一种陆基二次雷达监测站布站仿真测算方法

马子健

(国家无线电监测中心， 北京100037)

0 引言

二次监视雷达是一种收发采用不同频率的雷达，是航空交通管制的重要无线电设备，主要用于航空器的识别。二次雷达可获取航空器的点迹位置、速度、高度、航迹、代码等重要信息，可以说是空中交通管理的中枢系统。随着航空业务的不断扩展、航空飞行活动的不断增加以及飞行高度层密度的提高，对二次雷达发射、接收信号的无线电保护显得越来越重要。针对这一现实需求，无线电监测站应合理布局，尽可能覆盖航路区域，及时发现和定位干扰源，从而对航空飞行进行有效保护。

1 陆基二次雷达监测站的主要特点

如图1所示，陆基二次雷达监测站是一种布置在飞行航线周围的L波段地面无线电监测站，主要工作任务是监测二次雷达信号、评估航线周边相关电磁环境和有效判定干扰。若干固定、移动或其他形式的监测站(设施)可构成一个陆基二次雷达无线电监测网，经过有线或无线方式实时传输监测信息，将有用信息反馈至空中交通管理部门和无线电管理部门，以保障飞行安全。这一网络主要优势体现在监测信息传输的实时性、范围的全覆盖。

图1 陆基二次雷达监测站仿真示意

1.1 实时性

陆基二次雷达监测站首要特点是要实时反映航线、进场区间、离场区间、机场周边等飞行区域的电磁环境状况。在航路繁忙时，航空器的时间间隔为1 min～3 min，若出现较强的干扰会导致重大安全隐患。因此，监测站的首要特点是必须实时传输包括干扰情况在内的监测信息。

1.2 全覆盖

航空器从机场起飞到落地的全过程都会使用到二次雷达，因此监测站必须对航路沿线尽可能实现无缝覆盖。针对城市、乡村和偏远山区的不同地形地貌特征，监测站可根据具体情况实现覆盖要求。

2 陆基二次雷达监测站的布站仿真

2.1 仿真测算原理

航路沿线布置的监测站可能受到来自周边相邻频段的各类干扰。在这一条件下，应对监测站单站覆盖范围进行传输损耗测算，并根据不同航路条件进行仿真，得出合理的理论计算公式和计算结论。

2.2 仿真测算模型

为尽可能合理地计算出陆基二次雷达监测站的覆盖范围，我们采用直射波公式和ITU-R P.1546建议书的模型计算。

2.2.1 直射波计算公式

本公式用来计算单个监测站覆盖的最大理论范围。

直射波传播距离公式为

式中:R为直射波传播距离，单位为km;h1，h2分别为发射、接收天线高度，单位为m。

2.2.2 ITU-R P.1546 建议书模型［1］

本模型用来计算监测系统的最小接收电平(平均功率)值。

根据ITU-R P.1546建议书，电波传播的损耗与发射功率、发射频率、传播距离、接收端系统增益有直接关系，具体公式如下

式中:Pr/dBm为接收端功率;Pt/dBm为发射点全向等效辐射功率;f/MHz为发射频率;d/km为发射与接收点距离;Gr/dBi为接收端系统增益;Pt＇/W为发射点以W表示的全向等效辐射功率。

2.3 仿真条件

在本仿真中，二次雷达地面站天线高度为30 m，航空器二次雷达天线高度可根据不同飞行高度进行设置，电波传播模型按照ITU-R P.1546建议书的模型进行计算。监测天线增益设为0，监测天线高度设置为距离地面10 m、30 m两类。

在航空器二次雷达发射天线高度的条件设置上，本文选取了一些典型的飞行高度，并参考了目前我国民用航空部门的飞行高度层划分。例如，航空器在离场、进近阶段，飞行高度一般在10 m～3 000 m，故选取1 800 m作为典型值进行计算;在爬升、下降阶段，飞行高度一般在3 000 m～8 000 m，故选取5 100 m作为典型值进行计算;在巡航阶段，飞行高度一般在8 000 m～11 000 m，故选取10 100 m作为典型值进行计算。仿真条件设置见表1。

表1 仿真条件参数表

3 仿真测算

3.1 仿真条件

由于航空器飞行规律及航线近似直线，故在本仿真中航路条件按照直线进行仿真。

3.2 仿真结论

根据上述仿真条件设置，将各项仿真数据带入式(1)，可得二次雷达监测站的理论布站半径为35 km～436 km，取条件最恶劣的情况，可得监测站理论布站半径为35 km～187 km。具体结果请见表2。

表2 二次雷达监测站单站理论布站半径仿真结果

根据上述仿真条件，将各项仿真数据带入式(2)和式(3)，可得二次雷达地面站、机载二次雷达距发射点的理论距离与监测站接收机灵敏度计算表。具体数据见表3。

表3 二次雷达监测站接收机灵敏度仿真结果

综合仿真结果，陆基二次雷达监测站单站理论布站半径在35 km～187 km。在距离机场较近的地区，航空器飞行高度较低，可将监测站布置得较为密集一些，布站半径可在35 km～50 km。随着飞行高度的增加，监测站布站半径也随之增大到50 km～187 km;在航路中，监测站布站半径可在300 km～400 km。鉴于航线周边环境的复杂性，监测站实际布站数量要根据线路周边环境的实际测试结果进行确定。

4 结束语

陆基二次雷达监测站是一种可行的保障民航安全运营的现代雷达监测系统。随着无线电保障技术设施的逐步建成，未来航空运输业将在更加安全的技术环境中获得更大的发展空间。

［1］ 马子健.超短波无线电监测网监测能力评估方法研究及实现［D］.北京:北京邮电大学，2010.Ma Zijian.Research and realization of monitoring capability eveluation of VHF ＆ UHF radio monitoring network［D］.Beijing:Beijing University of Posts and Telecommunications，2010.

［2］ 中国民用航空局.空中交通管制二次监视雷达设备技术规范［S］.北京:中国民用航空局，2006.Civil Aviation Administation of China.Technical standards for ATC secondary surveillance radar［S］.Beijing:Civil A-viation Administation of China，2006.

［3］ 空中交通管制机载应答机通用技术条件［S］.GB12183-1990.北京:中国标准出版社，1990.General specification of airborne transponder for air tratfic contro［S］.GB12183-1990.Beijing:Standards Press of China，1990.

［4］ 费 伟.关于二次雷达电磁环境测试方法的研究［C］//2011全国无线及移动通信学术大会.北京:人民邮电出版社，2011:405-407.Fei Wei.Research about the test method of secondary radar＇s electromagnetic environment［C］//2011 National Conference on Wireless and Mobile Communication.Beijing:Posts＆ Telecom Press，2011:405-407.