试探二次监视雷达系统存在的干扰问题及解决方法

2021-04-21欧刚易威

商品与质量 2021年19期

欧刚易威

四川九洲空管科技有限责任公司四川绵阳 621000

SSR以其能够捕获目标身份、位置、飞行姿态以及特殊代码等信息，有效提高了对空情目标的监视、跟踪和识别能力等优点，在军/民航空管系统中具有广泛的应用，在保障航空交通运输安全及其高效和有序运行方面起着关键作用。然而，由于SSR使用1030MHz的询问频率和1090MHz的应答频率，采用非加密编码，信号调制和处理方式也较为简单，使得SSR较易受到干扰；随着军/民航领域的飞速发展，飞行目标大量增加且越来越密集，SSR使用的地理环境和空域电磁环境越来越复杂，导致SSR在受到干扰情况下会产生代码错误、多目标和目标分裂等虚假目标或目标不应答等问题，对空管情报保障及航空飞行安全带来重大隐患。

本文主要针对SSR在高密度应答环境及复杂电磁环境下的干扰问题进行分析并提出有效解决方法。

1 二次监视雷达系统存在的主要干扰问题

SSR干扰信号分为：多径效应、异步干扰、同步窜扰、旁瓣干扰和有用信号丢失等。

1.1 信号的多径效应

影响和限制SSR达到其探测性能的主要因素是多径，“多径”是指在发射和接收之间不止一条信号传播路径，这些路径包括发射和接收之间的直接路径，来自自然和人工物体的反射等[1]。多径类型及造成的系统误差见表1。

表1 多径分类及造成的系统误差

1.2 信号的异步干扰

飞行目标的应答天线为全向天线，其可接收360°方位SSR的询问信号。当应答机接收到有效的询问信号后，就会根据询问信号的要求全方向辐射应答信号，结果一个SSR触发的应答信号，就可能被作用范围内的其他SSR接收到，对于作用范围内的其他SSR，其接收到的信号即为“时间不同步信号”，即所谓的异步干扰或混扰。异步干扰信号会产生错误的目标报告，也会干扰同步应答信号，从而影响对飞行目标身份和高度的正确译码。

1.3 信号的同步窜扰

在空域飞行目标数量比较多时，会出现两个或多个飞行目标同时对一个SSR的询问进行应答，SSR会同时收到多个应答信号，由于飞机距离SSR具有大致相同的距离，应答脉冲组相互重叠，或应答脉冲出现位置相互重叠（即“窜扰”），出现信号同步窜扰问题，当重叠脉冲或脉冲组不满足解码要求时，目标信号就会被丢弃或出现错误译码。

1.4 旁瓣及尾瓣干扰

大多数SSR天线采用线型或平面阵列型，并对馈电系统内的相位进行专门设计来形成天线的和波束（Σ）、差波束（Δ）及控制波束（Ω）等主波束，在波束合成后不可避免地会在前向形成旁瓣，在后向形成尾瓣。较强的应答信号可能会通过副瓣或尾瓣进入SSR接收机参与解码并产生虚假目标。

1.5 有用信号的丢失

1.5.1 群捕获

应答机相应不同SSR询问需要一段休止期来恢复电源供应和发射机输出级的冷却，其最长休止期时间可以持续125μs，典型值为25μs。如果一个SSR触发了近似同步的异步应答，另外一个SSR捕获自己应答的时间可能延迟几个询问周期。这种丢失一个应答，后面应答的丢失可能性变得非常高的效应即群捕获。

1.5.2 应答率的限制

应答机接收过多询问信号时就会发生过载保护。应答机应答速率限制在每秒500批到2000批之间，如果应答速率超过了预定限制的150%，应答机接收机灵敏度降低超过30dB。

1.5.3 机载设备的抑制

与SSR工作在相同频率的机载设备，存在天线混用的情况，其发射信号会被其他系统的接收机探测到，从而产生干扰，所以通常彼此之间都有互抑制接口。

1.5.4 其他设备的影响

测距仪（DME）的工作频段包括了SSR的工作频率，其脉冲大致是高斯形状，脉宽为3.5μs，所以DME脉冲可能会被误当作SSR重叠应答脉冲，从而影响正确译码。

SSR常与一次雷达合装协同工作，一次雷达发射功率较大，尽管其频率与SSR的不同，但其谐波有可能造成SSR接收机底噪上升，造成译码灵敏度降低。

2 二次监视雷达系统干扰问题的解决方法

2.1 多径效应处理方法

多径效应综合考虑解决SSR在询问和应答阶段询问及接收天线波束失真问题，以及在应答信号处理中脉冲检测和滤波问题。在SSR询问天线已确定的情况下，更多地是在信号处理端对多径效应进行处理[2]。

在点迹处理和数据融合软件中应联合采用动态综合多径抑制处理技术。在点迹处理中，进行同波束距离测试、信号强度测试、潜在反射测试，同时点迹处理软件将每个应答的幅度、置信度、应答次数等有效信号判定特征信息送入数据融合软件。数据融合软件再对不同波束内点迹进行距离测试，信号强度测试，潜在反射测试，反射区域测试，潜在环绕测试，历史点迹测试等，综合评估出置信度最高的航迹作为目标航迹数据送出。

2.2 异步干扰处理方法

2.2.1 接收旁瓣抑制（RSLS）

异步应答信号绝大部分是通过SSR天线旁瓣接收的，所以通过接收旁瓣抑制可有效抑制异步应答信号。接收旁瓣抑制通过和波束（Σ）接收信号与控制波束（Ω）接收信号相减去除和波束旁瓣接收到的干扰信号。

2.2.2 灵敏时间控制（STC）曲线抑制

在自由空间条件下，SSR接收到应答信号的强度与飞行目标的距离平方成反比，因此，STC曲线按每倍频程衰减6dB规律产生，同时，STC曲线还按不同方位和距离段可分别设置，以适应该区域应答信号的幅度变化特征。将接收的和波束（Σ）应答信号与STC曲线比较，可有效去除低于STC曲线的杂波干扰信号。

2.2.3 其余虚假应答信号抑制

滤除应答信号中脉冲宽度小于0.3μs的各种干扰窄脉冲；

滤除应答信号中C2_SPI虚假应答信号；

通过周期距离相关滤除应答信号中的异步虚假信号。

2.3 同步窜扰处理方法

SSR通过询问周期参差（跳变），将同步干扰变为异步信号，并通过周期距离相关去掉异步虚假信号；

SSR对真实的同步窜扰信号用滑窗法进行交叠应答信号处理：首先通过检测该位置有无脉冲对来检测框架，然后进行幻影处理。对一串重叠的框架中所有中间的框架全部认为是幻影而丢掉，只保留第一个和最后一个框架；然后对代码进行提取，将保留的真实框架中代码相应位置上有脉冲的认为其代码为1，没有脉冲则代码为0。这种方法在低密度应答中能准确检测到可能存在的框架，在中低密度中能准确去除大多数的异步干扰。该方法最多只能同时处理两架飞机，在高密度应答情况下检测率低且容易出现误判[3]；

在多雷达共同覆盖区域可采用多雷达融合信息处理，充分利用多个传感器资源，对观测到的信息进行合理支配和使用，把在时间和空间上的冗余或互补信息按照某种准则进行组合，获得对被观测目标的一致确认。

2.4 副瓣及尾瓣干扰处理方法

询问旁瓣抑制（ISLS，发射P2）和改进询问旁瓣抑制（IISLS发射P1+P2）

用Ω通道发射旁瓣询问抑制信号（P2或P1+P2），利用应答机的应答准则，实现ISLS和IISLS功能，减少或抑制旁瓣询问产生的应答信号。

接收旁瓣抑制：同3.2.1。

尾瓣抑制：在SSR天线安装一个背辐射器抵消后向尾瓣进入的干扰。

2.5 有用信号丢失处理方法

SSR主要根据阵地的具体情况采用有针对性的询问策略来减少有用信号的丢失，并通过带通滤波有效抑制带外的干扰。

2.6 多区域指向性抗干扰措施

在SSR覆盖的范围内某些特殊的区域会产生不同特征的干扰，单一和全局的抗干扰措施无法满足日益复杂的阵地环境对设备探测效果的影响，因此消除区域性特殊干扰问题必须采用“多区域指向性抗干扰”措施。

多区域指向性抗干扰采用设定特殊区域的手段，对SSR阵地覆盖范围内指定地点、特定场地、特殊区域（如机场、停机坪、山区、高大的地标等）出现不同方式干扰进行特殊的抗干扰处理。在信号处理部分设置原始滤波区、功率抑制区（利用多区域功率控制POC）、干扰幅度抑制区（利用精细的方位STC）、反射压制区等特殊处理区域，在数据处理部分设置航迹禁止区、航迹禁止起始区、机场区、停机坪区等多种特殊处理区域指向性抗干扰方法，每种特定区域（可叠加）发挥不同的抗干扰作用，多种抗干扰措施的迭代累积，可有效地减少SSR在复杂地形环境造成的虚假目标，提高SSR目标探测的准确性和可靠性。