导航课件--Lecture-9-ATCRBS

中国民航飞行学院CivilAviationFlightUniversityofChinaATCRBS—AirTrafficControlRadarBeaconSystemXPDR—Transponder第8章空中交通管制应答机（ATCRBSXPDR）2013/4/171本章主要内容空中交通管制雷达信标系统（ATCRBS）一次监视雷达系统二次监视雷达系统询问信号和应答信号机载ATCA/C模式应答机离散选址信标系统（DABS）DABS询问、应答信号S模式应答机2013/4/172缩写与全拼ATCRBS–AirTrafficControlRadarBeaconSystem空中交通管制雷达信标系统PSR–PrimarySurveillanceRadar一次监视雷达系统SSR–SecondarySurveillanceRadar二次监视雷达系统DABS–DiscreteAddressBeaconSystem离散选址信标系统XPDR–Transponder应答机2013/4/173ATCRBS的作用早期的ATC雷达系统只能通过雷达扫描的方式，在雷达显示屏上显示其作用区域内目标（飞机）的位置，如右图所示：管制员通常通过和机组成员进行语音通信的方式来确定特定飞机的位置，但当飞机数目增大后，就无法识别特定飞机，其ATC功能也会下降。ATCRBS可以监控比普通雷达更大的区域，并在目标旁边显示飞机编号和飞机高度信息。2013/4/1742013/4/1752013/4/176一次监视雷达PSRATCRBS由一次监视雷达和二次监视雷达共同组成。一次监视雷达采用旋转的方向性雷达天线来发射扫描射频信号，并接收由飞机机体反射回来的回波，根据发射和接收信号之间的延时来获取飞机的距离信息，根据天线发射接收信号时的朝向来确定飞机的方位。2013/4/1772013/4/178二次监视雷达二次雷达也采用方向性天线发射信号，而且，二次雷达的天线一般和一次雷达的旋转天线安装在同一个转轴上，它们对飞机的探测扫描是同步的。二次雷达发射的信号是一定模式的询问脉冲信号，频率为1030MHz。机载应答机接收到二次雷达的询问信号后，根据其模式相应进行不同的应答，应答信号频率为1090MHz。应答信号被二次雷达接收并解码后，同一次雷达的信号一同显示在雷达显示屏幕上。2013/4/179ATCRBS天线2013/4/17102013/4/1711询问和应答的内容ATCRBS中询问和应答的内容主要有以下三种：1、报告飞机编码：4位8进制数2、报告飞机高度：气压高度3、报告特殊编码：2013/4/1712询问信号Interrogation询问信号由3个脉冲组成，分别为P1，P2和P3。P1和P3脉冲间隔时间决定了询问信号的模式，也即决定了应答信号将是怎样的，P2用于旁瓣抑制，P1、P2的时间间隔固定为2μs。2013/4/1713Modes（模式）询问模式有很多种，有许多已经废弃或仅作为测试目的，也有一些是用于军用目的，当前民航飞机一般只使用A模式（询问飞机代号）和C模式（询问飞机高度），所以机载设备又称为A/C模式应答机。2013/4/1714P2脉冲的作用——旁瓣抑制地面二次雷达天线的方向性图为（按一定速率旋转的）锥形（窄波束），它集中了天线辐射的大部分能量，称之为主瓣。由于天线能量的“泄漏”而形成的其他方向的辐射波瓣，称之为旁瓣。2013/4/1715旁瓣抑制方式当飞机离地面站较近时，旁瓣信号就足够引发应答，而此时天线并没有指向该飞机所在方位。这就会导致重影现象，即在雷达显示器上，一个飞机目标将在多个地点同时出现。在方向性天线之外，增加一个全向天线，P1、P3脉冲由方向性天线发射，P2脉冲由全向天线发射，通过控制P2脉冲信号强度，使得处于主瓣覆盖区域内该信号的强度低于P1、P3信号，而处于旁瓣覆盖区域内信号强度高于P1、P3信号（旁瓣信号强度低于主瓣信号），使应答机能够判断自己是否应答。2013/4/1716应答信号Reply应答信号由框架脉冲F1、F2，12个信息脉冲和SPI脉冲组成框架脉冲F1、F2：询问机用它们来识别合法应答，其时间间隔固定为20.3μs。X脉冲：只用于测试目的，如导弹试射时的靶机。2013/4/1717模式A下的信息脉冲（飞机代码）A、B、C和D共4组3位数，脉冲有无分别代表“1”和“0”A4A2A1B4B2B1C4C2C1D4D2D1第一位第二位第三位第四位可有2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2＝4096种不同的编码，容量十分有限。飞机在跨区域飞行时需要更改飞机的编码。2013/4/1718模式C下的信息脉冲（飞机气压高度）C模式的应答脉冲串表示飞机气压高度。气压高度由大气数据计算机ADC提供，由高度编码电路编码。虽然高度码也是包含在帧脉冲F1和F2之间的信息脉冲组合，但编码规则与上述飞机识别代码完全不同。高度码的编码顺序为：D1、D2、D4、A1、A2、A4、B1、B2、B4、C1、C2、C4高度编码的增量为100英尺编码采用格雷码若无高度编码器，则只应答框架脉冲F1和F22013/4/1719格雷码DecGrayBinary000000010010012011010301001141101005111101610111071001112013/4/1720SPI脉冲PI脉冲离F2脉冲间隔为4.35μs（3倍的时间段长度），全称为特殊识别脉冲。SPI脉冲由应答机上的“identitycontrol”来控制。空中交通管制员可以要求飞行员发送鉴别信号，当飞机员按动“identitycontrol”，SPI脉冲就被加在应答信号上持续大约20秒钟（询问机天线转动2到4圈），此时管制员的显示器上相应的飞机标识就会高亮显示出来。2013/4/1721机载A/C模式应答机机载设备组成A/C模式应答机ATC控制盒高度编码器天线用于ATC的天线安装在飞机的底部因为相同的天线也用于TACS系统，因此现代飞机在顶部也安装有该天线。机载ATC天线是全向天线，因此在各个方位上的雷达系统都有可能接收到应答机对某一雷达的应答。2013/4/1722应答机应答机有一组控制键，其操作十分简单。有一个输入装置以输入4个数字应答机编码，也可以叫信标代码或识别码，和控制识别码发射的按钮，根据控制人员需要发射。应答机通常有4中运行模式：“离线”，“待机”，“运行”（Mode-A）和“高度”（Mode-C）。“运行”模式和“高度”模式的唯一区别在于“运行”模式不会发射任何高度信息。“待机”模式保持系统处于运行状态但是不进行任何应答，因为许多应答机在能够正常的发射信号之前必须经过一段时间进行热机。2013/4/1723ATC控制盒2013/4/1724使用特点1、滑行时，应答机放“STBY”位。2、着陆后，应答机应放至“STBY”位。3、ATC要求时识别时“Ident”，应按下识别按钮并保持一会再松开。4、改变应答机代码时，不应随意将应答机置为7500、7600、7700。2013/4/1725同步窜扰和非同步窜扰2013/4/1726离散选址信标系统DABS（discreteaddressbeaconsystem）一个ATCRBS最多管制4096（=8×8×8×8）架飞机，随着机场的日趋密集，以及飞机数目的日益增多，这一系统已经大大饱和。由于同步窜扰和非同步窜扰，当飞机数目增多，飞机密度变大时，该现象会进一步严重，导致虚假信号变多，系统处理能力下降。终端区域飞机数目的增多，要求提供更为精确的方位信息。因此必须向更先进的DABS系统过渡。2013/4/1727DABS方式（S模式方式）DABS方式下，应答机采用S模式应答机，地面采用S模式SSR系统（S：Selective）机载的S模式应答机和A/C模式应答机是兼容的（单向兼容），S模式应答机可以以A/C模式进行应答。通常，S模式SSR也是和A/C模式SSR兼容的，即S模式SSR可以发送和接收A/C模式的询问信号和应答信号。DABS方式下，系统采用ICAO24位地址码对飞机进行编码，从而实现一对一询问应答。2013/4/1728ICAO24位地址码所有的现代飞机都在注册的时候，被指定了一个唯一的ICAO24位地址或称为S模式16进制码，这一地址也是飞机注册执照的一部分内容。通常，这个地址是永远都不变的，除非应答机系统软件更新了，或者应答机从一架飞机换到另一架飞机上，或者由于维护和飞行管理系统入口调整等原因。ICAO24位地址可以提供16，777，214个不同的地址。ICAO24位地址码可以以3种数字格式表示：16进制、8进制和2进制。这样大的数量使得对所有飞机分配唯一地址码成为可能。2013/4/1729S模式的询问信号S模式下询问信号分为两种ATCRBS/DABS全呼叫2013/4/1730DABS询问信号只有A/C模式应答机的飞机以A/C模式应答有S模式应答机的飞机以S模式应答，全呼叫应答信号为飞机24位地址码，SSR接收S模式应答信号后对飞机地址码进行登记，并对该飞机进行DABS询问（S模式询问信号格式）。2013/4/1731DABS询问信号的特征DABS询问信号中的数据为56位或112位，其内容为飞机地址、控制字、奇偶校验及其它想要交换的数据信息（可实现数据通信，如ADS-B）。DABS中P1脉冲和P2脉冲的幅度相同，因此A/C模式应答机不会对S模式询问信号进行应答DABS询问信号中有24位的飞机地址码，所有的飞机在它进行注册的时候就唯一的分配了该码，S模式应答机只对含有其地址码的询问信号进行应答，应此实现了点名应答，从而有效解决了窜扰问题。2013/4/1732S模式应答信号S模式应答机应答信号格式2013/4/1733S模式应答特性应答的内容根据询问要求而定。应答数据字组包括控制字、飞机地址码、高度码，以及其他需要交换的机载设备信息。应答信号的载频仍为1090MHz。S模式应答机除具有现行A/C模式应答机的所有功能外，还具有选择地址和空中数据交换能力。S模式应答机还可以允许飞机和飞机之间交换飞行数据以实现防撞功能，因此S模式应答机也是TCASII的组成部分。2013/4/1734S模式应答机的最新应用S模式交通信息服务（TIS）二次监视雷达，使雷达设施可以将飞机临近区域的交通信息反馈给飞机，这些信息可以被显示在移动的地图上。S模式TIS只有在飞机处于安装了此类设备的雷达站的雷达覆盖范围内时才可用。S模式TIS设备包括S模式应答机，以及显示设备，通常是GPS设备或者多功能显示器（MFD）。S模式应答机也是下一代空中交通管制系统的组成部分，它们可以用来为ADS-B系统发射位置信息和其它潜在的空中交通管制通信信号。2013/4/1735复习思考题1、说明A/C模式应答机的功用2、说明询问信号的组成及各脉冲的作用3、说明模式的划分方法及各模式的含义4、说明SPI脉冲的作用5、说明应答机的使用特点6、S模式应答机与A/C模式应答机相比，有什么优点？7、说明S模式应答机的功用2013/4/1736