SSR工作原理專業(yè)知識講座

SSR工作原理主講人：蘇志剛2023年3月第1頁內(nèi)容提綱空管監(jiān)視技術(shù)二次雷達系統(tǒng)介紹信號形式問詢信號應答信號問詢旁瓣抑制方位測量技術(shù)指標第2頁內(nèi)容提綱空管監(jiān)視技術(shù)二次雷達系統(tǒng)介紹信號形式問詢信號應答信號問詢旁瓣抑制方位測量技術(shù)指標第3頁CNS/ATM新一代航行系統(tǒng)C:Communication通信N:Navigation導航S:Surveillance監(jiān)視ATM:AirTrafficManagementATC（空中交通管制）ATFM第4頁空管監(jiān)視技術(shù)第5頁空管監(jiān)視技術(shù)第6頁空管監(jiān)視技術(shù)第7頁空管監(jiān)視技術(shù)第8頁空管監(jiān)視技術(shù)第9頁空管監(jiān)視技術(shù)第10頁空管監(jiān)視技術(shù)第11頁空管監(jiān)視技術(shù)第12頁二次雷達第13頁二次雷達系統(tǒng)組成第14頁SSR系統(tǒng)基本組成第15頁SSR發(fā)展進程示意圖第16頁內(nèi)容提綱二次雷達系統(tǒng)介紹信號形式問詢信號應答信號問詢旁瓣抑制方位測量技術(shù)指標第17頁二次雷達系統(tǒng)高度表應答機天線問詢(1030MHz)回答(1090MHz)ModeAModeC識別碼5423高度碼20.3

s20.3

s21

s8

s

P1P2P3

P1P2P35423問詢(1030MHz)回答(1090MHz)第18頁二次雷達特點收、發(fā)工作頻率不一樣發(fā)射：1030MHz接收：1090MHz信號單程工作具有通信特性問詢(1030MHz)回答(1090MHz)第19頁二次雷達長處由于問詢頻率和回答頻率不一樣，避免了一次雷達地物雜波和氣象雜波干擾。由于目標定位是靠兩次有源輻射，同樣輻射功率二次雷達作用距離遠。二次雷達1.5kw200nm一次雷達650kw110nm由于采取編碼信號，能夠交換信息第20頁二次雷達不足由于問詢機不接收問詢頻率回波信號，不能檢測沒有應答機目標。由于各二次雷達站使用統(tǒng)一問詢頻率和應答頻率，帶來某些二次雷達固有問題， 例如：異步干擾等第21頁內(nèi)容提綱二次雷達系統(tǒng)介紹信號形式問詢信號應答信號問詢旁瓣抑制方位測量技術(shù)指標第22頁脈沖參數(shù)定義第23頁問詢信號地面問詢機產(chǎn)生一種調(diào)制信息射頻脈沖發(fā)射給飛機，這個信號被稱為

問詢信號（Interrogation）三脈沖問詢編碼第24頁三脈沖問詢體制P1-P3：模式問詢脈沖 問詢波束（主瓣）輻射P2：旁瓣抑制脈沖（控制脈沖） 控制波束輻射問詢(1030MHz)ModeAModeC21

s8

s

P1P2P3

P1P2P3第25頁問詢模式InterrogationReply

P1P2P3RangeF1F2CodeMODES

Use

P1-P31 軍用

3

S2 軍用識別

5

S3/A 軍/民用識別 8

SB 民用識別 17

SC 高度 21

SD 備用 25

S第26頁問詢模式2

S8

SP3

ModeAP1P2ModeB17

SP3P1P2ModeC21

SP3P1P2第27頁問詢信號模式問詢脈沖間隔決定問詢模式無論任何模式P2脈沖距P1為2微秒在相鄰問詢周期采取不一樣問詢模式稱為模式交替問詢單模式、雙模式、三模式ICAO要求民用航管二次雷達只采取模式A和模式C交替問詢第28頁問詢脈沖參數(shù)脈沖寬度0.8±0.1微秒上升時間0.05~0.1微秒下降時間0.01~0.2微秒第29頁應答信號機載應答機檢測到問詢信息并返回一種射頻調(diào)制脈沖作為

應答信號（Replies）應答信號格式除了F1和F2包括X位由13個脈沖（位）組成F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

S0.45

S1.45

SXF2SPI4.35

S第30頁應答信號格式F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

S0.45

S1.45

SXF2SPI4.35

SF1，F(xiàn)2：框架（幀）脈沖表白一種回答存在每次回答必須發(fā)射第31頁應答信號格式A，B，C，D：信息脈沖表白一種回答數(shù)據(jù)。模式A和模式C含義不一樣。有嚴格位置關(guān)系（N*1.45微秒）F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

S0.45

S1.45

SXF2SPI4.35

S第32頁應答信號格式X：備用位S模式定義：邏輯0，高度碼單位為英尺 邏輯1，高度碼單位為公尺目前恒為邏輯0F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

S0.45

S1.45

SXF2SPI4.35

S第33頁應答信號格式SPI：特殊位置識別脈沖。在F2脈沖后4.35微秒。由管制員祈求（在模式A）發(fā)射。連續(xù)20秒自動結(jié)束發(fā)射F1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F220.3

S0.45

S1.45

SXF2SPI4.35

S第34頁識別碼響應模式A問詢是回答識別碼識別碼碼序：A，B，C，DF1C1A1C2A2C4A4B1D1B2D2B4D4F2XF27777A B C D第35頁識別碼有4096種不一樣組合應急碼7700表達飛機故障危機（emergence）7600表達飛機通信系統(tǒng)故障（communicationfailure）7500表達非法干擾飛行器（hi-jack）第36頁識別碼示例1F1F2F20000A B C D第37頁識別碼示例2F1C1A1C2B2D4F2F21234A B C D第38頁識別碼示例3F1F2F20000A B C D1A1A23C1C2C47D44第39頁高度碼響應模式C問詢回答高度碼碼序

第40頁高度碼D，A，B共九位是標準循環(huán)碼， 按500英尺遞增C三位是五周期循環(huán)碼， 按100英尺遞增D1代表高度碼最高位。 由于民航飛行器目前達不到這個高度

D1位恒為0高度碼最低位代表-1200英尺第41頁高度碼譯碼標準循環(huán)碼第42頁高度碼譯碼五周期碼

根據(jù)循環(huán)碼奇偶性查表上例循環(huán)碼偶數(shù)位， 因此，010代表2， 即200英尺

第43頁高度碼示例如下高度碼代表海拔高度20230英尺第44頁內(nèi)容提綱二次雷達系統(tǒng)介紹信號形式問詢信號應答信號問詢旁瓣抑制方位測量技術(shù)指標第45頁問題提出SSR具有高指向天線，天線方向圖具有非常窄主瓣寬度具有較低副瓣電平主瓣旁瓣接收角度第46頁問題提出應用此天線存在兩種也許情況天線旁瓣也許對飛機實現(xiàn)有效問詢天線旁瓣也許接收到飛行應答Remark：產(chǎn)生較大定位誤差旁瓣主瓣天線軸第47頁旁瓣問詢也許示例第48頁問詢旁瓣抑制（ISLS）繞環(huán)現(xiàn)象由于雷達站附近目標 受到旁瓣問詢，于是 出現(xiàn)斷續(xù)回答。 展現(xiàn)“繞環(huán)現(xiàn)象”這些回答是同步回答， 距離相同第49頁問詢旁瓣抑制（ISLS）危害目標精確方位不能判斷——方位判決含糊。繞環(huán)目標產(chǎn)生多種目標報告，加重處理負擔，繞環(huán)目標多時會造成后續(xù)電路過載。第50頁旁瓣問詢處理方案飛機應答機對檢測到旁瓣問詢不回答ISLS（InterrogationwithSideLobesSuppresion）IISLS/I2SLS（ImprovedISLS）P1P2P3P1P3P2P2P2控制波束P1P2P3P1P2P3控制波束問詢波束yundeterminedy回答y抑制-9dB0dBP1P2P3第51頁問詢旁瓣抑制（ISLS）增加一種控制波束，控制波束波瓣應覆蓋問詢波束旁瓣，控制波束輻射P2脈沖channel

mainlobecontrolchannel

aircraftinaxisofmainlobeLookingtotheiramplitudes,

P1&P3aremuchgreaterthanP2

thetransponderistriggeredLookingtotheiramplitudes,P1&P3arelessthanP2

thetransponderisNOTtriggeredP1P2 P3P1P2 P3aircraftinasidelobe第52頁問詢旁瓣抑制（ISLS）空間信號特性P1P2P3P1P3P2P2P2控制波束P1P2P3P1P2P3控制波束問詢波束第53頁問詢旁瓣抑制（ISLS）空間信號特性主瓣方向P1＞P2旁瓣方向P1≤P2應答機判決P1和P2幅度關(guān)系：P1＞P2主瓣問詢給予回答P1≤P2旁瓣問詢不予回答

自P2脈沖起抑制35usyundeterminedy回答y抑制-9dB0dBP1P2P3第54頁改善型問詢旁瓣抑制（I2SLS）存在問題應答機僅接收到旁瓣輻射P2，未被捕捉應答機接收到經(jīng)反射主瓣問詢

reflectingobstacleP1P2P3P1P2P3第55頁改善型問詢旁瓣抑制（I2SLS）

directpathreflectedpath

P1cont-P2

P1-P3(weak)

P1cont-P2(weak)

P1-P3

aircraftoutsidethe

majorlobereflectingobstacle

P1P1contP2P3P1contisattenuatedwithrespecttoP2第56頁改善型問詢旁瓣抑制（I2SLS）第57頁捕捉與群捕捉捕捉：當飛機應答機回答問詢后，將休止60~135us，在此期間，應答機回絕回答任何問詢?nèi)翰蹲剑寒斃走_天線旁瓣周圍飛機正確識別出ISLS問詢后，在P2脈沖后休止35us，回絕回答問詢在采取滑窗檢測時，方位精度變差影響目標連續(xù)跟蹤第58頁ISLS與I2SLS組合第59頁內(nèi)容提綱二次雷達系統(tǒng)介紹信號形式問詢信號應答信號問詢旁瓣抑制方位測量技術(shù)指標第60頁概念滑窗檢測就是在目標駐留波束期間對同一目標回答進行數(shù)量上有關(guān)積累

當積累數(shù)值超出預置門限時就確以為一種同步回答。

滑窗檢測技術(shù)第61頁滑窗檢測原理

按照波束中N個回波脈沖設(shè)置一種滑動窗口

窗口延遲是一種（問詢）反復周期T延遲單元數(shù)量為波束中回波數(shù)N-1天線掃描時回波脈沖依時間次序序貫進入

窗口能夠同步觀測到同一距離（量化間隔）N個反復周期回波信息

窗口輸出信息在求和單元累加

判決邏輯是設(shè)置第二門限以避免異步干擾

滑窗檢測技術(shù)第62頁滑窗測角原理B.O.P.E.O.PBOP=脈沖開始EOP=脈沖結(jié)束=目標方位RangeWindow第63頁滑窗測角原理波束最大法測角由天線碼盤給出，表達天線指向第64頁滑窗檢測原理

滑窗檢測技術(shù)第65頁滑窗檢測技術(shù)滑窗積累輸出示意圖（正?；卮穑┑?6頁滑窗檢測技術(shù)滑窗檢測天線瞄準軸指向判決

建立目標起始準則同步錄取天線指向角

建立目標終止準則同步錄取天線指向角

第67頁確定目標進入與離開波束目標方位第68頁滑窗檢測技術(shù)滑窗積累輸出示意圖（干擾）第69頁滑窗檢測技術(shù)滑窗檢測天線瞄準軸指向判決

第70頁滑窗檢測技術(shù)滑窗檢測天線瞄準軸指向判決第71頁滑窗檢測技術(shù)——小滑窗檢測是窗口長度L不大于天線波束掃過目標所接收回波脈沖N檢測器。

N＝20～30時，L＝5～7窗口頻率響應和N個脈沖序列頻率響應不匹配。檢測性能下降。

與滑窗檢測比較，小滑窗檢測應增加窄帶長時間積累電路

第72頁滑窗檢測技術(shù)——小滑窗檢測第73頁小滑窗頻率響應滑窗檢測技術(shù)——小滑窗檢測第74頁工作原理

第二門限是檢測目標起始和目標終止（和滑窗檢測相同）第三門限是長積累時間電路—脈沖或方位計數(shù)滿足目標起始啟動第三門限計數(shù)器

滿足目標終止關(guān)閉第三門限計數(shù)器計數(shù)數(shù)值和予置門限比較。 ——不大于予置數(shù)干擾也許性大 ——大于予置數(shù)旁瓣接收也許性大小滑窗對目標方位估值和滑窗檢測類似?；皺z測技術(shù)——小滑窗檢測第75頁錄取目標數(shù)據(jù)要求使用脈沖多。 ——波束寬度一定期，脈沖反復頻率高 ——對二次雷達可使空間異步干擾增加

滑窗檢測技術(shù)本身方位估值有較大誤差 ——實踐表白滑窗檢測有0.3°誤差。

滑窗檢測技術(shù)——缺欠第76頁由于脈沖干擾或錄取過程回波丟失均會造成附加誤差。——對二次雷達丟失目標（回波）機會多。位置估值誤差大

——影響后續(xù)處理航跡跟蹤。

滑窗檢測技術(shù)第77頁單脈沖測角原理單脈沖技術(shù)測角三要素第78頁單脈沖測角原理單脈沖技術(shù)測角三要素天線瞄準軸指向角 —由天饋系統(tǒng)碼盤提供。偏離瞄準軸信息偏離瞄準軸方向 —均由單脈沖技術(shù)處理。q±第79頁單脈沖測角原理天線等效構(gòu)造 等效間隔為d兩個輻射單元。-方向性圖完全相同-遠場方向性圖重合任何方向達到兩等效輻射單元信號

強度相同，相位不一樣第80頁單脈沖測角原理波程差目標天線瞄準軸第81頁接收信號特性只要偏離瞄準軸兩個輻射單元接收信號大小相同相位不一樣相位不一樣是由于電磁波等相位面（波前面）傳輸時進入等效輻射單元先后不一樣引發(fā)波程差。第82頁接收信號特性第83頁接收信號特性第84頁信號和差處理第85頁偏離瞄準軸大小根據(jù)差信號幅度大小判決偏離瞄準軸大小第86頁偏離瞄準軸方向差信號矢量與和信號矢量是正交。偏離瞄準軸方向不一樣體現(xiàn)在第87頁偏離瞄準軸方向第88頁水平輻射方向圖OBA和信號差信號瞄準軸第89頁OBA與差信號第90頁單脈沖信息處理分類單脈沖信息偏離瞄準軸（大?。┬畔?；偏離瞄準軸方向：符號信息分類單脈沖信息幅度處理——求解信號單脈沖信息相位處理——求解信號

第91頁單脈沖原理單脈沖信息幅度處理單脈沖信息相位處理求出或數(shù)值。通過查表得出第92頁關(guān)鍵器件：和-差電橋和-差電橋構(gòu)造

/4

/43

/4

/4LΣRΔ差端口：L和R信號相位相差180°，疊加信號為

矢量差

和端口：L和R信號相位差0°，疊加信號為

矢量和第93頁單脈沖原理環(huán)形電橋采取微帶線技術(shù),工作頻率設(shè)為1060MHz.

/4