S模式二次雷達II/SI碼混合運行的問題研究

作者簡介：岳瑞峰（1989—）男，本科，工程師，研究方向為監視信息探測。

摘要：當前，中國在用二次雷達有140套，其中78套為S模式二次雷達，且58套已具備增強S模式能力。在建S模式二次雷達尚有30余套，均具備增強S模式能力。在役的78套S模式雷達在重疊覆蓋區域內分配了不同的II碼，且II碼的數量暫時滿足要求。但是，隨著新建S模式雷達投入使用，尤其是在東部沿海地區，因為II碼資源的短缺，其分配將變得十分困難?？紤]到中國未來將繼續部署大量S模式二次雷達，且中國與許多國家相鄰，為避免因II碼資源短缺而引發的沖突，中國正在積極開展對II/SI碼混合運行的相關研究。

關鍵詞：二次雷達 ?S模式 ?II碼 ?II/SI碼混合運行

中圖分類號：TN958.96 ??文獻標識碼：A ??文章編號：1672-3791（2021）12（b）-0000-00

Abstract： Currently， there are 140 Secondary Surveillance Radars （SSR） in use in China， of which 78 are Mode S radars， and 58 radars have Enhanced Mode S capabilities. There are still more than 30 Mode S SSRs under construction， all with Enhanced Mode S capabilities. The 78 Mode S radars in service are assigned different II codes in the overlapping coverage area， and the number of II codes temporarily meets the requirements. However， as the newly-built Mode S radars are put into use， especially in the eastern coastal areas， due to the shortage of II code resources， its allocation will become very difficult. Considering that China will continue to deploy a large number of Mode S secondary radars in the future， and China is adjacent to many countries， in order to avoid conflicts caused by the shortage of II code resources， China is actively carrying out related research on the mixed operation of II/SI codes.

Key Words： SSR; Mode S; II Code; Mixed Operation of II/SI Codes

1基本概念

1.1 S模式和A/C模式的本質區別

二次雷達S模式和常規A/C模式對航空器進行監視和跟蹤的本質區別就在于其尋址方式的不同。S模式設計了完全不同的離散尋址工作方式，可以有效地減少A/C模式存在的異步干擾問題，同時極大地降低空中頻譜占用，提高空域目標容量和質量[1]。

在A/C模式下，二次雷達地面詢問站在天線主波束內進行廣播詢問，所有收到詢問信號的應答機都會進行應答，地面詢問站再根據對目標應答信號的解碼完成目標的監視和跟蹤[2]。

S模式則對空中航空器和地面詢問站都進行了編址。航空器的編址方式是為其分配航空器地址（AA，Aircraft Address），AA由24位二進制組成，由國際民航組織對其締約國進行統一分配;地面詢問站的編址方式是為其分配詢問機代碼（IC，Interrogator Code），詢問機代碼又分為兩種，分別為詢問機識別碼（II，Interrogator Identifier）和監視識別碼（SI，Surveillance Identifier）[3]。

1.2 II碼和SI碼的編碼規則

II碼和SI碼在僅S模式全呼叫詢問（UF11）中由IC和CL兩個字段共同表示，如圖1所示。

其編碼規則如表1所示。

1.3 Non-SI應答機和匹配II碼

只有符合國際民航組織附件10第73號修正案（或更高）的航空器機載應答機才會對CL字段進行解碼，以判斷IC字段的內容究竟是II碼還是SI碼。而尚未升級的機載應答機則會忽略CL字段，并默認IC字段的內容為II碼，這類應答機我們稱之為Non-SI應答機。

因此，如果CL字段的值不為0，即IC字段的內容為SI碼，Non-SI應答機會將詢問信號（UF11）中的SI碼誤認為是和該SI碼具有相同IC字段的II碼，即匹配II碼，并會使用匹配II碼對應答信號（DF11）中的校驗序列進行編碼[4]。

2 II/SI碼混合運行的問題

2.1對Non-SI應答機的檢測

根據國際民航組織的要求，2005年1月1日后的航空器都必須具備SI碼處理能力，但目前并非所有航空器都支持SI碼處理能力。根據國內部分研究人員對2021年1月份國內S模式雷達數據的統計分析，在我國境內飛行的航空器具有SI碼處理能力的比例約為95%，可見Non-SI應答機仍然占據一定比例。

根據前文的描述，收到CL字段不為0的詢問信號（UF11）時，Non-SI應答機會使用匹配II碼對應答信號（DF11）進行編碼。正常情況下，地面詢問站在收到此類應答信號后，會因無法通過校驗而丟棄這些應答。結果就是運行SI碼的地面詢問站無法檢測到未升級的Non-SI應答機。

因此，在不能確保全空域S模式應答機都具備SI碼處理能力的前提下，要想實現II/SI碼混合運行，必須采用技術手段實現對Non-SI應答機的可靠檢測。

以下技術要求可以用來解決對Non-SI應答機的檢測問題[5]：（1）運行SI碼的地面詢問站應可以接受使用匹配II碼進行校驗序列編碼的應答信號;（2）地面詢問站應將做出此類應答信號的應答機標記為Non-SI應答機，即使該應答機的1016寄存器報告該應答機具備SI碼處理能力;（3）對于Non-SI應答機，運行SI碼的地面詢問站應可以使用匹配II碼對其進行選呼;（4）當運行SI碼的地面詢問站使用匹配II碼對Non-SI應答機進行選呼時：①不使用匹配II碼鎖定Non-SI應答機;②使用間歇鎖定技術鎖定Non-SI應答機。注：此舉是為了確保鄰近的運行于相同匹配II碼（包括運行于II碼或運行于SI碼）的地面詢問站可以捕獲Non-SI應答機。（5）當運行II碼的地面詢問站對未在1016寄存器報告SI碼處理能力的應答機進行選呼時：①不鎖定該應答機;②使用間歇鎖定技術鎖定該應答機。注：此舉是為了確保鄰近的運行于具有相同匹配II碼的SI碼的地面詢問站可以捕獲Non-SI應答機。

以上技術手段對應的流程圖如圖2所示.

根據《中南空管局二次雷達S模式支持能力測試大綱》的要求，中南空管局通導部牽頭組織了中南地區二次雷達S模式支持能力的測試工作。該工作測試了各型號雷達設置為SI碼運行時對Non-SI應答機的支持能力。測試結果顯示，當設置為SI碼運行時，THALES、四創、九洲較好的支持了對Non-SI應答機的處理，但是是否對其鎖定取決于用戶配置;恩瑞特雷達在目標捕獲后的處理過程中存在錯誤標識Non-SI應答機的問題;INDRA和SELEX由于測試現場條件問題未能進行全面測試[6]?？梢姰斍皣鴥仍谝鄣母鱏模式二次雷達對Non-SI應答機的支持能力并未全部達到要求。

同時，應完善二次雷達S模式支持能力測試工作，補充測試雷達設置為II碼運行時對Non-SI應答機的鎖定情況，為II/SI碼混合運行做好準備工作。

2.2 ?II/SI碼的聯合分配

因為Non-SI應答機的存在，在存在重疊覆蓋區域的雷達間分配II/SI碼時，應首先考慮分配IC字段不同的II/SI碼。這樣在任何情況下所有雷達都可以使用全呼鎖定協議，并執行鎖定指令。

這種分配機制有以下三種表現形式：（1）兩套S模式雷達分配兩個不同的II碼;（2）兩套S模式雷達分配兩個IC字段不同的SI碼;（3）兩套S模式雷達分配一個II碼和一個IC字段不同的SI碼。

上述分配機制最大的不足是，如果要求IC字段不同，那么SI碼的引入并沒有帶來實質改變，可供分配的IC碼仍然是16個，這與II碼的數量一致。

考慮到如果S模式雷達非常密集，不可能為所有雷達分配IC字段不同的II/SI碼。因此，在不能確保全空域S模式應答機都具備SI碼處理能力之前，應采用技術手段解決或避免詢問機代碼沖突的問題。

可以考慮的技術手段有以下三種：（1）全呼鎖定忽略（漠視鎖定）;（2）非鎖定;（3）間歇鎖定。

在上述技術手段中，全呼鎖定忽略協議可以獨立應用，不用與其他地面詢問站協調，而非鎖定或間歇鎖定協議要求所有相關地面詢問站都要遵循相同的規則，在相同的覆蓋區域內使用相同的技術進行間歇鎖定，因此推薦采用全呼鎖定忽略技術解決詢問機代碼沖突問題。

3結語

中國幅員遼闊，與多國相鄰，且未來S模式雷達部署數量較多，為避免II碼資源緊張而導致存在沖突，應積極為II/SI碼混合運行做好準備工作。

考慮到并非所有S模式應答機都具備SI碼處理能力，在II/SI混合運行模式下，S模式雷達地面詢問機必須滿足一定的技術要求才能實現對Non-SI應答機的可靠檢測[6]。通過測試，國內現役的各型號雷達運行于SI碼時并非全部滿足檢測Non-SI應答機所需的技術要求。同時，建議修訂《中南空管局二次雷達S模式支持能力測試大綱》，增加各雷達型號設置為II碼運行時對Non-SI應答機的鎖定情況的測試工作。

在考慮II/SI碼聯合分配時，應首先考慮為存在重疊覆蓋區域的雷達分配IC字段不同的II/SI碼;在S模式雷達非常密集導致不可能為所有雷達分配IC字段不同的II/SI碼時，應優先采用全呼鎖定忽略技術解決詢問機代碼沖突的問題。

參考文獻

[1] 王剛.二次雷達S模式起飛航班探測優化研究[J].信息化研究，2020，46（6）：17-20，33.

[2] 董惠心.淺析二次雷達S模式性能與應用[J].電子世界，2020（14）：122-123.

[3] 楊光.S模式二次雷達組網算法及評價系統研究[D].德陽：中國民用航空飛行學院，2020.

[4] 吳勝前.二次雷達S模式監視能力評估[J].科技創新導報，2020，17（14）：130-131.

[5] 魏經緯.基于AD9361的二次雷達接收機解調模塊設計[D].成都：電子科技大學，2021.

[6] 咸儆醒.二次雷達S模式詢問機代碼處理方法研究[J].信息化研究，2020，46（2）：17-20.

3788500338273