一种舰载二次雷达S模式询问策略研究

王 强,夏喜龙

(四川九洲空管科技有限责任公司,四川 绵阳 621000)

0 引 言

大多数空中交通监视由布置在地面上的二次雷达询问机和飞机上的机载应答机实现。二次监视雷达具备雷达和通信双重功能[1],不仅能探测飞机的方位和距离,还能通过交换编码内容获取飞机的识别代码、气压高度和危机告警信息。二次监视雷达S模式具有数据链功能,交换的信息更丰富。

二次雷达广泛应用于各种舰船平台,能够增强舰船的态势感知能力和威胁识别能力,为舰艇的指挥、控制、通信、计算机和情报系统提供目标数据。二次监视雷达还是先进的防空系统,为舰队的目标探测提供远距离预警。

1 S模式

二次雷达的S模式是在传统模式(A、C)的基础上发展起来的,常规二次雷达在询问时,处于天线波束范围内的飞机都会做出应答,若有两架以上的飞机相距很近,它们的应答脉冲会重叠在一起,对询问机造成严重的窜扰现象,增加了询问机对应答脉冲的处理难度,甚至无法辨别飞机。为了克服这一问题,在二次雷达中引进选择性询问(S模式),为全球每架飞机都分配了唯一的地址。在询问信号中加入飞机地址,处于询问波束范围内的飞机,只有当其收到的询问脉冲中的编码地址与飞机自身地址相同时,才做出应答,这就从根本上克服了窜扰现象[2]。

当二次雷达部署较为密集时,多部二次雷达存在空域交叠区域,为了减少空域交叠区域内的飞机重复应答,空管系统常常将多部S模式二次雷达组成一个网络,多部二次雷达特别是邻近的二次雷达共享一个询问机标识码(II码),通过网络传递、移交飞机的信息,每部二次雷达不再单独对飞机进行全呼询问、锁定捕获,从而提高空管效率。

S模式询问分为全呼询问和选呼询问:全呼询问获取飞机地址码;选呼询问根据飞机地址码进行针对性询问来获取飞机更多的信息,比如航班号、磁航向、指示空速、真航迹角等。在全呼询问获取飞机地址码后,通过选呼询问将其锁定,在下一圈询问中,应答机不会响应将其锁定的询问机的全呼询问,大大减少了窜扰现象。在探测目标时通常将全呼询问、选呼询问进行组合编排,以实现监视目标的最优性能。全呼询问、选呼询问组合编排如图1所示,其中不同的全呼询问、选呼询问模式激励S模式应答机、常规(A、C模式)应答机作出相应的应答,如表1所示。

图1 全呼询问与选呼询问组合编排示意图

《国际民用航空公约》规定了两种锁定协议:多站全呼锁定和非选择性全呼锁定,前者用于存在交叠区域的捕获,后者用于不存在交叠区域的捕获。

多站全呼锁定特性如下:

(1)当UF4/5/20/21的DI字段等于1或7,将SD字段中的LOS置1,即开启多站全呼锁定;

(2)在多站全呼锁定后,飞机应答机拒绝II码不为0的仅S全呼询问;

表1 询问模式与应答对应关系

(3)在多站全呼锁定后,飞机应答机不拒绝:

· UF11中PR字段等于8～12的仅S全呼询问;

· II码为0的仅S全呼询问;

· 仅A/C/S全呼询问。

非选择性全呼锁定特性如下:

(1)UF4/5/20/21的PC字段和LOS字段均等于1,且询问机II码为0,即开启非选择性全呼锁定;

(2)在非选择性全呼锁定后,飞机应答机拒绝:

· II码为0的仅S全呼询问;

· 仅A/C/S全呼询问;

(3)在非选择性全呼锁定后,飞机应答机不拒绝:

· II码不为0的仅S全呼询问;

· UF11中PR字段等于8～12的仅S全呼询问。

2 舰载二次雷达S模式询问策略

2.1 舰船平台特殊性

由于舰船是独立的系统,很难与陆基空管系统组网,其二次雷达监视区域是动态的,时而与陆基二次雷达重叠,时而是独立的监视区域,如图2所示。为不影响陆基S模式二次雷达组网监视,同时又保证舰载二次雷达对目标的捕获效率,舰载二次雷达的S模式询问策略与常规询问策略不同。

图2 舰载二次雷达与陆基二次雷达交叠示意图

2.2 探测场景

由于舰船的航行路线是动态的,舰载、陆基二次雷达的覆盖区域存在交叠和不交叠两种情况,同时根据平台要求,舰船二次雷达的II码也存在0和非0两种情况。因此,舰船二次雷达的探测覆盖场景可大致如图3所示。

图3 舰船二次雷达探测覆盖场景

2.3 II码不为0的询问策略

为保证舰载二次雷达对周围空域内的飞机进行有效探测,且不与陆基二次雷达捕获冲突,当舰船二次雷达的II码不为0(场景1、2)时,采取的询问策略如图4所示。

图4 舰载二次雷达II码不为0的S模式询问策略

各时隙内仍然遵循全呼询问、选呼询问交替的组合规则,编排的全呼询问、选呼询问次数则根据天线的一圈扫描时间、作用距离等因素而定,这里不做详细介绍。

在工作时隙1中,舰船二次雷达启动多站全呼锁定。这时如果舰船处于场景1,陆基二次雷达对飞机的多站全呼锁定(II=x)、非选择性全呼锁定(II=0)不影响本舰船,本舰船的多站锁定也不影响陆基二次雷达。如果舰船处于场景2,陆基二次雷达的多站全呼锁定(II=x)会拒绝舰船二次雷达对飞机的全呼,影响捕获,同样舰船二次雷达的锁定也影响陆基II码为x的二次雷达的捕获,但舰船二次雷达与陆基II码为0的二次雷达互不影响。

在工作时隙2中,舰船二次雷达忽略锁定,触发飞机应答机以一定概率(50%、25%、12.5%、6.25%)全呼应答,触发应答概率根据平台要求而定,虽然应答机不以100%概率应答,询问机还是有一定的概率捕获目标。这时,由于采用了忽略锁定,不管是场景1还是场景2,陆基二次雷达对飞机的多站全呼锁定(II=x)、非选择性全呼锁定(II=0)均不影响本舰船,由于在选呼询问中未开启锁定指令,本舰船也不影响陆基二次雷达对目标的捕获。

通过图4中时隙1和时隙2两种策略的交替,可保证舰载二次雷达对周围空域内的飞机进行有效探测,同时又不影响陆基二次雷达对目标的捕获。

2.4 II码为0的询问策略

当舰船二次雷达的II码为0(场景3、4)时,采取的询问策略如图5所示。

图5 舰载二次雷达II码为0的S模式询问策略

在工作时隙1中,舰船二次雷达启动非选择性全呼锁定。这时如果舰船处于场景3,陆基二次雷达对飞机的多站全呼锁定(II=x)、非选择性全呼锁定(II=0)不影响本舰船,本舰船的非选择性全呼锁定也不影响陆基二次雷达。如果舰船处于场景4,陆基二次雷达的多站全呼锁定(II=x)与本舰船互不影响,但陆基二次雷达的非选择性全呼锁定(II=0)会与本舰船相互影响。同样,在工作时隙2采用了与图4工作时隙2相同的忽略锁定询问策略,以便与陆基二次雷达的非选择性全呼锁定(II=0)互不影响。时隙1和时隙2两种策略交替,既可以实现本舰二次雷达对目标的有效探测,同时又不对陆基二次雷达造成影响。

3 结束语

随着越来越多的舰船平台配装二次雷达,舰载二次雷达S模式的应用也引起普遍重视。S模式采用“一对一”的选择性询问,解决了常规A/C模式的窜扰问题。考虑到舰船平台二次雷达很难与陆基二次雷达进行组网探测,陆基二次雷达采用的多站全呼锁定协议、非选择性全呼锁定协议等也不适用于舰载二次雷达,后者需要特殊的询问策略,才能有效锁定、捕获飞机。本文针对不同应用场景下的舰船二次雷达,提出了多站全呼锁定、非选择性全呼锁定、忽略锁定等相结合、交替的询问策略,来保证舰船对飞机的有效探测,同时在海岸线附近活动时又不对陆基二次雷达造成影响。