二次雷达基本原理.

二次雷达基本原理 于希涛 2010年 5月 5日 2 内容 I.二次雷达简介 II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料 3 内容 I.二次雷达简介 II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料 4 I.二次雷达简介 - 雷达 (RADAR,RAdio Detection And Ranging)分 为两类， 一次雷达 (PSR,Primary Surveillance Radar),利 用无线电反射回波信息来发现目标，例如气象雷 达、多普勒雷达、着陆雷达及监视雷达 . 二次雷达 (SSR,Secondary Surveillance Radar), 通过地面询问机 (interrogator)和接收机载应答 机 (transponder)反馈的信息来发现和识别目标 . 5 I.二次雷达简介 - I. PSR SSR区别 : 工作方式不同 PSR靠反射 ,SSR一问一 答 . II.SSR优点 1.机载应答机的回答频率不同于地面站询问机的询问频率 ,可避 免 PSR常见的地物杂波、气象杂波等干扰 . 2.不依靠电波反射，所以同样的探测距离发射功率比一次监视雷 达低的多 . 3.利用编码信号进行信息交换，能获取更丰富的信息 . 6 内容 I.二次雷达简介 II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料 7 II.二次雷达工作原理 - 1.工作频率 2.目标参数获取 3.询问信号 4.应答信号 8 II.二次雷达工作原理 -1工作频率 • 工作频率 :上行 1030MHz,下行 1090MHz • 分为地面雷达设备和飞机应答机两部分 • 一问一答方式获取信息 询问信号 应答信号 9 II.二次雷达工作原理 -2目标参数获取 正北 H R α D O SSR需要的目标参数有：距离 R、方位 α、高度 H 10 II.二次雷达工作原理 -2目标参数获取 a)距离 R的获取： 通过对发射和接收电磁波时间的计算可以得出 . R=C*t/2 C为光速， t为雷达从发射询问信号到接收到应答信号之间的时间 11 II.二次雷达工作原理 -2目标参数获取 b)方位 α的获取： (1)滑窗测方位角法 (2)单脉冲测方位角法 (相位型和振幅型 ). 一种精确测试 信号方位角的技术 ,它的名字是由有一个（回答）脉冲就可以确定目标方位角而得来 的。单脉冲雷达采用相位和，差的比较来得到角度的精确信息 . 12 II.二次雷达工作原理 -单脉冲技术 和差电 桥 E1 E2d θ θ 目标方向 Σ 瞄 准 轴 波程差 ∆ ●二次雷达使用的大垂直孔径 (LVA,Large Vertical Aperture )天线 ,可以等效成两个辐 射源 . ●和差电桥处理后 ,产生和信号 (Σ)和差信号 (Δ) 13 II.二次雷达工作原理 -单脉冲技术 单脉冲测角需要的三个参数 : (1)天线瞄准轴的方向 .(方位编码器给出 ) (2)目标偏离瞄准轴 (OBA,Off Bore-sight Angle) 信息 .(归一化的差信号强度给出 ) (3)目标偏离瞄准轴的符号信息 .(和的相位差给 出 ) 14 II.二次雷达工作原理 -2目标参数获取 c)高度信息的获取 由应答机上的 C码获得目标高度 . 15 II.二次雷达工作原理 -3询问信号 I. 由地面询问机发射的信号称为询问信号 II.根据实际需要，将询问信息分成多种模式 .目前 ICAO 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 了六 种询问模式 :1,2,3/A,B,C P1、 P3脉冲称为模式询问脉冲，两者之间的时间间隔决定了询 问的模式 P2脉冲称为旁瓣抑制脉冲或控制脉冲，总是在 P1脉冲 2μs后发 射，主要是为了抑制旁瓣 (ISLS). 0.8μs P1P3间隔 P1 P3 P2 0.8μs 询问波束 控制波束 sµ2 16 II.二次雷达工作原理 -3询问信号 P1P2P3脉冲要求 在上升沿和下降沿 1/2脉冲幅度处的时间间隔定义为脉冲时间间隔 0.8±0.1μs 从 1/10到 9/10的脉冲幅度的时间称为上升时间 ≥0.05μs ≤， 0.1μs 从 9/10到 1/10的脉冲幅度的时间称为下降时间 ≥0.05μs ≤， 0.1μs 模式 P1P2间隔 P1P3间隔 模式 1 军用识别码 2±0.1μs 3+0.01μs/-0.05μs 模式 2 军用识别码 2±0.1μs 5±0.1μs 模式 3/A 军民用识别码 2±0.1μs 8±0.1μs 模式 B 军用识别码 2±0.1μs 17±0.1μs 模式 C 高度码 2±0.1μs 21±0.1μs 模式 D 备用码 2±0.1μs 25±0.1μs 询问信号脉冲参数定义： 17 II.二次雷达工作原理 -3询问信号 询问旁瓣抑制 (ISLS,Interrogation Path Side Lobe Suppression). 18 II.二次雷达工作原理 -4应答信号 I. 机载应答机收到地面询问机发射的询问信号后 (P3脉冲之后 3μs)，根据询问的内容，自动回答一组编码脉冲，称为应 答码。 II.应答码由 16个脉冲组成  F1,F2框架 (Framing)脉冲 ,2个  4组 8进制编码的 12位信息脉冲 ABCD,12个  x备用脉冲 ,目前恒为零 ,1个  SPI脉冲 (Special Purpose Identification),1个 III.回答 3/A和 C模式的格式完全一样，只是编码顺序有所不同 .3/A 顺序为 ABCD,C模式为 DABC 19 II.二次雷达工作原理 -4应答信号 • SPI仅在管制员要求的情况下 ,飞行员开启该脉冲， 20秒后应答机将自动停止 发射 • 前我们使用的是 3/A模式和 C模式，通过使用两种模式的交替询问的方式获得 目标的二次代码和高度码。 F1 C1 A1 C2 A2 C4 A4 X B1 D1 B2 D2 B4 D4 F2 SP1 20.3μs 0.45μs 1.45μs 4.35μs 20 II.二次雷达工作原理 -4应答信号 机载应答机 21 II.二次雷达工作原理 -4应答信号 3/A模式应答码 •12个信息脉冲解码顺序 (注意不同于发射脉冲顺 序 ): A4A2A1 B4B2B1 C4C2C1 D4D2D1 F 1 C 1 A 1 C 2 B 2 D 4 F 2 F 2 1 2 3 4 A B C D 22 II.二次雷达工作原理 -4应答信号 3/A模式应答码 • 7777的代码不用 •三组危急码也不用 7700飞机故障危急 7600飞机通讯系统故障 7500飞机被劫持 23 II.二次雷达工作原理 -4应答信号 C模式应答码 12个信息脉冲解码顺序 (注意不同于发射脉冲顺 序 ): D1D2D4 A1A2A4 B1B2B4 C1C2C4 D1恒为 0 DAB位构成 9位 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 循环码 ,按 500英尺递增 C位构成 3位 5周期循环码 ,按 100英尺递增 计算方式 : 1.DAB循环妈 ->DAB二进制码 DAB=D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D 8 D i+1 =D i D⊕ i-1 , i {1-7} and D∈ 0 =1 得出 DAB' 2.C位 5周期循环码查表得出 C' 3.高度 Height = 500*DAB' + 100*C' – 1200 ,单位为英尺 24 II.二次雷达工作原理 -4应答信号 C模式应答码 循环码特性 C1C2C4 十进制数 偶数 001 0 011 1 010 2 110 3 100 4 奇数 100 0 110 1 010 2 011 3 001 4 C位 5周期循环码规则： 循环码的 B4若为 1则使用奇 数特性，若为 0则使用偶数特 性 。 25 II.二次雷达工作原理 -4应答信号 F 1 A 1 C 2 A 2 A 4 B 1 B 2 B 4 F 2X F 2 7 7 20 C模式应答码举例 26 内容 I.二次雷达简介 II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料 27 1.天线 2.问询机 (1)发射机 (2)接收机 (3)处理设备 III.系统组成 - 28 III.系统组成 - I.二次雷达的组成： 环形 器 发射机 接收机 处理机 显示设备 天线 轻型飞机的应 答机 传输设备 应答机 天线 环形器 发射机 接收机 处理设备 显示器 29 III.系统组成 -1.天线 天线箱体内包含功分网络和电缆 正面列馈 ● 天馈线 :大垂直口径 (LVA)阵列天线 ● 极化方式：垂直极化 背馈 30 III.系统组成 -1.天线 天线在空间辐射电磁场的能量形成一个立体的辐 射图。 阵面和通道能量合成效果图 阵面控制通道能量效果图 31 III.系统组成 -1.天线 从立体辐射图研究天线的性能十分麻烦。通常分析天 线的特性主要分析辐射图 ●水平剖面的水平方向性图 (主要用于分析目标的方位 角精度和不同方位角飞机的分辨能力 ) ●垂直剖面的垂直方向性图 (主要用于分析降低地面反 射造成的影响 ) 32 III.系统组成 -1.天线 水平方向性图 Σ Ω Δ 33 III.系统组成 -1.天线 垂直方向性图 ( )θF θ高度角 °50 °4 °0 °− 6 dB0 dB20− 26dB− dB16− 度下切率 /dB8.1 余割平方特性 34 III.系统组成 -2.1发射机 发射机的几个重要参数： 1)发射频率： 1030MHZ 2)输出功率：典型值 0.5KW~2KW,影响雷达的最大作用距离，天线 增益，馈线损耗等 3)占空比：典型值 0.1%，较高的占空比意味着发射功率的提高，也意 味着可能出现的发射器材温度过高的危险 * 占空比为脉冲重复周期内总的脉冲持续时间与脉冲重复周期的比值 . 例如：脉冲宽度 1μs，信号周期 4μs的脉冲序列占空比为 0.25 35 III.系统组成 -2.2接收机 接收机的几个重要参数： 1)灵敏度：指雷达设备能够接收到的最小输入信号功率。 ICAO 建议切线灵敏度好于 -85dBm 2)带宽 3)动态范围：即接收机可以接收的信号强度范围，要求大 于 60dB。可以采用灵敏度时间控制 (STC,Sensitivity Time Control)技术来增加接收的动态范围。 *ICAO， International Civil Aviation Organization * 切线灵敏度 ,为噪声上升到所观察的噪声电平本身高度时的信号功率。 *STC,对不同距离上不同强度的信号进行信号衰减或提高门限的方法来扩大接收 机的动态范围 36 III.系统组成 -2.3处理设备 I.二次雷达处理设备的作用 应答机发射的一串编码脉冲，经过接收机的检测 放大后，输出原始视频 处理设备对该视频进行处理，对应答信息进行解 码，判断应答信息，对窜扰和干扰进行排除。 并将此信息数据化 ，以便后续的进一步处理 。 II.处理设备主要为录取器。 37 内容 I.二次雷达简介 II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料 38 IV.参考资料 1. 无锡培训二次雷达原理教材，陈京华 ,2010年 4月 2. 单脉冲二次雷达讲义，中电十四所 3. http://www.radartutorial.eu 4. ALENIA雷达讲义 5. 二次雷达原理，张尉， 2009年 5月，国防工业出版社 ,ISBN 978-7-118-05361-6 39 结束 Slide 1 Slide 2 Slide 3 Slide 4 Slide 5 Slide 6 Slide 7 Slide 8 Slide 9 Slide 10 Slide 11 Slide 12 Slide 13 Slide 14 Slide 15 Slide 16 Slide 17 Slide 18 Slide 19 Slide 20 Slide 21 Slide 22 Slide 23 Slide 24 Slide 25 Slide 26 Slide 27 Slide 28 Slide 29 Slide 30 Slide 31 Slide 32 Slide 33 Slide 34 Slide 35 Slide 36 Slide 37 Slide 38 Slide 39