二次雷達視頻處理時鐘分析

吳曉華，吳兵，羅海，邱憶

（四川九洲空管科技有限責任公司，四川 綿陽 621000）

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

本文首先介紹了二次雷達應答信號格式，說明了應答信號的特點，根據信號特點闡述了應答信號提取過程中時鐘對信號的影響，詳細分析了不同時鐘情況，對應答信號處理的特點，給出了二次雷達視頻處理的時鐘最佳。

1 應答信號根式

二次雷達系統的信息交換通過上行詢問和下行相應的應答格式來完成，其中，信息內容通過脈沖編碼方式來實現。在空中交通管制中，主要使用A 模式用于詢問目標代碼，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]。機載應答機根據接收到二次雷達的詢問信號，根據詢問的脈沖間隔，自動的應答相應的脈沖信號。

應答機的應答信號如圖1 所示，應答碼共16個脈沖信息碼組成，每個碼位有兩種狀態，即有脈沖和無脈沖，其中“1”狀態表示有脈沖，“0”狀態表示無脈沖。F1 和F2 為應答信號的框架脈沖，F1 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，兩個框架脈沖直接的其余12個碼位為應答碼[2]。SPI 碼位是特殊位置識別碼。碼位的提取直接影響到二次雷達性能和效果，利用不同的時鐘，對實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。

圖1 應答信號格式

2 視頻脈沖的提取方法

應答機的應答脈沖寬度為射頻信號輸出的半電壓點，因此，根據視頻信號下降6dB 可以得到脈沖的寬度，有效提取視頻信號的脈沖寬度，對后端的譯碼和數據處理至關重要。視頻信號提取如圖2 所示，視頻輸入信號為S1，輸入信號對應6dB 值為M，從信號頂部下降6dB 所對應的脈沖寬度為D。首先，將輸入的視頻信號進行延時T1，并將信號幅度增加6dB，此時的信號為S2。同時，將輸入的信號延時T2，得到信號S3。比較信號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，將前沿和后沿信號相與，便可準確提取出脈沖的寬度。

根據圖2 的方法可以提取脈沖的前沿（ALE-Actual Leading Edge），ICAO 附件10 中允許應答脈沖持續時間在0.35 ～0.55us，當脈沖的寬度超過0.55us，有可能為兩個脈沖信號的重疊，可以根據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）。有時出現脈沖寬度超過兩個脈沖的寬度時，可以認為有3個脈沖存在，此時，脈沖的前沿和后沿比較容易確定，另外一個脈沖可以根據前沿向后0.484us 得到額外前沿（XLE-Extra Leading Edges）。有效提取脈沖的沿后，可以進行相應的譯碼處理。

圖2 視頻提取方法

3 不同時鐘處理分析

由于應答機的脈沖寬度為0.35 ～0.55us，同時，在實際工程中，二次雷達系統的接收機中濾波器有帶寬限制，會使接收到的應答視頻信號上升沿和下降沿變長，處理視頻的時鐘和應答信號的誤差匹配就尤為重要。在數字處理過程中，采用高頻率的時鐘，會造成將竄擾信號采集到，造成目標信息錯誤。當采用低頻率的時鐘時，會遺失有效信號，造成目標信息丟失。選取一個適當的處理時鐘，對目標的視頻信號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，處理后得到不同的脈沖寬度。

圖3 40MHz時鐘

圖4 10MHz時鐘

圖5 5MHz時鐘

從圖3 ～5 可以得出，當采樣時鐘為40MHz時，得到的脈沖寬度為0.5us，脈沖的間隔為1.45us，處理的后視頻信號中出現毛刺現象。當采樣時鐘為10MHz時，得到的脈沖寬度為0.5us，脈沖的間隔為1.5us。當采樣時鐘為5MHz時，得到的脈沖寬度為0.6us，脈沖的間隔為1.6us，出現了PLE脈沖。采用高頻率時鐘，比如，40MHz時鐘，可以準確地提取到脈沖的時間間隔信息，同時，會引入毛刺信號。采用較低的時鐘頻率，造成脈沖的沿提取錯誤。因此，在提取視頻信號的時鐘頻率應與脈沖的上升沿、下降沿和脈沖的誤差相匹配。

在二次雷達系統中，脈沖信號的脈沖上升沿為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和覆蓋有效脈沖的寬度，同時，避免竄擾信號的干擾，選擇處理時鐘頻率范圍為6 ～10MHz。結合工程實際，選擇處理時鐘為8MHz時，可以較好地處理脈沖沿和竄擾等干擾信號。通過實際工程使用，對二次雷達目標的譯碼概率和解交織情況均可以得到改善。

4 結語

本文針對二次雷達應答視頻信號的處理時鐘問題進行了分析，對不同處理時鐘頻率進行仿真分析，對視頻的不同處理時鐘出現的問題進行了分析，結合工程實際，給出了最佳的處理時鐘頻率，并在工程實踐中進行驗證，目標譯碼效果得到改善。本文的處理時鐘頻率在空管系統中的應答機同樣適用。