一種陸基二次雷達監測站布站仿真測算方法

馬子健

(國家無線電監測中心， 北京100037)

0 引言

二次監視雷達是一種收發采用不同頻率的雷達，是航空交通管制的重要無線電設備，主要用于航空器的識別。二次雷達可獲取航空器的點跡位置、速度、高度、航跡、代碼等重要信息，可以說是空中交通管理的中樞系統。隨著航空業務的不斷擴展、航空飛行活動的不斷增加以及飛行高度層密度的提高，對二次雷達發射、接收信號的無線電保護顯得越來越重要。針對這一現實需求，無線電監測站應合理布局，盡可能覆蓋航路區域，及時發現和定位干擾源，從而對航空飛行進行有效保護。

1 陸基二次雷達監測站的主要特點

如圖1所示，陸基二次雷達監測站是一種布置在飛行航線周圍的L波段地面無線電監測站，主要工作任務是監測二次雷達信號、評估航線周邊相關電磁環境和有效判定干擾。若干固定、移動或其他形式的監測站(設施)可構成一個陸基二次雷達無線電監測網，經過有線或無線方式實時傳輸監測信息，將有用信息反饋至空中交通管理部門和無線電管理部門，以保障飛行安全。這一網絡主要優勢體現在監測信息傳輸的實時性、范圍的全覆蓋。

圖1 陸基二次雷達監測站仿真示意

1.1 實時性

陸基二次雷達監測站首要特點是要實時反映航線、進場區間、離場區間、機場周邊等飛行區域的電磁環境狀況。在航路繁忙時，航空器的時間間隔為1 min～3 min，若出現較強的干擾會導致重大安全隱患。因此，監測站的首要特點是必須實時傳輸包括干擾情況在內的監測信息。

1.2 全覆蓋

航空器從機場起飛到落地的全過程都會使用到二次雷達，因此監測站必須對航路沿線盡可能實現無縫覆蓋。針對城市、鄉村和偏遠山區的不同地形地貌特征，監測站可根據具體情況實現覆蓋要求。

2 陸基二次雷達監測站的布站仿真

2.1 仿真測算原理

航路沿線布置的監測站可能受到來自周邊相鄰頻段的各類干擾。在這一條件下，應對監測站單站覆蓋范圍進行傳輸損耗測算，并根據不同航路條件進行仿真，得出合理的理論計算公式和計算結論。

2.2 仿真測算模型

為盡可能合理地計算出陸基二次雷達監測站的覆蓋范圍，我們采用直射波公式和ITU-R P.1546建議書的模型計算。

2.2.1 直射波計算公式

本公式用來計算單個監測站覆蓋的最大理論范圍。

直射波傳播距離公式為

式中:R為直射波傳播距離，單位為km;h1，h2分別為發射、接收天線高度，單位為m。

2.2.2 ITU-R P.1546 建議書模型［1］

本模型用來計算監測系統的最小接收電平(平均功率)值。

根據ITU-R P.1546建議書，電波傳播的損耗與發射功率、發射頻率、傳播距離、接收端系統增益有直接關系，具體公式如下

式中:Pr/dBm為接收端功率;Pt/dBm為發射點全向等效輻射功率;f/MHz為發射頻率;d/km為發射與接收點距離;Gr/dBi為接收端系統增益;Pt＇/W為發射點以W表示的全向等效輻射功率。

2.3 仿真條件

在本仿真中，二次雷達地面站天線高度為30 m，航空器二次雷達天線高度可根據不同飛行高度進行設置，電波傳播模型按照ITU-R P.1546建議書的模型進行計算。監測天線增益設為0，監測天線高度設置為距離地面10 m、30 m兩類。

在航空器二次雷達發射天線高度的條件設置上，本文選取了一些典型的飛行高度，并參考了目前我國民用航空部門的飛行高度層劃分。例如，航空器在離場、進近階段，飛行高度一般在10 m～3 000 m，故選取1 800 m作為典型值進行計算;在爬升、下降階段，飛行高度一般在3 000 m～8 000 m，故選取5 100 m作為典型值進行計算;在巡航階段，飛行高度一般在8 000 m～11 000 m，故選取10 100 m作為典型值進行計算。仿真條件設置見表1。

表1 仿真條件參數表

3 仿真測算

3.1 仿真條件

由于航空器飛行規律及航線近似直線，故在本仿真中航路條件按照直線進行仿真。

3.2 仿真結論

根據上述仿真條件設置，將各項仿真數據帶入式(1)，可得二次雷達監測站的理論布站半徑為35 km～436 km，取條件最惡劣的情況，可得監測站理論布站半徑為35 km～187 km。具體結果請見表2。

表2 二次雷達監測站單站理論布站半徑仿真結果

根據上述仿真條件，將各項仿真數據帶入式(2)和式(3)，可得二次雷達地面站、機載二次雷達距發射點的理論距離與監測站接收機靈敏度計算表。具體數據見表3。

表3 二次雷達監測站接收機靈敏度仿真結果

綜合仿真結果，陸基二次雷達監測站單站理論布站半徑在35 km～187 km。在距離機場較近的地區，航空器飛行高度較低，可將監測站布置得較為密集一些，布站半徑可在35 km～50 km。隨著飛行高度的增加，監測站布站半徑也隨之增大到50 km～187 km;在航路中，監測站布站半徑可在300 km～400 km。鑒于航線周邊環境的復雜性，監測站實際布站數量要根據線路周邊環境的實際測試結果進行確定。

4 結束語

陸基二次雷達監測站是一種可行的保障民航安全運營的現代雷達監測系統。隨著無線電保障技術設施的逐步建成，未來航空運輸業將在更加安全的技術環境中獲得更大的發展空間。

［1］ 馬子健.超短波無線電監測網監測能力評估方法研究及實現［D］.北京:北京郵電大學，2010.Ma Zijian.Research and realization of monitoring capability eveluation of VHF ＆ UHF radio monitoring network［D］.Beijing:Beijing University of Posts and Telecommunications，2010.

［2］ 中國民用航空局.空中交通管制二次監視雷達設備技術規范［S］.北京:中國民用航空局，2006.Civil Aviation Administation of China.Technical standards for ATC secondary surveillance radar［S］.Beijing:Civil A-viation Administation of China，2006.

［3］ 空中交通管制機載應答機通用技術條件［S］.GB12183-1990.北京:中國標準出版社，1990.General specification of airborne transponder for air tratfic contro［S］.GB12183-1990.Beijing:Standards Press of China，1990.

［4］ 費 偉.關于二次雷達電磁環境測試方法的研究［C］//2011全國無線及移動通信學術大會.北京:人民郵電出版社，2011:405-407.Fei Wei.Research about the test method of secondary radar＇s electromagnetic environment［C］//2011 National Conference on Wireless and Mobile Communication.Beijing:Posts＆ Telecom Press，2011:405-407.