雷神二次雷達假目標案例分析

胡石根

（民航中南空管局技術保障中心，廣東廣州，510405）

關鍵字：單脈沖二次雷達；假目標抑制；反射體；STC

0　引言

單脈沖二次雷達是中國民用航空的主要監視設備。雷達二次雷達在我國使用較廣，具有精度高、穩定性好的特點。但由于雷達運行現場及周邊環境等因素的影響，二次雷達在運行過程中不可避免會產生一些假目標。因此，假目標的識別和抑制技術是單脈沖二次雷達一項關鍵技術[1]。

1　假目標產生的原因

異步干擾、繞環效應和反射現象是單脈沖二次雷達產生假目標的最為常見的原因。

1.1　異步干擾

異步干擾現象是指二次雷達詢問機在其作用范圍之內接收到由周圍其他詢問機詢問所引起的應答信號[2]，這個應答信號與詢問機自身的詢問信號不同步，但會干擾正常信號的后續處理。

圖1　異步干擾示意圖

如圖1所示，當一架飛機位于雷達A與雷達B作用范圍的重疊區域C時，會同時接收到雷達A和雷達B的詢問信號，飛機上的應答機向雷達A和雷達B都返回應答信號。飛機上應答機的應答信號是全方位進行發射的，有時雷達B的詢問機會收到飛機對雷達A的應答信號，如果雷達B對這一應答進行目標處理，就會產生假目標。

1.2　繞環效應

繞環效應是指機載應答機有可能被斷續或持續的旁瓣詢問所觸發，導致詢問波束旁瓣附近的機載應答機斷續或持續的給出回答，從而額外的夸大了存在的飛機數量．造成不必要的干擾[3]。

在機載應答機產生故障，或者二次雷達詢問機的控制波束不能完全覆蓋詢問波束的旁瓣時，詢問波束的旁瓣就會觸發靠近地面雷達站的飛機應答機產生應答。天線旋轉掃描時，飛機應答機大部分時間處于詢問波束旁瓣的作用范圍之內，應答機可能斷續或持續回答，產生很多假目標，出現“繞環效應”[4]。

1.3　反射

二次雷達產生的假目標大部分是由反射引起的，引起反射的原因有多種。從雷達系統出發，天線系統性能下降，造成雷達輻射波束的垂直方向性圖不理想，甚至出現波瓣開裂的情況，導致近地面或建筑物產生大量發射，引起假目標。二次雷達站周邊的電磁環境差，地面及附近物體的反射也會使天線收到反射信號，引起假目標。這種反射可能是二次雷達詢問信號的反射信號對飛機進行了詢問，也有可能是飛機的應答信號的反射信號被二次雷達所接收，這兩種情況都會產生假目標。

圖2是單脈沖二次雷達簡單的反射原理圖。從圖中可以看出，當目標飛機A的應答機在收到二次雷達的反射信號時，會產生一個假目標，而當二次雷達收到目標飛機B的應答信號的反射信號時，也會產生一個假目標。由反射產生的假目標的現象比較普遍，危害也較大，下面結合韶關雷神二次雷達產生假目標的實際情況，談談二次雷達抑制假目標的方法。

圖2　反射原理圖

2　韶關二次雷達假目標處理

韶關二次雷達型號為Raytheon CONDOR MK2D，廣州區管反映韶關二次雷達存在假目標異常情況。值班員在RMM上面觀察本地雷達信號，發現在韶關西偏北方向確實存在假目標，真實目標在韶關以南距離40公里處的英德導航臺附近。假目標與真實目標的二次代碼和高度都相同。隨著氣溫的下降，室外氣溫處于零度以下，雷達塔多處結冰，本地觀察假目標的情況越來越嚴重，西北方向出現的假目標數量更多，而在韶關以東也較頻繁地出現了假目標。

2.1　假目標現象

在RMM上選擇點跡記錄，經過一段時間，可以得出假目標分布的統計規律，如圖3所示。圖中紅色線表示天線塔上四根避雷針的方向。

圖3　假目標分布情況

從圖上可以看出，假目標基本都是在避雷針方向的附近出現，技術人員猜測，可能是避雷針在低溫下結冰變成反射體，導致假目標的產生。為了證實這一想法，韶關雷達進行了停機維護，對假目標較嚴重的西北方向的避雷針用熱鹽水進行清洗，之后開啟雷達觀察，發現西北方向的假目標情況有較明顯改善。在之后的觀察中發現，隨著室外氣溫的降低，假目標又變得嚴重起來。通過上面的分析，我們認為假目標確實與避雷針的反射有關。

2.2　建立固定反射體

由于假目標是避雷針發射造成，可以通過修改二次雷達反射體文件，將新出現的固定反射體加入反射體文件來消除假目標。首先確保二次雷達A、B通道正常工作，然后開始建立反射體：（1）選擇備用通道，設置為維護狀態，然后進入透明模式；（2）輸入指令：DP4 47=120 設置采集數據的時間為120分鐘；（3）PS 156 ON，PS 157 ON 將PS 156和PS 157暫時設為打開，以建立和完成反射體文件；（4）退出透明模式；（5）數據采集完后，進入透明模式，輸入DAR，顯示所有反射體；（6）將新發現的發射體輸入到發射體文件中，輸入各反射體的指令為：ADD FIXED REFLECTOR AFR=reso，參數reso是距離，開始方位，結束方位，反射面的朝向，各參數之間用空格進行分隔；（7）輸入WOP，WMP，WSP；（8）PS 156 OFF，PS 157 OFF ；（9）WSP ；做完反射體文件后，對假目標的抑制效果并不明顯，系統手冊里建議數據采集要多做幾次，最好是在航班比較密集的時候進行。這樣如果真的存在反射體，在不同的交通情況下飛機會將反射體暴露出來，所以認為只進行一次數據采集是不夠的。

2.3　修改STC高低門限值

在做發射體抑制假目標效果不明顯后，技術人員嘗試修改STC的高低門限值。高門限值定義信號電平，當回波強度高于高門限時，雷達認為這一定是真實的目標；回波強度低于低門限值時，將不會被處理；介于兩者之間的回波信號將被認為是一個低置信度目標，然后進入下一級的VLSI處理。

進入透明模式查到本地雷達設置的高低門限相同：DP7 12為9393，高門限和低門限都為93（十六進制）。每變化一位等同于變化0.314dB，如果想要將門限值調整為原值的2倍，在原值上+3dB，93+0A=9D，需將DP7 12設為9D9D；若DPA7 12的狀態為MAINT則可以直接鍵入DP7 12=9D9D進行修改，若狀態為DEV，則需要鍵入DPA7 12=MAINT，然后進行修改。最后需要保存系統參數（WSP），否則在下一次重啟后，參數將仍然是9393。

修改后，假目標情況得到明顯改善。觀察全局目標數量有減少1-2個，不確定是否是因為門限導致了丟目標，將門限值改回原來的9393。

2.4　更換天線塔避雷針

技術人員做了多種嘗試，都未能很好地抑制假目標，為了盡快恢復韶關二次雷達，為區管提供正常的雷達信號，決定暫時拆除天線塔的四根避雷針。這四根避雷針的材質是玻璃鋼，安裝使用將近一年，天線塔最初使用的避雷針是直徑較小的鐵管。避雷針拆除之后，從RMM上觀察雷達信號恢復正常，區管也反映雷達信號使用正常。從上面的分析可以看出，假目標是由避雷針的反射造成的。為了從根本上消除雷達的假目標，決定新購四根避雷針安裝在天線塔上。新避雷針的材質也是玻璃鋼，其直徑比拆下的避雷針的直徑更大，當安裝東南方向的那根避雷針后，在RMM上又觀察到很明顯的假目標，遂將已安裝的東南向的避雷針拆下，停止安裝避雷針。技術人員進一步猜測，可能是避雷針的直徑太大導致產生反射假目標。后面制作了四根直徑較小的鐵管避雷針，四根避雷針吊裝到天線塔上后，在本地RMM上觀察，仍有少量假目標，但可以通過區管自動化系統濾除，不影響管制的使用。

3　結束語

雷神二次雷達是國內在用的比較先進的單脈沖二次雷達，它本身具有多種抑制假目標的方法，例如，增加固定反射物，抑制由反射物所引起的假目標；修改STC高低門限值等等，我們應充分利用這些功能，根據臺站周邊電磁環境的改變，適時地對反射物進行統計、分析，并將固定反射物添加進去，盡可能地減少假目標的產生。除了上述措施外，對雷達的天線進行周期性維護、測試，保護好雷達站周邊的電磁環境，都是減少假目標的有效措施。