西沙INDRA S模式雷达数据信号异常的分析和处理

林智

摘要

本文以西班牙INDRA二次S模式雷达为背景。首先介绍了雷达的工作特点和信号数据格式参数，而后提供对雷达数据信号质量的分析思路。结合实际例子，对雷达数据信号异常情况进行阐述分析并提出解决方案。

【关键词】INDRA S模式雷达 雷达数据格式信号分析

西沙新装INDRA IRS20-MP/L是我国引进的第一套新型号S模式二次雷达，是三亚区管和香港国际航路监视的最主要信号来源，在三亚情报区实施雷达管制中提供重要作用。本文对该雷达设备在投产运行过程中出现的目标信号异常情况进行分析，并提出合理的解决方案。

1 S模式雷达应用基础

传统单脉冲二次询问雷达的工作方式为雷达发射机发射1030MHz的脉冲信号，向机载设备发出询问，机载应答机接收到有效询问信号后产生相应的频率为1090MHz的应答信号并向地面发射。地面接收机接收到应答机信号，经过计算机系统处理后获得所需信息。相对于一次雷达，二次雷达发射功率小，不存在目标闪烁现象，干扰杂波较少，最主要是提供的信息丰富包含距离、方位角、二次代码、气压高度等。但是，二次雷达A/C，模式的缺点在于信息量不能满足要求，容易产生异步干扰和同步串扰。最新的解決办法为引进S模式雷达，它使用离散寻址询问技术，给每架航空器一个唯一的识别码，就是ICA024位地址码。并且有选择性的按照24位地址码对飞行器进行逐一询问，减少同步串扰的产生。同时，S模式能向下兼容A/C模式的使用，这样可保证所有装有新老应答机的航空器都可识别。

2雷达信号的来源

真实目标是指飞行器被雷达正确识别产生的目标，假目标是指由于杂波、虚警、环境干扰等因素导致雷达错误识别的虚假目标。在雷达单次探测到的，表示目标大小、形状、位置、高度、二次代码的数据或者符号称为点迹。与点迹不同，航迹是由雷达连续探测到，并进行跟踪的飞行器信息，其中包含飞行器航迹号、位置、高度、二次代码、速度、航向、航迹质量等。雷达数据的处理流程为雷达接收机接收到目标信息后将点迹和航迹信息转化成相应雷达格式信号输出，形成单雷达航迹。接下来将此单雷达航迹信息融合后形成多雷达航迹信息，传输路径为雷达站至传输网络至自动化系统，传输接口为RS232，传输协议为HDLC。

3雷达数据格式和类别

雷达的工作状态、扫描目标等信息需要按照规定的格式组织和表示，并传输给数据使用者（例如自动化系统）才能实现对空中目标的远程监视，这就是雷达数据格式。中南地区目前最常用的雷达数据格式为ASTERIX和ALENIA MP2，其中多种雷达均一致使用ASTERIX格式，比如Raytheon、Thales、Indra、Selex等。常见的一些ASTERIX类别：

（1） CATO01，它用于雷达站输出单雷达目标报告，包含点迹plot目标报告和航迹track目标报告。按照天线扫描的角度发送对应的目标，一个CATO01包中封装一个或者多个目标，它有两个UAP，一个记录使用的是哪一个UAP由1001/020（目标报告描述）来确定，第一个字节第8位（最高位）为O表示点迹报告，为1表示航迹报告;

（2） CAT002用于雷达站输出单雷达服务信息，包含正北标记、扇区跨越、正南标记、盲区过滤激活、盲区过滤停止。其中扇区跨越信息的发送与天线旋转角同步，扇区跨越包在雷达天线跨过扇区边界的时候才发出，时间戳为天线转过该扇区起始角度的时刻，每个周期的扇区跨越包数等于雷达的扇区数，ASTERIX格式通常为32个扇区。而正北标记的时间戳为天线转过正北方向的时刻，正北包在雷达天线跨过正北方向时发出;

（3） CAT048是对CATO01的扩展，它把点迹和航迹的UAP合并成一个UAP，时间戳由2字节变成3字节，同步范围从512秒扩展到24小时，支持输出地理高度、航空器24位地址码、航空器识别码（航班号）、S模式通信数据等;

（4） CAT034是对CAT002的更新，它去掉了正南标记信息，强制所有正北包、扇区跨越包都要输出时间戳，并增加拥堵区输出。

4雷达数据分析思路

了解雷达的大致工作原理和数据格式后，我们可以总结下雷达信号分析思路：

（1）符合雷达标准格式的雷达信号才是好的雷达信号;

（2）从信号使用者（例如自动化系统）的角度出发，自动化系统能使用正常的雷达信号才是好的雷达信号。

对雷达信号的要求进行分类、归纳，形成一个质量评估体系，使用工具对雷达信号质量评估体系中的指标进行逐一检查，找出不符合要求的指标通信层指标为信号是否会中断、是否采用标准的信号引脚、传输速率是否标准的波特率、有无存在CRC错帧、有无存在断帧、有无延时、延时是否稳定等;数据层指标为是否符合相应的雷达格式、雷达周期是否稳定、是否有测距和测角误差、目标丢失高度和位置的频率多不多、目标的高度跳变和位置跳变大不大、雷达的覆盖范围是否满足要求、跟其他雷达比较位置，高度速度等信息是否一致。

5数据异常分析和处理

（1）在初次雷达测试中，发现三亚区管自动化系统识别不了SAC和SIC码，显示不出雷达目标航迹信号。中南空管局给于西沙INDRA雷达分配的配置为SAC=16和SIC=119，这两个数值为每个雷达站专属，不会重复。从本地VR3000监视系统上点击一个目标观察数据格式内容，发现数据内SAC和SIC也出现error显示。我们发现出现的问题在于雷达头SAC和SIC的数值为十进制设置，而自动化系统的SAC和SIC值必须设定为十六进制，即将SAC=16转换为10和SIC=119转换为77后自动化上立即出现目标。虽然Telephonics自动化系统要求ASTERIX-MONO格式的雷达信号中SAC/SIC码必须与系统中默认位置配置要一致，我们也要注意配置数值的时候进制之间的转换问题。

（2）当雷达切换成SSR模式使用的时候，传输数据选项没有勾选成CAT 01/02数据格式，还是保持CAT 034/048选项，结果导致自动化系统上无目标显示。我们用雷达信号分析仪抓包中发现，输出的数据还是CAT 048数据包，并无CAT 01/02数据包，相当于空包，这个是不正确的。解决方法为雷达如果要使用常规SSR模式，相应输出数据格式选项要勾选到CAT 01/02，这样自动化系统才能解出正确的目标信号。

（3）我们在用雷达信号分析仪分析雷达数据包的时候，检测到正北包错误，这个结果等于雷达所传数据无正北包，例如抓到的數据包为01-03-OA-OO-OA-D0-10-77-01-34-E9-90-AO，此数据包长度正确，数据包结尾的字节AO表示效验码。而且在CAT 01/02点迹输出时，正北数据包显示正常，切换成S模式CAT 034/048数据输出航迹和点迹时，正北包也正常。表明正北包异常只存在于常规SSR模式CAT 01/02航迹输出状态，而无法解出正北信号的原因为正北包内正北标记位错误引起。我们将此情况和所分析数据告知雷达厂家后，厂家首选答复为检测正北数据包出现问题时雷达是否处于传输过载状态，而我们检测时最大目标数只有40个，所以否定掉厂家这个结论。最后，厂家提供新的软件将接收机MCPU升级后此问题得到解决。

（4）我们在分析雷达数据观察到rNDRA雷达输出航迹编号都集中在1到50左右，在一个已有航迹消失后，这个航迹的编号马上就释放出来能作为新出现的航迹编号，因为部分自动化系统是通过航迹编号来识别和相关目标的，这样就会在自动化上导致目标跳变，这是个很严重的情况。将此情况反馈厂家，厂家解释INDRA工作原理为如果航迹号发生丢失，航班号不超过50的话，航迹号也不会超过50，其他新出现的飞机是可用的。对于INDRA雷达这套系统来说，点迹和航迹是一样的，一般情况下不会外推，雷达航迹和点迹实际上是一个点，没有做航迹平滑处理，点迹和航迹都是重叠的，属于“假航迹”，而Thales雷达为外推3个周期。按照ASTERIX标准，航迹号是必须存在的，点迹是没有航迹号的，自动化处理点迹和航迹的算法不一样，因为航迹和点迹的数据格式定义不一样。此问题也在升级MCPU后得到解决。

6总结

本文对S模式二次雷达的来源和雷达数据格式进行介绍，在此基础上分析了运行过程中出现的几个数据异常情况，提出一些检测和解决方法，希望能对业内雷达技术人员有所帮助，文中不妥之处，敬请批评指正。

参考文献

[1]张尉，二次雷达原理（第二版）[M].北京：国防工业出版社，2 009.

[2]丁鹭飞，耿富录，雷达原理（第四版）[M]，西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[3]1nterface Control Document For INDRAMSSR Mode S.