二次雷達(dá)抗干擾設(shè)計(jì)方法

吳堯

（四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川綿陽(yáng)，621000）

0 引言

20世紀(jì)50年代，二次雷達(dá)起源于敵我識(shí)別MK X（SIF）系統(tǒng)，其通過(guò)收發(fā)指定頻率的電磁波脈沖與民航飛機(jī)進(jìn)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(duì)保障飛行安全有著極其重要的作用。隨著二次雷達(dá)系統(tǒng)在民航空中交通管制中的作用越來(lái)越重要，用戶對(duì)其缺點(diǎn)的容忍度也越來(lái)越低。寬泛的來(lái)講，二次雷達(dá)系統(tǒng)的問(wèn)題可以分為飛機(jī)探測(cè)錯(cuò)誤和應(yīng)答數(shù)據(jù)解碼錯(cuò)誤兩種。引起這類問(wèn)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(guó)研制出了世界第一臺(tái)S模式二次雷達(dá)設(shè)備。S模式二次雷達(dá)具有目標(biāo)選擇詢問(wèn)應(yīng)答功能，有效減少了應(yīng)答數(shù)量，隨著S模式二次雷達(dá)設(shè)備的逐漸普及應(yīng)用，大幅減少了系統(tǒng)內(nèi)的相互干擾。本文主要對(duì)環(huán)境干擾進(jìn)行分析，尋找出抗干擾處理算法及設(shè)計(jì)方法。

1 二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)工作原理

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

機(jī)載航管應(yīng)答機(jī)接收到地面二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)射的詢問(wèn)信號(hào)后，根據(jù)詢問(wèn)的模式選擇應(yīng)答內(nèi)容（一串脈沖），這串脈沖序列即為機(jī)載的航管應(yīng)答信號(hào)。A/C詢問(wèn)模式的應(yīng)答碼格式是一致的。如圖1所示，應(yīng)答碼由16個(gè)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(gè)信息碼位有兩種狀態(tài)，有脈沖時(shí)信息為“1”，無(wú)脈沖時(shí)信息為“0”。其中F1和F2叫做框架脈沖，這兩個(gè)脈沖信息必須為“1”。

圖1 應(yīng)答信號(hào)格式

航管應(yīng)答機(jī)響應(yīng)A模式詢問(wèn)時(shí)，12個(gè)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(dá)按照A、B、C、D每四位數(shù)碼按八進(jìn)制進(jìn)行的數(shù)字顯示。

2 干擾分析及抗干擾設(shè)計(jì)方法

2.1 干擾機(jī)理分析

根據(jù)二次雷達(dá)詢問(wèn)、應(yīng)答信號(hào)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(lái)自環(huán)境反射產(chǎn)生的多徑信號(hào)；而連續(xù)波干擾可能來(lái)自其他地面通信系統(tǒng)，例如視頻傳輸系統(tǒng)、公眾移動(dòng)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(shè)計(jì)

一般多徑信號(hào)和直射信號(hào)在時(shí)間上形成交錯(cuò)，兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差會(huì)改變接收到應(yīng)答信號(hào)的脈沖數(shù)目，從而導(dǎo)致地面二次監(jiān)視雷達(dá)錯(cuò)誤的解碼。如圖2所示。

圖2 多徑造成解碼錯(cuò)誤

二次雷達(dá)使用過(guò)程中，同樣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)反射干擾的情況，這種情況下二次雷達(dá)監(jiān)視界面通常會(huì)出現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)航跡幾乎一樣的目標(biāo)，如圖3所示。

圖3 反射干擾情況

不同點(diǎn)跡位置的代碼大多時(shí)候相同，或是相近跳變。通過(guò)雷達(dá)監(jiān)視界面很難分辨出虛假和真實(shí)應(yīng)答。此時(shí)以上兩種多徑干擾可以在后端點(diǎn)航跡處理算法中增加對(duì)應(yīng)答信號(hào)幅度判斷，幅度大的為真實(shí)信號(hào)；在解碼過(guò)程中可以對(duì)脈沖幅度一致性進(jìn)行判斷，剔除多徑信號(hào)。

當(dāng)多個(gè)反射信號(hào)幅度相位疊加，可能造成反射信號(hào)幅度大于真實(shí)應(yīng)答，此時(shí)需要進(jìn)一步對(duì)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行區(qū)分。通過(guò)查閱民航標(biāo)準(zhǔn)得知，應(yīng)答機(jī)天線端口發(fā)射功率為24dBW±3dBW，影響應(yīng)答信號(hào)到達(dá)詢問(wèn)接收機(jī)的因素主要由以下幾點(diǎn)構(gòu)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(diǎn)影響因素都隨時(shí)間變化緩慢，陣地環(huán)境可看作不隨時(shí)間變化，因此不同應(yīng)答機(jī)在同距離情況下應(yīng)答信號(hào)到達(dá)詢問(wèn)主機(jī)的功率是大致一致。在工作工程中，可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)空域中飛機(jī)在不同距離，不同方位的應(yīng)答距離和功率，形成可靠的應(yīng)答信號(hào)功率—距離—方位圖（簡(jiǎn)稱PDO），如圖4所示。

圖4 功率—距離—方位圖

通過(guò)PDO圖，結(jié)合接收到應(yīng)答信號(hào)的幅度與距離計(jì)算可以進(jìn)一步有效剔除多徑干擾。

2.3 連續(xù)波干擾的抗干擾設(shè)計(jì)

在二次雷達(dá)受到人為連續(xù)波干擾時(shí)，二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)的特征會(huì)發(fā)生變化，特別是底噪會(huì)隨干擾強(qiáng)度的增加而提高，如圖5所示。

圖5 二次雷達(dá)干擾示意圖

此時(shí)可以在接收信號(hào)后端處理算法中增加門限自適應(yīng)檢測(cè)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)底噪電平變化來(lái)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(yīng)檢測(cè)算法解碼對(duì)比

3 結(jié)論

本文針對(duì)二次雷達(dá)環(huán)境干擾進(jìn)行了分析，提出了抗干擾設(shè)計(jì)方法，兩種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能夠有效提升二次雷達(dá)的抗干擾性能。