对航管二次雷达干扰现象的分析＊

赵 崧 陈 娇 肖 希

（1.海装重庆局 重庆 400042）（2.总装驻绵阳地区军代室 绵阳 621000）

1 引言

航管二次雷达（SSR，Secondary Surveillance Radar）通常也称为航空交通管制雷达信标系统ATCRB（Air Traffic Control Radar Beacon System）或航管二次监视雷达，它是由询问雷达向目标发射询问信号，装有应答器的目标自动转发应答信号给询问雷达，雷达接收应答信号来检测和识别目标。在实际使用中，由于航管二次雷达现阶段本身技术的局限性，以及客观环境条件，容易受到干扰，导致不能完全实现期望的性能。该文从常见的几种干扰现象进行分析，寻找解决干扰现象的途径。

2 二次雷达工作原理

二次雷达的询问信号为脉冲幅度调制信号，载波为射频信号，调制脉冲为脉冲对Pl和P3，脉宽为0.8μs，通过定向天线辐射［1］。Pl和P3 询问脉冲对之间的间隔是固定的，它们之间的间隔决定了询问的模式。P2为旁瓣抑制脉冲，通过全向天线辐射。要求Pl脉冲幅度要比P2脉冲幅度大9dB，应答机才能对它进行译码和作编码回答。P2脉冲是在Pl脉冲发出2μs后发出，以起旁瓣抑制作用。

按照ICAO 规范，传统空管二次雷达共有六种询问模式，分别称为1、2、3／A、B、C、D 模式。其中1、2模式专用于军用识别询问；3／A 模式兼用于军用识别和民用识别；B模式只用于民用识别；C模式用于高度识别；而D 模式作为备用询问模式，目前未指定用于何用途［1］。

图1 航管二次雷达示意图

图2 脉冲信号示意图

航管二次雷达有以下优缺点：

1）应答机的回答频率为1090MHz，而询问载率被限制在1030MHz，可避免PSR 常见的地物杂波、气象杂波等干扰，且回波与RCS无关，所以无目标闪烁现象。

2）因为航管二次雷达不依靠电波反射，基于电波的单程传输，所以其发射功率比PSR小得多，且体积质量也很小。

3）SSR可以提供识别等信息，危急时可发出告警信号。

缺点：需要飞机上装有应答机。

3 对几种干扰现象的分析

3.1 扰环效应

天线波瓣图在发射时表示雷达在各个方向上辐射信号能量强度（或称增益）的分布，在接收时表示雷达在各个方向上对同径向距离等强度信号感应的能量强度的分布［2］。对于任一实际雷达发射天线来说，除主瓣发射询问脉冲功率外，总有副瓣泄漏部分功率。因此，在近距离上，应答器可能被旁瓣触发，以致于在全方位上都有应答信号，使得在P型显示器上出现所谓“扰环效应”［3］。

3.2 多径效应

“多路径”描述了在雷达发射天线、目标和接收天线之间存在一条以上路径的现象［4］。由地面反射引起的多路径效应一直是影响雷达性能的主要因素之一，导致雷达接收信号的起伏，影响二次雷达的检测和解码性能；而建筑物的反射会在建筑物的后面产生虚假的目标报告。

各种多径形式可分为以下三类：

1）经由地面的反射波与直射波到达同一垂面；

2）通过凸凹物的反射波与直射波的水平夹角很小；

3）通过凸凹物的反射波与直射波的水平夹角较大。

此三类多径现象的每一类又可分为以下两种情况：

1）二路径程差很小，以致通过不同路径到达的同一应答脉冲严重交叠；

2）二路径程差较大以致二路应答脉冲很少或根本不交叠。

当询问机询问或应答机回答时所发射的电磁波碰到山峰或高大建筑物等固定目标而反射时，将会造成距离和方位都不正确的假目标的显示。多路径效应的影响使某些区域作用距离增强，某些区域作用距离减弱，从而严重影响雷达的探测性能。

电磁波传播在垂直平面的反射是雷达信号多路径现象中的一种，所导致的垂直波瓣图开裂将引起某些高度角上垂直覆盖的威力下降，某些高度角作用距离增加，因而目标在等高飞行过程中可能出现航迹间断的现象。结果，许多发射的能量被直接发向地面，致使飞机收到的信号是直射波和反射波的合成。由此导致了垂直方向的波瓣分裂，这也就造成了飞机飞行时经过信号强弱不同的区域。在一定的距离和高度处，飞机收到的信号强度不够，以致不能被机载应答器检测出来，所以也就不会进行应答。在某种程度上，可以通过增大地面发射机功率来减小盲区。

3.3 大气波导环境影响

在一定的气象条件下，在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波，受大气折射的影响，其传播轨迹弯向地面，当曲率超过地球表面曲率时，电磁波会部分地被陷获在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这种现象称为电磁波的大气波导传播［5］。大气波导是一种异常天气引起的一种超折射现象，且在海域和陆地任何时间均有可能存在，在一定的大气波导条件下，当波导内的辐射源以某一小仰角发射一定频率的电磁波时，电磁波就会被“陷获”在大气波导内传播，从而实现超视距传播，同时由于大气波导的作用，雷达会产生电磁盲区。通常这种盲区分为两类：顶部盲区和跳跃盲区。电磁波被大气波导“陷获”与电磁波的波长、大气波导的厚度、大气修正折射指数垂直梯度、发射仰角有关。只有当大气波导的厚度远大于电磁波的波长，且回波或应答信号与海平面的仰角大于临界仰角时，电磁波才能被“陷获”。因此，当二次雷达处在大气波导环境中，大气波导的厚度和强度足够大时，二次雷达发射波和应答波也会被“陷获”。

4 解决方法

4.1 解决“扰环效应”的方法

为消除“扰环效应”的影响，可以采用两个发射通道：Σ和Ω，Σ通道产生P1－P3发射功率，另一个产生P2发射功率。发射信号能量经收发转换开关、射频切换开关，分别馈向天线的Σ、Ω 通道向空中辐射。通常称Σ 波束的高增益部分为主瓣，其它部分被称为副瓣。此时，只需应答器比较P1－P3信号和P2信号功率大小，就可以识别出旁瓣询问信号，并对旁瓣询问不给予应答，即可达到旁瓣询问抑制的目的。

当处于一部雷达天线副瓣位置内的飞机，在其接收到其它二次雷达的异步询问时而给予的应答，会对本雷达产生异步干扰。为消除这种干扰，可以利用单脉冲二次雷达Σ波瓣和Ω 波瓣特性，应答信号同时由和波束和差波束接收，将Σ接收机与Ω 接收机接收到的应答码信号幅度进行比较，若Ω 信号大于Σ信号则可判断为是副瓣内的应答信号，并产生接收旁瓣抑制信号RSLS，此时对Σ 波束范围内接收到的回波将不作应答检测，从而有效地抑制了这类干扰，达到旁瓣接收抑制目的。

4.2 解决“多径效应”和大气波导环境影响

采用改进的天线，尤其是采用单脉冲测向技术可以解决许多此类问题。在二次雷达中可以采用滑窗处理技术，去掉系统自身的干扰和多径干扰，降低这些干扰造成的虚报概率，提高目标检测概率，控制波束方向图增益比副瓣方向波束增益大，但却比主波束增益低。

单脉冲技术可以精确测定每一应答脉冲的到达角。这是通过测量和、差通道的信号比而得到的。来自天线中心线方向的应答信号在和信道上产生一强信号，而在差信道上产生很小的信号。而来自天线中心轴两旁的回答，其和、差通道的信号幅度就非常相近。通过对和、差通道信号相位测量就可以很容易地确定应答信号是来自地面询问天线中心的左边还是右边。如果有必要的话，通过精确测量一次应答的一个脉冲的和、差通道信号比也就可以确定飞机的方位角。此种技术需用较高的重复速率进行询问。同时，多雷达数据融合技术也是当前的研究方向。

5 结语

近年来，航管二次雷达技术发展较为迅速，在抗干扰层面上也取得了一些突破，但是仍然存在一些固有的干扰问题。笔者通过对几种干扰现象分析后，进一步思考后提出解决的途径，对克服此类问题具有一定的指导意义。

［1］张尉.二次雷达原理［M］.国防工业出版社，2009－5－1.

［2］《空军装备系列丛书》编审委员会.机载雷达装备［M］.航空工业出版社，2010－6－1.

［3］丁鹭飞，耿富录.雷达原理［M］.西安电子科技大学出版社，2002－6－1.

［4］俞小鼎.多普勒天气雷达原理与业务应用［M］.气象出版社，2006－2－1.

［5］焦中生，沈超玲，张云.气象雷达原理［M］.气象出版社，2005－10－1.

［6］张永顺.雷达电子战原理［M］.国防工业出版社，2006，3.

［7］李旭东，陈冬，程鹏.二次散射对脉冲激光雷达回波功率的影响［J］.计算机与数字工程，2012，40（1）.