二次雷达抗干扰设计方法

2021-07-03吴尧

电子测试 2021年10期

吴尧

（四川九洲电器集团有限责任公司，四川绵阳，621000）

0 引言

20世纪50年代，二次雷达起源于敌我识别MK X（SIF）系统，其通过收发指定频率的电磁波脉冲与民航飞机进行信息交互，成为民航空中交通管制系统的重要组成部分，对保障飞行安全有着极其重要的作用。随着二次雷达系统在民航空中交通管制中的作用越来越重要，用户对其缺点的容忍度也越来越低。宽泛的来讲，二次雷达系统的问题可以分为飞机探测错误和应答数据解码错误两种。引起这类问题的原因也可以分为两大类：系统内相互干扰和环境干扰。

1983年，美国研制出了世界第一台S模式二次雷达设备。S模式二次雷达具有目标选择询问应答功能，有效减少了应答数量，随着S模式二次雷达设备的逐渐普及应用，大幅减少了系统内的相互干扰。本文主要对环境干扰进行分析，寻找出抗干扰处理算法及设计方法。

1 二次监视雷达系统工作原理

按照国际民航组织（ICAO）规范，传统航管二次监视雷达共有6种询问模式，分别称为1、2、3/A、B、C、D模式。实际民航常用3/A、C两种模式，其中3/A（简称A模式）模式兼用于军用识别和民用识别询问，C模式用于高度询问。

机载航管应答机接收到地面二次监视雷达发射的询问信号后，根据询问的模式选择应答内容（一串脉冲），这串脉冲序列即为机载的航管应答信号。A/C询问模式的应答码格式是一致的。如图1所示，应答码由16个信息码为组成，这些信息码位的顺序是F1、C1、A1、C2、A2、C4、A4、X、B1、D1、B2、D2、B4、D4、F2和SPI。每一个信息码位有两种状态，有脉冲时信息为“1”，无脉冲时信息为“0”。其中F1和F2叫做框架脉冲，这两个脉冲信息必须为“1”。

图1 应答信号格式

航管应答机响应A模式询问时，12个信息码从高位到低位的排列顺序是：A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、D4D2D1，地面二次监视雷达按照A、B、C、D每四位数码按八进制进行的数字显示。

2 干扰分析及抗干扰设计方法

2.1 干扰机理分析

根据二次雷达询问、应答信号格式及其编码、译码原理可以将环境干扰分为脉冲干扰和连续波干扰，其中脉冲干扰主要来自环境反射产生的多径信号；而连续波干扰可能来自其他地面通信系统，例如视频传输系统、公众移动通信系统、广播电视系统等电磁背景干扰。

2.2 多径干扰的抗干扰设计

一般多径信号和直射信号在时间上形成交错，两个信号的时间差会改变接收到应答信号的脉冲数目，从而导致地面二次监视雷达错误的解码。如图2所示。

图2 多径造成解码错误

二次雷达使用过程中，同样经常会出现反射干扰的情况，这种情况下二次雷达监视界面通常会出现多个点航迹几乎一样的目标，如图3所示。

图3 反射干扰情况

不同点迹位置的代码大多时候相同，或是相近跳变。通过雷达监视界面很难分辨出虚假和真实应答。此时以上两种多径干扰可以在后端点航迹处理算法中增加对应答信号幅度判断，幅度大的为真实信号；在解码过程中可以对脉冲幅度一致性进行判断，剔除多径信号。

当多个反射信号幅度相位叠加，可能造成反射信号幅度大于真实应答，此时需要进一步对应答信号进行区分。通过查阅民航标准得知，应答机天线端口发射功率为24dBW±3dBW，影响应答信号到达询问接收机的因素主要由以下几点构成：空气湿度、温度、空气中颗粒物、阵地地理环境，而上述前三点影响因素都随时间变化缓慢，阵地环境可看作不随时间变化，因此不同应答机在同距离情况下应答信号到达询问主机的功率是大致一致。在工作工程中，可实时统计空域中飞机在不同距离，不同方位的应答距离和功率，形成可靠的应答信号功率—距离—方位图（简称PDO），如图4所示。