S模式二次雷达II/SI码混合运行的问题研究

作者简介：岳瑞峰（1989—）男，本科，工程师，研究方向为监视信息探测。

摘要：当前，中国在用二次雷达有140套，其中78套为S模式二次雷达，且58套已具备增强S模式能力。在建S模式二次雷达尚有30余套，均具备增强S模式能力。在役的78套S模式雷达在重叠覆盖区域内分配了不同的II码，且II码的数量暂时满足要求。但是，随着新建S模式雷达投入使用，尤其是在东部沿海地区，因为II码资源的短缺，其分配将变得十分困难。考虑到中国未来将继续部署大量S模式二次雷达，且中国与许多国家相邻，为避免因II码资源短缺而引发的冲突，中国正在积极开展对II/SI码混合运行的相关研究。

关键词：二次雷达  S模式  II码  II/SI码混合运行

中图分类号：TN958.96   文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2021）12（b）-0000-00

Abstract： Currently， there are 140 Secondary Surveillance Radars （SSR） in use in China， of which 78 are Mode S radars， and 58 radars have Enhanced Mode S capabilities. There are still more than 30 Mode S SSRs under construction， all with Enhanced Mode S capabilities. The 78 Mode S radars in service are assigned different II codes in the overlapping coverage area， and the number of II codes temporarily meets the requirements. However， as the newly-built Mode S radars are put into use， especially in the eastern coastal areas， due to the shortage of II code resources， its allocation will become very difficult. Considering that China will continue to deploy a large number of Mode S secondary radars in the future， and China is adjacent to many countries， in order to avoid conflicts caused by the shortage of II code resources， China is actively carrying out related research on the mixed operation of II/SI codes.

Key Words： SSR; Mode S; II Code; Mixed Operation of II/SI Codes

1基本概念

1.1 S模式和A/C模式的本质区别

二次雷达S模式和常规A/C模式对航空器进行监视和跟踪的本质区别就在于其寻址方式的不同。S模式设计了完全不同的离散寻址工作方式，可以有效地减少A/C模式存在的异步干扰问题，同时极大地降低空中频谱占用，提高空域目标容量和质量[1]。

在A/C模式下，二次雷达地面询问站在天线主波束内进行广播询问，所有收到询问信号的应答机都会进行应答，地面询问站再根据对目标应答信号的解碼完成目标的监视和跟踪[2]。

S模式则对空中航空器和地面询问站都进行了编址。航空器的编址方式是为其分配航空器地址（AA，Aircraft Address），AA由24位二进制组成，由国际民航组织对其缔约国进行统一分配;地面询问站的编址方式是为其分配询问机代码（IC，Interrogator Code），询问机代码又分为两种，分别为询问机识别码（II，Interrogator Identifier）和监视识别码（SI，Surveillance Identifier）[3]。

1.2 II码和SI码的编码规则

II码和SI码在仅S模式全呼叫询问（UF11）中由IC和CL两个字段共同表示，如图1所示。

其编码规则如表1所示。

1.3 Non-SI应答机和匹配II码

只有符合国际民航组织附件10第73号修正案（或更高）的航空器机载应答机才会对CL字段进行解码，以判断IC字段的内容究竟是II码还是SI码。而尚未升级的机载应答机则会忽略CL字段，并默认IC字段的内容为II码，这类应答机我们称之为Non-SI应答机。

因此，如果CL字段的值不为0，即IC字段的内容为SI码，Non-SI应答机会将询问信号（UF11）中的SI码误认为是和该SI码具有相同IC字段的II码，即匹配II码，并会使用匹配II码对应答信号（DF11）中的校验序列进行编码[4]。

2 II/SI码混合运行的问题

2.1对Non-SI应答机的检测

根据国际民航组织的要求，2005年1月1日后的航空器都必须具备SI码处理能力，但目前并非所有航空器都支持SI码处理能力。根据国内部分研究人员对2021年1月份国内S模式雷达数据的统计分析，在我国境内飞行的航空器具有SI码处理能力的比例约为95%，可见Non-SI应答机仍然占据一定比例。

根据前文的描述，收到CL字段不为0的询问信号（UF11）时，Non-SI应答机会使用匹配II码对应答信号（DF11）进行编码。正常情况下，地面询问站在收到此类应答信号后，会因无法通过校验而丢弃这些应答。结果就是运行SI码的地面询问站无法检测到未升级的Non-SI应答机。

因此，在不能确保全空域S模式应答机都具备SI码处理能力的前提下，要想实现II/SI码混合运行，必须采用技术手段实现对Non-SI应答机的可靠检测。

以下技术要求可以用来解决对Non-SI应答机的检测问题[5]：（1）运行SI码的地面询问站应可以接受使用匹配II码进行校验序列编码的应答信号;（2）地面询问站应将做出此类应答信号的应答机标记为Non-SI应答机，即使该应答机的1016寄存器报告该应答机具备SI码处理能力;（3）对于Non-SI应答机，运行SI码的地面询问站应可以使用匹配II码对其进行选呼;（4）当运行SI码的地面询问站使用匹配II码对Non-SI应答机进行选呼时：①不使用匹配II码锁定Non-SI应答机;②使用间歇锁定技术锁定Non-SI应答机。注：此举是为了确保邻近的运行于相同匹配II码（包括运行于II码或运行于SI码）的地面询问站可以捕获Non-SI应答机。（5）当运行II码的地面询问站对未在1016寄存器报告SI码处理能力的应答机进行选呼时：①不锁定该应答机;②使用间歇锁定技术锁定该应答机。注：此举是为了确保邻近的运行于具有相同匹配II码的SI码的地面询问站可以捕获Non-SI应答机。

以上技术手段对应的流程图如图2所示.

根据《中南空管局二次雷达S模式支持能力测试大纲》的要求，中南空管局通导部牵头组织了中南地区二次雷达S模式支持能力的测试工作。该工作测试了各型号雷达设置为SI码运行时对Non-SI应答机的支持能力。测试结果显示，当设置为SI码运行时，THALES、四创、九洲较好的支持了对Non-SI应答机的处理，但是是否对其锁定取决于用户配置;恩瑞特雷达在目标捕获后的处理过程中存在错误标识Non-SI应答机的问题;INDRA和SELEX由于测试现场条件问题未能进行全面测试[6]。可见当前国内在役的各S模式二次雷达对Non-SI应答机的支持能力并未全部达到要求。

同时，应完善二次雷达S模式支持能力测试工作，补充测试雷达设置为II码运行时对Non-SI应答机的锁定情况，为II/SI码混合运行做好准备工作。

2.2  II/SI码的联合分配

因为Non-SI应答机的存在，在存在重叠覆盖区域的雷达间分配II/SI码时，应首先考虑分配IC字段不同的II/SI码。这样在任何情况下所有雷达都可以使用全呼锁定协议，并执行锁定指令。

这种分配机制有以下三种表现形式：（1）两套S模式雷达分配两个不同的II码;（2）两套S模式雷达分配两个IC字段不同的SI码;（3）两套S模式雷达分配一个II码和一个IC字段不同的SI码。

上述分配机制最大的不足是，如果要求IC字段不同，那么SI码的引入并没有带来实质改变，可供分配的IC码仍然是16个，这与II码的数量一致。

考虑到如果S模式雷达非常密集，不可能为所有雷达分配IC字段不同的II/SI码。因此，在不能确保全空域S模式应答机都具备SI码处理能力之前，应采用技术手段解决或避免询问机代码冲突的问题。

可以考虑的技术手段有以下三种：（1）全呼锁定忽略（漠视锁定）;（2）非锁定;（3）间歇锁定。

在上述技术手段中，全呼锁定忽略协议可以独立应用，不用与其他地面询问站协调，而非锁定或间歇锁定协议要求所有相关地面询问站都要遵循相同的规则，在相同的覆盖区域内使用相同的技术进行间歇锁定，因此推薦采用全呼锁定忽略技术解决询问机代码冲突问题。

3结语

中国幅员辽阔，与多国相邻，且未来S模式雷达部署数量较多，为避免II码资源紧张而导致存在冲突，应积极为II/SI码混合运行做好准备工作。

考虑到并非所有S模式应答机都具备SI码处理能力，在II/SI混合运行模式下，S模式雷达地面询问机必须满足一定的技术要求才能实现对Non-SI应答机的可靠检测[6]。通过测试，国内现役的各型号雷达运行于SI码时并非全部满足检测Non-SI应答机所需的技术要求。同时，建议修订《中南空管局二次雷达S模式支持能力测试大纲》，增加各雷达型号设置为II码运行时对Non-SI应答机的锁定情况的测试工作。

在考虑II/SI码联合分配时，应首先考虑为存在重叠覆盖区域的雷达分配IC字段不同的II/SI码;在S模式雷达非常密集导致不可能为所有雷达分配IC字段不同的II/SI码时，应优先采用全呼锁定忽略技术解决询问机代码冲突的问题。

参考文献

[1] 王刚.二次雷达S模式起飞航班探测优化研究[J].信息化研究，2020，46（6）：17-20，33.

[2] 董惠心.浅析二次雷达S模式性能与应用[J].电子世界，2020（14）：122-123.

[3] 杨光.S模式二次雷达组网算法及评价系统研究[D].德阳：中国民用航空飞行学院，2020.

[4] 吴胜前.二次雷达S模式监视能力评估[J].科技创新导报，2020，17（14）：130-131.

[5] 魏经纬.基于AD9361的二次雷达接收机解调模块设计[D].成都：电子科技大学，2021.

[6] 咸儆醒.二次雷达S模式询问机代码处理方法研究[J].信息化研究，2020，46（2）：17-20.

3788500338273