二次雷達(dá)視頻處理時(shí)鐘分析

吳曉華，吳兵，羅海，邱憶

（四川九洲空管科技有限責(zé)任公司，四川 綿陽 621000）

二次雷達(dá)是空中交通管制系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著民航的飛速發(fā)展，空中目標(biāo)越來越多，由于應(yīng)答信號(hào)的串竄擾、混擾、多徑、交織等問題，對目標(biāo)譯碼帶來嚴(yán)重影響。在譯碼過程中，視頻信號(hào)的提取尤為重要，直接關(guān)系到譯碼的正確性。根據(jù)ICAO(International Civil Aviation Organization)附件要求，二次雷達(dá)的發(fā)射和應(yīng)答信號(hào)都有明確要求，信號(hào)的上升沿和下降沿有嚴(yán)格要求，針對信號(hào)特點(diǎn)，采用不同的時(shí)鐘處理，對視頻信號(hào)的處理具有較好的處理效果。

本文首先介紹了二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)格式，說明了應(yīng)答信號(hào)的特點(diǎn)，根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)闡述了應(yīng)答信號(hào)提取過程中時(shí)鐘對信號(hào)的影響，詳細(xì)分析了不同時(shí)鐘情況，對應(yīng)答信號(hào)處理的特點(diǎn)，給出了二次雷達(dá)視頻處理的時(shí)鐘最佳。

1 應(yīng)答信號(hào)根式

二次雷達(dá)系統(tǒng)的信息交換通過上行詢問和下行相應(yīng)的應(yīng)答格式來完成，其中，信息內(nèi)容通過脈沖編碼方式來實(shí)現(xiàn)。在空中交通管制中，主要使用A 模式用于詢問目標(biāo)代碼，C 模式用于詢問高度。其中A 模式的脈沖間隔為8us，C 模式的脈沖間隔為21us[1]。機(jī)載應(yīng)答機(jī)根據(jù)接收到二次雷達(dá)的詢問信號(hào)，根據(jù)詢問的脈沖間隔，自動(dòng)的應(yīng)答相應(yīng)的脈沖信號(hào)。

應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答信號(hào)如圖1 所示，應(yīng)答碼共16個(gè)脈沖信息碼組成，每個(gè)碼位有兩種狀態(tài)，即有脈沖和無脈沖，其中“1”狀態(tài)表示有脈沖，“0”狀態(tài)表示無脈沖。F1 和F2 為應(yīng)答信號(hào)的框架脈沖，F(xiàn)1 和F2 的前沿間隔為20.3us，脈沖寬度位0.45us，相鄰脈沖之間的間隔為1.45us，碼位X 為備用位，兩個(gè)框架脈沖直接的其余12個(gè)碼位為應(yīng)答碼[2]。SPI 碼位是特殊位置識(shí)別碼。碼位的提取直接影響到二次雷達(dá)性能和效果，利用不同的時(shí)鐘，對實(shí)際碼位的提取有重要的影響，在有交織和脈沖干擾情況下，碼位信息和位置容易出錯(cuò)。

圖1 應(yīng)答信號(hào)格式

2 視頻脈沖的提取方法

應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答脈沖寬度為射頻信號(hào)輸出的半電壓點(diǎn)，因此，根據(jù)視頻信號(hào)下降6dB 可以得到脈沖的寬度，有效提取視頻信號(hào)的脈沖寬度，對后端的譯碼和數(shù)據(jù)處理至關(guān)重要。視頻信號(hào)提取如圖2 所示，視頻輸入信號(hào)為S1，輸入信號(hào)對應(yīng)6dB 值為M，從信號(hào)頂部下降6dB 所對應(yīng)的脈沖寬度為D。首先，將輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行延時(shí)T1，并將信號(hào)幅度增加6dB，此時(shí)的信號(hào)為S2。同時(shí)，將輸入的信號(hào)延時(shí)T2，得到信號(hào)S3。比較信號(hào)S2 和S1 的可以提取出脈沖的前沿，比較S2 和S3 可以提取脈沖的后沿，最后，將前沿和后沿信號(hào)相與，便可準(zhǔn)確提取出脈沖的寬度。

根據(jù)圖2 的方法可以提取脈沖的前沿（ALE-Actual Leading Edge），ICAO 附件10 中允許應(yīng)答脈沖持續(xù)時(shí)間在0.35 ～0.55us，當(dāng)脈沖的寬度超過0.55us，有可能為兩個(gè)脈沖信號(hào)的重疊，可以根據(jù)脈沖的后沿倒退的方法來提取重疊脈沖的前沿，該前沿稱為偽前沿（PLE-Pseudo Leading Edge）。有時(shí)出現(xiàn)脈沖寬度超過兩個(gè)脈沖的寬度時(shí)，可以認(rèn)為有3個(gè)脈沖存在，此時(shí)，脈沖的前沿和后沿比較容易確定，另外一個(gè)脈沖可以根據(jù)前沿向后0.484us 得到額外前沿（XLE-Extra Leading Edges）。有效提取脈沖的沿后，可以進(jìn)行相應(yīng)的譯碼處理。

圖2 視頻提取方法

3 不同時(shí)鐘處理分析

由于應(yīng)答機(jī)的脈沖寬度為0.35 ～0.55us，同時(shí)，在實(shí)際工程中，二次雷達(dá)系統(tǒng)的接收機(jī)中濾波器有帶寬限制，會(huì)使接收到的應(yīng)答視頻信號(hào)上升沿和下降沿變長，處理視頻的時(shí)鐘和應(yīng)答信號(hào)的誤差匹配就尤為重要。在數(shù)字處理過程中，采用高頻率的時(shí)鐘，會(huì)造成將竄擾信號(hào)采集到，造成目標(biāo)信息錯(cuò)誤。當(dāng)采用低頻率的時(shí)鐘時(shí)，會(huì)遺失有效信號(hào)，造成目標(biāo)信息丟失。選取一個(gè)適當(dāng)?shù)奶幚頃r(shí)鐘，對目標(biāo)的視頻信號(hào)提取具有重要的影響。本文利用圖2 的提取方法，處理脈沖間隔為1.45us 的兩個(gè)脈沖，脈沖頂部寬度為0.45us，脈沖的上升沿為0.1us，下降沿為0.2us 的脈沖信號(hào)，處理后得到不同的脈沖寬度。

圖3 40MHz時(shí)鐘

圖4 10MHz時(shí)鐘

圖5 5MHz時(shí)鐘

從圖3 ～5 可以得出，當(dāng)采樣時(shí)鐘為40MHz時(shí)，得到的脈沖寬度為0.5us，脈沖的間隔為1.45us，處理的后視頻信號(hào)中出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象。當(dāng)采樣時(shí)鐘為10MHz時(shí)，得到的脈沖寬度為0.5us，脈沖的間隔為1.5us。當(dāng)采樣時(shí)鐘為5MHz時(shí)，得到的脈沖寬度為0.6us，脈沖的間隔為1.6us，出現(xiàn)了PLE脈沖。采用高頻率時(shí)鐘，比如，40MHz時(shí)鐘，可以準(zhǔn)確地提取到脈沖的時(shí)間間隔信息，同時(shí)，會(huì)引入毛刺信號(hào)。采用較低的時(shí)鐘頻率，造成脈沖的沿提取錯(cuò)誤。因此，在提取視頻信號(hào)的時(shí)鐘頻率應(yīng)與脈沖的上升沿、下降沿和脈沖的誤差相匹配。

在二次雷達(dá)系統(tǒng)中，脈沖信號(hào)的脈沖上升沿為0.05 ～0.1us，脈沖的下降沿為0.05 ～0.2us，為更好地處理脈沖邊沿信號(hào)和覆蓋有效脈沖的寬度，同時(shí)，避免竄擾信號(hào)的干擾，選擇處理時(shí)鐘頻率范圍為6 ～10MHz。結(jié)合工程實(shí)際，選擇處理時(shí)鐘為8MHz時(shí)，可以較好地處理脈沖沿和竄擾等干擾信號(hào)。通過實(shí)際工程使用，對二次雷達(dá)目標(biāo)的譯碼概率和解交織情況均可以得到改善。

4 結(jié)語

本文針對二次雷達(dá)應(yīng)答視頻信號(hào)的處理時(shí)鐘問題進(jìn)行了分析，對不同處理時(shí)鐘頻率進(jìn)行仿真分析，對視頻的不同處理時(shí)鐘出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，結(jié)合工程實(shí)際，給出了最佳的處理時(shí)鐘頻率，并在工程實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證，目標(biāo)譯碼效果得到改善。本文的處理時(shí)鐘頻率在空管系統(tǒng)中的應(yīng)答機(jī)同樣適用。