關于二次雷達性能及模塊故障診斷系統的研究

摘 要：在實際使用中，由于相關技術不夠成熟，造成二次雷達性能未達標，模塊故障診斷系統不夠完善。科技與軍事飛速發展的今天，在復雜惡劣的現代戰爭環境下保持較高的識別率是二次雷達的主要任務，是各項指標達到標準的基礎。因此提高系統識別概率是當前的研發熱點，文章針對幾種干擾現象進行分析，希望對相關單位有所啟發。

關鍵詞：二次雷達；干擾現象；模塊故障診斷系統

對監視范圍內所有我方目標的身份分類和識別是目前二次雷達的主要作用。在進行戰略攻擊時可有效進行敵我分辨，避免自相殘殺情況的發生。二次雷達的工作流程是由詢問雷達發射詢問信號給具有應答器的目標，其自動回復應答信號給詢問雷達進而實現檢測和識別目標的功能。解決干擾問題是提高二次雷達性能的首要任務，是提高其精準性的重中之重。

1 二次雷達的工作原理及特點

脈沖幅度調制信號是二次雷達的詢問信號，射頻信號是載波，通過定向天線輻射，P1、P2調制脈沖對之間有決定詢問模式的固定間隔。當P1脈沖幅度大于P2九分貝時，旁瓣抑制脈沖P1通過全向天線輻射，應答機可以對其進行作編碼回答和譯碼。為起到旁瓣抑制作用，P1脈沖需先于P2脈沖發兩微秒發出。根據相關規范，傳統空管二次雷達共有專用于軍用識別詢問的1，2模式，兼用于民用識別與軍用識別3模式，只用于民用識別的B模式，用于高度識別的C模式，備用詢問的D模式六種詢問模式。

二次雷達與一次雷達不同，被探測目標上必須裝有應答機以保證目標發射應答信號與其配合工作完成工作任務所以應答機和詢問器是構成二次雷達整個系統的必要部分。二次雷達的通信系統具有傳輸信息的功能，其雷達系統具有測向和定位的功能。敵我識別功能是二次雷達在航空管制和軍事上擔任重要的角色的有力保障。然而現階段二次雷達在應用中還存在內部干擾例如竄擾、混擾等問題，拉低了整體系統的性能。一次監視雷達和二次監視雷達都屬于空中交通管制雷達，一體化航管雷達是指二次監視雷達寄生在一次監視雷達上。通過目標對雷達發射機信號的反射回波來發現目標是一次監視雷達實現定位功能的主要途徑；二次監視雷達是將地面二次監視雷達發來的詢問信號，利用飛機上的應答機接收到后，快速做出編碼脈沖序列回答，通過接收目標的應答信號來發現目標并對目標定位。二次雷達具有接收機的靈敏度高，識別信息精度高；提供危機告警信息；消除氣象雜波、地物雜波及仙波等諸多干擾波；兼備雷達與通訊功能；系統的體積小，輕便靈敏高效等許多一次雷達無法企及的優點。二次雷達良好的利用了單脈沖技術，極大地提高了方位精度，避免干擾敏感性。S模式技術和單脈沖技術可以徹底消除兩種干擾。地面應答解碼器精準地提取飛機的代碼是二次雷達良好工作的基礎，準確的數據為點跡與航跡處理提供保障。二次雷達測量目標時利用單脈沖技術使其基于多個波束精確的解決角度測量問題，單脈沖技術的應用完善了應答的處理，極大提高了混雜的情況下解碼應答碼的能力，發生歷史性的進步。

2 二次雷達信號干擾的抑制

2.1 異步干擾

“異步干擾”是指在多個地面基站同時向目標應答機詢問時，面積較大的空曠區域內其他基站會接收由一部詢問機啟動的應答信號，在該區域內，以應答機為中心，約四十五千米為半徑的領空內，同時又處于以發出啟動的詢問機為中心九十千米為半徑的領空內，此應答目標為中心的領空內接收到的無關應答。當空中目標應答機的高度與目標斜距相比非常小時，需把斜距等價為水平距離。此時以目標為圓心的圓形區域是能對基站形成異步干擾的區域。當SSR基站使用同類詢問機同時追蹤或探測相同目標時，本基站接收機便會接收到不同基站回答的應答信號，這些信號便被本基站接收機等同為同一個應答信號，因為不同基站的詢問時間各不相同，所接收到的不同的基站的應答信號所測距離并不是與本基站間的真實距離，這便是異步干擾信息。

2.2 SSR的應答信號

在接到SSR地面站發射的詢問信號后，目標應答器將會依據詢問信號的內容對其自動回復應答信號，即一串脈沖。不同模式的詢問信號具有由十六位應答碼組成的相同的應答碼格式。除特殊位置識別信號距F2脈沖間隔不同外，其余所有信息碼脈沖位距離F1的間隔寬度均相同，每個脈位都有1和0兩種狀態，分別代表有無脈沖，其中X是備用位為0，框架脈沖為標志脈沖，恒為1。兩個基站應答信號混疊測距時將發生異步干擾使解碼的有效性與精準性降低。

3 現存的干擾現象及其解決方案

3.1 繞環效應及其解決方案

波瓣圖表示的為雷達在全方位輻射信號天線的圖示，該圖顯示的是發射時雷達在每個方位對相同半徑接收時在相同強度信號下感應的能量強度的分布狀況。雷達發射天線在現實發射中包含主瓣發射詢問脈沖功率和副瓣泄漏功率。所以在距離較近時旁瓣可能觸發應答器，導致各個方向上都有應答信號，此時顯示器上出現的即為擾環效應。

消除擾環效應的干擾主要為Ω和Σ雙發射通道。Ω產生P2發射功率，Σ通道產生P1至P3發射功率，波束的高增益部分稱為主瓣，副瓣為其它部分。發射信號的能量經收發轉換和射頻切換開關傳向天線的通道中繼續向空中輻射。通過比較P2信號以及P1至P3信號的功率大小，應答器便可以識別出并拒絕應答旁瓣詢問信號從而抑制旁瓣詢問。運用單脈沖二次雷達Σ波瓣和Ω波瓣特性，同時使用差波束和波束接受應答信號，如果Ω信號大則產生接收旁瓣抑制信號，不檢測應答Σ波束范圍內接收到的回波，旁瓣接收被抑制，消除擾環效應的干擾。

3.2 多徑效應及解決

雷達在發射天線、目標和接收天線之間存在大于一條以上路徑的現象稱為多徑效應。地面反射是引發多路徑效應的主要原因，使雷達接收信號不穩定，對二次雷達檢測和解碼性能造成一定影響。多徑效應分為直射波與通過凸凹物的反射波之間水平夾角較大；直射波與經過地面的反射波位于同一垂面；直射波與通過凹物的反射波間水平夾角過小三大類。其中每一項又分為二路徑程差較大導致的無應答脈沖或不交疊或二路徑程差過小導致的脈沖嚴重重疊兩種情況。

在二次雷達工作中運用單脈沖測向技術改進的天線是解決多徑效應的有效措施。配合使用滑窗處理技術以除去系統自身的干擾和多徑干擾，使其造成虛報的概率降低，控制波束方向圖增益低于主波增益同時高于副瓣波束增益，提高目標檢測概率。

3.3 大氣波導環境影響及解決

電磁波的大氣波導傳播是指近地層和其余大氣邊界層尤中傳播的電磁波在一定的氣象條件下其曲率在受大氣折射的影響下被改變，沿著趨向地面的軌跡傳播，當其超過地球表面曲率時，電磁波將會部分陷獲在一定厚度的大氣薄層內，雷達會產生頂部盲區和跳躍盲區兩類電磁盲區，類似于其在金屬波導管中傳播。這是由于天氣異常導致的超折射現象，存在于陸地及海域，具有不確定性。

單脈沖技術通過測量和、差通道的信號比可以精確測定每一應答脈沖的到達角或確定飛機的方位角。通過測量和、差通道信號相位可方便確定應答信號的來源與地面詢問天線中心的方向關系，該技術對重復速率具有較高要求。加大對多雷達數據融合技術的研究力度是當前的形式所需。

4 結束語

二次雷達在現代軍事中占有重要地位，提高其識別率，解決其信號干擾現象是當前要務。文章從其工作原理談起，針對現存的干擾現象尋求解決措施，希望對相關行業有所啟發，提高二次雷達的性能，促進我國航天及軍事的發展。

參考文獻

[1]曾培彬，杜岳山.一種THALES導航智能監控的設計與實現[J].中國民航飛行學院學報，2015（1）.

[2]張尉.二次雷達原理[M].國防工業出版社，2009.