雷神二次雷达假目标案例分析

胡石根

（民航中南空管局技术保障中心，广东广州，510405）

关键字：单脉冲二次雷达；假目标抑制；反射体；STC

0　引言

单脉冲二次雷达是中国民用航空的主要监视设备。雷达二次雷达在我国使用较广，具有精度高、稳定性好的特点。但由于雷达运行现场及周边环境等因素的影响，二次雷达在运行过程中不可避免会产生一些假目标。因此，假目标的识别和抑制技术是单脉冲二次雷达一项关键技术[1]。

1　假目标产生的原因

异步干扰、绕环效应和反射现象是单脉冲二次雷达产生假目标的最为常见的原因。

1.1　异步干扰

异步干扰现象是指二次雷达询问机在其作用范围之内接收到由周围其他询问机询问所引起的应答信号[2]，这个应答信号与询问机自身的询问信号不同步，但会干扰正常信号的后续处理。

图1　异步干扰示意图

如图1所示，当一架飞机位于雷达A与雷达B作用范围的重叠区域C时，会同时接收到雷达A和雷达B的询问信号，飞机上的应答机向雷达A和雷达B都返回应答信号。飞机上应答机的应答信号是全方位进行发射的，有时雷达B的询问机会收到飞机对雷达A的应答信号，如果雷达B对这一应答进行目标处理，就会产生假目标。

1.2　绕环效应

绕环效应是指机载应答机有可能被断续或持续的旁瓣询问所触发，导致询问波束旁瓣附近的机载应答机断续或持续的给出回答，从而额外的夸大了存在的飞机数量．造成不必要的干扰[3]。

在机载应答机产生故障，或者二次雷达询问机的控制波束不能完全覆盖询问波束的旁瓣时，询问波束的旁瓣就会触发靠近地面雷达站的飞机应答机产生应答。天线旋转扫描时，飞机应答机大部分时间处于询问波束旁瓣的作用范围之内，应答机可能断续或持续回答，产生很多假目标，出现“绕环效应”[4]。

1.3　反射

二次雷达产生的假目标大部分是由反射引起的，引起反射的原因有多种。从雷达系统出发，天线系统性能下降，造成雷达辐射波束的垂直方向性图不理想，甚至出现波瓣开裂的情况，导致近地面或建筑物产生大量发射，引起假目标。二次雷达站周边的电磁环境差，地面及附近物体的反射也会使天线收到反射信号，引起假目标。这种反射可能是二次雷达询问信号的反射信号对飞机进行了询问，也有可能是飞机的应答信号的反射信号被二次雷达所接收，这两种情况都会产生假目标。

图2是单脉冲二次雷达简单的反射原理图。从图中可以看出，当目标飞机A的应答机在收到二次雷达的反射信号时，会产生一个假目标，而当二次雷达收到目标飞机B的应答信号的反射信号时，也会产生一个假目标。由反射产生的假目标的现象比较普遍，危害也较大，下面结合韶关雷神二次雷达产生假目标的实际情况，谈谈二次雷达抑制假目标的方法。

图2　反射原理图

2　韶关二次雷达假目标处理

韶关二次雷达型号为Raytheon CONDOR MK2D，广州区管反映韶关二次雷达存在假目标异常情况。值班员在RMM上面观察本地雷达信号，发现在韶关西偏北方向确实存在假目标，真实目标在韶关以南距离40公里处的英德导航台附近。假目标与真实目标的二次代码和高度都相同。随着气温的下降，室外气温处于零度以下，雷达塔多处结冰，本地观察假目标的情况越来越严重，西北方向出现的假目标数量更多，而在韶关以东也较频繁地出现了假目标。

2.1　假目标现象

在RMM上选择点迹记录，经过一段时间，可以得出假目标分布的统计规律，如图3所示。图中红色线表示天线塔上四根避雷针的方向。

图3　假目标分布情况

从图上可以看出，假目标基本都是在避雷针方向的附近出现，技术人员猜测，可能是避雷针在低温下结冰变成反射体，导致假目标的产生。为了证实这一想法，韶关雷达进行了停机维护，对假目标较严重的西北方向的避雷针用热盐水进行清洗，之后开启雷达观察，发现西北方向的假目标情况有较明显改善。在之后的观察中发现，随着室外气温的降低，假目标又变得严重起来。通过上面的分析，我们认为假目标确实与避雷针的反射有关。

2.2　建立固定反射体

由于假目标是避雷针发射造成，可以通过修改二次雷达反射体文件，将新出现的固定反射体加入反射体文件来消除假目标。首先确保二次雷达A、B通道正常工作，然后开始建立反射体：（1）选择备用通道，设置为维护状态，然后进入透明模式；（2）输入指令：DP4 47=120 设置采集数据的时间为120分钟；（3）PS 156 ON，PS 157 ON 将PS 156和PS 157暂时设为打开，以建立和完成反射体文件；（4）退出透明模式；（5）数据采集完后，进入透明模式，输入DAR，显示所有反射体；（6）将新发现的发射体输入到发射体文件中，输入各反射体的指令为：ADD FIXED REFLECTOR AFR=reso，参数reso是距离，开始方位，结束方位，反射面的朝向，各参数之间用空格进行分隔；（7）输入WOP，WMP，WSP；（8）PS 156 OFF，PS 157 OFF ；（9）WSP ；做完反射体文件后，对假目标的抑制效果并不明显，系统手册里建议数据采集要多做几次，最好是在航班比较密集的时候进行。这样如果真的存在反射体，在不同的交通情况下飞机会将反射体暴露出来，所以认为只进行一次数据采集是不够的。

2.3　修改STC高低门限值

在做发射体抑制假目标效果不明显后，技术人员尝试修改STC的高低门限值。高门限值定义信号电平，当回波强度高于高门限时，雷达认为这一定是真实的目标；回波强度低于低门限值时，将不会被处理；介于两者之间的回波信号将被认为是一个低置信度目标，然后进入下一级的VLSI处理。

进入透明模式查到本地雷达设置的高低门限相同：DP7 12为9393，高门限和低门限都为93（十六进制）。每变化一位等同于变化0.314dB，如果想要将门限值调整为原值的2倍，在原值上+3dB，93+0A=9D，需将DP7 12设为9D9D；若DPA7 12的状态为MAINT则可以直接键入DP7 12=9D9D进行修改，若状态为DEV，则需要键入DPA7 12=MAINT，然后进行修改。最后需要保存系统参数（WSP），否则在下一次重启后，参数将仍然是9393。

修改后，假目标情况得到明显改善。观察全局目标数量有减少1-2个，不确定是否是因为门限导致了丢目标，将门限值改回原来的9393。

2.4　更换天线塔避雷针

技术人员做了多种尝试，都未能很好地抑制假目标，为了尽快恢复韶关二次雷达，为区管提供正常的雷达信号，决定暂时拆除天线塔的四根避雷针。这四根避雷针的材质是玻璃钢，安装使用将近一年，天线塔最初使用的避雷针是直径较小的铁管。避雷针拆除之后，从RMM上观察雷达信号恢复正常，区管也反映雷达信号使用正常。从上面的分析可以看出，假目标是由避雷针的反射造成的。为了从根本上消除雷达的假目标，决定新购四根避雷针安装在天线塔上。新避雷针的材质也是玻璃钢，其直径比拆下的避雷针的直径更大，当安装东南方向的那根避雷针后，在RMM上又观察到很明显的假目标，遂将已安装的东南向的避雷针拆下，停止安装避雷针。技术人员进一步猜测，可能是避雷针的直径太大导致产生反射假目标。后面制作了四根直径较小的铁管避雷针，四根避雷针吊装到天线塔上后，在本地RMM上观察，仍有少量假目标，但可以通过区管自动化系统滤除，不影响管制的使用。

3　结束语

雷神二次雷达是国内在用的比较先进的单脉冲二次雷达，它本身具有多种抑制假目标的方法，例如，增加固定反射物，抑制由反射物所引起的假目标；修改STC高低门限值等等，我们应充分利用这些功能，根据台站周边电磁环境的改变，适时地对反射物进行统计、分析，并将固定反射物添加进去，尽可能地减少假目标的产生。除了上述措施外，对雷达的天线进行周期性维护、测试，保护好雷达站周边的电磁环境，都是减少假目标的有效措施。