 代碼。經(jīng)空管、機(jī)場、航司等相關(guān)方應(yīng)急保障，該航班順利降落目的機(jī)場，這是特殊代碼又一次成功應(yīng)用。為航空器特殊狀態(tài)識(shí)別而設(shè)置的二次雷達(dá)特殊代碼，為飛行員提供了一條簡單、隱蔽和快速的特殊情況對(duì)外呼叫功能，另外在飛行員不便使用普通的語音信道進(jìn)行通信時(shí)，這些特殊代碼對(duì)于保持與地面空管的聯(lián)系非常重要，如：劫機(jī)、通信故障。但每年空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)都不可避免的收到虛假特殊代碼，嚴(yán)重干擾空管管制人員對(duì)軍民航的正常保障，需要對(duì)其進(jìn)行深入探究，找到能顯著抑制此類情況發(fā)生的處理策略。

2 虛假特殊代碼分析

2.1 特殊代碼簡介

一般二次雷達(dá)代碼既可由管制員分配，也可由自動(dòng)化系統(tǒng)按照分配原則自動(dòng)分配，但當(dāng)空管自動(dòng)化系統(tǒng)接收到飛行員設(shè)置的二次雷達(dá)緊急代碼或ADS-B緊急狀態(tài)時(shí)，立即予以識(shí)別和處理，并在管制席位上產(chǎn)生聲音和顏色告警提示。二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)緊急代碼包括7500、7600、7700和其他事先確定的代碼[1]，二次雷達(dá)特殊代碼說明[2]如表1所示。

表1 二次雷達(dá)特殊代碼說明Tab.1 SSR particular code description

2.2 虛假特殊代碼機(jī)理

二次監(jiān)視雷達(dá)包括A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá)和S模式二次監(jiān)視雷達(dá)。S模式應(yīng)答和ADS-B采用脈沖位置編碼（PPM）調(diào)制、信息含24位奇偶校驗(yàn)位，具有較強(qiáng)傳輸抗干擾和數(shù)據(jù)檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力，下文主要分析A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá)虛假特殊代碼機(jī)理。

影響和限制二次雷達(dá)達(dá)到其探測(cè)性能的最主要因素是多徑[2]。目標(biāo)應(yīng)答信號(hào)與自身多徑信號(hào)疊加可產(chǎn)生虛假特殊代碼，格外在特殊地形、人造建筑物、升空平臺(tái)等環(huán)境，由零角度和小平角度大路程差多徑信號(hào)造成應(yīng)答編碼失真。如圖1所示，二次代碼2100和延時(shí)2.9us的多徑信號(hào)疊加產(chǎn)生7600緊急代碼情況。

目標(biāo)間距小于3.1km時(shí)，應(yīng)答脈沖組互相重疊會(huì)產(chǎn)生交織應(yīng)答和同步串?dāng)_；目標(biāo)間距大于3.1km，小于6.1km時(shí)會(huì)產(chǎn)生假框架脈沖。當(dāng)間距對(duì)應(yīng)時(shí)差為1.45us整數(shù)倍時(shí)，存在由信號(hào)幅度閃爍和虛假框架產(chǎn)生的誤碼，增加虛假特殊代碼的概率。

由于陣地環(huán)境的遮蔽、反射和多徑，或威力邊界附近等原因，使應(yīng)答信號(hào)剛好在脈沖提取的臨界電平附近，造成未能提取到全部應(yīng)答信號(hào)碼位脈沖，易出現(xiàn)虛假特殊代碼。

3 特殊代碼處理策略

3.1 目標(biāo)信號(hào)錄取

提取應(yīng)答信號(hào)碼位脈沖幅度、相位、脈寬和前后沿等特征信息，適當(dāng)提高采樣頻率、增加采樣點(diǎn)數(shù)、擴(kuò)展存儲(chǔ)深度，使信息提取更準(zhǔn)確、更完整。針對(duì)重疊部分脈沖歸屬應(yīng)答序列的確認(rèn)，在幅度特征上用幅度差異和波動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和標(biāo)記，對(duì)同詢問周期內(nèi)碼位脈沖的置信度進(jìn)行標(biāo)記，結(jié)合應(yīng)答間同模式的相關(guān)代碼更新規(guī)則進(jìn)行處理，可以組合出一個(gè)完全的高置信度應(yīng)答[2]；在相位特征上，由于同一應(yīng)答信號(hào)各碼位脈沖的相位變化有明顯規(guī)律，通過關(guān)聯(lián)相位值可確定各碼位脈沖歸屬應(yīng)答序列，防止代碼提取錯(cuò)誤[3]。

對(duì)弱信號(hào)采用降低前端譯碼門限，在點(diǎn)跡凝聚時(shí)再恢復(fù)譯碼門限的處理方法；在頻繁產(chǎn)生虛假特殊代碼區(qū)域設(shè)置該雷達(dá)的屏蔽區(qū)[4]，防止弱應(yīng)答信號(hào)產(chǎn)生虛假特殊代碼的情況。

點(diǎn)跡凝聚時(shí)對(duì)特殊代碼在應(yīng)答次數(shù)、幅相特征、交織情況等方面進(jìn)行綜合判斷，在可能出現(xiàn)虛假特殊代碼時(shí)設(shè)置交織位或降低置信度。航跡處理時(shí)對(duì)交織或低置信度特殊代碼進(jìn)行原代碼保持；對(duì)特殊地形地物可能產(chǎn)生潛在虛假特殊代碼的區(qū)域設(shè)置修正區(qū)；對(duì)距離6.1公里、方位波束寬度內(nèi)有多目標(biāo)的特殊代碼進(jìn)行相關(guān)處理等方法。

3.2 監(jiān)視數(shù)據(jù)融合

提供特殊代碼信息的空管監(jiān)視數(shù)據(jù)主要有：A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá)、S模式二次監(jiān)視雷達(dá)、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）、多點(diǎn)定位系統(tǒng)（MLAT）。MLAT通過地面多點(diǎn)定位接收機(jī)接收飛機(jī)發(fā)出的1090MHz信號(hào)報(bào)頭[5]來確定目標(biāo)位置和獲取信息，信息與其他空管監(jiān)視內(nèi)容一致。

S模式下行應(yīng)答格式DF=5、21的ID字段（共13位， 排 列 順 序 為C1, A1, C2, A2, C4, A4,0, B1,D1, B2, D2, B4, D4）發(fā)送A模式識(shí)別碼。如果A模式代碼設(shè)置為7500、7600或7700，則更新ID同時(shí)在下行應(yīng)答格式DF=4、5、20、21的FS字段中設(shè)置持續(xù)告警（Permanent Alert）狀態(tài)。如果代碼更改為其他值，應(yīng)終止持續(xù)告警狀態(tài)，并用暫時(shí)告警（Temporary Alert）狀態(tài)代替，并在18±1秒后自動(dòng)取消。“FS”飛行狀態(tài)字段（共3位）報(bào)告飛機(jī)的飛行狀態(tài)，包含告警狀態(tài)，其編碼及定義如表2所示[6]。

表2 FS編碼及定義Tab.2 FS code and definition

ADS-B功能基于數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)，我國采用1090ES數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行信息傳輸。其緊急信息在“1090ES飛行狀態(tài)信息（緊急/優(yōu)先狀態(tài)）”（TYPE Code=28，Subtype=1）的緊急/優(yōu)先狀態(tài)、A模式代碼字段中指示。當(dāng)A模式代碼設(shè)置為7500、7600、7700時(shí)，除A模式代碼字段變更外，緊急/優(yōu)先狀態(tài)字段編碼會(huì)自動(dòng)設(shè)置并廣播，其編碼定義如表3所示；同時(shí)激活“飛行位置信息”的“監(jiān)視狀態(tài)”子字段，按照如表4所示的定義進(jìn)行編碼[7]。

表3 “應(yīng)急/優(yōu)先狀態(tài)”子類型編碼Tab.3 "Emergency/Priority Status" sub type code

表4 “監(jiān)視狀態(tài)”子字段代碼定義Tab.4 "Surveillance Status" subfield code definitions

空管多源協(xié)同監(jiān)視數(shù)據(jù)深度融合，對(duì)來自不同類型、不同區(qū)域的空管監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、融合和評(píng)估等處理。在更新含特殊代碼的目標(biāo)時(shí)，需多個(gè)數(shù)據(jù)源或跨周期間數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證后確認(rèn)，能更及時(shí)、更精準(zhǔn)、更全面的獲得目標(biāo)信息，是解決二次雷達(dá)虛假特殊代碼最有效的手段，從根本上提高情報(bào)質(zhì)量[8]。

4 結(jié)語

二次監(jiān)視雷達(dá)在實(shí)際使用中因多徑、交織和弱信號(hào)等原因產(chǎn)生虛假特殊代碼，也可通過優(yōu)化陣地選址建設(shè)、增加天線架高、采用大垂直口徑低副瓣天線、升級(jí)為S模式二次監(jiān)視雷達(dá)和加裝ADS-B設(shè)備等提升系統(tǒng)性能，結(jié)合本文處理策略可顯著抑制虛假特殊代碼，可靠發(fā)揮特殊代碼在緊急告警、特殊狀態(tài)識(shí)別功能，及時(shí)提醒管制員對(duì)緊急、特情等進(jìn)行處置，最大限度發(fā)揮空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)效能，保障軍民航飛行安全。