二次雷达目标交织特性分析与解决方案探讨

摘  要：近年来，因航空事业发展快速，飞行密度增大，二次雷达应答交织概率大幅提升，影响航空运输安全。但针对二次雷达应答交织国内外系统性研究资料较少，本文从二次雷达应答交织的现象出发，结合理论分析深入寻求交织的本质原因，讨论应答信号交织的解码准则和基本提取方法，推论出两批交织目标理论上的正确解交织概率，提出提高解交织概率的方法，并在实验室环境测试得到验证，本文提出的方法可在二次雷达研制中广泛推广应用。

关键词：二次雷达  交织  解交织  交织测试

中图分类号：TN957.51 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）07（a）-0007-04

Analysis and Solution of Target Interleaving Characteristics of SSR

LI Lu

（Sichuan Jiuzhou Aerocont Technologies Co.， Ltd.，Mianyang， Sichuan Peovince， 621000  china）

Abstract： In recent years， due to the rapid development of aviation industry and the increase of flight density， the interleaving probability of SSR response has increased significantly， which affects the safety of air transportation. However， there are few systematic research data on SSR response interleaving at home and abroad. Starting from the phenomenon of SSR response interleaving， combined with theoretical analysis， this paper deeply seeks the essential reason of interleaving， discusses the decoding criteria and basic extraction methods of response signal interleaving， infers the correct de interleaving probability of two batches of interleaving targets in theory， and puts forward the method to improve the de interleaving probability， the method proposed in this paper can be widely used in the development of SSR.

Key Words： SSR; Interleaving; De interleaving; Interleaving test

二次雷達通过旋转天线发射定向询问波束，机载应答机收到询问时产生相应应答信号[1]，二次雷达接收应答信号后解码上报获取的飞机身份、属性、位置以及特殊代码等监视信息[2]，为目标监视和飞行安全提供情报保障。

因近年航空业发展快速，飞行密度加大，二次雷达应答交织概率大幅提升，飞机高密度或编队飞行时，存在多个相近目标同时应答，二次雷达无法有效分辨，造成目标错码或丢失;同时城市化进程加快，雷达阵地周边环境恶化，存在大量遮挡或反射体，应答信号产生多路径效应，直射和反射信号同时进入接收，引起回波能量起伏加剧，造成目标错码。

1  应答信号交织概述

1.1 应答信号格式

如图1所示，为二次应答机常规（A/C模式）应答信号的波形。其中，F1F2为成对的框架脉冲，A、B、C、D共4组12个数据脉冲[3，4]。特殊位置识别脉冲（SPI）位于最后，当地面管制人员要求时会发送，用于进一步身份确认。

1.2 应答信号交织

应答信号交织由异步干扰和同步窜扰引起。异步干扰接收到其他询问机的询问而触发应答信号;同步窜扰指因反射等多路径造成同时收到多个应答信号，应答脉冲相互重叠[5]。当应答信号间隔小于20.3μs时会交叠，等效飞机间隔3.1km时应答脉冲会重叠，如图2所示。归结主要有以下3种情况[3，6]。

第一，交叠应答，因多目标应答脉冲组相互重叠，且重叠的应答脉冲相互占据。

第二，交错应答，因多目标应答脉冲组相互重叠，但重叠的应答脉冲相互占据。

第三，幻影应答，A模式应答且存在特殊位置识别脉冲时，由C2-SPI形成虚假应答框架和脉冲序列。

目标交织应答本质上是多个应答信号同时到达相互重叠，此时能否正确译码与应答脉冲重叠部分的宽度和幅度差有关，一定条件下可分辨可正确解码，有时无法正确提取目标框架或代码，易造成目标错码或丢失。

2  交织应答信号分析

2.1 交织信号特征分析

2.1.1 信号强度

应答机标准功率差±3dB，信号空间传输衰减一致，交织信号强度差不大。

2.1.2 载波相移

二次雷达天线以固定转速、固定宽度波束、固定询问周期工作，由此在波束驻留期间内，两个应答目标相对运动会给应答信号带来一定的相位差;同时应答信号载波频率允许±3MHz的偏差，两个应答信号的频差也会带来一定的相移。

2.1.3 交叠幅度变化

交织信号叠加处信号幅度受到叠加幅度和相位差影响，交叠信号干涉而幅度闪烁加剧，交叠处信号幅度可表示为。其中ρ为信号的幅度改变因子（ρ≤1），，φ为两信号的相位差，λ为应答信号的波长，Ed为交叠的基准信号，由此，计算出交叠信号的幅度变化值，二次雷达一般采用对数接收机，交叠信号幅度随相位差变换的关系也可查表获取。

2.1.4 综合影响

ICAO附件10第四卷第3.1.1.6.4节规定“一个脉冲的脉冲振幅变化相对于一应答列中任何其他脉冲，不得超过1分贝”[7]。即当两应答信号幅度差为6dB时，交叠处波动在1dB内的概率只有约31%，由特性可知，交织信号频差和目标相对运动产生的载波相移使交叠处信号幅度闪烁加剧，较难确定信号幅度和前沿，一定条件下致使F1F2框架检测失败，故而不能正确提取交织目标应答码位。

2.2 常规解交织译码准则

根据国际民航组织的ICAO附件10第四卷规定，应答机应答信号所允许的脉冲位置偏差为±0.1μs;但实际脉冲位置随着接收机噪声、应答机不规范、多路径等因素抖动[8]。同时译码器的时钟频率和应答脉冲的时间偏差应匹配，以二次雷达译码时钟通常选定为20MHz频率为例[9]，对于标准的1.45μs间隔脉冲需进行29等分量化。

在实际设计中，译码电路对处理后和视频（PSV）进行反窄处理后，依据视频前沿（ALE）进行框架（F1F2）检测，再提取码位信号。PSV反窄宽度常规为0.3μs，应答码位译码允许误差范围为±0.15μs，当交叠脉冲的前沿不能被分开始时，就必须利用后沿或前沿时间所提供的数据来进行PSV前沿探测，从而正确提取应答目标框架和码位信息。当干扰信号形成长脉冲或连续波，会形成大量的额外前沿（XLE），从而产生大量的虚假应答信号，需控制XLE数量。

2.3 两批目标交织理论概率

基于以上译码框架和脉冲提取准则，当应答信号脉冲相对时间差为X（变化范围0～1.45）μs，脉码交叠随相对时间差变化，如图3所示，不用时间差的理论译码结果见表1[10]。

由此可见，两批目标交织应答均能正确译码区间为的0.35～1.1μs，正确译码概率为51.7%;而应答机应答概率一般为90%，目标远距离应答信号强度还会降低，解两交织应答能力随之降低。

3  提高解目標交织的方法

3.1 译码处理

针对C2-SPI幻影应答，可以强化SPI与C2关系检测，多帧关联验证抑制虚假框架;而对于交织和交叠应答，可在常规前沿检测基础上，进行前后沿正反向关联检测，提高目标分辨代码正确提取概率，并标记交织后续数据处理使用;当在方位上部分交织时，可以利用询问波束前后边缘非交织应答进行代码提取，且标记为高置信度，点迹凝聚处理时根据算法加大高置信度代码权重，从而正确提取目标代码。

3.2 航迹处理

航迹处理软件对被标记为交织已跟踪的航迹尝试代码确认和纠错，根据历史航迹代码队列利用非交织应答代码纠正交织代码;同时利用反射目标检测，去除因反射形成虚假目标;当航迹丢点时，采用平滑外推的方法进行补点，代码和高度适度保持，极大地提高解交织能力。

3.3 与一次雷达联合处理

一次/二次雷达合装时，因一次雷达体制与二次雷达差异，一次雷达分辨力更高，可有效分辨二次雷达判定为交织的多目标;由此，二次雷达可引接一次目标报告获取一次提供交织目标机架数量、航向、航速等属性，建立区域补充跟踪运动模型，精细化匹配二次点航迹，动态控制相关门限，可以减少错关联，同样可以采用航迹平滑滤波纠正二次代码和高度错误，可适度补点，从而提高一次/二次雷达综合探测能力。

4  试验验证

在实验室利用某二次雷达开展解四重交织验证，选定仪器为1台应答模拟器和3套“1400A+1402-I”，通过功分器与设备和通道相连，设备差通道和控制通道接吸收负载。各模拟目标模拟在300km以外顺序递增，4个目标两两交叠后，脉冲幅度波动较大，通过使用本文的二次雷达译码、点航迹解交织方法处理后，能正确获取多个目标代码。调节四重交织目标的和通道信号强度，其余参数不变后测试结果见表2。

在实验室设定四重目标交织距离差情况下，当两两交叠目标信号强度差大于4dB时，均能够正确译码;但在信号强度在2～3dB时，能译出4个目标，但存在错码;在信号强度差小于2dB时，出现目标丢点或错码。

5  结语

本文列举了二次雷达因阵地影响或密集飞行造成目标交织应答现象，分析了交织应答造成目标丢失或错码的原因，给出了应答信号交织的译码准则，解算两批目标解交织的理论概率，提出了提高目标结解交织能力的方法，并通过实验室环境对四重结交织进行验证，可泛应用于二次雷达设备研制。

参考文献

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