Indra雷達近場假目標分析及抑制

徐曉強

（民航云南空管分局，云南 昆明 650200）

0 引言

隨著我國民用航空事業迅猛發展，航班流量日益增長，在準確判別航空器所處位置的條件下縮短飛行間隔是民航空管的核心問題，這對民航監視設備的性能提出更高要求。伴隨著空域內航空器日益增多，航管二次雷達運行中會出現更多假目標。快速判別假目標類型及成因，采取有效措施抑制假目標，對提升民航監視信號質量和保障空中航空器安全具有非常重要的意義。

1 二次雷達假目標種類

1.1 多徑傳播

航管監視二次雷達大多數假目標是因多徑傳播因素造成。多徑傳播是指航空器應答機與雷達詢問機之間存在多條信號路徑的現象[1]。如圖1所示，多徑傳播按反射路徑和直接路徑間隔分類，可分為3種：一是地面反射信號和直接路徑信號在同一垂直平面內，如圖1-A所示，兩路信號重疊，信號可能發生疊加，導致信號幅度及脈寬均產生變化，此情況稱為交織黏連；二是因地面傾斜、建筑物或山體造成反射信號和直達信號與間存在小水平夾角，如圖1-B所示，會引起信號脈寬及編碼值變化，這兩種情況會出現方位誤差或編碼錯誤；三是圖1-C中，因地面傾斜、建筑物或山體造成反射信號和直達信號為大水平夾角時，會出現反射假目標。

圖1 多徑傳播三種情況

1.2 旁瓣影響

航管二次雷達天線輻射除主瓣外還有眾多旁瓣。《空中交通管制二次監視雷達設備技術規范》中規定旁瓣增益低于主瓣27 dB，尾瓣增益低于主瓣30 dB。[2]但航空器與雷達距離短時，因空間衰減不大，旁瓣輻射能量能觸發航空器應答機斷續或連續應答。雷達系統接收這些應答信號時以天線瞄準軸為方位基準處理，從而出現目標方向判斷錯誤，顯示終端可能顯示同一個目標成不連續圈狀弧線，此現象稱為繞環效應。

航管二次雷達系統使用旁瓣抑制技術解決旁瓣影響，主要有接收旁瓣抑制（RSLS）和詢問旁瓣抑制（ISLS）兩種。

1.3 二次環繞

二次環繞是指本次詢問產生的航空器應答落入下一詢問周期，且該應答脈沖和下一詢問脈沖同步穩定。發生二次環繞時，目標距離計算會使用第一周期應答與第二周期詢問的時間差，因時間差值變小而產生近距離假目標。脈沖重復頻率交錯是解決二次環繞的常用方法。

1.4 異步干擾

覆蓋范圍內接收到其他雷達詢問引起的應答信號而產生的假目標，因應答信號和其詢問不同步，被稱為FRUIT即異步干擾（Fal se Repl ies Unsynchronized In Time）。

異步干擾與真實應答和間的區別如下：一是異步干擾的假目標一般位于受干擾雷達旁瓣位置； 二是異步干擾應答信號在相鄰掃描周期內位置上是獨立、分離、且互不相關的，真實應答為距離相關。綜上所述，抑制異步干擾可使用接收旁瓣抑制（RSLS）、相鄰周期距離相關等方法。

1.5 假框架目標

多架航空器位置相近時，多個應答信號會出現迭加，產生多個應答框架間距小于20.3 μs的應答信號，該現象稱為應答碼混淆。應答碼混淆可分為假框架目標、交織應答和同步竄擾。脈沖間隔為20.3 μs但框架脈沖并不由F1和F2組成，雷達系統誤判而造成的假目標假目標，稱為假框目標或幻影目標。交織應答現象為應答脈沖位置互相不占用但脈沖有重疊，應答脈沖位置相互重疊并且占用稱為同步竄擾。

應答碼混淆現象可用單脈沖技術和S模式解決：單脈沖技術雷達通常能解出4組交織應答代碼；S模式雷達中的選呼模式，根據航空器惟一地址碼進行詢問，對應航空器應答，其宇航空器不應答，實現完全區分混淆應答。

1.6 其他原因

航管二次雷達系統旋轉鉸鏈性能不佳、方位編碼不準確時，會影響雷達方位信號（ARP / ACP信號），目標會出現位置偏移。該類假目標不會單個出現，會成大批次出現。

2 近場假目標現象描述

該雷達站位于昆明機場西側，兩者間直線間距約為4.5 km。機場處于云南某雷達站二次雷達低俯角，臺站海拔高度為2 420 m，機場海拔高度為2 050 m，兩者間高差為347 m，可得目標與雷達站的垂直夾角約為4°24'。

2019年3月，云南某雷達站Indra二次雷達由A/C模式切換至S模式工作，切換后跑道覆蓋得到提升。次日該站雷達出現2次航空器降落時在跑道端頭發生位置偏移，出現時刻其余航空器位置正確，與自動化終端核實其他能覆蓋跑道的雷達目標正常。

其中第二次較為典型，二次代碼為3063的航空器在12：19目標在西跑道頭航空器出現轉彎超出跑道實際區域，轉向雷達站方向，持續40 s左右，高度在6 800 ft以下，與機場跑道高度一致。如圖2所示。

圖2 目標2位置漂移出現轉彎圖

3 現象分析及處理

該雷達在A/C模式工作時，無此現象，排除異步干擾原因引起該假目標。具體觀察該目標漂移假目標，與正常落地航空器無異常，無變短現象，可排除二次繞環。因出現假目標時雷達工作于S模式，可排除因假框架脈沖原因造成。漂移目標出現時其余航空器目標正常，由此可排除雷達編碼器及旋轉鉸鏈問題導致該假目標。

兩次假目標均出現位置漂移現象，且后一次目標漂移出現向臺站轉彎現象。現象與旁瓣影響造成的繞環效應對應。分析該假目標應為旁瓣收發引起。但此時雷達RSLS及ISLS功能為啟用狀態且其余航空器目標均正常，且其他時間位置相近航空器未出現該現象。由此分析可得此次旁瓣收發不是由Σ通道旁瓣穿刺Ω通道波瓣造成。

因機場附近跑道等建筑物多，易造成多徑效應。該現象時應為直接路徑信號與地面反射信號位于同一垂直平面，且Σ通道P1/P2/P6旁瓣詢問脈沖電磁波與反射電磁波相位相近，形成疊加。因路徑短反射與直射路徑差未造成脈沖寬度明顯變化。Ω通道P5脈沖電磁波與反射電磁波相位未相近，未形成疊加效果。造成P1/P2/P6與P5的差在9 dB 之間或以上，造成ISLS功能失效，航空器應答機進行應答。

同樣因多徑效應造成Σ通道（旁瓣）旁瓣接收應答信號與Ω通道控制通道信號幅度差不明顯，未加載RSLS標識，而Σ通道（主瓣）信號因目標處于低俯角，如圖3所示，信號減弱10 dB左右，Σ通道（主瓣）與反射信號相位差接近180°，信號衰減。未被處理或低于多徑效應造成疊加后的Σ通道（旁瓣）信號強度，后期處理時被濾除。因該出現條件特殊，故此現象為偶爾出現。綜上所述確定原因為多徑效應引起的旁瓣影響造成了假目標出現。

通過以上分析，因機場區域建筑多，無法通過反射文件方式解決多徑效應，決定從出現漂移目標均在近場及旁瓣影響兩方面入手解決該問題：

圖3 天線垂直輻射方向圖

（1）因漂移目標為旁瓣進入目標信號遠小于正常信號，又因均為近場出現。Indra二次雷達有STC 功能對近程信號實現衰減，提高STC設置可進一步衰減該信號降低處理概率實現濾除目的，對越近目標衰減越大。過程中將該雷達站STC設置值由1調整至2，如圖4所示。調整后觀察遠距離目標未出現影響，調整后出現位置漂移現象出現頻次下降且目標為斷續出現，漂移目標丟點數較原現象明顯增加。調整過高后有可能影響雷達覆蓋，該功能未在上調。

（2）針對旁瓣影響，Indra雷達可用Ω通道偏執設置功能實現P5脈沖幅度增加，如圖5所示。該功能可增強ISLS及RSLS功能判別能力，原雷達站Ω 通道偏執設置為0，將該設置值增加為3后，該現象再未出現，對比其他站點雷達信號，該雷達站遠近場目標均無異常，實現排除假目標目的。

圖4 STC曲線及Indra STC調整位置圖

圖5 Indra控制通道偏執調整位置圖

4 結束語

上述二次雷達假目標分析中，首先，要確定假目標的性質，針對假目標現象逐一核對，確定引起假目標出現的原因；其次，針對造成原因制定排除思路，同時熟練掌握使用雷達各種設置，實現排除假目標；最后，要核對是否因采用舉措是否影響其他雷達目標，為二次雷達假目標排除提供了整體思路，有一定借鑒意義。