对单脉冲二次雷达S模式的认识

摘　要：有效空域内目标数激增A/C模式系统所显示出的不足，大多数先进国家以S模式系统逐步替换A/C模式。本文简略阐述了A/C和S模式的优缺点；S模式对装有A/C模式和S模式应答机的3中呼叫方式：Mode A/C全呼询问、Mode A/C/S全呼询问、S模式编码询问；S模式的应答；S模式的兼容性。

关键词：单脉冲；二次雷达；S模式
　　1.引言
　　随着我国民用航空业近年来的飞速发展，空中交通流量的日益增加，早期引进的航管单脉冲二次监视雷达（SSR），传统的A／C模式已不能满足空中交通管制(ATC)的需求。近年来国际上已经普遍采用了更为先进的雷达—S询问模式。所谓S模式，美国称为离散选址信标系统，其地面询问是一种只针对选定地址编码的飞机专用呼叫的询问。装有S模式应答机的飞机，都有自己单独的地址码，它对地面询问会用本机所编地址码来回答，因而每次询问都能指向选定的飞机，实现点名式的询问应答；同时S模式的上下行数据链可以用地空双向数据交流。此询问模式已被国际民航组织(ICAO）接受，作为二次监视雷达的行业标准。
　　2.A/C模式与S模式优缺点
　　A/C模式二次雷达的不足表现在几个方面：其一，应答信号只有12位二进制，编码数量有限；其二，只能回答飞机的代号、气压高度，可交换信息少；其三，询问信号结构简单（只有P1、P2、P3三个脉冲），不含识别成分，在询问信号工作范围内的全部飞机会同时获得询问信号，可能产生同时应答，造成混叠；其四，地面反射产生盲区，还有目标的方位、距离等参数的分辩率低等。
　　S模式二次雷达，其询问信号和应答信号都包含有56位二进制（短报文）或112位二进制（长报文）的数据块。在S模式的询问信号中，一个15或29us的数据块可容纳56bit或112bit的数据，数据的前24位规定用于飞机的地址编码，这样的飞机的识别码数量可达1677万个，是现行的A/C模式的46千多倍，足以实现全球飞机一机一码。其他的数据位可用于传送所需的飞机参数。
　　利用S模式询问、应答信号中的飞机识别码，可以对目标飞机预先进行编码。S模式地面雷达站利用飞机地址识别码能与飞机单独联系，询问机只向它负责监视的飞机进行询问，它用跟踪装置保存每架飞机的预测位置，待天线波束指向被选址的飞机时，发出询问。通过这种选择性询问，使空地间问答次数减到最少，防止信号范围内的所有飞机同时应答引起的系统饱和、混叠的情况。
　　为改善角分辩率，提高方位数据的精度，S模式使用单脉技术。通过单脉冲技术，空地间一次问答就可确定出飞机的位置，减少了询问应答次数。
　　3.S模式的询问
　　S模式询问信号频率为1030±O.2 MHz，为了与原有的A/C模式兼容，S模式的询问对象包括A/C模式应答机和S模式应答机，其呼叫方式分为以下3种:
　（1）、Mode A/C全呼询问
P4为全呼脉冲，宽度为O．8us时表示Mode A/C全呼。Pl和P3脉冲宽度为0.8us，间隔8.O us为A模式询问，应答为12位的身份代码；间隔为C模式询问，应答为飞机气压计高度；S模式的应答机对该询问不作应答。P2脉冲的位置固定，为旁瓣抑制脉冲，P2用全向天线辐射，P1、P3脉冲用定向天线辐射，在定向天线的主瓣内，P1、P3比P2大，而在定向天线的旁瓣内，P2比Pl、P3大，当主瓣内的P1、P3脉冲比P2脉冲大9dB以上时，应答机才应答，而旁瓣询问信号不予应答，从而减少了应答信号接收机的干扰。
　（2）、Mode A/C/S全呼询问
询问格式同上，但P4脉冲宽度为1.6us。此时A/C和S模式的应答机均要应答，其中S模式的应答信号包含飞机的身份标志（Flight Identity）和24位地址信息。Flight ID是8个字符的标记，由飞行员每次起飞前输入，与飞机的地址一起用于ATC(Air Traffic Contml)监视。
　（3）、S模式编码询问
这种询问只针对S模式应答机，非S模式应答机不予应答。在P2脉冲后是一个长脉冲P6，用其传输上行数据，其脉宽为16.25或者30.25us（对应56bit和112bit数据）。P6以Dpsk方式调制，其中二进制1代表相位变化180°，而0代表相位没有变化，反相位置的间隔为0.25us，从而产生4MHz的数据比特率。采用Dpsk扩谱信号可以提高询问信号的抗干扰能力。P6以外的脉冲采用脉冲幅度调制。P6脉冲前沿后1.25us处有一个固定的同步反相信号，应答机以该信号作为询问数据解码的同步信号和发射应答信号的时间基准，询问机以该信号为基准测量目标应答信号到达的时间差，并进一步计算出目标距离。
　　4.S模式的应答
航空器上的应答机在收到询问信号以后以l090MHz的频率发送应答信号，由于收发频率不同，也称应答机为异频收发机，转发延迟在30us左右。应答信号前8.0us为导前脉冲，其位置固定，后面为56 bit或112 bit的数据，每位数据脉冲时宽为1us，采用脉位调制，前半部分发脉冲代表“l”，后半部分发脉冲代表“0”。这种编码称为曼切斯特编码，保留了同步信息并具有一定的抗干扰能力，因为干扰不能在一个位置抑制一个脉冲而在相邻位置插入一个脉冲。
　　与询问格式对应，S模式的应答数据有25种，目前定义并使用的主要有9种，包括监视应答、全呼应答、Comm—B应答、Comm—D应答、ACAS(Airbome CoUision Avoidance System)应答和Extended Squitter应答等，每种应答的最后24 bit为地址和校验位。
　　5.S模式的兼容性
为了与传统的A/C模式兼容，S模式仍然采用异频收发的方式，询问信号频率为1030 MHz，应答信号为l090 MHz。S模式的应答机能够应答A/C模式和S模式地面站的询问，S模式的地面站能够对S模式和A/C模式的目标发出询问并接收其应答信息。因此，原有A/C模式的应答机和地面站在新的S模式实行后仍然能正常工作。目前，地面雷达大多仍为A/C模式，而大型飞机均载有S模式应答机；美国为了兼容以前的飞行设备，也是两种模式混用；但在欧洲，地面和空中设备已全面采用了S模式。