浅析S模式二次雷达相对于A/C模式的优点

周小涛



浅析S模式二次雷达相对于A/C模式的优点

周小涛

民航宁夏空管分局，宁夏 银川 750000

随着现代航空业的高速发展使得现行的A/C模式二次雷达已经渐渐难以满足巨大的空中交通流量与安全性保障的要求，S模式二次雷达技术应运而生，S模式的选呼方式极大地减少了空间的询问应答数目，使得一次需达所面临的异步十扰（fruit）和串扰（garble）问题得到有效的解决，极大地提高了航管监视系统性能，保障了民航运行安全。基于此，介绍和分析了S模式的基本信号上作流程以及相对于传统A/C模式的卓越的优点。

S模式；A/C模式

1 引言

随着空中交通流量的口益增加，传统的A/C模式已不能满足空中交通管制(ATC)的需求。A/C模式的代码数仅为4 096个，且易受到异步十扰(fruit)和串扰(garble)问题的影响，对交通流量较大的空域尤其是较大的机场终端区，其监视能力已接近极限。S模式具有基本监视、增强监视、数据链等多种功能。与A /C模式相比，其主要优点在于:数据中包含了24位的地址，有16 777216种可能的代码，能够为每架飞机分配唯一的地址;"S”是选择(Select)的意思，询问中能根据飞机地址点名呼叫，此时只有被呼叫的飞机才会应答，从而很大程度上减少了应答信号的混叠;其高度的精度从也从传统A /C模式的30.5m提高到7.6 m。

2 A/C模式二次雷达

传统A/C模式二次雷达询问/应答主要是民用飞机的代码和高度两项，其中A模式用于识别询问，C模式用于高度询问。

2.1 询问信号格式

如图1所示，A/C模式的区别在于P1, P3脉冲的间距，A模式P1, P3脉冲的间距是8 u s,C模式P1, P3脉冲的间距是21us; P2脉冲起着询问旁瓣抑制作用。在询问时，根据需要可以发出一个模式的询问信号，也可以几种模式交错询问。

图1 A/C模式询问信号格式

2.2 应答信号格式

如图2所示，应答码由16个信息码位组成，依次是F1,C1, A1, C2, A2, C4, A4, X, B1, D1, B2, D2, B4, D4, F2,SPI。每个码位有两种状态，即有脉冲或者无脉冲，分别用“1;和“0”表示。F1和F2是框架脉冲，为二次雷达应答信号的标志脉冲，脉冲间隔为20.3us，恒为“1”状态。X是备用位，恒为“0”状态。其余12个码位C1, Al, C2, A2, C4,A4, B1, D1, B2, D2, B4, D4为信息码位，可以编成4096个独立应答码。SPI是特别位置识别码。

图2 A/C模式应答信号格式

应答机响应A模式询问时，应答码代表识别码。12个信息码从高位到低位的排列顺序是:A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、D4D2D1。应答码中有三组代码表示危急信息，不能作为识别码:7700(飞机机械故障);7600(飞机通信故障);7500(飞机受非法干扰)。

应答器响应C模式询问时，应答码是高度码。其排列顺序:D1D2D4、AlA2A4、B1B2B4、 C1C2C4。

3 S模式二次雷达

S模式二次雷达是在传统模式基础上发展起来的，拥有不同于传统模式的询问和应答信号格式。从传统的A/C模式到S模式，其系统设备既要求更新有要求兼容。

3.1 询问信号格式

(1) A/C/S模式全呼询问格式

图3 A/C/S模式全呼询问格式

A/C模式应答机接收到P3时就开始应答，即P3后发射第一应答脉冲F1, P4对此没有影响。S模式应答机也能回答全呼询问应答，但是当检测到P4脉冲后就会停止A/C模式应答，而根据P4脉冲宽度来决定何种方式应答。P4可以有两种宽度，即0.8us或1.6us。当P4脉冲宽度为1.6us时，S模式应答机将会发射一个应答;宽度为0.8us时，S模式应答机不会产生应答，P4短脉冲的询问主要是用于机载的交通咨询和防撞系统(TCAS)询问机，以从A/C模式的应答机中获得响应。

(2) S模式询问格式

图4表示了最常用的S模式询问格式，前两个脉冲P1和P2的脉宽均为0.8us，脉冲间隔为2us。非S模式应答机接收到这些脉冲会对其抑制，也不再解码其余的询问脉冲。P2脉冲后是一个长脉冲P6，脉冲宽度是16. 25 u s或者30. 25 u s，其中有许多相位反转脉冲，用来携带所要发射的数据。第一个相位反转脉冲在这个长脉冲上升沿后的1. 25处，即“同步相位反转”，作为S模式应答机的时钟同步，从而对后续的数据进行对应解码;同步相位反转脉冲也用作应答机发生的时钟参考，与A/C模式中P3脉冲作用类似。询问机通过计算同步相位反转脉冲的发射与接收到第一个应答脉冲之间时间间隔来测量飞机的距离。

图4 S模式询问格式

数据通过差分相移键控(DPSK)方式来发射，即当相位相对于同步相位反转脉冲有二的变化时，数据表示为1;相位相对同步相位反转脉冲没有变化时，数据为0。相位反转脉冲时间间隔为0. 25，速率是4MHz的数据比特率。根据不同要求，发射的数据位总数为56或者112位。

在S模式中，旁瓣抑制(SLS)的与A/C模式不同。SLS脉冲P5从天线控制波束中发射，它与P6的同步相位反转脉冲在时间上有重合。如果发射的信号在线天旁瓣方向，P5的幅 度将大于P6，应答机将不会检测到同步相位反转脉冲，也不会对询问信号进行解码和应答。在天线主瓣方向，P5的幅度将小于P6，应答机将接收同步相位反转脉冲，并继续接收并解码P6脉冲。

3.2 应答信号格式

图5 S模式应答信号格式

图5给出了S模式应答信号的格式，解码设备根据检测到4个前导脉冲的格式来确认。这些脉冲的分部间隔不可能与A/C模式的应答脉冲重叠，即使其他应答机产生的脉冲覆盖了其中部分脉冲，4个脉冲中的任何一个脉冲上升沿均可用于检测飞机的距离。应答信号的数据块由前导脉冲后的56或112位应答数据组成，应答数据采用二进制脉冲位置调制方式，数据比特率是4MHz。每个数据位宽度都是1 bus，如果脉冲出现在数据位的前0. 5}us处，则后0. 5}us必然无脉冲，反之亦然。“一个脉冲后跟一个无脉冲”表示二进制数1}“一个无脉冲后跟一个脉冲”表示二进制数0，采用这种曼切斯特编码具有很强的抗干扰作用。

4 S模式的主要优点

S模式相比较于A/C模式，它的定位精度更高，目标容量更大，适应了机场交通流量高速增长的需要，被国外权威民航组织和航空设备公司认为是二次监视需达的替代产品，S模式也将在这此应用中发挥其作用，并得到进一步的完善。S模式也具有很多其它优点，如数据可校验，有较好的模式兼容性，实现了点名呼叫等。

4.1 数据可校验

S模式使用奇偶校验位(24 bit)来保护数据，校验数据用前32 bit(56 bit数据块)或88 bit (112 bit数据块)生成。奇偶校验位采用循环冗余编码的方式生成，循环冗余编码使用式(1)的多项式生成。生成的奇偶校验位与24位地址作模2和运算，并将结果存放在AP字段 中。接收方在收到信息后解出地址和校验位以判断数据和地址是否被正确传输，如果发生错误，可采用纠错技术进行数据修正。纠错方法有“保守”技术、"Whole Message”技术和“Brute Force”技术等。

4.2 较好的模式兼容性

为了与传统的A /C模式兼容，S模式仍然采用异频收发的方式，询问信号频率为1 030 MHz，应答信号为1 090MHz。S模式的应答能够应答A /C模式和S模式地面站的询问，S模式的地面站能够对S模式和A /C模式的目标发出询问并接收其应答信息。因此，原有A /C模式的应答机和地面站在新的S模式实行后仍然能正常工作。目前，有的地面雷达仍为A /C模式，而大型飞机均载有S模式应答机;美国为了兼容以前的飞行设备，也是两种模式混用;但在欧洲，地面和空中设备已全面采用了S模式。

4.3 点名呼叫

地面站发出全呼询问后，飞机在全呼应答中包含了自身地址，地面站在识别飞机地址后入库，称为“锁定”，以后对有地址的飞机将点名呼叫，地址不匹配的飞机不予应答，这在很大程度上减少了机应答信号的同步混叠十扰。已经锁定的飞机不再响应全呼询问，防止全呼时发生混扰。同时，在询问信号UF11的PR字段，包含了数值1, 1 /2, 1 /4, 1 /8和1 /16，应答机根据该数值确定全呼应答概率。例如:PR字段数值为1 /4，应答机将产生一个0}-1之间的随机数，当该数大于1 /4，则该应答机响应全呼询问，否则不予应答，这样做的目的是进一步减少全呼时产生混叠十扰的概率。当飞机连续18 s没有收到地面设备的点名呼叫时，该飞机将解除锁定。由于地面设备的作用距离在数百公里，同一目标将被多部地面雷达“看见”，被一部地面雷达锁定的飞机仍能以全呼应答的方式响应其它需达的全呼。

[1]朱芸，模式S应答接收机数字处理系统设计，电子科技大学硕士学位论文。

[2]樊昌信，徐炳祥，吴成柯，通信原理，北京，国防工业出版社。

Analysis of the advantages of S - mode secondary radar relative to A / C mode

Zhou Xiaotao

Civil Aviation Administration of China，Ningxia Yinchuan 750000

With the rapid development of modern aviation industry， the existing A / C mode secondary radar has become increasingly difficult to meet the requirements of huge air traffic flow and security，S mode secondary radar technology has emerged，S mode selection Call mode greatly reduces the number of interrogation responses in space， and makes the problem of asynchronous and garling problems to be solved effectively，which greatly improves the performance of air traffic monitoring system and ensures the safety of civil aviation operation Safety. This paper introduces and analyzes the basic signal flow of S mode，and the advantages over conventional A / C mode.

S mode；A / C mode.

TN958.96

A

1009-6434（2017）01-0153-03