試探二次監視雷達系統存在的干擾問題及解決方法

歐剛 易威

四川九洲空管科技有限責任公司 四川綿陽 621000

SSR以其能夠捕獲目標身份、位置、飛行姿態以及特殊代碼等信息，有效提高了對空情目標的監視、跟蹤和識別能力等優點，在軍/民航空管系統中具有廣泛的應用，在保障航空交通運輸安全及其高效和有序運行方面起著關鍵作用。然而，由于SSR使用1030MHz的詢問頻率和1090MHz的應答頻率，采用非加密編碼，信號調制和處理方式也較為簡單，使得SSR較易受到干擾；隨著軍/民航領域的飛速發展，飛行目標大量增加且越來越密集，SSR使用的地理環境和空域電磁環境越來越復雜，導致SSR在受到干擾情況下會產生代碼錯誤、多目標和目標分裂等虛假目標或目標不應答等問題，對空管情報保障及航空飛行安全帶來重大隱患。

本文主要針對SSR在高密度應答環境及復雜電磁環境下的干擾問題進行分析并提出有效解決方法。

1 二次監視雷達系統存在的主要干擾問題

SSR干擾信號分為：多徑效應、異步干擾、同步竄擾、旁瓣干擾和有用信號丟失等。

1.1 信號的多徑效應

影響和限制SSR達到其探測性能的主要因素是多徑，“多徑”是指在發射和接收之間不止一條信號傳播路徑，這些路徑包括發射和接收之間的直接路徑，來自自然和人工物體的反射等[1]。多徑類型及造成的系統誤差見表1。

表1 多徑分類及造成的系統誤差

1.2 信號的異步干擾

飛行目標的應答天線為全向天線，其可接收360°方位SSR的詢問信號。當應答機接收到有效的詢問信號后，就會根據詢問信號的要求全方向輻射應答信號，結果一個SSR觸發的應答信號，就可能被作用范圍內的其他SSR接收到，對于作用范圍內的其他SSR，其接收到的信號即為“時間不同步信號”，即所謂的異步干擾或混擾。異步干擾信號會產生錯誤的目標報告，也會干擾同步應答信號，從而影響對飛行目標身份和高度的正確譯碼。

1.3 信號的同步竄擾

在空域飛行目標數量比較多時，會出現兩個或多個飛行目標同時對一個SSR的詢問進行應答，SSR會同時收到多個應答信號，由于飛機距離SSR具有大致相同的距離，應答脈沖組相互重疊，或應答脈沖出現位置相互重疊（即“竄擾”），出現信號同步竄擾問題，當重疊脈沖或脈沖組不滿足解碼要求時，目標信號就會被丟棄或出現錯誤譯碼。

1.4 旁瓣及尾瓣干擾

大多數SSR天線采用線型或平面陣列型，并對饋電系統內的相位進行專門設計來形成天線的和波束（Σ）、差波束（Δ）及控制波束（Ω）等主波束，在波束合成后不可避免地會在前向形成旁瓣，在后向形成尾瓣。較強的應答信號可能會通過副瓣或尾瓣進入SSR接收機參與解碼并產生虛假目標。

1.5 有用信號的丟失

1.5.1 群捕獲

應答機相應不同SSR詢問需要一段休止期來恢復電源供應和發射機輸出級的冷卻，其最長休止期時間可以持續125μs，典型值為25μs。如果一個SSR觸發了近似同步的異步應答，另外一個SSR捕獲自己應答的時間可能延遲幾個詢問周期。這種丟失一個應答，后面應答的丟失可能性變得非常高的效應即群捕獲。

1.5.2 應答率的限制

應答機接收過多詢問信號時就會發生過載保護。應答機應答速率限制在每秒500批到2000批之間，如果應答速率超過了預定限制的150%，應答機接收機靈敏度降低超過30dB。

1.5.3 機載設備的抑制

與SSR工作在相同頻率的機載設備，存在天線混用的情況，其發射信號會被其他系統的接收機探測到，從而產生干擾，所以通常彼此之間都有互抑制接口。

1.5.4 其他設備的影響

測距儀（DME）的工作頻段包括了SSR的工作頻率，其脈沖大致是高斯形狀，脈寬為3.5μs，所以DME脈沖可能會被誤當作SSR重疊應答脈沖，從而影響正確譯碼。

SSR常與一次雷達合裝協同工作，一次雷達發射功率較大，盡管其頻率與SSR的不同，但其諧波有可能造成SSR接收機底噪上升，造成譯碼靈敏度降低。

2 二次監視雷達系統干擾問題的解決方法

2.1 多徑效應處理方法

多徑效應綜合考慮解決SSR在詢問和應答階段詢問及接收天線波束失真問題，以及在應答信號處理中脈沖檢測和濾波問題。在SSR詢問天線已確定的情況下，更多地是在信號處理端對多徑效應進行處理[2]。

在點跡處理和數據融合軟件中應聯合采用動態綜合多徑抑制處理技術。在點跡處理中，進行同波束距離測試、信號強度測試、潛在反射測試，同時點跡處理軟件將每個應答的幅度、置信度、應答次數等有效信號判定特征信息送入數據融合軟件。數據融合軟件再對不同波束內點跡進行距離測試，信號強度測試，潛在反射測試，反射區域測試，潛在環繞測試，歷史點跡測試等，綜合評估出置信度最高的航跡作為目標航跡數據送出。

2.2 異步干擾處理方法

2.2.1 接收旁瓣抑制（RSLS）

異步應答信號絕大部分是通過SSR天線旁瓣接收的，所以通過接收旁瓣抑制可有效抑制異步應答信號。接收旁瓣抑制通過和波束（Σ）接收信號與控制波束（Ω）接收信號相減去除和波束旁瓣接收到的干擾信號。

2.2.2 靈敏時間控制（STC）曲線抑制

在自由空間條件下，SSR接收到應答信號的強度與飛行目標的距離平方成反比，因此，STC曲線按每倍頻程衰減6dB規律產生，同時，STC曲線還按不同方位和距離段可分別設置，以適應該區域應答信號的幅度變化特征。將接收的和波束（Σ）應答信號與STC曲線比較，可有效去除低于STC曲線的雜波干擾信號。

2.2.3 其余虛假應答信號抑制

濾除應答信號中脈沖寬度小于0.3μs的各種干擾窄脈沖；

濾除應答信號中C2_SPI虛假應答信號；

通過周期距離相關濾除應答信號中的異步虛假信號。

2.3 同步竄擾處理方法

SSR通過詢問周期參差（跳變），將同步干擾變為異步信號，并通過周期距離相關去掉異步虛假信號；

SSR對真實的同步竄擾信號用滑窗法進行交疊應答信號處理：首先通過檢測該位置有無脈沖對來檢測框架，然后進行幻影處理。對一串重疊的框架中所有中間的框架全部認為是幻影而丟掉，只保留第一個和最后一個框架；然后對代碼進行提取，將保留的真實框架中代碼相應位置上有脈沖的認為其代碼為1，沒有脈沖則代碼為0。這種方法在低密度應答中能準確檢測到可能存在的框架，在中低密度中能準確去除大多數的異步干擾。該方法最多只能同時處理兩架飛機，在高密度應答情況下檢測率低且容易出現誤判[3]；

在多雷達共同覆蓋區域可采用多雷達融合信息處理，充分利用多個傳感器資源，對觀測到的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，獲得對被觀測目標的一致確認。

2.4 副瓣及尾瓣干擾處理方法

詢問旁瓣抑制（ISLS，發射P2）和改進詢問旁瓣抑制（IISLS發射P1+P2）

用Ω通道發射旁瓣詢問抑制信號（P2或P1+P2），利用應答機的應答準則，實現ISLS和IISLS功能，減少或抑制旁瓣詢問產生的應答信號。

接收旁瓣抑制：同3.2.1。

尾瓣抑制：在SSR天線安裝一個背輻射器抵消后向尾瓣進入的干擾。

2.5 有用信號丟失處理方法

SSR主要根據陣地的具體情況采用有針對性的詢問策略來減少有用信號的丟失，并通過帶通濾波有效抑制帶外的干擾。

2.6 多區域指向性抗干擾措施

在SSR覆蓋的范圍內某些特殊的區域會產生不同特征的干擾，單一和全局的抗干擾措施無法滿足日益復雜的陣地環境對設備探測效果的影響，因此消除區域性特殊干擾問題必須采用“多區域指向性抗干擾”措施。

多區域指向性抗干擾采用設定特殊區域的手段，對SSR陣地覆蓋范圍內指定地點、特定場地、特殊區域（如機場、停機坪、山區、高大的地標等）出現不同方式干擾進行特殊的抗干擾處理。在信號處理部分設置原始濾波區、功率抑制區（利用多區域功率控制POC）、干擾幅度抑制區（利用精細的方位STC）、反射壓制區等特殊處理區域，在數據處理部分設置航跡禁止區、航跡禁止起始區、機場區、停機坪區等多種特殊處理區域指向性抗干擾方法，每種特定區域（可疊加）發揮不同的抗干擾作用，多種抗干擾措施的迭代累積，可有效地減少SSR在復雜地形環境造成的虛假目標，提高SSR目標探測的準確性和可靠性。

3 結語

SSR系統干擾問題的分析及處理是一個系統工程，需根據該系統運行實際情況對癥分析、精準施策，并綜合運用多種抗干擾措施方能減少系統信號干擾，提升目標航跡探測的準確性、可靠性和可用度，保障航空交通運輸安全及其高效和有序運行。