二次雷达S模式综述

二次雷达S模式综述

吴健

中国民用航空新疆空中交通管理局新疆乌鲁木齐830016

摘要：在空管领域使用的A/C型二次雷达在一定程度上暴露出许多问题，因此欧美国家开发了S模式二次雷达，它正在逐渐取代传统的A/C模式二次雷达。本文介绍了S模式的工作机制；在S模式下，询问信号和响应信号的格式、意义；S模式二次雷达的优势。

关键词：空中交通管制；二次雷达；S模式；应用；综述

1．前言

随着空中交通流量的增加，传统的A/C模式无法满足空中交通管制（ATC）的要求。A/C模式的码数只有4096个，容易受到干扰和交叉。因此，美国林肯实验室进行了先进雷达审讯系统的研究工作，即“DABS”项目；与此同时，英国的研究机构也独立开展了类似的工作，称为“ADSEL”项目。这两个项目的结果已经合并成一个项目，联邦航空局已经将其命名为S模式。S模式已被国际民航组织接受为二次监视雷达的行业标准。

2．二次雷达

二次雷达（SSR）是相对于一次雷达而言的。二次雷达发射询问信号，然后接收到应答机的回复信号，地面雷达收到这个信号后，通过信号处理，得到飞机的应答机代码、高度、位置和距离等信息。民用二次雷达的传统模式为A/C模式，在A/C模式下，二次雷达目标数增加到一定程度时，会暴露出如：缺少回答信号及干扰等问题。从而使得雷达信号中包含的数据混乱和不确定。为了满足日益增长的空中交通需求，英国、美国针对二次雷达的问题，研制了S模式雷达和数据通信系统，以提高空中交通管制的能力。

3．S模式空管二次雷达系统工作原理

二次雷达的工作模式多种多样，主要是根据编码方式的不同来区分。现如今，我们都是根据国际的规定来进行划分，目前常用的为A（获取目标航管编号）、C（获取目标气压高度信息）两种模式。询问格式又叫做上行格式，用UF（UPLINKFORMAT）表示，应答格式又称之为下行格式，用DF（DOWNLINKFORMAT）表示。下行格式有DF4、DF5、DF11、DF20、DF21、DF24等，其中格式4和5用于上行或下行短消息（56位）监视、高度、识别，20和21用于上行或下行标准长度信息（11位）通信A/B、高度、识别，11用于上行或下行纯S模式全呼叫。24用于上行或下行扩展长度信息通信C和通信D（S模式目前没有使用）。模式二次雷达的询问应答流程：S模式二次雷达的询问应答流程如下：在雷达覆盖范围内有飞机进入时，S模式全呼叫（UF11）将被二次雷达发射，此时飞机可以接受到响应的讯息。在此次的呼叫中，全呼叫询问地址码和询问器代码信息会产生作用，从而应答机通过飞机24位地址信息和询问器代码确认信息来进行应答，在雷达解码后，则锁定该飞机的地址码。

4．S模式空管二次雷达询问和应答信号格式

4.1询问器代码的功能和类别

S模式询问信号频率为1030±0.2MHz，为了与原有的A/C模式兼容，S模式的询问对象包括A/C模式应答机和S模式应答机，其呼叫方式分为以下3种：

（1）ModeA/C全呼询问，P4为全呼脉冲，宽度为0.8μs时表示ModeA/C全呼。P1和P3脉冲宽度为0.8μs，间隔8.0μs为A模式询问，应答为12位的身份代码；间隔21.0μs为C模式询问，应答为飞机气压计高度；S模式的应答机对该询问不作应答。P2脉冲的位置固定，为旁瓣抑制脉冲，P2用全向天线辐射，P1、P3脉冲用定向天线辐射，在定向天线的主瓣内，P1、P3比P2大，而在定向天线的旁瓣内，P2比P1、P3大，当主瓣内的P1、P3脉冲比P2脉冲大9dB以上时，应答机才应答，而旁瓣询问信号不予应答，从而减少了应答信号接收机的干扰。

（2）MODEA/C/S全呼询问，询问格式同上，但P4脉冲宽度为1.6μs。此时A/C和S模式的应答机均要应答，其中S模式的应答信号包含飞机的身份标志（FlightIdentity）和24位地址信息。FlightID是8个字符的标记，由飞行员每次起飞前输入，与飞机的地址一起用于ATC（AirTrafficControl）监视。

（3）S模式编码询问，这种询问只针对S模式应答机，非S模式应答机不予应答。在P2脉冲后是一个长脉冲P6，用其传输上行数据，其脉宽为16.25或者30.25μs（对应56bit和112bit数据）。P6以DPSK方式调制，其中二进制1代表相位变化180°，而0代表相位没有变化，反相位置的间隔为0.25μs，从而产生4MHz的数据比特率。采用DPSK扩谱信号可以提高询问信号的抗干扰能力。P6以外的脉冲采用脉冲幅度调制。P6脉冲前沿后1.25μs处有一个固定的同步反相信号，应答机以该信号作为询问数据解码的同步信号和发射应答信号的时间基准，询问机以该信号为基准测量目标应答信号到达的时间差，并进一步计算出目标距离。

4.2应答信号格式

航空器上的应答机在收到询问信号以后以1090±3MHz的频率发送应答信号，由于收发频率不同，也称应答机为异频收发机，转发延迟在30μs左右。随着航空电子设备性能的提高，国际民航组织已将发射频率的标准调整为1090±1MHz。应答信号前8.0μs为导前脉冲，其位置固定，后面为56bit或112bit的数据，每位数据脉冲时宽为1μs，采用脉位调制，前半部分发脉冲代表“1”，后半部分发脉冲代表“0”。这种编码称为曼切斯特编码，保留了同步信息并具有一定的抗干扰能力，因为干扰不能在一个位置抑制一个脉冲而在相邻位置插入一个脉冲。

5．S模式空管二次雷达监视的功能优势

目前，S模式二次雷达也正在逐步取代传统的A/C模式二次雷达，成为主流的空中交通管制手段。S模式二次雷达是在A/C模式二次监视雷达系统的基础上发展起来的，它对A/C模式有着兼容和改进两方面的进展。在二次雷达中的S模式有着如下的技术要点和优势：

（1）S模式监视使用的单脉冲功能使空中交通管制雷达信标系统（ATCRBS）在减少查询次数的同时改进了目标定位性能。ATCRBS查询和回答次数的减少则改善了射频（RF）干扰环境。

（2）即便飞机距离非常相近，S模式也能通过自身的查询定时功能来进行准确判断，而且有效地避免了彼此之间的干扰。

（3）空对地和地对空的通信都可以通过S模式的数据链来实现。在航空领域中，有许多飞行领域非常密集，为了确保飞行的安全，使用S模式数据链可以更好的规划行路线，帮助航空员准确的定位，减少误差，减少经济成本。

6结束语

目前，S模式二次雷达的优势已经引起雷达技术领域的关注，其获取的信息量逐步增加，功能和技术的成熟度也越来越先进。随着我国经济的发展，S模式二次雷达的建设使用，会给我国乃至世界带来更大的经济利益和更好的社会效益。

参考文献：

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