二次雷達干擾現象和解決方案分析

陳曉偉

摘? ?要：文章旨在對航管二次雷達受干擾的現象進行思考和分析，以降低因干擾對航空管制和航空安全造成的影響。詳細描述了二次雷達常見的幾種干擾類型，對單脈沖二次雷達干擾抑制的方法進行了講解，并結合實際設備給出了解決方案。

關鍵詞：二次雷達;干擾現象;接收旁瓣抑制

單脈沖二次監視雷達（Monopulse Secondary Surveillance Radar，MSSR）是空中交通管制（Air Traffic Controller，ATC）系統的基本組成設備，也是我國民用航空雷達管制采用較為廣泛的雷達設備。MSSR通過詢問雷達向空中發射詢問信號，裝有應答器的目標接收詢問信號，識別出詢問信息后，自動發送相應的應答碼，MSSR接收應答信號，對應答信號進行解碼，從而得到目標的相關信息，對目標進行定位。在實際使用中，MSSR很容易受到外界和周圍環境相同頻段的干擾，產生虛假目標，或丟失相關目標信息，導致不能完全實現期望的性能。本文主要對常見的幾種干擾的現象進行分析，并針對當前設備的配置方式和使用狀態對干擾的抑制加以說明。

1? ? 常見的干擾與分析

1.1? “多徑效應”干擾

在無線通信領域，多徑指無線電信號從發射天線經過多個路徑抵達接收天線的傳播現象。大氣層對電波的散射，電離層對電波的反射、折射以及山巒、建筑等地表物體對電波的反射都會造成多徑傳播[1]。

直射路徑和反射路徑間的關系有很多種，從直射路徑和反射路徑的時間間隔來看，大致可以分為兩類：（1）直射路徑和反射路徑的路徑差太小，以致同一個脈沖經兩個路徑到達時幾乎完全重疊。（2）直射路徑和反射路徑的路徑差足夠大，以致兩個路徑到達的相應脈沖串只有部分重疊或不重疊。

多徑效應的影響使得某些區域作用距離增強或減弱，有的甚至因飛機收到的信號強度不夠，不能被機載應答機檢測出來進行應答，嚴重影響了雷達的探測能力。

1.2? 繞環（Ringing）現象

雷達天線波瓣圖表示雷達天線輻射信號在各個方向上的能量強度分布。天線波瓣分為主波瓣和旁瓣，詢問波束不僅存在于主瓣上，也存在于旁瓣上。當飛機在旁瓣的時候，應答機被功率較強的詢問信號觸發產生應答，并被雷達接收時，會形成一個假目標，這些虛假目標距離雷達較近，并且分布在以雷達為中心的圓環上，形成“繞環（Ringing）現象”，會導致雷達分辨力和方位精度變差，在數字處理時，形成多個目標報告，引起后續設備過載。

1.3? 異步干擾和同步竄擾

異步干擾（False Replies Unsynchronized to Interrogator Transmission，FRUIT）指當一個飛機周圍有多部單脈沖二次雷達時，會出現雷達接收因其他詢問機的詢問而觸發應答信號的現象。地面雷達站發出詢問信號后，同時收到多個應答信號，應答脈沖相互重疊，或應答脈沖出現的位置相互重疊，導致接收機無法正確進行譯碼而得到錯誤的譯碼結果，這種現象就是同步竄擾[2]。

1.4? 大氣波導環境的影響

大氣波導是自然界中存在的現象，在一定氣象條件下，電磁波會受到大氣折射的影響，傳播軌跡發生彎曲。大氣波導使電磁波形成這種異常傳播，其對雷達探測的主要影響有：（1）大氣波導可使雷達實現超視距探測。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。（2）大氣波導使電磁波產生明顯彎曲，將增大雷達探測誤差。

2? ? 單脈沖二次雷達對干擾的抑制

在空中交通比較繁忙，空中交通管制對二次雷達探測目標依賴比較大時，因干擾產生的假目標對空中安全造成了很大的危害，因此，尋找干擾抑制方法在雷達系統中的應用也顯得日益重要。

單脈沖二次雷達系統對目標信息獲取的過程也就是抑制干擾的過程，該系統主要由接收機、發射機、雷達顯示終端、雷達數據信息處理等模塊組成，不同的模塊在處理信號時所用的方法不同，有模擬和數字處理、軟件和硬件處理。對雷達干擾的抑制主要有以下幾種方法。

2.1? 波束處理方法

為了消除“繞環現象”，雷達設計時采用兩個發射通道的方法，即Σ和Ω，Σ通道產生P1-P3發射功率，另一個產生P2發射功率。信號經過射頻設備和開關分時饋向天線的Σ和Ω通道，向空中發射。由于Σ波束高增益部分稱為主瓣，其他的稱為旁瓣，Ω信號是無方向性的，每個方向的功率都是一樣的。此時，只需要應答機比較兩個通道的功率，就可以識別出主瓣信號，并對旁瓣詢問不給予回答，可以達到抑制旁瓣的作用，也就是詢問旁瓣抑制（Interrogation Side Lobe Suppression，ISLS）功能。

2.2? 接收機處理方法

接收旁瓣抑制（Receiver Side Lobe Suppression，RSLS）可以有效抑制異步干擾。當處在雷達旁瓣區位置的飛機因其他二次雷達詢問產生應答時，雷達在接收此類應答信號時，會將Σ和Ω通道接收的信號幅度進行對比，若Ω信號幅度大于Σ信號幅度時，雷達就會認為該目標為旁瓣內的信號，并產生接收旁瓣抑制信號，濾除該目標。此外，時間靈敏度控制（Sensitivity Time Control，STC）方法會抑制近距離反射目標。

2.3? 應答處理方法和多雷達融合技術

當兩架飛機相距較近時，飛機的應答代碼交織在一起就會產生同步竄擾，此時，交織的應答碼會對二次雷達設備正確判斷目標造成一定的影響。單脈沖二次雷達會使用“幅度相關性”和“△/∑相關性”的方法進行解交織，即將脈沖幅度和△/∑值分別與框架參考幅度和△/∑值進行比對，如果具有一致性，則相關;反之，將相應的代碼設置為低置信度。

多雷達融合技術是充分利用多個傳感器資源，對檢測到的目標信息進行合理支配和使用，把在時間和空間上的冗余或互補信息按照某種準則進行組合，獲得被檢測目標。多部雷達共同覆蓋的區域，對不同雷達檢測的目標進行整合，以有效地對某類性質的干擾進行抑制，如大氣波導引起的干擾。

2.4? 天線類型選擇和仰角改變

系統采用垂直波束為銳截止的大孔徑開陣式陣列天線，根據地形地貌和干擾出現的類型，可以適當地調節天線的仰角，以減少地物雜波帶來的干擾。

3? ? 設備案例分析

現就ALENIA和INDRA兩部雷達的干擾抑制現象進行分析。

3.1? ALENIA雷達干擾抑制分析

3.1.1? 天線類型和仰角的改變

ALENIA雷達天線采用大垂直孔徑開放式陣列天線，陣面的孔徑為1.9 m×8.4 m。大垂直孔徑使低于水平面區域形成尖銳的下切，可以減少虛假目標和波瓣開裂產生盲區的可能性，也可以根據地形、地貌采用不同的仰角以削減干擾的影響。

3.1.2? 發射機處理辦法

該設備的發射機包括4個可控功率放大器，每個功率放大器的輸出功率為500 W，由錄取器控制其是否輸出功率。用戶可以通過錄取器編程，將整個空間劃分為128個扇區，對任何一個扇區（2.8°）的輸出功率進行控制。根據需要，輸出功率可以相對2 KW發射機最大輸出功率衰減0 dB，3 dB，6 dB，12 dB和無功率輸出，根據干擾的影響情況對發射機進行設置，降低干擾假目標的影響。

3.1.3? RSLS信號消息來降低假目標的影響

反映全方向信息的信號是主波束接收視頻信號與無方向波束接收信號之比。（1）在主瓣方向：logΣ/Ω>門限。（2）在旁瓣方向：logΣ/Ω<門限。

如果比值超過規定的門限，說明信號是由主波瓣接收的，該信號被視為有效，否則，出現RSLS信號標志，表明信號是由旁瓣或尾瓣接收的，而不是主瓣直接詢問的結果。

參考門限應校準到+1 V，如果不是可以通過調節對應模塊可變電阻使得比較器的同相輸出端電壓為+1 V，這個電壓值可以測出。若假目標出現在旁瓣上，則可以根據情況調節該可變電阻。

3.2? INDRA雷達干擾抑制分析

3.2.1? 天線類型與仰角的改變

INDRA雷達天線與ALENIA雷達天線都是大垂直孔徑開放式陣列天線，在雷達上的作用相同。同時，也可以通過調節雷達天線的仰角來削減干擾的影響。

3.2.2? 發射機處理方法

該雷達設備配備有本地/遠程監控軟件，有sectoring maps選項卡，選項中有如下4個板塊：（1）Blanking Sectors：自定義一個不需要發射詢問信號的區域。（2）IISL Sectors：自定義一個具有IISL功能的區域。（3）SSR power：自定義一個在general選項中定義的不同距離使用不同發射等級的區域，但是這種功能僅適用于SSR詢問。（4）II/SI：自定義一個帶有不同II/SI代碼的區域。

根據廠家給出的功能定義和干擾的不同情況，用戶可以對輻射的區域進行自定義。若雷達采用的模式是SSR模式，用戶可以設置SSR power，以獲得不同區域的不同發射功率，減少干擾的影響。若雷達采用的模式是Mode S，用戶可以通過設置Gerneral選項中的power等級來調節發射功率，以削減干擾的影響。

3.2.3? 頂空盲區反射抑制設置

頂空盲區反射抑制設置主要是用來消除在頂空盲區中出現的假目標。在頂空盲區內，用戶可以自定義一個扇形區域，并根據該區域中出現假目標的數量來設置參數Inhibition1和Inhibition2。根據廠家的功能描述，用戶可以利用此方法去除頂空盲區反射區域內的假目標。

3.2.4? 利用RSLS標志信號改善旁瓣假目標

INDRA雷達系統與ALENIA雷達相似，用戶也可以通過RSLS標志信號來改善假目標，其原理與ALENIA雷達的原理相同，本文不再贅述。

4? ? 結語

本文介紹了二次雷達常見的干擾種類，剖析了單脈沖二次雷達抗干擾的技術層面，并結合實例對干擾抑制進行分析，總結了INDRA二次雷達和ALENIA二次雷達抑制干擾的方法。在使用論文中總結的解決方法時，應先對出現的假目標的情況進行分析，然后結合設備的功能進行參數設置，減少干擾的影響。

[參考文獻]

[1]張尉.二次雷達原理[M].北京：國防工業出版社，2009.

[2]蘇志剛.二次雷達設備[M].天津：中國民航大學，1998.

Analysis on the interference phenomenon of the secondary radar and resolution methods

Chen Xiaowei

（Civil Aviation Jiangsu Air Traffic Control Bureau， Nanjing 211113， China）

Abstract：The purpose of this paper is to think and analyze the interference phenomenon of air traffic control secondary radar in order to reduce the influence of interference on air traffic control and aviation safety. Several common interference types of secondary radar are described in detail， the methods of interference suppression of monopulse secondary radar are explained， and the solutions are given in combination with practical equipment.

Key words：the secondary radar; interference phenomenon; receiver side lobe suppression