论二次雷达空域监视能力的预估方法

朱成功

（中国民用航空深圳空中交通管理站，广东 深圳 518128）

二次雷达被誉为民航空中交通管制的“千里眼”，在飞行监视和冲突预警中发挥着重要作用，可以说正是二次雷达的广泛使用，民航空中交通管制方式才能由程序管制方式安全全面地过渡到雷达管制方式，使飞行管制效率得以成倍提升。

与所有使用视距传输原理的通信方式一样，二次雷达在其有效作用范围内也不应有任何的遮挡。尤其是二次雷达具有作用距离大、灵敏度高的特点，稍微的一点障碍物遮挡都会带来复杂的有害作用。产生这些危害的机理主要为以下几个方面：信号衰减或遮挡、电磁波反射、电磁波散射、多径干扰导致波瓣开裂，而这些危害中以直接的障碍物遮挡尤为常见和严重。本文以深圳雷达站建设工程为依托，提出一种基于高程数字地图的预估雷达对目标空域监视能力的方法，以有效解决选址工作中在雷达受障碍物遮蔽影响后，工程人员不能准确预估雷达监视覆盖能力的难题。现对此预估方法作如下理论及实际效用分析：

1 二次雷达作用范围的预估计方法

二次雷达LVA天线具有向下辐射电磁信号的特性，因此，在选址和天线塔设计过程中应尽可能地使建成后的雷达高于周边环境，减少遮挡和反射体的不利影响。尤其是对于建设在机场附近的雷达站，考虑到需要对机场周边较低高度的飞行器进行监视覆盖，更需要严格控制雷达周边视距障碍物的存在。

对于这一阶段障碍物的评估，可以从雷达近端和雷达远端两个方面进行。对障碍物在雷达数百米至几公里的近端的影响，由于障碍物数量有限且目视可见，因此可以直接使用光学仪器测定其对目标监视空域的遮蔽影响（图1）。

对障碍物在距离雷达数十公里甚至是数百公里的远端障碍物的影响，由于数量庞大且无法目视测量，因此，通过普通的测量方法已不可行，而逐个人工计算三角函数式得到遮蔽影响的方法也因工作量巨大且精度不高而变得不具有可行性。因此，结合目前我国大部分地域的地理高程测绘数据已较为准确完备，可以将雷达受高山等障碍物遮蔽的三角函数关系（图1）计算机化。这样只需将精度足够的高程数字地图和雷达拟建设的海拔高度导入计算机便可以方便的获得雷达在大空域范围的准确监视能力。

基于雷达作用范围内山体等的高程地图，使用同样的计算原理，通过Radio Mobile这样的软件评估计算出雷达在不同高度层的作用距离。

图1 理想视距传输过程的遮蔽计算

2 验证分析

以深圳雷达站建设工程为实例，首先使用上述基于高程数字地图的预估雷达对目标空域监视能力的方法获得雷达在海拔3000米到3500米高度的理论监视能力（图2），再使用雷达的实际运行数据描点出所有在海拔3000米到3500米高度出现过的飞机航迹（图3）。

图2 预估的监视能力

图3 实际的监视能力

选取a、b两个比较典型的对比点（红色标记处），可以看出在比对点a处由于直接的山体遮挡使得此处的飞行器信息无法被雷达捕获到；在对比点b处由于距雷达较近山体的遮挡效果使得在此处雷达作用范围有一个极小值（图2），而正好实际运行中飞行器信息也在此处无法被捕获（图3），由此可见，本文所提出的预估方法被证明是十分可行的。

需要说明的是，由于飞行器在空中是按特定航路飞行，故在右图中我们看到，飞行器在图上形成了一条条的航路轨迹线，而不是整个图上都布满飞行器。

3 结语

本文首先分析了传统的预估雷达对目标空域监视能力的方法并指出其在实际应用于雷达选址工作中所受到的局限性，然后提出将传统方法的理论与高程数字地图相结合并将其计算过程计算机化，从而有效化解了传统预估方法在实际应用中计算量庞大、计算结果不准确的的难题。最后，通过将其用于深圳雷达的理论结果和实际运行数据的对比分析，证明这种预估雷达监视覆盖能力的方法是正确可行的，从而为未来的雷达选址提供了一种有效的预估雷达监视能力的方法。

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