S模式雷達網絡在我國發展現狀及關鍵問題探析

曾令赫

（民航華北空管局，北京,100621）

0 引言

航空運輸的快速發展，飛機的密度逐步增加，尤其在機場終端區，受限于4096個二次代碼容量及同步串擾和異步干擾等影響，在每日航班達1000架次以上的機場，傳統A/C模式雷達的監視能力接近極限。與傳統A/C模式比較，S模式雷達能實現基本監視、增強監視等多種功能。傳輸數據中包含24位的目標地址碼，共有16777216種分配代碼為每架飛機分配唯一的地址，比A/C詢問模式提供更多的信息；具有數據校驗功能，保證了數據傳輸的可靠性。國際民航組織已把S模式雷達技術推薦為二次監視雷達的行業標準。S模式技術的優越性能，在民用系統方面，已在機載防撞系統、多點定位系統、空中交通管制系統、ADS-B系統等推廣使用；在軍隊上主要用于敵我識別系統。

1 S模式雷達在我國發展現狀

我國雷達管制起步比較晚，航路雷達從2001年起在京廣航路上實施雷達管制，2007年在京、滬、穗三地間實施雷達管制，雷達信號在這三地間航路全面覆蓋。隨著雷達更新及適應管制系統發展的需求，我國逐漸從傳統A/C模式向S模式雷達過渡，2007年第一部S模式THALES雷達引入我國，S模式雷達在空管使用的數量逐年增加。2010年S模式雷達首次在西部航路投入使用。隨著S模式雷達在我國全面推廣使用，越來越多的S模式系統投入使用，有民用和軍用的固定雷達、移動雷達，還有多點定位系統。在歐洲核心區域于2007年已實施S模式雷達網絡集群。我國S模式雷達數量逐年增多，各S模式雷達處于相對獨立的初級使用階段，在雷達管制航路上雷達信號覆蓋無盲區，尤其在一些熱點航路和終端區上有多個相鄰雷達信號實現多重覆蓋。

在每個S模式雷達地面站中，雷達系統使用II碼（Interrogator Identifier Code，雷達識別碼）作為S模式雷達身份信息，在詢問協議中使用，用于區分其它鄰近的地面站，目標應答機根據II碼識別相應地面站詢問、并做出應答。II碼主要有 IC碼（Interrogator Code）和 SI碼（Surveillance Identifier）兩種類型。國際民航組織的ICAO附件作為民航首選的技術業務標準，目前主要使用IC雷達識別碼，在附件十中已定義4位字節的IC碼，僅15個IC碼用于地面站，其中0用于測試或軍隊使用，1至15用于民航雷達站。每部S模式雷達的II碼都需人工配置。當前我國II碼分配必須遵循如下原則：在重疊覆蓋區域的相鄰兩部雷達的II碼不能相同。當相鄰S模式雷達II碼相同時，使得其中一部雷達在部分有效探測區域不能偵測目標。

圖1是我國北部一個S模式雷達較密集地區的分布示意圖，圖中共有四個地面站，有2層、甚至4層的重疊覆蓋，當重疊區域增加，還需考慮周邊的覆蓋區域。S模式雷達的數量增加使得有限II碼不足以分配，部分相鄰區域地面站II碼分配變得復雜。

2 S模式雷達網的II碼使用

“S”代表選擇 ( Select)，通過全呼（ALL CALL）詢問，獲得目標地址碼，再根據地址碼選擇性的詢問目標,相應地址碼的目標才會應答，減少了發射應答射頻信號。相對于A/C模式雷達，S模式雷達有效改善監視能力，具備地空數據鏈通信的能力。

S模式雷達地面站詢問目標主要有兩個階段。

第一階段用于識別目標。地面雷達站上行發送全呼詢問，目標應答機以地址碼信息下行回應此全呼詢問，地面雷達站把此目標的地址碼列入目標識別文件中。

第二階段用于獲取目標點跡。地面雷達站通過讀取目標識別文件中的目標地址碼，選呼目標以獲取目標地理位置等信息。目標應答機將執行周期為18秒的鎖定功能，即18秒期間不應答此地面站的全呼詢問，有效減少不必要的應答。

為了減少雷達異步干擾，有效使用數量有限的II碼，需統一分配、管理各個S模式雷達地面站中的II碼。如兩部S模式II碼相同且有重疊覆蓋區域，將導致其中一部雷達在重疊覆蓋區域不能偵測目標信號。為了解決有重疊覆蓋區域的相關雷達探測需求，需對S模式雷達站的II碼進行有效分配，當相鄰地面站使用相同II碼，使用S模式雷達聯網技術，通過監視協調網的信息交換實現雷達站之間的目標偵測，消除相鄰地面站在重疊區域的偵測覆蓋缺口。

3 S模式雷達網絡的關鍵技術

3.1 S模式雷達協調網

S模式雷達網使用II碼作為為地面站的地址信息，通過監視協調網絡互聯集群。地面站網絡架構主要有分布式網絡和集中式網絡。集中式網絡由集群控制器協調監視功能。分布式網絡由分布在各個地面站的控制器之間實現協調監視功能。

圖1 我國較密集區域的部分II碼分布圖

實驗環境在如圖2的分布式網絡下完成，各個地面站的分布式控制器獨立工作。各分布式控制器探測分布式控制器及網絡的完好性，通過網絡管理協議實現信息交換，包括目標的位置信息。在相鄰且相同II碼地面站，僅有一部地面站能在重疊覆蓋區域偵測目標，同時通過協調網絡向其它控制器分發覆蓋區域的“盲區”目標信息。

圖2 S模式雷達協調網絡

3.2 II碼分配

S模式雷達的識別碼主要有IC碼和SI碼。SI碼位數為6位，共有63個，因機載應答機生產于不同年代，性能差異較大，在2005年以后生產的機載應答機才具備支持識別SI碼的能力，受限于應答機功能級別配置，SI碼還不能全面推廣使用。推廣初期使用IC碼識別，IC碼共有16個，實際使用15個。需相關職能部門統一分配、管理每個民用地面站的II碼。相鄰地面站沒有使用相同的II碼，全呼詢問的鎖定功能有效的減少空間射頻發射。在相鄰地面站且有重疊覆蓋區域，使用了相同的II碼，需通過地面站互聯組網協調，使得相鄰地面站都能獲取重疊區域的目標位置信息。

對于一些不能得到地面站信息的臺點，需對口職能部門協調，以有效分配II碼。

①為避免軍用S模式雷達與民用S模式雷達的II碼分配沖突，需對口職能部門協調獲取S模式雷達信息，以更好的分配II碼。

②我國幅員遼闊，特別在邊境地區，與周邊國家之間有重疊覆蓋區域的S模式雷達，需相關職能部門協調II碼的分配。

③在沿海地區的S模式雷達，受海上移動雷達的影響，比如艦載移動雷達的II碼，由于其移動性帶來相鄰II碼的不確定，需考慮其對固定雷達的影響。

3.3 鎖定策略地圖

每個S模式雷達系統地圖涉及鎖定策略地圖、監視及數據鏈等3大功能。在重疊覆蓋區域的相鄰地面站使用鎖定策略技術，以獲得有效的信號偵測覆蓋。

在S模式雷達網絡中，每個地面站都有鎖定策略地圖，鎖定策略用于地面站與目標應答機之間的通信，當目標應答機接收到地面站的鎖定命令后，目標應答機將在周期18秒期間不會應答此地面站的全呼詢問。鎖定策略地圖規定了地面站鎖定目標的區域。在實際使用中，分配和管理多個地面站II碼、優化鎖定策略地圖工作復雜，隨著地面站數量不斷增加，需為每一個地面站準備更多的地圖。

地面站根據鎖定策略地圖執行鎖定功能。如在重疊區域的兩個相鄰站點的鎖定策略地圖有重疊，兩個地面站爭先詢問重疊區域的目標，則使得鎖定策略具有不確定性，在相鄰覆蓋區域中，在重疊區域僅使用一種鎖定策略。鎖定策略地圖以塊為單位，每個塊大小為5海里*5海里，高度以200英尺遞增。每個塊都被賦予一個狀態值。狀態值為1時，目標應答在此區域中將被地面站鎖定；為0時，目標應答不被鎖定。在制作鎖定策略地圖時，鎖定策略地圖必須涵蓋整個監視覆蓋區域。如果在監視區域中沒有定義鎖定策略地圖規則，目標應答機在此區域不使用鎖定策略，應答所有的全呼詢問，增加了空間的射頻發射。在實驗中的2個地面站，在每個站分別制作了重疊區域的地圖及未發生重疊區域的地圖。由于手工定義覆蓋地圖的每一個塊，還需考慮每一個塊涉及的地形數據對目標偵測的影響，優化鎖定策略地圖工作量繁重。

4 結束語

在實際使用中，由于S模式雷達的參數配置復雜，在飛行密度不太高的地區，需慎重考慮安裝。相對于歐美等發達國家，我國S模式雷達網絡還處于剛剛起步的發展階段。本文初步探討了雷達II碼分配問題、兩個地面站之間網絡互連模型及鎖定策略，并給出鎖定策略地圖實施方案，解決了相同II碼且相鄰S模式地面站的信號覆蓋問題，為S模式雷達網絡在我國的使用和發展提供一點建議。

[1]International Civil Aviation Organization,Surveillance radar and collision avoidance systems[M]//Annex 10 to the convention on international civil aviation,USA,International Civil Aviation Organization,1998.

[2]EUROCONTROL，Principles of Mode S Operation and Interrogator Codes[M]，France,EUROCONTROL,2003