SSR二次雷達課件.ppt

1、2020/9/13,二次雷達（SSR）,中國民航大學電子信息工程學院,內容提要,空管監(jiān)視技術 SSR歷史發(fā)展 SSR基本原理 SSR特有問題 Mode S SSR,空管監(jiān)視技術,CNS/ATM,新一代航行系統(tǒng) C: Communication 通信 N: Navigation 導航 S: Surveillance 監(jiān)視 ATM: Air Traffic Management ATC（空中交通管制） ATFM,監(jiān)視：提供飛機信息，提供相關服務，是管制員管理飛機的手段。,空管監(jiān)視技術,監(jiān)視信息源,一次雷達、二次雷達（主要） 自動相關監(jiān)視 多點定位（MLAT） 場面監(jiān)視雷達,二次雷達能夠獲得飛機的代

2、碼、距離、方位、高度等信息，是我國目前主要的空管監(jiān)視數(shù)據(jù)源。,空管監(jiān)視技術,空管監(jiān)視技術,空管監(jiān)視技術,空管監(jiān)視技術,空管監(jiān)視技術,空管監(jiān)視技術,空管監(jiān)視技術,監(jiān)視技術比較,空管監(jiān)視技術,監(jiān)視政策規(guī)劃,二次雷達,SSR，Secondary Surveillance Radar,SSR使得管制員可以可靠地識別屏幕上的飛機。,二次雷達,二次雷達,收、發(fā)工作頻率不同 發(fā)射：1030MHz 接收：1090MHz 信號單程工作 具有通信的特征,詢問 (1030 MHz),回答 (1090 MHz),特點,第一代，二戰(zhàn)時期，敵我識別系統(tǒng)（IFF）。 第二代，1950s，ATCRBS，人工解碼。 第三代，1

3、950s，SSR，信標譯碼系統(tǒng)。 第四代，1960s，計算機技術引入，自動化。 第五代，1990s，單脈沖技術、Mode S、自動化系統(tǒng)。,SSR歷史發(fā)展,SSR歷史發(fā)展,SSR基本原理,組成 信號格式 詢問旁瓣抑制技術 單脈沖測角技術 天線系統(tǒng) 發(fā)射機 接收機 錄取器,SSR組成,SSR組成,信號格式,詢問信號 應答信號,發(fā)送和接收的是脈沖編碼信號。,詢問信號,地面詢問機產生一個調制信息的射頻脈沖發(fā)射給飛機，這個信號被稱為 詢問信號（Interrogation） 三脈沖詢問體制,詢問信號,P1-P3：模式詢問脈沖 詢問波束（主瓣）輻射 P2： 旁瓣抑制脈沖（控制脈沖） 控制波束輻射,ICAO

4、規(guī)定民用航管二次雷達只采用模式A和模式C交替詢問。,應答信號,機載應答機檢測到詢問信息并返回一個射頻調制脈沖作為 應答信號（Replies） 應答信號格式除了F1和F2包括X位由13個脈沖（位）組成,應答信號,F,1,C,1,A,1,C,2,A,2,C,4,A,4,B,1,D,1,B,2,D,2,B,4,D,4,F,2,0.45S,1.45S,X,F,2,S,P,I,4.35S,F1，F(xiàn)2：框架（幀）脈沖 表明一個回答的存在 每次回答必須發(fā)射,應答信號,A，B，C，D：信息脈沖 表明一個回答的數(shù)據(jù)。 模式A和模式C的含義不同。 有嚴格的位置關系（N*1.45微秒）,F,1,C,1,A,1,C,

5、2,A,2,C,4,A,4,B,1,D,1,B,2,D,2,B,4,D,4,F,2,0.45S,1.45S,X,F,2,S,P,I,4.35S,應答信號,X：備用位 S模式定義：邏輯0，高度碼單位為英尺 邏輯1，高度碼單位為公尺 目前恒為邏輯0,F,1,C,1,A,1,C,2,A,2,C,4,A,4,B,1,D,1,B,2,D,2,B,4,D,4,F,2,0.45S,1.45S,X,F,2,S,P,I,4.35S,應答信號,SPI：特殊位置識別脈沖。 在F2脈沖后4.35 微秒。 由管制員請求（在模式A）發(fā)射。 持續(xù)20秒自動結束發(fā)射,F,1,C,1,A,1,C,2,A,2,C,4,A,4,B

6、,1,D,1,B,2,D,2,B,4,D,4,F,2,0.45S,1.45S,X,F,2,S,P,I,4.35S,應答信號,響應模式A詢問是回答識別碼 識別碼的碼序： A，B，C，D,F,1,C,1,A,1,C,2,A,2,C,4,A,4,B,1,D,1,B,2,D,2,B,4,D,4,F,2,X,F,2,7,7,7,7,A B CD,應答信號,響應模式C詢問回答高度碼 碼序,應答信號,D，A，B共九位是標準循環(huán)碼， 按500英尺遞增 C三位是五周期循環(huán)碼， 按100英尺遞增 D1代表高度碼的最高位。 由于民航飛行器目前達不到這個高度 D1位恒為0 高度碼最低位代表-1200英尺,應答信號,標

7、準循環(huán)碼,應答信號,五周期碼 依照循環(huán)碼奇偶性查表 上例循環(huán)碼偶數(shù)位， 所以，010代表2， 即200英尺,應答信號,如下高度碼代表海拔高度20000英尺,詢問旁瓣抑制技術,天線旁瓣的存在造成 天線旁瓣可能對飛機實現(xiàn)有效詢問 天線旁瓣可能接收到飛行的應答 Remark：產生較大的定位誤差,詢問旁瓣抑制技術,繞環(huán)現(xiàn)象 由于雷達站附近的目標 受到旁瓣詢問，于是 出現(xiàn)斷續(xù)的回答。 呈現(xiàn)“繞環(huán)現(xiàn)象” 這些回答是同步回答， 距離相同,增加一個控制波束，控制波束的波瓣應覆蓋詢問波束的旁瓣，控制波束輻射P2脈沖,詢問旁瓣抑制技術,空間信號特征,P1,P2,P3,P1,P3,P2,P2,P2,控制波束,P1,

8、P2,P3,P1,P2,P3,控制波束,詢問波束,詢問旁瓣抑制技術,空間信號特征 主瓣方向 P1 P2 旁瓣方向 P1 P2 應答機判決P1和P2的幅度關系： P1 P2 主瓣詢問 給予回答 P1 P2 旁瓣詢問 不予回答 自P2脈沖起抑制35us,詢問旁瓣抑制技術,單脈沖測角技術,單脈沖技術測角的三要素,單脈沖技術測角的三要素 天線瞄準軸指向角 由天饋系統(tǒng)碼盤提供。 偏離瞄準軸信息 偏離瞄準軸方向 均由單脈沖技術解決。,q,單脈沖測角技術,單脈沖測角原理,波程差,目標,天線瞄準軸,測角結構圖,單脈沖測角技術,測角示意圖,單脈沖測角技術,和差信號,偏離瞄準軸大小,單脈沖測角技術,差信號的幅度大

9、小與偏離瞄準軸的大小有關。,單脈沖測角技術,偏離瞄準軸方向,和差信號的相位關系與偏離瞄準軸的方向有關。,單脈沖測角技術,OBA信息,結構,差端口： L和R信號相位相差180，疊加信號為 矢量差 和端口： L和R信號相位差0 ，疊加信號為 矢量和,單脈沖測角技術,和-差電橋,環(huán)形電橋采用微帶線技術,工作頻率設為1060MHz.,單脈沖測角技術,和-差信號,水平方向圖 詢問波束： 和波束發(fā)射P1-P3,接收回答。 差波束接收回答產生單脈沖信息。 控制波束：發(fā)射P2ISLS 接收回答RSLS,天線系統(tǒng),天線系統(tǒng),水平波束,水平方向圖技術要求,天線系統(tǒng),實際水平波束,天線系統(tǒng),垂直方向圖形狀,天線系統(tǒng)

10、,垂直方向圖,天線系統(tǒng), 0：按1.8dB/度衰減 012：呈筆形波束 1224：呈余割平方形波束 36 72 ：單調衰減到-30dB,THALES AS909天線,天線系統(tǒng),大垂直孔徑天線,天線系統(tǒng),開放式陣列（open array） 大垂直孔徑天線（LVA） 軸對稱，左右各17個輻射柱，饋電規(guī)律相同。 輻射柱之間是反射器。,天線結構,天線系統(tǒng),Raytheon的LVA天線,天線系統(tǒng),橫梁,內部功分電路,反射柱,輻射柱,背部輻射柱,天線系統(tǒng),偶極子,中心接頭,標尺,功分電路,輻射柱,天線系統(tǒng),單輻射柱功率分配示意圖,天線系統(tǒng),單脈沖二次雷達LVA天線的垂直輻射單元饋電的幅度和相位各不相同以保

11、證垂直方向圖的形狀。,單輻射柱的功率分配結構圖,天線系統(tǒng),ALE-9天線功率分配,天線系統(tǒng),Raytheon天線的功率分配,側邊功分器,中心功分器,Raytheon天線的功分器,天線系統(tǒng),天線驅動,天線系統(tǒng),天線驅動,天線系統(tǒng),天線驅動,天線系統(tǒng),發(fā)射機,發(fā)射機 模式產生器 振蕩器 調制器 功率放大,發(fā)射機,產生同步觸發(fā)信號 產生模式詢問脈沖并進行分配 抑制脈沖用于標識某詢問信號產生，并送達其它發(fā)射設備 產生交替的詢問模式 產生系統(tǒng)定時,模式產生器,錄取器觸發(fā),Rx S/Test,錄取門,Processor S/Tests & Synth Target,Antenna Pattern Meas

12、urement,SUM INT,CONTROL INT,33,3333,30,153,240,240,注：時間單位為 S,4545 for 220Hz,MAX RECCOMMENDED PRF = 220Hz,模式脈沖,P3-30,P3-31,P3,最大作用距離,Range Listening Interval for Site Monitor (real time),系統(tǒng)觸發(fā),P3 to P3 - 500,系統(tǒng)觸發(fā),模式產生器時序圖,發(fā)射機,模式產生器基本組成,發(fā)射機,作用：形成詢問所需的1030MHz載波信號,振蕩器,發(fā)射機,形成：振蕩器工作在114.444MHz（采用石 英晶振），倍頻器

13、為9倍頻,發(fā)射機,航管常用的調制方式： 三極管調制：集電極調制 二極管調制：開關調制 電橋調制,調制器,接收機,切線靈敏度,接收機,靈敏度是衡量接收機檢測微弱信號的能力。 使雷達能夠正常工作時的最小輸入信號功率。 航管二次雷達靈敏度表征切線靈敏度,接收機,接收機帶寬 用于抑制鄰近波道干擾和抑制帶外噪聲。 接收機一般含有兩個濾波器（兩個帶寬） 射頻帶寬： 抑制鏡像干擾和(L波段)PSR帶外的強信號干擾 中頻帶寬： 鄰近波道干擾,接收機,接收機帶寬指標,SSR接收機帶寬主要由中頻段帶寬所決定。,定義：使接收機能夠正常工作時的輸入信號允許的最大變化范圍 航管二次雷達接收機要求 動態(tài)范圍大于60dB,

14、動態(tài)范圍,接收機,用于發(fā)射時保護接收機和鏡像干擾抑制,預選器,接收機,采用低噪聲放大器是為了降低整機的噪聲系數(shù)，提高接收機的靈敏度。,低噪聲放大器,接收機,混頻器 將回答頻率進行頻譜變換變換成60MHz中頻 混頻器的本振來自發(fā)射機的頻率源 中放 決定了接收機的頻率響應和增益 為了提高接收機動態(tài)范圍采用對數(shù)接收機,接收機,檢波和視頻放大 檢波 是一次頻譜變換 采用包絡檢波器 視頻放大 將檢波輸出信號放大到后續(xù)電路可用電平,接收機,是一種擴大動態(tài)范圍的方法。 目前STC 在航管二次雷達使用上有三種方式 射頻 STC 微波電調衰減器（Toshiba） 中頻 GTC電容電橋衰減器（Thomson） 視

15、頻 STC門（Alenia）,靈敏度時間控制（STC）,接收機,接收機,靈敏度時間控制(STC) 原理：按 6dB/倍時程 衰減輸入信號使輸出恒定,接收機,可編程STC 劃分出方位距離單元 方位32扇區(qū)（11.25） 距離以海里劃分 每個扇區(qū)保持理論的 STC衰減值,再根據(jù)實際要求按照方位距離單元調整,接收機,RSLS， Reception with Side Lobe Suppression,和通道,主瓣目標,旁瓣目標,控制通道,接收機,接收機旁瓣抑制,單脈沖接收機,接收機,幾個考慮問題 兩路接收機公用一個本振 混頻輸出應保持輸入時的原有相位關系 保證偏離瞄準軸方向不變 兩路接收機應設置相位

16、校正電路 放大過程兩路接收機的相移相同 保證原有相位關系使偏離瞄準軸方向不變,單脈沖接收機,接收機,幾個考慮問題 兩路接收機的增益保持一致 保證兩路信號的固有的幅度關系 這樣就確保減少偏離瞄準軸的大小誤差 電路中的增益控制是對兩路增益的監(jiān)測，在幅度校正器中調整。,單脈沖接收機,接收機,幾個考慮問題 必須采用大動態(tài)范圍的接收機 避免幅度失真引起的偏離瞄準軸大小錯誤 應采用對數(shù)放大 對數(shù)輸出帶來電路運算的好處，簡化電路設計,單脈沖接收機,接收機,幾個考慮問題 差信號的歸一化 保證在相同偏離瞄準軸角度情況下不因目標距離的遠近，差信號強度不同引起測角差異。 用和信號歸一，差信號的強弱變成比值，查表得到

17、對應的偏離瞄準軸角度。,單脈沖接收機,接收機,錄取器,單脈沖二次雷達錄取器,脈沖檢測最終給出脈沖報告 完成窄脈沖抑制 脈沖寬度分析 脈沖屬性的賦值 回答處理最終給出回答報告 完成脈沖到達時間定時，將一系列脈沖串組成回答組，分解竄擾回答。 回答相關最終給出目標報告（點跡） 目標在波束駐留期間，組合同一目標的全部信息生成點跡。,錄取器,雷達數(shù)據(jù)處理,雷達數(shù)據(jù)處理,特有問題,錯覺 異步干擾 旁瓣詢問引起的回答 反射問題 同步竄擾 回答丟失 無線視頻干擾,特有問題,二次雷達的特點：,收發(fā)具有統(tǒng)一的頻率，1030MHz，1090MHz 應答機的天線為全向天線 信號單程輻射 編碼信號,定義： 檢測出的應答

18、F1脈沖為代碼脈沖或為一個應答的框架脈沖，而F2脈沖為代碼脈沖或另一個應答的框架脈沖 影響： 使后續(xù)處理加重負擔，干擾正確的航跡跟蹤 解決方法： 單脈沖技術可以判決錯覺假目標,錯覺,特有問題,錯覺（Phantom）假目標示意圖,特有問題,特有問題,無向應答,A站,B站,500 nm,異步干擾影響,特有問題,特征：同步回答 原因： 詢問機的旁瓣出現(xiàn)穿透控制波束現(xiàn)象 詢問機的控制脈沖輻射功率降低,旁瓣詢問引起應答機回答,特有問題,旁瓣引起的詢問示意圖,特有問題,地物反射引起的假目標（Ghost） 主瓣詢問受地物遮蔽引起反射觸發(fā)應答機回答（多徑）。 特征：同步回答 影響：在不同的距離和方位上出現(xiàn) 標

19、牌相同的兩個回答，出現(xiàn)時間較短,反射問題,特有問題,反射假目標示意圖,特有問題,反射應答,直接應答,由水平表面引起的主瓣反射,特有問題,由于波束中兩個（或多個）目標間隔20.3 導致同步竄擾,同步竄擾（Garble）,特有問題,詢問,應答,F1,F2,Range Tgt 1,Range Tgt 2,20.3 S,F1,F2,20.3 S,同步竄擾（Garble）,特有問題,同步竄擾可能出現(xiàn)三種狀態(tài) 隔離： 回答碼信息位落在信息脈沖間隔之間 粘連： 回答碼信息位有部分重疊，粘連結果 使粘連信息脈沖變寬 占位： 回答碼位完全重疊，兩回答之間相互占位,特有問題,回答交織可能出現(xiàn)三種狀態(tài)示意圖,特有問題,模式S二次雷達,S 模式(選擇)是一種使用航行器全世界唯一地址進行選擇性詢問的二次監(jiān)視雷達技術。,模式S二次雷達,S模式詢問,模式S二次雷達,特點,S模式意味著減少詢問數(shù)目并選擇尋址來減少阻塞和混疊 更高的航行器數(shù)據(jù)完整性, 由于S模式的唯一地址和更安全的數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)鏈技術使得可提供更多的機載數(shù)據(jù),模式S二次雷達,優(yōu)點,更高的航行器數(shù)據(jù)完整性, 由于S模式的唯一地址和更安全的數(shù)據(jù)傳輸。,減少詢問已減少阻塞 可靠的反射處理 更好的編碼糾錯能力,模式S二次雷達,優(yōu)點,選擇性