06第6章--二次监视雷达和应答机

2018年03月第6章二次监视雷达和应答机二次监视雷达一概述三机载应答机二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局一概述1、电磁频谱资源代号频率范围HFVHFUHFLSCX(I)KuKKaVWmm3-3030-300300-10001-22-44-88-1212-1818-2727-4040-7575-110110-30010–1001–100.3–115–307.5–153.75–7.52.5-3.751.7-2.51.1-1.70.75-1.14-7.52.7-41-2.7MHzMHzMHzGHzGHzGHzGHzGHzGHzGHzGHzGHzGHzmmmcmcmcmcmcmcmcmmmmmmm波长29cm民航内蒙古空中交通管理局1、电磁频谱资源HF：带宽窄，波束宽，噪声大，电离层折射，设备简单，超视距。VHF：带宽窄，波束宽，噪声大，设备简单，受气象影响小。UHF噪声低，带宽和波束都有改善，设备简单等，早期预警。L：波束窄，噪声低，空中警戒及监视雷达的首选。S：波束窄，受雨杂波的影响大，气象雷达和监视雷达。C：S和X的折中，对空警戒和精密跟踪。X：带宽宽，可产生窄脉冲，设备尺寸适中，高分辨雷达。Ku、K、Ka：波束窄带宽大，雨杂波及大气衰减大，作用距离短的场合，如机场SMR。毫米波：波束窄带宽宽，大气衰减大，空间及作用距离不大的场合如FOD、大气探测、太空探测。二次雷达工作在L波段电磁波特性一概述民航内蒙古空中交通管理局一、设备视图图7-13应答机天线SSR询问机及其天线系统SSR应答机天线系统二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局2、反射常规雷达是通过接收目标的二次散射来发现目标的一概述民航内蒙古空中交通管理局2、反射船舶反射一概述民航内蒙古空中交通管理局2、反射反射截面积定义：在远场条件（平面波照射）下，目标处每单位入射功率密度在接收机处每单位立体角内产生的反射功率乘以4π。雷达截面积：一个等效无耗的各向均匀反射体的截获面积。对于同一个物体，不同的照射方向具有不同的雷达截面积——目标闪烁入射功率密度角内的回波功率返回接收机每单位立体4一概述民航内蒙古空中交通管理局3、雷达视线水平视线杂波和遮蔽雷达信号传播受影响常规使用的信号传播是直线的。雷达信号会受到阻挡和遮蔽。还会受到来自飞机和地面反射信号的干扰。一概述民航内蒙古空中交通管理局3、雷达视线天线高度飞机高度）（Hh23.1NMR雷达水平最大视线距离h、H为英尺，R为海里（1海里=1.852千米）。一概述民航内蒙古空中交通管理局4、雷达接收信号目标反射回波其它电子设备干扰信号气象、地物或海浪杂波信号外部内部噪声一概述民航内蒙古空中交通管理局4、雷达接收信号接收到的回波功率目标回波信号随机噪声检测门限时间接收机噪声通常是宽带的高斯噪声；信号与噪声占据相同的频带宽度；雷达接收到的信号是一个随机过程；雷达的目标检测能力受到噪声的影响。一概述民航内蒙古空中交通管理局5、雷达目标检测门限检测是一种随机检测，雷达接收机输出是一个随机过程，雷达根据接收输出端的振幅是否超过门限来判断有无目标存在，可能出现以下4种情况：存在目标时判为有目标，称为发现，它的概率称为发现概率Pd；存在目标时判为无目标，称为漏报，它的概率称为漏报概率Pla；不存在目标时判为无目标，称为正确不发现，它的概率称为正确不发现概率Pan；不存在目标时判有目标，称为虚警，它的概率称为虚警概率Pfa。1ladPP1faanPP通常大家比较关注的是发现概率Pd和虚警概率Pfa一概述民航内蒙古空中交通管理局6、雷达信号传播大气波导效应地面大气波导效应导致传播路径弯曲，雷达有可能看到视线外的目标。大气一概述民航内蒙古空中交通管理局6、雷达信号传播雷达信号损失雷达系统存在的各种损耗空间传播损耗大气传播衰减射频传输损耗旋转关节、转换开关、电缆或波导、滤波器损耗天线波束形状损失叠加损失信号积累时存在噪声系统不完善损失发射频带内不均匀，接收通道与信号不匹配（幅度和相位特性）一概述民航内蒙古空中交通管理局6、雷达信号传播大气衰减一概述频率（GHz）降水率（mn/h）倾盆大雨大雨中雨小雨毛毛雨衰减（dB/km）民航内蒙古空中交通管理局1、常规雷达二雷达原理定义Radar：RadioDetectingandRanging无线电探测和测距。目标发射机接收机显示器发射的电磁波接收的电磁波信号处理机天线收发转换开关噪声R民航内蒙古空中交通管理局1、常规雷达二雷达原理雷达的任务探测目标测量目标参数斜距测量目标角位置测量民航内蒙古空中交通管理局1、常规雷达目标斜距测量2rctR雷达发射脉冲电磁波；电磁波在空间传播，遇物体产生后向散射，形成回波；雷达接收回波并测量回波脉冲滞后于发射脉冲的时间tr。二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局R————目标到雷达站的单程距离,单位为m；tr————电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，单位为s；c————电磁波的传播速度，c=3×108m/s。回波脉冲滞后于发射脉冲为一个微秒时,所对应的目标斜距离R为kmmtcRr15.01502二雷达原理1、常规雷达目标斜距测量民航内蒙古空中交通管理局1、常规雷达发射脉冲回波噪声trtrtt雷达测距二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局目标角位置的测量目标角位置指方位角,在雷达技术中测量这个角位置基本上都是利用天线的方向性来实现的。雷达天线将电磁能量汇集在窄波束内,当天线波束轴对准目标时,回波信号最强。当目标偏离天线波束轴时回波信号减弱。根据接收回波最强时的天线波束指向,就可确定目标的方向。1、常规雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局目标O角坐标测量根据接收回波最强时的天线波束指向,就可确定目标的方向,这就是角坐标测量的基本原理。天线波束窄精度高回波最强1、常规雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局考虑接收天线增益，在离发射机R处的接收机输入端的功率：雷达波的双程传播22)4(RGGPSrttrrG为离雷达R处的接收天线增益。考虑目标二次反射，即双程的情况，雷达接收机收到的功率信号为：4322)4(RGPSttr为目标的雷达截面积。经过双程传输后，目标信号是很小的(反比于R4)。42reGA1、常规雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局当接收到的回波功率Sr等于最小可检测信号Smin时,雷达达到其最大作用距离Rmax,超过这个距离后,就不能有效地检测到目标。4/1min322max)π4(SGPRtt雷达探测性能与下列因素有关：发射功率、天线增益、接收灵敏度1、常规雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局2、二次雷达SSR（SecondarySurveillanceRadar）上世纪六十年代中期出现SSR，当时叫“敌我识别器（IFF）”；SSR是ICAO（国际民航组织）的标准监视系统；SSR的装备量在世界范围内呈上升趋势。SSR是高精度的脉冲（时间）测距/测向系统，它是构成现代空中交通管制的重要监视系统。二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局SSR的发展历史50年代后期，英国COSSOR公司研制成专供ATC系统用的二次监视雷达（SSR）60年代初国际民航组织（ICAO）确认了SSR为ATC系统的基本组成设备60年代中期实现了用雷达管制飞机的飞行间隔80年代初COSSOR公司率先推出了单脉冲二次监视雷达（MSSR）机电部783厂首先研制开始，并于1979年研制出常规SSR样机1987年该厂研制出681A型常规SSR14研究所从1988年开始研制全固态MSSR，型号为DLD-100，于1991年完成和通过部级鉴定2000年底十四所推出其第二代全固态MSSR，型号DLD-100A2008研制成功新一代具有基本S模式全固态MSSR，型号DLD-100C二雷达原理2、二次雷达民航内蒙古空中交通管理局二雷达原理2、二次雷达按测角方法分常规二次雷达（SSR）：常规SSR实现对一个目标定位需要利用雷达定向主波瓣中这个目标的所有应答；单脉冲二次雷达(MSSR)：只需要利用一次询问的应答即能准确定位。按询问和识别处理方法分空中交通管制雷达信标系统（ATCRBS）和ModeS系统：ATCRBS是不加选择地广播式询问目标并识别目标，而且只能识别目标的代号和高度，有时还会发生混淆。ModeS则可点名询问某代号或地址的目标和传递管制或飞行管理信息。二次雷达是雷达技术和通信技术结合的产物。分类民航内蒙古空中交通管理局SSR可以获得的主要信息飞机的距离和方位；飞机的识别代码；飞机的气压高度；飞机紧急告警信息，如飞机发生紧急故障（7700）、无线电通信失效（7600）、飞机被劫持（7500）。二雷达原理2、二次雷达民航内蒙古空中交通管理局工作框图定时脉冲发生器编码器发射机接收机发射机译码器编码器接收机显示器二次雷达高度信息识别信息RF询问RF应答地面询问机机载应答机f问=1030MHz，f答=1090MHz。采用视距传播方式。P问=2000W，P答=700W，作用距离R=200nm询问机天线的旋转周期T=4~15s（MHS6s,SNT6s,XSL4s）二雷达原理2、二次雷达民航内蒙古空中交通管理局2/1max)(4rrttLPGGPRRmax———雷达最大作用距离，m；λ———波长，m；Pt———雷达发射功率（应答机发射功率），W；Gt———雷达发射天线增益，dB；Gr———应答机接收天线增益，dB；L———大气损耗，方向图因子损耗，dB；Pr———应答机接收灵敏度（雷达接收灵敏度），dBm。发射功率越大作用距离越远天线增益越高作用距离越远二次雷达方程二雷达原理2、二次雷达民航内蒙古空中交通管理局24RGPPttD距离越远功率密度越小，距离越近功率密度越大。雷达波的传播（单程）离雷达距离R处的电磁波功率密度：21RPr雷达接收信号每倍程为6dB2、二次雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局功率密度下降雷达波的传播（单程）2、二次雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局二次雷达动态范围:能够对接收信号进行检测而又使接收信号不失真的输入信号的大小范围24RGPPttr2RkPr表示成距离的函数：雷达接收功率：应答机的功率都是相同的，二次雷达的接收信号动态范围只受应答飞机与雷达之间的距离影响。最小作用距离为，最大作用距离为。minRmaxR雷达接收信号的动态为：倍1600001400222min2max2max2minminmaxRRRkRkPPDrr以分贝计为：dBD52160000log10log102、二次雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局斜距的测量雷达从发出询问到接收到应答并检测到目标所用的总时间为：雷达询问信号到达目标的时间＋飞机应答机接收并发出应答信号的时间＋应答信号循原路到达雷达的时间＋雷达接收应答并检测到目标的时间。从总时间扣除应答机响应时间和检测用的时间得到脉冲双程传输时间，其与电磁波速度之积的一半即是该目标的距离值。询问脉冲上行时间——————————上行时间应答机响应时间——————————响应时间应答脉冲下行时间——————————下行时间雷达接收到应答并检测到目标的时间——检测时间2、二次雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局二次雷达方位角的测量滑窗原理：天线360°搜索，在目标与主波瓣相遇和驻留期间将有许多应答回到雷达，并被检测到。雷达设定一个“发现窗”及一个“结束窗”，对应的各有一个门限值，它们各是一个确定的询问或应答数目值。发现结束2、二次雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理局发现窗：当一个目标每被雷达询问一次作出的应答被接收并被检测到时就往窗内计1，否则计0，当窗内计满时，新一次询问结果被填入并同时扔掉最早填入的一个，直到连续被接收并被检测到的应答数计满这个窗时，也即满足发现门限，即告发现目标。2、二次雷达二雷达原理民航内蒙古空中交通管理