S模式雷達網(wǎng)絡在我國發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵問題探析

曾令赫

（民航華北空管局，北京,100621）

0 引言

航空運輸?shù)目焖侔l(fā)展，飛機的密度逐步增加，尤其在機場終端區(qū)，受限于4096個二次代碼容量及同步串擾和異步干擾等影響，在每日航班達1000架次以上的機場，傳統(tǒng)A/C模式雷達的監(jiān)視能力接近極限。與傳統(tǒng)A/C模式比較，S模式雷達能實現(xiàn)基本監(jiān)視、增強監(jiān)視等多種功能。傳輸數(shù)據(jù)中包含24位的目標地址碼，共有16777216種分配代碼為每架飛機分配唯一的地址，比A/C詢問模式提供更多的信息；具有數(shù)據(jù)校驗功能，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。國際民航組織已把S模式雷達技術(shù)推薦為二次監(jiān)視雷達的行業(yè)標準。S模式技術(shù)的優(yōu)越性能，在民用系統(tǒng)方面，已在機載防撞系統(tǒng)、多點定位系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、ADS-B系統(tǒng)等推廣使用；在軍隊上主要用于敵我識別系統(tǒng)。

1 S模式雷達在我國發(fā)展現(xiàn)狀

我國雷達管制起步比較晚，航路雷達從2001年起在京廣航路上實施雷達管制，2007年在京、滬、穗三地間實施雷達管制，雷達信號在這三地間航路全面覆蓋。隨著雷達更新及適應管制系統(tǒng)發(fā)展的需求，我國逐漸從傳統(tǒng)A/C模式向S模式雷達過渡，2007年第一部S模式THALES雷達引入我國，S模式雷達在空管使用的數(shù)量逐年增加。2010年S模式雷達首次在西部航路投入使用。隨著S模式雷達在我國全面推廣使用，越來越多的S模式系統(tǒng)投入使用，有民用和軍用的固定雷達、移動雷達，還有多點定位系統(tǒng)。在歐洲核心區(qū)域于2007年已實施S模式雷達網(wǎng)絡集群。我國S模式雷達數(shù)量逐年增多，各S模式雷達處于相對獨立的初級使用階段，在雷達管制航路上雷達信號覆蓋無盲區(qū)，尤其在一些熱點航路和終端區(qū)上有多個相鄰雷達信號實現(xiàn)多重覆蓋。

在每個S模式雷達地面站中，雷達系統(tǒng)使用II碼（Interrogator Identifier Code，雷達識別碼）作為S模式雷達身份信息，在詢問協(xié)議中使用，用于區(qū)分其它鄰近的地面站，目標應答機根據(jù)II碼識別相應地面站詢問、并做出應答。II碼主要有 IC碼（Interrogator Code）和 SI碼（Surveillance Identifier）兩種類型。國際民航組織的ICAO附件作為民航首選的技術(shù)業(yè)務標準，目前主要使用IC雷達識別碼，在附件十中已定義4位字節(jié)的IC碼，僅15個IC碼用于地面站，其中0用于測試或軍隊使用，1至15用于民航雷達站。每部S模式雷達的II碼都需人工配置。當前我國II碼分配必須遵循如下原則：在重疊覆蓋區(qū)域的相鄰兩部雷達的II碼不能相同。當相鄰S模式雷達II碼相同時，使得其中一部雷達在部分有效探測區(qū)域不能偵測目標。

圖1是我國北部一個S模式雷達較密集地區(qū)的分布示意圖，圖中共有四個地面站，有2層、甚至4層的重疊覆蓋，當重疊區(qū)域增加，還需考慮周邊的覆蓋區(qū)域。S模式雷達的數(shù)量增加使得有限II碼不足以分配，部分相鄰區(qū)域地面站II碼分配變得復雜。

2 S模式雷達網(wǎng)的II碼使用

“S”代表選擇 ( Select)，通過全呼（ALL CALL）詢問，獲得目標地址碼，再根據(jù)地址碼選擇性的詢問目標,相應地址碼的目標才會應答，減少了發(fā)射應答射頻信號。相對于A/C模式雷達，S模式雷達有效改善監(jiān)視能力，具備地空數(shù)據(jù)鏈通信的能力。

S模式雷達地面站詢問目標主要有兩個階段。

第一階段用于識別目標。地面雷達站上行發(fā)送全呼詢問，目標應答機以地址碼信息下行回應此全呼詢問，地面雷達站把此目標的地址碼列入目標識別文件中。

第二階段用于獲取目標點跡。地面雷達站通過讀取目標識別文件中的目標地址碼，選呼目標以獲取目標地理位置等信息。目標應答機將執(zhí)行周期為18秒的鎖定功能，即18秒期間不應答此地面站的全呼詢問，有效減少不必要的應答。

為了減少雷達異步干擾，有效使用數(shù)量有限的II碼，需統(tǒng)一分配、管理各個S模式雷達地面站中的II碼。如兩部S模式II碼相同且有重疊覆蓋區(qū)域，將導致其中一部雷達在重疊覆蓋區(qū)域不能偵測目標信號。為了解決有重疊覆蓋區(qū)域的相關(guān)雷達探測需求，需對S模式雷達站的II碼進行有效分配，當相鄰地面站使用相同II碼，使用S模式雷達聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過監(jiān)視協(xié)調(diào)網(wǎng)的信息交換實現(xiàn)雷達站之間的目標偵測，消除相鄰地面站在重疊區(qū)域的偵測覆蓋缺口。

3 S模式雷達網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 S模式雷達協(xié)調(diào)網(wǎng)

S模式雷達網(wǎng)使用II碼作為為地面站的地址信息，通過監(jiān)視協(xié)調(diào)網(wǎng)絡互聯(lián)集群。地面站網(wǎng)絡架構(gòu)主要有分布式網(wǎng)絡和集中式網(wǎng)絡。集中式網(wǎng)絡由集群控制器協(xié)調(diào)監(jiān)視功能。分布式網(wǎng)絡由分布在各個地面站的控制器之間實現(xiàn)協(xié)調(diào)監(jiān)視功能。

圖1 我國較密集區(qū)域的部分II碼分布圖

實驗環(huán)境在如圖2的分布式網(wǎng)絡下完成，各個地面站的分布式控制器獨立工作。各分布式控制器探測分布式控制器及網(wǎng)絡的完好性，通過網(wǎng)絡管理協(xié)議實現(xiàn)信息交換，包括目標的位置信息。在相鄰且相同II碼地面站，僅有一部地面站能在重疊覆蓋區(qū)域偵測目標，同時通過協(xié)調(diào)網(wǎng)絡向其它控制器分發(fā)覆蓋區(qū)域的“盲區(qū)”目標信息。

圖2 S模式雷達協(xié)調(diào)網(wǎng)絡

3.2 II碼分配

S模式雷達的識別碼主要有IC碼和SI碼。SI碼位數(shù)為6位，共有63個，因機載應答機生產(chǎn)于不同年代，性能差異較大，在2005年以后生產(chǎn)的機載應答機才具備支持識別SI碼的能力，受限于應答機功能級別配置，SI碼還不能全面推廣使用。推廣初期使用IC碼識別，IC碼共有16個，實際使用15個。需相關(guān)職能部門統(tǒng)一分配、管理每個民用地面站的II碼。相鄰地面站沒有使用相同的II碼，全呼詢問的鎖定功能有效的減少空間射頻發(fā)射。在相鄰地面站且有重疊覆蓋區(qū)域，使用了相同的II碼，需通過地面站互聯(lián)組網(wǎng)協(xié)調(diào)，使得相鄰地面站都能獲取重疊區(qū)域的目標位置信息。

對于一些不能得到地面站信息的臺點，需對口職能部門協(xié)調(diào)，以有效分配II碼。

①為避免軍用S模式雷達與民用S模式雷達的II碼分配沖突，需對口職能部門協(xié)調(diào)獲取S模式雷達信息，以更好的分配II碼。

②我國幅員遼闊，特別在邊境地區(qū)，與周邊國家之間有重疊覆蓋區(qū)域的S模式雷達，需相關(guān)職能部門協(xié)調(diào)II碼的分配。

③在沿海地區(qū)的S模式雷達，受海上移動雷達的影響，比如艦載移動雷達的II碼，由于其移動性帶來相鄰II碼的不確定，需考慮其對固定雷達的影響。

3.3 鎖定策略地圖

每個S模式雷達系統(tǒng)地圖涉及鎖定策略地圖、監(jiān)視及數(shù)據(jù)鏈等3大功能。在重疊覆蓋區(qū)域的相鄰地面站使用鎖定策略技術(shù)，以獲得有效的信號偵測覆蓋。

在S模式雷達網(wǎng)絡中，每個地面站都有鎖定策略地圖，鎖定策略用于地面站與目標應答機之間的通信，當目標應答機接收到地面站的鎖定命令后，目標應答機將在周期18秒期間不會應答此地面站的全呼詢問。鎖定策略地圖規(guī)定了地面站鎖定目標的區(qū)域。在實際使用中，分配和管理多個地面站II碼、優(yōu)化鎖定策略地圖工作復雜，隨著地面站數(shù)量不斷增加，需為每一個地面站準備更多的地圖。

地面站根據(jù)鎖定策略地圖執(zhí)行鎖定功能。如在重疊區(qū)域的兩個相鄰站點的鎖定策略地圖有重疊，兩個地面站爭先詢問重疊區(qū)域的目標，則使得鎖定策略具有不確定性，在相鄰覆蓋區(qū)域中，在重疊區(qū)域僅使用一種鎖定策略。鎖定策略地圖以塊為單位，每個塊大小為5海里*5海里，高度以200英尺遞增。每個塊都被賦予一個狀態(tài)值。狀態(tài)值為1時，目標應答在此區(qū)域中將被地面站鎖定；為0時，目標應答不被鎖定。在制作鎖定策略地圖時，鎖定策略地圖必須涵蓋整個監(jiān)視覆蓋區(qū)域。如果在監(jiān)視區(qū)域中沒有定義鎖定策略地圖規(guī)則，目標應答機在此區(qū)域不使用鎖定策略，應答所有的全呼詢問，增加了空間的射頻發(fā)射。在實驗中的2個地面站，在每個站分別制作了重疊區(qū)域的地圖及未發(fā)生重疊區(qū)域的地圖。由于手工定義覆蓋地圖的每一個塊，還需考慮每一個塊涉及的地形數(shù)據(jù)對目標偵測的影響，優(yōu)化鎖定策略地圖工作量繁重。

4 結(jié)束語

在實際使用中，由于S模式雷達的參數(shù)配置復雜，在飛行密度不太高的地區(qū)，需慎重考慮安裝。相對于歐美等發(fā)達國家，我國S模式雷達網(wǎng)絡還處于剛剛起步的發(fā)展階段。本文初步探討了雷達II碼分配問題、兩個地面站之間網(wǎng)絡互連模型及鎖定策略，并給出鎖定策略地圖實施方案，解決了相同II碼且相鄰S模式地面站的信號覆蓋問題，為S模式雷達網(wǎng)絡在我國的使用和發(fā)展提供一點建議。

[1]International Civil Aviation Organization,Surveillance radar and collision avoidance systems[M]//Annex 10 to the convention on international civil aviation,USA,International Civil Aviation Organization,1998.

[2]EUROCONTROL，Principles of Mode S Operation and Interrogator Codes[M]，F(xiàn)rance,EUROCONTROL,2003