二次雷達抗干擾設計方法

吳堯

（四川九洲電器集團有限責任公司，四川綿陽，621000）

0 引言

20世紀50年代，二次雷達起源于敵我識別MK X（SIF）系統(tǒng)，其通過收發(fā)指定頻率的電磁波脈沖與民航飛機進行信息交互，成為民航空中交通管制系統(tǒng)的重要組成部分，對保障飛行安全有著極其重要的作用。隨著二次雷達系統(tǒng)在民航空中交通管制中的作用越來越重要，用戶對其缺點的容忍度也越來越低。寬泛的來講，二次雷達系統(tǒng)的問題可以分為飛機探測錯誤和應答數(shù)據(jù)解碼錯誤兩種。引起這類問題的原因也可以分為兩大類：系統(tǒng)內(nèi)相互干擾和環(huán)境干擾。

1983年，美國研制出了世界第一臺S模式二次雷達設備。S模式二次雷達具有目標選擇詢問應答功能，有效減少了應答數(shù)量，隨著S模式二次雷達設備的逐漸普及應用，大幅減少了系統(tǒng)內(nèi)的相互干擾。本文主要對環(huán)境干擾進行分析，尋找出抗干擾處理算法及設計方法。

1 二次監(jiān)視雷達系統(tǒng)工作原理

按照國際民航組織（ICAO）規(guī)范，傳統(tǒng)航管二次監(jiān)視雷達共有6種詢問模式，分別稱為1、2、3/A、B、C、D模式。實際民航常用3/A、C兩種模式，其中3/A（簡稱A模式）模式兼用于軍用識別和民用識別詢問，C模式用于高度詢問。

機載航管應答機接收到地面二次監(jiān)視雷達發(fā)射的詢問信號后，根據(jù)詢問的模式選擇應答內(nèi)容（一串脈沖），這串脈沖序列即為機載的航管應答信號。A/C詢問模式的應答碼格式是一致的。如圖1所示，應答碼由16個信息碼為組成，這些信息碼位的順序是F1、C1、A1、C2、A2、C4、A4、X、B1、D1、B2、D2、B4、D4、F2和SPI。每一個信息碼位有兩種狀態(tài)，有脈沖時信息為“1”，無脈沖時信息為“0”。其中F1和F2叫做框架脈沖，這兩個脈沖信息必須為“1”。

圖1 應答信號格式

航管應答機響應A模式詢問時，12個信息碼從高位到低位的排列順序是：A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、D4D2D1，地面二次監(jiān)視雷達按照A、B、C、D每四位數(shù)碼按八進制進行的數(shù)字顯示。

2 干擾分析及抗干擾設計方法

2.1 干擾機理分析

根據(jù)二次雷達詢問、應答信號格式及其編碼、譯碼原理可以將環(huán)境干擾分為脈沖干擾和連續(xù)波干擾，其中脈沖干擾主要來自環(huán)境反射產(chǎn)生的多徑信號；而連續(xù)波干擾可能來自其他地面通信系統(tǒng)，例如視頻傳輸系統(tǒng)、公眾移動通信系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)等電磁背景干擾。

2.2 多徑干擾的抗干擾設計

一般多徑信號和直射信號在時間上形成交錯，兩個信號的時間差會改變接收到應答信號的脈沖數(shù)目，從而導致地面二次監(jiān)視雷達錯誤的解碼。如圖2所示。

圖2 多徑造成解碼錯誤

二次雷達使用過程中，同樣經(jīng)常會出現(xiàn)反射干擾的情況，這種情況下二次雷達監(jiān)視界面通常會出現(xiàn)多個點航跡幾乎一樣的目標，如圖3所示。

圖3 反射干擾情況

不同點跡位置的代碼大多時候相同，或是相近跳變。通過雷達監(jiān)視界面很難分辨出虛假和真實應答。此時以上兩種多徑干擾可以在后端點航跡處理算法中增加對應答信號幅度判斷，幅度大的為真實信號；在解碼過程中可以對脈沖幅度一致性進行判斷，剔除多徑信號。

當多個反射信號幅度相位疊加，可能造成反射信號幅度大于真實應答，此時需要進一步對應答信號進行區(qū)分。通過查閱民航標準得知，應答機天線端口發(fā)射功率為24dBW±3dBW，影響應答信號到達詢問接收機的因素主要由以下幾點構成：空氣濕度、溫度、空氣中顆粒物、陣地地理環(huán)境，而上述前三點影響因素都隨時間變化緩慢，陣地環(huán)境可看作不隨時間變化，因此不同應答機在同距離情況下應答信號到達詢問主機的功率是大致一致。在工作工程中，可實時統(tǒng)計空域中飛機在不同距離，不同方位的應答距離和功率，形成可靠的應答信號功率—距離—方位圖（簡稱PDO），如圖4所示。

圖4 功率—距離—方位圖

通過PDO圖，結合接收到應答信號的幅度與距離計算可以進一步有效剔除多徑干擾。

2.3 連續(xù)波干擾的抗干擾設計

在二次雷達受到人為連續(xù)波干擾時，二次雷達應答信號的特征會發(fā)生變化，特別是底噪會隨干擾強度的增加而提高，如圖5所示。

圖5 二次雷達干擾示意圖

此時可以在接收信號后端處理算法中增加門限自適應檢測，通過實時檢測底噪電平變化來調(diào)整譯碼門限，可以有效解決一般的連續(xù)波干擾，如圖6所示。

圖6 增加門限自適應檢測算法解碼對比

3 結論

本文針對二次雷達環(huán)境干擾進行了分析，提出了抗干擾設計方法，兩種方法實現(xiàn)簡單，能夠有效提升二次雷達的抗干擾性能。