淺談二次雷達(dá)S模式

李永剛

（民航山西空管分局，山西 太原 030031）

淺談二次雷達(dá)S模式

李永剛

（民航山西空管分局，山西 太原 030031）

S模式詢問(wèn)的特點(diǎn)是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行選擇性詢問(wèn)，被詢問(wèn)的目標(biāo)應(yīng)答，沒有被詢問(wèn)的目標(biāo)不應(yīng)答，采用了多種協(xié)議，文中分析了各種協(xié)議的意義及S模式的優(yōu)點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。

S模式雷達(dá)；II碼；上行格式（UF）；下行格式（DF）；數(shù)據(jù)鏈

民航所使用的監(jiān)視雷達(dá)有一次雷達(dá)和二次雷達(dá)之分，而在當(dāng)今，隨著航班密度的不斷增加和管制部門對(duì)雷達(dá)依賴性更強(qiáng)的形勢(shì)下，二次雷達(dá)的重要性越來(lái)越得以體現(xiàn)。然而在當(dāng)今雷達(dá)的發(fā)展史上，二次雷達(dá)的更新交替經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程，從早期的普通常規(guī)二次雷達(dá)到后來(lái)的單脈沖二次雷達(dá)，以至后來(lái)發(fā)展為全固態(tài)二次雷達(dá)，到今天更加先進(jìn)的帶有S模式的二次雷達(dá)，可以說(shuō)是功能越來(lái)越強(qiáng)大，獲取的信息越來(lái)越多。帶有S模式的二次雷達(dá)與以往的常規(guī)二次雷達(dá)有什么區(qū)別？它的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在哪里？能夠獲取什么信息？下面就這些問(wèn)題作一些簡(jiǎn)單的分析。

1 S模式中的S的意義

首先，S模式中的S是Selective的首字母，是選擇的意思。其目的是在其詢問(wèn)時(shí)不是像以往的二次雷達(dá)詢問(wèn)一樣，向在其詢問(wèn)波瓣內(nèi)所有的飛機(jī)發(fā)射相同的詢問(wèn)格式，而是根據(jù)每架飛機(jī)地址的不同，去點(diǎn)名（有選擇性的）詢問(wèn)，每架飛機(jī)的地址是唯一的。由于是點(diǎn)名詢問(wèn)，而且是根據(jù)飛機(jī)的唯一地址去點(diǎn)名詢問(wèn)，其結(jié)果就是被點(diǎn)名的飛機(jī)應(yīng)答，沒有被點(diǎn)名的飛機(jī)不應(yīng)答，S模式雷達(dá)都有自己的II（INTERROGATOR IDENTIFIER）代碼，應(yīng)答機(jī)會(huì)被帶有不同II碼的S模式雷達(dá)鎖定（LOCKOUT）。

2 關(guān)于S模式下的飛機(jī)地址

在談到飛機(jī)地址之前，首先要說(shuō)明一個(gè)概念，就是雷達(dá)可以具有S模式功能，而飛機(jī)的應(yīng)答機(jī)也可以具有S模式功能，根據(jù)資料顯示目前民航的飛機(jī)所攜帶的應(yīng)答機(jī)都應(yīng)具有S模式功能。關(guān)于飛機(jī)地址，是由24位二進(jìn)制代碼組成，由注冊(cè)國(guó)或公共標(biāo)志注冊(cè)當(dāng)局，從分配給各國(guó)的地址字塊中指配到每架飛機(jī)，是在飛機(jī)出廠前就已經(jīng)定義好的。ICAO的附件十中規(guī)定，任何時(shí)候，一個(gè)地址不應(yīng)分配給一個(gè)以上的飛機(jī)。只有一個(gè)地址分配給一架飛機(jī)而不管飛機(jī)上應(yīng)答機(jī)數(shù)量是多少。飛機(jī)地址不能改變，飛行過(guò)程中也不能改變地址。除非在異常情況下,當(dāng)飛機(jī)改變其注冊(cè)國(guó)籍時(shí)，以前分配的地址應(yīng)當(dāng)改變，由新的注冊(cè)當(dāng)局分配新的地址。由24個(gè)0或24個(gè)1組成的二進(jìn)制代碼不應(yīng)分配給飛機(jī)。飛機(jī)24位二進(jìn)制地址中的前3、6、9、12位或15位定義國(guó)家，余下的位數(shù)用于分配給飛機(jī)用做地址。舉例說(shuō)明中國(guó)飛機(jī)的24位二進(jìn)制地址是這樣組成的：國(guó)家代碼用的是前6位（011110），而后18位可以提供給飛機(jī)用地址，即中國(guó)可以擁有2（24-6）=218=262144個(gè)地址可以分配給飛機(jī)。（說(shuō)明：飛機(jī)的24位二進(jìn)制地址在實(shí)際應(yīng)用時(shí)用6位十六進(jìn)制數(shù)表示）。

3 在詢問(wèn)模式上的不同

以往常規(guī)二次雷達(dá)在詢問(wèn)模式上只有3/A和C模式詢問(wèn)，而帶有S模式功能的雷達(dá)在詢問(wèn)模式上增加了過(guò)渡模式（A/C/S）和純S模式全呼模式（MODE S ONLY ALL CALL）與輪呼模式（MODE S ROLL CALL），增加過(guò)渡模式的目的是用于S模式雷達(dá)捕獲沒有加裝S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)（常規(guī)A/C模式應(yīng)答機(jī)），純S模式全呼模式（ALL CALL UF11）用于加裝了S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)，它向應(yīng)答機(jī)發(fā)送詢問(wèn)器代碼（II碼/SI碼，用于對(duì)飛機(jī)的鎖定）和從應(yīng)答機(jī)獲得帶S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)地址。輪呼用于加裝了S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)，它可以與應(yīng)答機(jī)之間進(jìn)行各種數(shù)據(jù)信息交流。

這里需要增加一項(xiàng)技術(shù)說(shuō)明：首先從帶有S模式功能的雷達(dá)說(shuō)起，為了捕獲雷達(dá)覆蓋范圍內(nèi)的所有飛機(jī)，這里包括加裝了S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)和常規(guī)模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)，S模式雷達(dá)使用過(guò)渡模式（A/C/S P4短，“P4長(zhǎng)”不使用）詢問(wèn)常規(guī)模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)，帶常規(guī)模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)正常應(yīng)答S模式雷達(dá)，反之，對(duì)加裝了S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)而言，當(dāng)常規(guī)雷達(dá)詢問(wèn)時(shí)，也可以正常應(yīng)答。換言之，就是帶有S模式功能的雷達(dá)兼容了S模式應(yīng)答機(jī)和常規(guī)應(yīng)答機(jī)；而S模式應(yīng)答機(jī)也兼容了S模式雷達(dá)和常規(guī)雷達(dá)。

4 帶有S模式功能的雷達(dá)在詢問(wèn)格式內(nèi)容上與以前的常規(guī)二次雷達(dá)有著很大的不同

以往的常規(guī)二次雷達(dá)在詢問(wèn)格式上一般只采用模式3/A（識(shí)別碼）和模式C（高度碼）的交替詢問(wèn)，使用P1,P2,P3脈沖序列，從而達(dá)到獲得飛機(jī)識(shí)別碼和高度碼的目的，見圖1。

圖1

圖2

3/A碼 P1,P3脈沖間隔為 8μs，C碼 P1，P3脈沖間隔為21μs，P1，P2脈沖間隔恒為 2μs，P2脈沖由于詢問(wèn)旁瓣抑制，見圖2。

而帶有S模式功能的雷達(dá)在詢問(wèn)格式上增加了P5和P6脈沖，P2脈沖用于抑制SSR應(yīng)答機(jī)，P5脈沖用于S模式旁瓣抑制，P6脈沖為信息數(shù)據(jù)塊，為56位或112位，見圖3。

圖3

5 S模式雷達(dá)詢問(wèn)格式與應(yīng)答格式的分類

詢問(wèn)格式又叫做上行格式，用UF（UPLINK FORMAT）表示，應(yīng)答格式又叫做下行格式，用DF(DOWNLINK FORMAT)表示。上行格式有 UF4、UF5、UF11、UF20、UF21、UF24 等，下行格式有DF4、DF5、DF11、DF20、DF21、DF24 等，其中格式 4 和 5 用于上行或下行短信息（56位）監(jiān)視、高度、識(shí)別，20和21用于上行或下行標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度信息（112位）通信A/B、高度、識(shí)別，11用于上行或下行純S模式全呼叫。24用于上行或下行擴(kuò)展長(zhǎng)度信息通信C和通信D（S模式目前沒有使用）。

6 S模式雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答流程（針對(duì)S模式應(yīng)答機(jī)）

首先，雷達(dá)發(fā)射純S模式全呼叫(UF11)，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入雷達(dá)覆蓋范圍時(shí)接收到此呼叫，此呼叫帶有雷達(dá)的詢問(wèn)器代碼信息（II碼）和全呼叫詢問(wèn)地址碼（24位全1），應(yīng)答機(jī)將產(chǎn)生應(yīng)答(DF11)，此應(yīng)答信息帶有對(duì)詢問(wèn)器代碼的確認(rèn)信息和飛機(jī)24位地址信息，雷達(dá)進(jìn)行處理解碼后，將對(duì)帶有此地址碼的飛機(jī)發(fā)射S模式點(diǎn)名詢問(wèn)（ROLL CALL）并將該飛機(jī)鎖定,如果雷達(dá)采用的是UF4和UF5詢問(wèn)，根據(jù)對(duì)RR(REPLY REQUEST)字段的控制，應(yīng)答機(jī)將應(yīng)答DF4/DF5或DF20/DF21。格式20，21與格式4，5的區(qū)別僅在于20，21比4，5多了一個(gè)56位的短數(shù)據(jù)鏈路信息。

表1

7 S模式中使用的協(xié)議

（1）首先是鎖定協(xié)議（LOCKOUT），發(fā)送純S模式全呼的目的就是為了獲取飛機(jī)24位地址和為飛機(jī)提供雷達(dá)的詢問(wèn)器代碼（II碼）用于將飛機(jī)鎖定，真正的鎖定命令是由S模式點(diǎn)名輪呼（ROLL CALL）中 LOS(LOCKOUT SUBFIELD)字段發(fā)送的，當(dāng)飛機(jī)被鎖定后，在18 s時(shí)間內(nèi)不應(yīng)答帶有此（II碼）的雷達(dá)的所有純S模式全呼 UF11（MODE S ONLY ALL CALL）,這樣可以大大減少雷達(dá)間的異步干擾(FRUIT)。

（2）多現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議（MULTISITE），這個(gè)協(xié)議適用的條件是雷達(dá)必須工作在單獨(dú)模式（STAND ALONE），雷達(dá)間使用不同的II碼，單部雷達(dá)發(fā)射詢問(wèn)脈沖時(shí)帶有II碼，應(yīng)答機(jī)存儲(chǔ)這個(gè)II碼，在下一次詢問(wèn)或應(yīng)答時(shí)，雷達(dá)或應(yīng)答機(jī)將檢測(cè)這個(gè)II碼。因此，單個(gè)雷達(dá)能夠控制數(shù)據(jù)鏈路信息的發(fā)送或停止。

（3）非選擇性協(xié)議（NON SELECTIVE）與 SCN（SURVEILLANCE COORDINATION NETWORK）協(xié)議。非選擇性協(xié)議是在雷達(dá)間具有重疊覆蓋區(qū)域而雷達(dá)II碼又不充足的情況下使用（II碼為0～15）。使用非選擇性協(xié)議必須是建立在SCN（監(jiān)視協(xié)作網(wǎng)絡(luò)）的基礎(chǔ)上，雷達(dá)間使用相同的II碼。SCN的意義在于數(shù)據(jù)共享，SCN協(xié)議分為集中式和分布式兩種，SCN將一部以上的雷達(dá)稱為一簇（CLUSTER），集中式SCN有一個(gè)簇控制單元，簇控制單元清楚每個(gè)雷達(dá)的覆蓋范圍，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入到一個(gè)雷達(dá)的覆蓋范圍時(shí)，簇控制單元會(huì)告知這部雷達(dá)，簇控制器會(huì)整合簇內(nèi)所有雷達(dá)的數(shù)據(jù)信息，并允許雷達(dá)間數(shù)據(jù)交流。分布式SCN沒有簇控制單元，所有雷達(dá)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行內(nèi)部連接，直接交換SCN數(shù)據(jù)。每一部雷達(dá)都知道相鄰雷達(dá)的覆蓋范圍，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入到其中一部雷達(dá)的覆蓋范圍時(shí)，它會(huì)通知相鄰的雷達(dá)。

8 S模式的優(yōu)勢(shì)及優(yōu)點(diǎn)

（1）使用純S模式全呼（ALL CALL）有效降低了異步干擾。

（2）使用S模式點(diǎn)名輪呼(ROLL CALL)有效降低了同步竄擾。

（3）高度應(yīng)答處理精度由過(guò)去常規(guī)二次雷達(dá)的30 m降低為7.5 m。

（4）飛機(jī)代碼的擴(kuò)容，過(guò)去常規(guī)二次雷達(dá)的飛機(jī)識(shí)別碼（A碼）只有4096個(gè)可以分配，使用S模式飛機(jī)代碼可以有224=16777216個(gè)代碼分配（使用飛機(jī)S模式地址），在一定時(shí)期內(nèi)解決了飛機(jī)代碼資源短缺的問(wèn)題。

（5）通過(guò)COMM-B詢問(wèn)模式，可以讀取機(jī)載應(yīng)答機(jī)BDS寄存器中的信息，便于空中指揮人員了解飛機(jī)更詳細(xì)的狀況。例如，飛機(jī)的航班號(hào)(BDS20)。

（6）由于采用了新的調(diào)制方式差分相移鍵控（DPSK）解碼，使得解碼的誤碼率大大降低。

9 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)民航業(yè)的高速發(fā)展以及航空量的大幅增加，S模式二次雷達(dá)的投入使用將有效地提高當(dāng)前雷達(dá)管制能力，科學(xué)合理地控制航空流量，更進(jìn)一步地提高空管的工作效率。

Discusses Two Time Radar S Pattern

Li Yonggang

The S pattern inquired the characteristic is carries on the selectivity to the goal to inquire that goal reply which inquired，not the goal no-relay which inquired，has used many kinds of agreements，for example:The LOCKOUT agreement，the Multisite agreement，Non the selective agreement，the SCN agreement，in the article has analyzed each kind ofagreement significance and the Spattern merit and the superiority.

Spattern radar；II yard；upward form（UF）；downward form（DF）；data chain

TN 95

A

1000-8136(2011)02-0142-03