一種二次雷達詢問機數據記錄及分析方法

四川九洲空管科技有限責任公司 李海軍 羊洪國 張 江

二次雷達是空中交通管理部門實現雷達管制的技術基礎，對保障飛行器飛行安全發揮了重要作用。隨著二次雷達實際運行保障的需求提升，本文設計了一種二次雷達地面詢問機的數據記錄方法，并對記錄誤差的產生原因進行了分析。對于地面詢問機，可以詳細記錄每次詢問的發射時間及譯碼時間，并將這些帶有時標的點跡信息發送到顯控端。在顯控端可詳細分析：詢問周期及其精度、隨機抖動值及其精度、譯碼時間、詢問及譯碼一致性等信息。該方法可較好的滿足實際系統的運行保障需求。

二次雷達作為監視飛行器的主要手段，在空中交通管制中發揮著重要作用。二次雷達主要由地面詢問機及機載應答機組成，通過一問一答的方式，通過對飛行器的詢問與接收飛行器對詢問的應答實現對飛行器的空間三維定位與數據通信。對于地面詢問機，詢問和譯碼的數據記錄是二次雷達重要的人機接口，為技術人員分析雷達性能、排查故障、分析詢問應答概率等問題提供重要參考信息。本文根據二次雷達運行保障需求，設計了一種二次雷達地面詢問機的數據記錄方法，對每一次的詢問發射和譯碼標記時間信息，并上報顯控，實現數據的顯示、回放、分析等功能，可為二次雷達的安全運行提供有力保障。

按照ICAO規范，傳統空管二次雷達共有6種詢問模式，分別為1、2、3/A、B、C、D模式。如圖1所示，不同模式的詢問信號格式差異主要在P1和P3的脈沖間隔不同。

圖1 詢問信號格式

1 詢問和譯碼的時間信息標注方法

在二次雷達開機運行之初，如圖2所示，通過受時模塊對地面詢問機進行一次校時，受時模塊提供的時間精度為秒級，詢問機內部FPGA獲取實際運行時間，此時間基礎上進行內部細分計時，計時精度為25ns（FPGA邏輯運行時鐘40MHz），受時模塊每秒鐘向地面詢問機發射秒脈沖pps，地面詢問機以秒脈沖pps進行秒及以上時間更新，毫秒及以下時間更新由FPGA內部計時產生。詢問發射時間和譯碼時間標記格式相同，精度均為25ns，格式為：xx年xx月xx日xx時xx分xx秒xx毫秒xx微妙xx納秒。

圖2 地面詢問機基準時間獲取方式

為了方便后期分析，詢問時間信息的標注時刻均為P3的上升沿，并且每種模式的P3上升沿到預觸發脈沖pre的上升沿時間間隔需一致。以MA和MC交替詢問，5ms詢問周期為例，如圖3所示，MA P3到pre時間間隔與MC P3到pre時間間隔相同，均為T1。對于詢問發送，MA P3和MC P3的標注時刻分別為t1和t3，MA mark和MC mark為譯碼時刻，標注時刻分別為t2和t4。詢問周期為t3-t1，在添加隨機抖動后，周期值還可以反映出隨機抖動值大小。t2-t1為M3/A詢問譯碼時間差，t4-t3為MC詢問譯碼時間差。

圖3 時間信息標注方法

2 時標信息分析

在顯控端，收集每次詢問的信息進行統計分析，以5ms詢問周期為例，如圖4、圖5所示。圖4為無隨機抖動的情況，相鄰兩次詢問的發送時刻之差可以反映出詢問周期大小，計算出的詢問周期減去預設的詢問周期5ms就是隨機抖動值。圖5為添加0～64us隨機抖動后的詢問發射記錄。圖6為詢問譯碼記錄，據此可以分析詢問周期及其精度、隨機抖動值及其精度、譯碼時間、詢問和譯碼一致性等信息。這樣就可以清楚的掌握地面詢問機的每一次詢問和譯碼情況。

圖4 無隨機抖動，M3/A和MC交替詢問記錄

圖5 隨機抖動0～64us，M3/A和MC交替詢問記錄

圖6 M3/A和MC交替詢問/譯碼數據記錄

3 數據記錄誤差原因分析

在實際系統中，計時誤差是客觀存在的。如圖7所示，主要有以下兩種情況，一是無隨機抖動時，出現了25ns的抖動值，這是由于預觸發驅動時鐘和詢問計時時鐘為非同源時鐘（詢問機內部不同硬件模塊產生），導致不同時鐘之間同步預觸發脈沖存在誤差。另外一種情況是每次秒脈沖pps更新時存在翻秒計時誤差11.150us，受時模塊和地面詢問機使用的不是同一個晶振，不同晶振間存在頻率偏差，導致翻秒計時誤差。結合工程實際情況，以上兩種計時誤差的存在，并不影響實際系統的運行保障需求。

圖7 無隨機抖動，M3/A和MC交替詢問記錄

結束語：本文設計了一種二次雷達地面詢問機的時標信息記錄方法，并對記錄誤差的產生原因進行了分析。對于地面詢問機，詢問和譯碼的數據記錄是二次雷達重要的人機接口，為技術人員分析雷達性能、排查故障、分析詢問應答概率等問題提供重要參考信息。方便技術人員掌握地面詢問機的每一次詢問譯碼情況，為二次雷達的安全運行提供了有力保障。