SSR二次雷达课件.ppt

1、2020/9/13,二次雷达（SSR）,中国民航大学电子信息工程学院,内容提要,空管监视技术 SSR历史发展 SSR基本原理 SSR特有问题 Mode S SSR,空管监视技术,CNS/ATM,新一代航行系统 C: Communication 通信 N: Navigation 导航 S: Surveillance 监视 ATM: Air Traffic Management ATC（空中交通管制） ATFM,监视：提供飞机信息，提供相关服务，是管制员管理飞机的手段。,空管监视技术,监视信息源,一次雷达、二次雷达（主要） 自动相关监视 多点定位（MLAT） 场面监视雷达,二次雷达能够获得飞机的代

2、码、距离、方位、高度等信息，是我国目前主要的空管监视数据源。,空管监视技术,空管监视技术,空管监视技术,空管监视技术,空管监视技术,空管监视技术,空管监视技术,监视技术比较,空管监视技术,监视政策规划,二次雷达,SSR，Secondary Surveillance Radar,SSR使得管制员可以可靠地识别屏幕上的飞机。,二次雷达,二次雷达,收、发工作频率不同 发射：1030MHz 接收：1090MHz 信号单程工作 具有通信的特征,询问 (1030 MHz),回答 (1090 MHz),特点,第一代，二战时期，敌我识别系统（IFF）。 第二代，1950s，ATCRBS，人工解码。 第三代，1

3、950s，SSR，信标译码系统。 第四代，1960s，计算机技术引入，自动化。 第五代，1990s，单脉冲技术、Mode S、自动化系统。,SSR历史发展,SSR历史发展,SSR基本原理,组成 信号格式 询问旁瓣抑制技术 单脉冲测角技术 天线系统 发射机 接收机 录取器,SSR组成,SSR组成,信号格式,询问信号 应答信号,发送和接收的是脉冲编码信号。,询问信号,地面询问机产生一个调制信息的射频脉冲发射给飞机，这个信号被称为 询问信号（Interrogation） 三脉冲询问体制,询问信号,P1-P3：模式询问脉冲 询问波束（主瓣）辐射 P2： 旁瓣抑制脉冲（控制脉冲） 控制波束辐射,ICAO

4、规定民用航管二次雷达只采用模式A和模式C交替询问。,应答信号,机载应答机检测到询问信息并返回一个射频调制脉冲作为 应答信号（Replies） 应答信号格式除了F1和F2包括X位由13个脉冲（位）组成,应答信号,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，F2：框架（帧）脉冲 表明一个回答的存在 每次回答必须发射,应答信号,A，B，C，D：信息脉冲 表明一个回答的数据。 模式A和模式C的含义不同。 有严格的位置关系（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,应答信号,X：备用位 S模式定义：逻辑0，高度码单位为英尺 逻辑1，高度码单位为公尺 目前恒为逻辑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,应答信号,SPI：特殊位置识别脉冲。 在F2脉冲后4.35 微秒。 由管制员请求（在模式A）发射。 持续20秒自动结束发射,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,应答信号,响应模式A询问是回答识别码 识别码的码序： 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,应答信号,响应模式C询问回答高度码 码序,应答信号,D，A，B共九位是标准循环码， 按500英尺递增 C三位是五周期循环码， 按100英尺递增 D1代表高度码的最高位。 由于民航飞行器目前达不到这个高度 D1位恒为0 高度码最低位代表-1200英尺,应答信号,标

7、准循环码,应答信号,五周期码 依照循环码奇偶性查表 上例循环码偶数位， 所以，010代表2， 即200英尺,应答信号,如下高度码代表海拔高度20000英尺,询问旁瓣抑制技术,天线旁瓣的存在造成 天线旁瓣可能对飞机实现有效询问 天线旁瓣可能接收到飞行的应答 Remark：产生较大的定位误差,询问旁瓣抑制技术,绕环现象 由于雷达站附近的目标 受到旁瓣询问，于是 出现断续的回答。 呈现“绕环现象” 这些回答是同步回答， 距离相同,增加一个控制波束，控制波束的波瓣应覆盖询问波束的旁瓣，控制波束辐射P2脉冲,询问旁瓣抑制技术,空间信号特征,P1,P2,P3,P1,P3,P2,P2,P2,控制波束,P1,

8、P2,P3,P1,P2,P3,控制波束,询问波束,询问旁瓣抑制技术,空间信号特征 主瓣方向 P1 P2 旁瓣方向 P1 P2 应答机判决P1和P2的幅度关系： P1 P2 主瓣询问 给予回答 P1 P2 旁瓣询问 不予回答 自P2脉冲起抑制35us,询问旁瓣抑制技术,单脉冲测角技术,单脉冲技术测角的三要素,单脉冲技术测角的三要素 天线瞄准轴指向角 由天馈系统码盘提供。 偏离瞄准轴信息 偏离瞄准轴方向 均由单脉冲技术解决。,q,单脉冲测角技术,单脉冲测角原理,波程差,目标,天线瞄准轴,测角结构图,单脉冲测角技术,测角示意图,单脉冲测角技术,和差信号,偏离瞄准轴大小,单脉冲测角技术,差信号的幅度大

9、小与偏离瞄准轴的大小有关。,单脉冲测角技术,偏离瞄准轴方向,和差信号的相位关系与偏离瞄准轴的方向有关。,单脉冲测角技术,OBA信息,结构,差端口： L和R信号相位相差180，叠加信号为 矢量差 和端口： L和R信号相位差0 ，叠加信号为 矢量和,单脉冲测角技术,和-差电桥,环形电桥采用微带线技术,工作频率设为1060MHz.,单脉冲测角技术,和-差信号,水平方向图 询问波束： 和波束发射P1-P3,接收回答。 差波束接收回答产生单脉冲信息。 控制波束：发射P2ISLS 接收回答RSLS,天线系统,天线系统,水平波束,水平方向图技术要求,天线系统,实际水平波束,天线系统,垂直方向图形状,天线系统

10、,垂直方向图,天线系统, 0：按1.8dB/度衰减 012：呈笔形波束 1224：呈余割平方形波束 36 72 ：单调衰减到-30dB,THALES AS909天线,天线系统,大垂直孔径天线,天线系统,开放式阵列（open array） 大垂直孔径天线（LVA） 轴对称，左右各17个辐射柱，馈电规律相同。 辐射柱之间是反射器。,天线结构,天线系统,Raytheon的LVA天线,天线系统,横梁,内部功分电路,反射柱,辐射柱,背部辐射柱,天线系统,偶极子,中心接头,标尺,功分电路,辐射柱,天线系统,单辐射柱功率分配示意图,天线系统,单脉冲二次雷达LVA天线的垂直辐射单元馈电的幅度和相位各不相同以保

11、证垂直方向图的形状。,单辐射柱的功率分配结构图,天线系统,ALE-9天线功率分配,天线系统,Raytheon天线的功率分配,侧边功分器,中心功分器,Raytheon天线的功分器,天线系统,天线驱动,天线系统,天线驱动,天线系统,天线驱动,天线系统,发射机,发射机 模式产生器 振荡器 调制器 功率放大,发射机,产生同步触发信号 产生模式询问脉冲并进行分配 抑制脉冲用于标识某询问信号产生，并送达其它发射设备 产生交替的询问模式 产生系统定时,模式产生器,录取器触发,Rx S/Test,录取门,Processor S/Tests & Synth Target,Antenna Pattern Meas

12、urement,SUM INT,CONTROL INT,33,3333,30,153,240,240,注：时间单位为 S,4545 for 220Hz,MAX RECCOMMENDED PRF = 220Hz,模式脉冲,P3-30,P3-31,P3,最大作用距离,Range Listening Interval for Site Monitor (real time),系统触发,P3 to P3 - 500,系统触发,模式产生器时序图,发射机,模式产生器基本组成,发射机,作用：形成询问所需的1030MHz载波信号,振荡器,发射机,形成：振荡器工作在114.444MHz（采用石 英晶振），倍频器

13、为9倍频,发射机,航管常用的调制方式： 三极管调制：集电极调制 二极管调制：开关调制 电桥调制,调制器,接收机,切线灵敏度,接收机,灵敏度是衡量接收机检测微弱信号的能力。 使雷达能够正常工作时的最小输入信号功率。 航管二次雷达灵敏度表征切线灵敏度,接收机,接收机带宽 用于抑制邻近波道干扰和抑制带外噪声。 接收机一般含有两个滤波器（两个带宽） 射频带宽： 抑制镜像干扰和(L波段)PSR带外的强信号干扰 中频带宽： 邻近波道干扰,接收机,接收机带宽指标,SSR接收机带宽主要由中频段带宽所决定。,定义：使接收机能够正常工作时的输入信号允许的最大变化范围 航管二次雷达接收机要求 动态范围大于60dB,

14、动态范围,接收机,用于发射时保护接收机和镜像干扰抑制,预选器,接收机,采用低噪声放大器是为了降低整机的噪声系数，提高接收机的灵敏度。,低噪声放大器,接收机,混频器 将回答频率进行频谱变换变换成60MHz中频 混频器的本振来自发射机的频率源 中放 决定了接收机的频率响应和增益 为了提高接收机动态范围采用对数接收机,接收机,检波和视频放大 检波 是一次频谱变换 采用包络检波器 视频放大 将检波输出信号放大到后续电路可用电平,接收机,是一种扩大动态范围的方法。 目前STC 在航管二次雷达使用上有三种方式 射频 STC 微波电调衰减器（Toshiba） 中频 GTC电容电桥衰减器（Thomson） 视

15、频 STC门（Alenia）,灵敏度时间控制（STC）,接收机,接收机,灵敏度时间控制(STC) 原理：按 6dB/倍时程 衰减输入信号使输出恒定,接收机,可编程STC 划分出方位距离单元 方位32扇区（11.25） 距离以海里划分 每个扇区保持理论的 STC衰减值,再根据实际要求按照方位距离单元调整,接收机,RSLS， Reception with Side Lobe Suppression,和通道,主瓣目标,旁瓣目标,控制通道,接收机,接收机旁瓣抑制,单脉冲接收机,接收机,几个考虑问题 两路接收机公用一个本振 混频输出应保持输入时的原有相位关系 保证偏离瞄准轴方向不变 两路接收机应设置相位

16、校正电路 放大过程两路接收机的相移相同 保证原有相位关系使偏离瞄准轴方向不变,单脉冲接收机,接收机,几个考虑问题 两路接收机的增益保持一致 保证两路信号的固有的幅度关系 这样就确保减少偏离瞄准轴的大小误差 电路中的增益控制是对两路增益的监测，在幅度校正器中调整。,单脉冲接收机,接收机,几个考虑问题 必须采用大动态范围的接收机 避免幅度失真引起的偏离瞄准轴大小错误 应采用对数放大 对数输出带来电路运算的好处，简化电路设计,单脉冲接收机,接收机,几个考虑问题 差信号的归一化 保证在相同偏离瞄准轴角度情况下不因目标距离的远近，差信号强度不同引起测角差异。 用和信号归一，差信号的强弱变成比值，查表得到

17、对应的偏离瞄准轴角度。,单脉冲接收机,接收机,录取器,单脉冲二次雷达录取器,脉冲检测最终给出脉冲报告 完成窄脉冲抑制 脉冲宽度分析 脉冲属性的赋值 回答处理最终给出回答报告 完成脉冲到达时间定时，将一系列脉冲串组成回答组，分解窜扰回答。 回答相关最终给出目标报告（点迹） 目标在波束驻留期间，组合同一目标的全部信息生成点迹。,录取器,雷达数据处理,雷达数据处理,特有问题,错觉 异步干扰 旁瓣询问引起的回答 反射问题 同步窜扰 回答丢失 无线视频干扰,特有问题,二次雷达的特点：,收发具有统一的频率，1030MHz，1090MHz 应答机的天线为全向天线 信号单程辐射 编码信号,定义： 检测出的应答

18、F1脉冲为代码脉冲或为一个应答的框架脉冲，而F2脉冲为代码脉冲或另一个应答的框架脉冲 影响： 使后续处理加重负担，干扰正确的航迹跟踪 解决方法： 单脉冲技术可以判决错觉假目标,错觉,特有问题,错觉（Phantom）假目标示意图,特有问题,特有问题,无向应答,A站,B站,500 nm,异步干扰影响,特有问题,特征：同步回答 原因： 询问机的旁瓣出现穿透控制波束现象 询问机的控制脉冲辐射功率降低,旁瓣询问引起应答机回答,特有问题,旁瓣引起的询问示意图,特有问题,地物反射引起的假目标（Ghost） 主瓣询问受地物遮蔽引起反射触发应答机回答（多径）。 特征：同步回答 影响：在不同的距离和方位上出现 标

19、牌相同的两个回答，出现时间较短,反射问题,特有问题,反射假目标示意图,特有问题,反射应答,直接应答,由水平表面引起的主瓣反射,特有问题,由于波束中两个（或多个）目标间隔20.3 导致同步窜扰,同步窜扰（Garble）,特有问题,询问,应答,F1,F2,Range Tgt 1,Range Tgt 2,20.3 S,F1,F2,20.3 S,同步窜扰（Garble）,特有问题,同步窜扰可能出现三种状态 隔离： 回答码信息位落在信息脉冲间隔之间 粘连： 回答码信息位有部分重叠，粘连结果 使粘连信息脉冲变宽 占位： 回答码位完全重叠，两回答之间相互占位,特有问题,回答交织可能出现三种状态示意图,特有问题,模式S二次雷达,S 模式(选择)是一种使用航行器全世界唯一地址进行选择性询问的二次监视雷达技术。,模式S二次雷达,S模式询问,模式S二次雷达,特点,S模式意味着减少询问数目并选择寻址来减少阻塞和混叠 更高的航行器数据完整性, 由于S模式的唯一地址和更安全的数据传输 数据链技术使得可提供更多的机载数据,模式S二次雷达,优点,更高的航行器数据完整性, 由于S模式的唯一地址和更安全的数据传输。,减少询问已减少阻塞 可靠的反射处理 更好的编码纠错能力,模式S二次雷达,优点,选择性