二次雷達視頻處理時鐘分析

吳曉華，吳兵，羅海，邱憶

（四川九洲空管科技有限責任公司，四川 綿陽 621000）

二次雷達是空中交通管制系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著民航的飛速發(fā)展，空中目標越來越多，由于應答信號的串竄擾、混擾、多徑、交織等問題，對目標譯碼帶來嚴重影響。在譯碼過程中，視頻信號的提取尤為重要，直接關(guān)系到譯碼的正確性。根據(jù)ICAO(International Civil Aviation Organization)附件要求，二次雷達的發(fā)射和應答信號都有明確要求，信號的上升沿和下降沿有嚴格要求，針對信號特點，采用不同的時鐘處理，對視頻信號的處理具有較好的處理效果。

本文首先介紹了二次雷達應答信號格式，說明了應答信號的特點，根據(jù)信號特點闡述了應答信號提取過程中時鐘對信號的影響，詳細分析了不同時鐘情況，對應答信號處理的特點，給出了二次雷達視頻處理的時鐘最佳。

1 應答信號根式

二次雷達系統(tǒng)的信息交換通過上行詢問和下行相應的應答格式來完成，其中，信息內(nèi)容通過脈沖編碼方式來實現(xiàn)。在空中交通管制中，主要使用A 模式用于詢問目標代碼，C 模式用于詢問高度。其中A 模式的脈沖間隔為8us，C 模式的脈沖間隔為21us[1]。機載應答機根據(jù)接收到二次雷達的詢問信號，根據(jù)詢問的脈沖間隔，自動的應答相應的脈沖信號。

應答機的應答信號如圖1 所示，應答碼共16個脈沖信息碼組成，每個碼位有兩種狀態(tài)，即有脈沖和無脈沖，其中“1”狀態(tài)表示有脈沖，“0”狀態(tài)表示無脈沖。F1 和F2 為應答信號的框架脈沖，F(xiàn)1 和F2 的前沿間隔為20.3us，脈沖寬度位0.45us，相鄰脈沖之間的間隔為1.45us，碼位X 為備用位，兩個框架脈沖直接的其余12個碼位為應答碼[2]。SPI 碼位是特殊位置識別碼。碼位的提取直接影響到二次雷達性能和效果，利用不同的時鐘，對實際碼位的提取有重要的影響，在有交織和脈沖干擾情況下，碼位信息和位置容易出錯。

圖1 應答信號格式

2 視頻脈沖的提取方法

應答機的應答脈沖寬度為射頻信號輸出的半電壓點，因此，根據(jù)視頻信號下降6dB 可以得到脈沖的寬度，有效提取視頻信號的脈沖寬度，對后端的譯碼和數(shù)據(jù)處理至關(guān)重要。視頻信號提取如圖2 所示，視頻輸入信號為S1，輸入信號對應6dB 值為M，從信號頂部下降6dB 所對應的脈沖寬度為D。首先，將輸入的視頻信號進行延時T1，并將信號幅度增加6dB，此時的信號為S2。同時，將輸入的信號延時T2，得到信號S3。比較信號S2 和S1 的可以提取出脈沖的前沿，比較S2 和S3 可以提取脈沖的后沿，最后，將前沿和后沿信號相與，便可準確提取出脈沖的寬度。

根據(jù)圖2 的方法可以提取脈沖的前沿（ALE-Actual Leading Edge），ICAO 附件10 中允許應答脈沖持續(xù)時間在0.35 ～0.55us，當脈沖的寬度超過0.55us，有可能為兩個脈沖信號的重疊，可以根據(jù)脈沖的后沿倒退的方法來提取重疊脈沖的前沿，該前沿稱為偽前沿（PLE-Pseudo Leading Edge）。有時出現(xiàn)脈沖寬度超過兩個脈沖的寬度時，可以認為有3個脈沖存在，此時，脈沖的前沿和后沿比較容易確定，另外一個脈沖可以根據(jù)前沿向后0.484us 得到額外前沿（XLE-Extra Leading Edges）。有效提取脈沖的沿后，可以進行相應的譯碼處理。

圖2 視頻提取方法

3 不同時鐘處理分析

由于應答機的脈沖寬度為0.35 ～0.55us，同時，在實際工程中，二次雷達系統(tǒng)的接收機中濾波器有帶寬限制，會使接收到的應答視頻信號上升沿和下降沿變長，處理視頻的時鐘和應答信號的誤差匹配就尤為重要。在數(shù)字處理過程中，采用高頻率的時鐘，會造成將竄擾信號采集到，造成目標信息錯誤。當采用低頻率的時鐘時，會遺失有效信號，造成目標信息丟失。選取一個適當?shù)奶幚頃r鐘，對目標的視頻信號提取具有重要的影響。本文利用圖2 的提取方法，處理脈沖間隔為1.45us 的兩個脈沖，脈沖頂部寬度為0.45us，脈沖的上升沿為0.1us，下降沿為0.2us 的脈沖信號，處理后得到不同的脈沖寬度。

圖3 40MHz時鐘

圖4 10MHz時鐘

圖5 5MHz時鐘

從圖3 ～5 可以得出，當采樣時鐘為40MHz時，得到的脈沖寬度為0.5us，脈沖的間隔為1.45us，處理的后視頻信號中出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象。當采樣時鐘為10MHz時，得到的脈沖寬度為0.5us，脈沖的間隔為1.5us。當采樣時鐘為5MHz時，得到的脈沖寬度為0.6us，脈沖的間隔為1.6us，出現(xiàn)了PLE脈沖。采用高頻率時鐘，比如，40MHz時鐘，可以準確地提取到脈沖的時間間隔信息，同時，會引入毛刺信號。采用較低的時鐘頻率，造成脈沖的沿提取錯誤。因此，在提取視頻信號的時鐘頻率應與脈沖的上升沿、下降沿和脈沖的誤差相匹配。

在二次雷達系統(tǒng)中，脈沖信號的脈沖上升沿為0.05 ～0.1us，脈沖的下降沿為0.05 ～0.2us，為更好地處理脈沖邊沿信號和覆蓋有效脈沖的寬度，同時，避免竄擾信號的干擾，選擇處理時鐘頻率范圍為6 ～10MHz。結(jié)合工程實際，選擇處理時鐘為8MHz時，可以較好地處理脈沖沿和竄擾等干擾信號。通過實際工程使用，對二次雷達目標的譯碼概率和解交織情況均可以得到改善。

4 結(jié)語

本文針對二次雷達應答視頻信號的處理時鐘問題進行了分析，對不同處理時鐘頻率進行仿真分析，對視頻的不同處理時鐘出現(xiàn)的問題進行了分析，結(jié)合工程實際，給出了最佳的處理時鐘頻率，并在工程實踐中進行驗證，目標譯碼效果得到改善。本文的處理時鐘頻率在空管系統(tǒng)中的應答機同樣適用。