民用航空無線導(dǎo)航及二次雷達(dá)干擾排除的研究

朱瑀然

【摘 要】航空導(dǎo)航設(shè)備是確保飛機實施遠(yuǎn)程航行的重要設(shè)備，隨著科技的發(fā)展，航空導(dǎo)航設(shè)備已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，基本上能夠滿足飛行的需要。二次雷達(dá)系統(tǒng)是國內(nèi)民用航空主要的監(jiān)視手段，在航空運輸快速發(fā)展的今天，飛行量與日俱增，雷達(dá)對航空管制也越來越重要。與此同時，航空管制雷達(dá)在運斤過程中暴露出了一些問題，如異步干擾，反射，同步串?dāng)_，多徑詢問應(yīng)答等問題，這些問題給空中航行的安全帶來了隱患。因此，對這些問題的研究分析變得非常重要。

【關(guān)鍵詞】無線導(dǎo)航；二次雷達(dá)；航空

一、民用航空無線導(dǎo)航

（一）駕駛艙衛(wèi)星通信

為滿足民航規(guī)章，保障飛機全球范圍內(nèi)的安全運行，基于衛(wèi)星通信的駕駛艙話音及數(shù)據(jù)通信得到廣泛應(yīng)用，目前用于駕駛艙的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有海事衛(wèi)星（Inmarsat）和銥星（Iridium）。

Inmarsat航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)Inmarsat航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為空間段、地面段和用戶段?？臻g段由多顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星組成，地面段包括衛(wèi)星測控中心、衛(wèi)星接入站和其他地面網(wǎng)絡(luò)等，用戶段由各種用戶終端組成。Inmarsat航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道分為P、R、T和C信道，P、R和T信道主要用于數(shù)據(jù)傳輸，C信道可傳輸話音、數(shù)據(jù)、傳真等。同時，Inmarsat支持4種不同類型的航空服務(wù)。

Iridium-Next系統(tǒng)，其建設(shè)目標(biāo)總體包括提高數(shù)據(jù)傳輸速率、更高的話音質(zhì)量、可以靈活分配頻帶、利用IP技術(shù)的優(yōu)勢、提供更強的業(yè)務(wù)和設(shè)備等。Iridium-Next系統(tǒng)支持全球范圍的多種新應(yīng)用和新業(yè)務(wù)，包括星基廣播式自動相關(guān)監(jiān)視ADS-B應(yīng)用，可以實現(xiàn)全球覆蓋的航空器獨立監(jiān)視，單星可監(jiān)視3000個目標(biāo)，處理1000個以上目標(biāo)。

（二）客艙衛(wèi)星通信

1.Telesat衛(wèi)星系統(tǒng)

Telesat是全球領(lǐng)先的衛(wèi)星通信運營商，提供可靠和安全的衛(wèi)星通信解決方案，服務(wù)于廣播、電信、企業(yè)和政府客戶，總部設(shè)立在加拿大的渥太華，在世界各地建有辦事處及設(shè)施，目前擁有15顆衛(wèi)星，計劃于2017年發(fā)射兩顆小型衛(wèi)星，避免Ka頻段衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)連接相關(guān)技術(shù)風(fēng)險。

2.Inmarsat-5衛(wèi)星系統(tǒng)

Inmarsat為實現(xiàn)Ka頻段高通量衛(wèi)星應(yīng)用，推出了第五代海事衛(wèi)星系統(tǒng)GlobalXpress，GlobalXpress采用全I(xiàn)P體制，使用Ka頻段，空間段采用三顆主用（120°間隔）加一顆備用靜止軌道衛(wèi)星的組網(wǎng)方式。

3.）ViaSat衛(wèi)星系統(tǒng)

美國衛(wèi)訊公司（ViaSat）的Ka頻段衛(wèi)星可分為三代。ViaSat-1、ViaSat-2、ViaSat-3。ViaSat系列衛(wèi)星均是采用ViasSat公司自有的SurfBeam網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。SurfBeam網(wǎng)絡(luò)是一個雙模式寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，既可工作在Ka點波束衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上，也可工作于傳統(tǒng)的Ku頻段寬帶衛(wèi)星上。SurfBeam網(wǎng)絡(luò)可為用戶提供高速Internet接入、軟件化服務(wù)、視頻和VOIP、高速文件傳輸、IP組播等應(yīng)用服務(wù)。

二、二次雷達(dá)干擾排除

（一）二次雷達(dá)簡介

由于航管二次雷達(dá)（SSR）的使用，地面控制中心管制員可以通過雷達(dá)屏幕看到飛機的飛行代碼、速度、位置信息等參數(shù)，雷達(dá)也可向駕駛員提供飛機相互之間的相對位置信息，從而消除潛在的相撞事故，保證空中飛行安全。SSR的出現(xiàn)是空中交通管制的重大技術(shù)進(jìn)步。隨著近年來我國航空事業(yè)的高速發(fā)展，目前我國民航系統(tǒng)已經(jīng)引進(jìn)和建設(shè)比較完備的地面雷達(dá)檢測導(dǎo)航系統(tǒng)，建設(shè)和部署了全國數(shù)百個大中小城市的航管二次雷達(dá)地面站。航管二次雷達(dá)系統(tǒng)作為是一種高復(fù)雜度、高精度的設(shè)備，在雷達(dá)的維護(hù)中需要對其定期進(jìn)行檢驗和維護(hù)，從而確保其性能指標(biāo)符合要求。

（二）二次雷達(dá)系統(tǒng)組成

航管二次雷達(dá)系統(tǒng)組成主要包括機載設(shè)備和地面系統(tǒng)兩部分。地面系統(tǒng)主要是地面雷達(dá)站和空管控制中心，雷達(dá)站又主要包括地面天線系統(tǒng)和詢問機/應(yīng)答機處理器（也稱發(fā)射機-接收機），地面系統(tǒng)用來發(fā)射上行詢問信號，機載設(shè)備主要是機載異頻收發(fā)機，通常安裝在飛機機身的下部，用于接收詢問信號并產(chǎn)生應(yīng)答信號；空管控制中心接收應(yīng)答信號處理并最終顯示飛機信息。

二次監(jiān)視雷達(dá)非自主的、協(xié)同式的方式工作，且地面設(shè)備具有與機載設(shè)各雙向配合、兼容協(xié)同的特性。相比么下，二次雷達(dá)的優(yōu)點主要有：

（1）國際民航組織將地面巧備的詢問頻率定義為1030MHZ，機載設(shè)備的應(yīng)答信號頻率定文為1090MHZ。而且靠接收發(fā)射回來的信號來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，這樣就克服了自然界中由于的地物以及氣象引起的雜波干化。

（2）二次雷達(dá)對目標(biāo)的定位是依靠地面詢問設(shè)備和機載設(shè)備的兩次福射。當(dāng)探測相同距離的目標(biāo)時，在發(fā)射功率上，一次雷達(dá)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二次雷達(dá)，常為幾百千瓦和幾千瓦的區(qū)別。在價格上，一次雷達(dá)比二次雷達(dá)要昂貴。

（3）—次雷達(dá)并不能識別目標(biāo)屬性，而二次雷達(dá)可以得到豐富的信息，在未來還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈通信。

（三）二次雷達(dá)干擾

飛機上的天線為全向天線，當(dāng)接收某一雷達(dá)站的詢問時，機載天線發(fā)出的信號以球面形式擴散出去，除了被當(dāng)前雷迭主瓣收到以外，還可能被處于范圍內(nèi)的另一部雷達(dá)的旁瓣收到，與這部雷達(dá)的詢問步調(diào)不一致，造成干擾。由于這個回答與自身的詢問不同步，因此叫做異步干擾。降低詢問率可以降低異步干擾形成的概率，異步干擾信號可以通過RSLS技術(shù)和詢問頻率交錯技術(shù)加以抑制。

兩架飛機同處于一部雷達(dá)的覆蓋之下，當(dāng)它們相對于雷達(dá)站大致接近且波程差小于20.3us的距離，從而使得雷達(dá)接收兩架飛機的應(yīng)答代碼發(fā)生重疊，當(dāng)后續(xù)重疊應(yīng)答代碼的f1脈沖處于前面應(yīng)答代碼的脈沖位置上，則稱為同步串?dāng)_。可能兩架飛機的方位和高度不同，但在離雷達(dá)站的距離上大致相同。

當(dāng)波束主瓣的詢問信號遇到反射物體時，會發(fā)生反射，之后繼續(xù)傳播到達(dá)應(yīng)答機。同理，根據(jù)反射路徑的可逆性，應(yīng)答信號既有直達(dá)的回波也有反射的回波，從而出現(xiàn)假目標(biāo)現(xiàn)象，經(jīng)常體現(xiàn)為兩個目掠二次代碼相同，但距離、速度不同，使判決困難。

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