對航管二次雷達干擾現象的分析＊

趙 崧 陳 嬌 肖 希

（1.海裝重慶局 重慶 400042）（2.總裝駐綿陽地區軍代室 綿陽 621000）

1 引言

航管二次雷達（SSR，Secondary Surveillance Radar）通常也稱為航空交通管制雷達信標系統ATCRB（Air Traffic Control Radar Beacon System）或航管二次監視雷達，它是由詢問雷達向目標發射詢問信號，裝有應答器的目標自動轉發應答信號給詢問雷達，雷達接收應答信號來檢測和識別目標。在實際使用中，由于航管二次雷達現階段本身技術的局限性，以及客觀環境條件，容易受到干擾，導致不能完全實現期望的性能。該文從常見的幾種干擾現象進行分析，尋找解決干擾現象的途徑。

2 二次雷達工作原理

二次雷達的詢問信號為脈沖幅度調制信號，載波為射頻信號，調制脈沖為脈沖對Pl和P3，脈寬為0.8μs，通過定向天線輻射［1］。Pl和P3 詢問脈沖對之間的間隔是固定的，它們之間的間隔決定了詢問的模式。P2為旁瓣抑制脈沖，通過全向天線輻射。要求Pl脈沖幅度要比P2脈沖幅度大9dB，應答機才能對它進行譯碼和作編碼回答。P2脈沖是在Pl脈沖發出2μs后發出，以起旁瓣抑制作用。

按照ICAO 規范，傳統空管二次雷達共有六種詢問模式，分別稱為1、2、3／A、B、C、D 模式。其中1、2模式專用于軍用識別詢問；3／A 模式兼用于軍用識別和民用識別；B模式只用于民用識別；C模式用于高度識別；而D 模式作為備用詢問模式，目前未指定用于何用途［1］。

圖1 航管二次雷達示意圖

圖2 脈沖信號示意圖

航管二次雷達有以下優缺點：

1）應答機的回答頻率為1090MHz，而詢問載率被限制在1030MHz，可避免PSR 常見的地物雜波、氣象雜波等干擾，且回波與RCS無關，所以無目標閃爍現象。

2）因為航管二次雷達不依靠電波反射，基于電波的單程傳輸，所以其發射功率比PSR小得多，且體積質量也很小。

3）SSR可以提供識別等信息，危急時可發出告警信號。

缺點：需要飛機上裝有應答機。

3 對幾種干擾現象的分析

3.1 擾環效應

天線波瓣圖在發射時表示雷達在各個方向上輻射信號能量強度（或稱增益）的分布，在接收時表示雷達在各個方向上對同徑向距離等強度信號感應的能量強度的分布［2］。對于任一實際雷達發射天線來說，除主瓣發射詢問脈沖功率外，總有副瓣泄漏部分功率。因此，在近距離上，應答器可能被旁瓣觸發，以致于在全方位上都有應答信號，使得在P型顯示器上出現所謂“擾環效應”［3］。

3.2 多徑效應

“多路徑”描述了在雷達發射天線、目標和接收天線之間存在一條以上路徑的現象［4］。由地面反射引起的多路徑效應一直是影響雷達性能的主要因素之一，導致雷達接收信號的起伏，影響二次雷達的檢測和解碼性能；而建筑物的反射會在建筑物的后面產生虛假的目標報告。

各種多徑形式可分為以下三類：

1）經由地面的反射波與直射波到達同一垂面；

2）通過凸凹物的反射波與直射波的水平夾角很小；

3）通過凸凹物的反射波與直射波的水平夾角較大。

此三類多徑現象的每一類又可分為以下兩種情況：

1）二路徑程差很小，以致通過不同路徑到達的同一應答脈沖嚴重交疊；

2）二路徑程差較大以致二路應答脈沖很少或根本不交疊。

當詢問機詢問或應答機回答時所發射的電磁波碰到山峰或高大建筑物等固定目標而反射時，將會造成距離和方位都不正確的假目標的顯示。多路徑效應的影響使某些區域作用距離增強，某些區域作用距離減弱，從而嚴重影響雷達的探測性能。

電磁波傳播在垂直平面的反射是雷達信號多路徑現象中的一種，所導致的垂直波瓣圖開裂將引起某些高度角上垂直覆蓋的威力下降，某些高度角作用距離增加，因而目標在等高飛行過程中可能出現航跡間斷的現象。結果，許多發射的能量被直接發向地面，致使飛機收到的信號是直射波和反射波的合成。由此導致了垂直方向的波瓣分裂，這也就造成了飛機飛行時經過信號強弱不同的區域。在一定的距離和高度處，飛機收到的信號強度不夠，以致不能被機載應答器檢測出來，所以也就不會進行應答。在某種程度上，可以通過增大地面發射機功率來減小盲區。

3.3 大氣波導環境影響

在一定的氣象條件下，在大氣邊界層尤其是在近地層中傳播的電磁波，受大氣折射的影響，其傳播軌跡彎向地面，當曲率超過地球表面曲率時，電磁波會部分地被陷獲在一定厚度的大氣薄層內，就像電磁波在金屬波導管中傳播一樣，這種現象稱為電磁波的大氣波導傳播［5］。大氣波導是一種異常天氣引起的一種超折射現象，且在海域和陸地任何時間均有可能存在，在一定的大氣波導條件下，當波導內的輻射源以某一小仰角發射一定頻率的電磁波時，電磁波就會被“陷獲”在大氣波導內傳播，從而實現超視距傳播，同時由于大氣波導的作用，雷達會產生電磁盲區。通常這種盲區分為兩類：頂部盲區和跳躍盲區。電磁波被大氣波導“陷獲”與電磁波的波長、大氣波導的厚度、大氣修正折射指數垂直梯度、發射仰角有關。只有當大氣波導的厚度遠大于電磁波的波長，且回波或應答信號與海平面的仰角大于臨界仰角時，電磁波才能被“陷獲”。因此，當二次雷達處在大氣波導環境中，大氣波導的厚度和強度足夠大時，二次雷達發射波和應答波也會被“陷獲”。

4 解決方法

4.1 解決“擾環效應”的方法

為消除“擾環效應”的影響，可以采用兩個發射通道：Σ和Ω，Σ通道產生P1－P3發射功率，另一個產生P2發射功率。發射信號能量經收發轉換開關、射頻切換開關，分別饋向天線的Σ、Ω 通道向空中輻射。通常稱Σ 波束的高增益部分為主瓣，其它部分被稱為副瓣。此時，只需應答器比較P1－P3信號和P2信號功率大小，就可以識別出旁瓣詢問信號，并對旁瓣詢問不給予應答，即可達到旁瓣詢問抑制的目的。

當處于一部雷達天線副瓣位置內的飛機，在其接收到其它二次雷達的異步詢問時而給予的應答，會對本雷達產生異步干擾。為消除這種干擾，可以利用單脈沖二次雷達Σ波瓣和Ω 波瓣特性，應答信號同時由和波束和差波束接收，將Σ接收機與Ω 接收機接收到的應答碼信號幅度進行比較，若Ω 信號大于Σ信號則可判斷為是副瓣內的應答信號，并產生接收旁瓣抑制信號RSLS，此時對Σ 波束范圍內接收到的回波將不作應答檢測，從而有效地抑制了這類干擾，達到旁瓣接收抑制目的。

4.2 解決“多徑效應”和大氣波導環境影響

采用改進的天線，尤其是采用單脈沖測向技術可以解決許多此類問題。在二次雷達中可以采用滑窗處理技術，去掉系統自身的干擾和多徑干擾，降低這些干擾造成的虛報概率，提高目標檢測概率，控制波束方向圖增益比副瓣方向波束增益大，但卻比主波束增益低。

單脈沖技術可以精確測定每一應答脈沖的到達角。這是通過測量和、差通道的信號比而得到的。來自天線中心線方向的應答信號在和信道上產生一強信號，而在差信道上產生很小的信號。而來自天線中心軸兩旁的回答，其和、差通道的信號幅度就非常相近。通過對和、差通道信號相位測量就可以很容易地確定應答信號是來自地面詢問天線中心的左邊還是右邊。如果有必要的話，通過精確測量一次應答的一個脈沖的和、差通道信號比也就可以確定飛機的方位角。此種技術需用較高的重復速率進行詢問。同時，多雷達數據融合技術也是當前的研究方向。

5 結語

近年來，航管二次雷達技術發展較為迅速，在抗干擾層面上也取得了一些突破，但是仍然存在一些固有的干擾問題。筆者通過對幾種干擾現象分析后，進一步思考后提出解決的途徑，對克服此類問題具有一定的指導意義。

［1］張尉.二次雷達原理［M］.國防工業出版社，2009－5－1.

［2］《空軍裝備系列叢書》編審委員會.機載雷達裝備［M］.航空工業出版社，2010－6－1.

［3］丁鷺飛，耿富錄.雷達原理［M］.西安電子科技大學出版社，2002－6－1.

［4］俞小鼎.多普勒天氣雷達原理與業務應用［M］.氣象出版社，2006－2－1.

［5］焦中生，沈超玲，張云.氣象雷達原理［M］.氣象出版社，2005－10－1.

［6］張永順.雷達電子戰原理［M］.國防工業出版社，2006，3.

［7］李旭東，陳冬，程鵬.二次散射對脈沖激光雷達回波功率的影響［J］.計算機與數字工程，2012，40（1）.