CN102621544A - 一种局部多个s模式二次监视雷达站的协同询问方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供与民航领域S模式二次监视雷达站布设有关的一种局部多个S模式二次监视雷达站的协同询问方法，涉及民航空管及雷达监视技术领域。本方法是将至少将两个或多个具备相邻的S模式雷达站组成一个集群，该集群内的雷达站分配使用一个相同的询问代码，集群雷达站之间通过通信链路连接，对集群内每一部雷达站，将其监视目标分类，对目标状态信息进行协同处理，保证协同工作时协同信息能够及时通信；使得具有相同询问代码的多个雷达站协同工作，实现无全呼询问的选择询问；解决了因雷达站询问代码相同而被机载应答机锁定引起目标无法监视的技术问题，实现了多个雷达站的协同监视，又降低了询问代码不足所带来的风险。

Description

一种局部多个S模式二次监视雷达站的协同询问方法

技术领域

本发明涉及民航空管及雷达监视技术领域，尤其涉及与民航领域S模式二次监视雷达站的布设有关的一种局部多个S模式二次监视雷达站的协同询问方法。

背景技术

空管二次监视雷达（SSR：Senondary Surveillance Radar）是空中交通管制系统（ATC：Air Traffic Control）的重要组成部分，是监视飞机飞行航迹和状态的一种地面传感器。传统的二次监视雷达系统是采用A/C工作模式，国际民航组织（ICAO）为解决常规A/C模式二次监视雷达的代码容量限制、同步串扰、异步干扰等现象，提出了S模式技术的解决方案。S 模式二次雷达能够更有效地提高当前雷达管制能力，为管制员科学合理地控制航空流量，进一步地提高空管的工作效率提供了有力技术手段。S 模式二次雷达不同于A/C模式的全部询问和全部应答，S模式地面雷达站询问机首先对监视范围内的目标发出全呼询问信号，该信号中携带有询问机的询问代码，机载应答机收到全呼询问信号后，解析询问机的询问代码，并应答本机的地址码。地面雷达站接收机收到机载应答机的地址码后，在后续的选择询问中，根据地址码进行点名式的选择询问或叫点名询问。当该机载应答机再次收到相同询问代码的全呼询问时，应答机会忽略全呼询问，不产生全呼应答，称之为锁定（Lockout）。S模式设计锁定技术，可以有效的减少全呼应答的次数，减少信号之间的干扰，避免出现异步干扰（FRUIT：False Replies Unsynchronized In Time）和混扰（Garble）类型的目标，并提高全呼询问期间的目标获取能力。从S模式的设计过程中可以看到，地面雷达站只有在获得了应答机的地址码之后，才能在选择询问周期中进行选择询问，实现监视功能。而在获得应答机地址码的全呼询问过程中，地面询问机的询问代码是一个关键的参数，一旦一个询问代码被应答机锁定后，在一定时间内，该应答机将忽略对应询问代码的所有全呼询问。

在国际民航组织ICAO的技术规范中，询问机的询问代码由4个bits表示，有效代码为0～15，而代码0通常用来针对忽略锁定时相关的辅助询问使用，代码14分配给测试系统使用。因此用来进行全呼询问的有效代码仅有余下的14个。因此，当民航领域在局部地区布设多部S模式二次雷达站时，就会出现询问代码不够分配的问题，以致造成无法监视的严重问题。目前在国内，由于局部部署的雷达站较少，询问代码IC是够用的，但是，在美国和西欧等地，已经出现询问代码不够用的情况，至今还没有统一的解决方案。

发明内容

 本发明的目的是提供一种局部多个S模式二次监视雷达站的协同询问方法，使其有效的减少全呼询问和应答的次数，进一步降低出现同步串扰的概率，以解决局部地区密集布设S模式二次雷达时，询问代码紧张的技术问题。

实现本发明目的之技术解决方案是这样的：总的方案是将相邻的多个S模式雷达站组成一个集群，分配一个相同的询问代码，通过地面通信的协调来解决应答机的锁定问题，降低出现同步串扰的概率以及询问代码紧张的技术问题。

一种局部多个S模式二次监视雷达站的协同询问方法，包括全呼叫询问和选择询问，与独立工作雷达站区别点是至少将两个或多个雷达站定义为一个雷达站集群，该集群内的雷达站使用相同询问代码，通过以下步骤使得具有相同询问代码的多个雷达站协同工作，其步骤如下：

第一步：通过将局部多个S模式雷达站的询问代码设置为相同的代码，从而将多个雷达站设置为一个集群；

第二步：集群雷达站之间，对目标状态信息进行协同处理，协同信息包括：目标地址码、经度、纬度、航速、航向、飞行高度（协同信息数据项见表1）；

第三步：对集群内每一部雷达站，将其监视目标分类，并指定优先级：将航迹划分为新发现航迹类、正常航迹类和终止航迹类，协同传输时的优先级由高到低顺序为：终止航迹类、新发现航迹类、正常航迹类；

第四步：集群雷达站之间通过通信链路连接，保证协同工作时协同信息能够及时通信；

第五步：集群内雷达站发送协同信息时，将本站全呼叫询问时收到的所有应答，按照第二步协同信息内容，根据第三步的航迹优先级向集群内的雷达站广播；

第六步：集群内雷达站收到协同信息时，根据第二步的协同信息格式，获取目标信息，并加入到本雷达站目标维护列表中；在接下来的选择询问周期中，进行选择询问；从而实现了无全呼询问的选择询问，同时解决了询问代码不足的问题。

本发明与现有技术比较，有突出的优点与显著的积极效果表现在：

1、针对局部地区多个S模式二次雷达站询问代码分配不足时，容易造成监视目标丢失的情况，设计出多个S模式二次雷达站协同询问的解决方案。

2、从技术上解决了因雷达站询问代码相同而被机载应答机锁定的技术问题，实现了多个雷达站的协同监视，又降低了询问代码不足所带来的风险。

3、有效的减少了全呼询问和应答的次数，进一步降低了出现同步串扰风险的概率。

4、对国内或国外解决民航对空监视领域密集布设S模式二次监视雷达站具有重大应用前景和使用价值。

附图说明

图 1是现有技术中使用不同询问代码两雷达站独立工作时的示意图。

图 2是现有技术中使用相同询问代码两雷达站独立工作时的示意图。

图3是本发明所述使用相同询问代码雷达站组成集群协同工作示意图。

具体实施方式

参见图1、图2可知，在现有技术中，当局部多个S模式雷达站独立工作时，配置相同的询问机代码，因应答机的锁定功能，仅有一个雷达站能够收到应答机的全呼应答，并获得该应答机的地址码，在选择询问周期内完成对目标的监视；如果配置不同的询问机代码，则目标在共同覆盖区域内，会对所有的全呼询问产生应答，容易产生信号间的干扰。下面又分两种情况：

一、询问代码充足时：

图1示意了两个地面雷达站使用不同的询问代码独立工作时的状况，目标在T1时刻进入雷达站1的监视范围后，收到雷达站1的全呼询问信号，询问代码IC=1，该目标产生全呼应答，同时对本次应答之后一定时间内询问代码IC=1的全呼询问产生锁定操作。该目标在位于雷达站1覆盖范围内的随后时刻（T1～T3）中，该目标接收雷达站1的选择询问，并产生选择应答。

在T2至T3时刻，目标位于两个雷达站共同监视覆盖范围。

在T2时刻，目标进入雷达站2的监视范围后，收到雷达站2的全呼询问信号，询问代码IC=2，该目标产生全呼应答，同时对本次应答之后一定时间内询问代码IC=2的全呼询问进行锁定，该目标在位于雷达站2覆盖范围内的时刻（T2~T4）中，接收雷达站2的选择询问，并产生选择应答。

在两个雷达站共同监视覆盖范围的（T2～T3）时间内，机载应答机需要对两个雷达站的选择询问分别发送应答，其应答次数增加。需要强调的是，应答次数与监视范围内的目标数量有直接关系，对飞行流量大的区域，情况将变得很复杂，很容易出现多个应答信号之间的干扰。

二、询问代码不足时：

图2示意了两个地面雷达站使用相同的询问代码独立工作状况，目标在T1时刻进入雷达站1的监视范围后，收到雷达站1发出的全呼询问信号，询问代码IC=1，该目标进行全呼应答，回答自己的地址码，同时对本次应答之后一定时间内询问代码IC=1的全呼询问产生锁定操作。

在T1至T3的时间内，该目标将接收雷达站1的选择询问，并产生选择询问对应的应答信息。T2～T3时刻目标位于两个雷达站共同覆盖范围。

当T2时刻进入雷达站2的监视范围后，雷达站2发出全呼询问信息，但由于其询问代码IC=1，已经被该目标锁定，因此并不产生全呼应答，由此会造成在T2以后的一段时间内，由于雷达站2未收到全呼应答，得不到该目标的地址，因此无从进行选择询问，从而造成了该目标不能被雷达站2所监视的情况。

直到T4时刻，当该目标机载应答机解除对因雷达站1全呼询问对IC=1的锁定后，雷达站2再次发出全呼询问时，该目标机载应答机才会产生全呼应答。由此可以看出，对使用相同询问代码独立工作的雷达站2来说，在一定时间内，因机载应答机对询问代码锁定，存在失去S模式航迹的风险。

参见图3，同样是询问代码不足，本发明提出的至少两个雷达站使用相同询问代码组成集群协同工作的状况。目标在T1时刻进入集群询问雷达站1的监视范围，由雷达站1发出全呼询问信息，询问代码IC=1，机载应答机应答本机地址码，同时将IC=1的全呼询问进行锁定，在一定时间内不再接收询问代码IC=1的全呼询问。

在T1之后集群雷达站的选择询问周期内，进行选择询问和应答，其过程如下：

首先由集群内的雷达站1在其选择询问周期内发出选择选择询问信号，并由应答机报告状态信息；

其次，雷达站1将其监视的目标状态信息如目标地址码、经度、纬度、航速、航向、飞行高度数据通过地面通信系统，发送给集群内的其他雷达站，在本实施例描述中是发送给雷达站2，使得在该目标进入雷达站2的监视范围后，雷达站2可以在其选择询问周期内根据地址码进行选择询问，对雷达站2来说，实现了无全呼询问的选择询问。同样，雷达站1也要接收来自雷达站2发送的目标状态信息，以便实现无全呼询问的选择询问。同理，如果是N个雷达站，雷达站2同样将其监视的目标状态信息发送给集群内的其它雷达站N，雷达站N在其选择询问周期内根据地址码进行选择询问，对雷达站N来说，实现了无全呼询问的选择询问，雷达站2同样也要接收来自雷达站N发送的目标状态信息。

所述使用相同询问代码是指将集群布设的S模式二次监视雷达站的询问代码设置为同一代码，并通过地面通信链路完成雷达站之间的物理通信。

本发明的具体实施步骤如下：

第一步：将规划布设的S模式二次监视雷达站的询问代码设置为同一代码，并通过地面通信链路完成雷达站之间的物理通信；

第二步：定义S模式二次监视雷达站之间的信息交换协议，本发明中定义的信息协同数据项如下表1所示：

表1 协同信息数据项

序号	数据项名称	数据项描述	说明
				1	雷达站源标识	表示集群内各雷达站的识别符，可以用源区域代码SAC和源识别代码SIC表示，用来表示集群内信息发出的雷达源	SAC、SIC由管理部门统一分配
2	信息发出时间	当前协同的UTC时刻
				3	类型	终止航迹类/新发现航迹类/正常航迹类	优先级依次降低
4	地址码	24bits地址码，用于选择询问	ICAO分配的唯一码
				5	经度	航迹当前绝对位置	WGS-84坐标系中的位置
6	纬度	航迹当前绝对位置
				7	飞行高度	航迹当前的飞行高度
8	速度	航迹当前的飞行速度
				9	航向	航迹当前的飞行方向	相对于地理正北的方向
10	应答机能力	应答机具有的数据链通信能力（无通信能力/COMM-A/COMM-B）

第三步：对每一部雷达站，对其监视的目标进行分类，并指定优先级：将航迹分为新发现航迹类、正常航迹类和终止航迹类，协同传输时的优先级由高到低顺序为：终止航迹类、新发现航迹类、正常航迹类。

设定终止航迹类具有最高优先级可以保证集群内的其它雷达站不去维护和询问已经消失的航迹，即当某一部雷达删除一个落地航迹的消失，该雷达站将立刻通知集群内的所有其它雷达站，删除对该航迹的维护，对飞出雷达监视范围的航迹消失，则不通知其它雷达站。新发现航迹类的优先级高于正常航迹类，可以保证目标在集群内两个或多个雷达站共同覆盖范围内出现时，被一个雷达站锁定后，很快会将该信息发送给其它雷达站，保证了其它雷达站完成对该目标的选择询问，正常航迹类的协同优先级相对最低，因为正常航迹数量较大，稳定性较高，可以采用相对较长的周期定期交换信息。

第四步：定义集群内雷达站的工作流程：

（1）S模式雷达站根据其工作原理，向其覆盖范围内的应答机发出全呼询问；

（2）S模式雷达站将全呼询问收到的应答信息进行维护，即本站收到的应答信息（目标地址码）；

（3）对本站收到的目标地址码进行选择询问，并维护选择询问所得到的目标状态；

（4）将本站询问得到的目标状态，按照第二步协同信息数据项，向集群内的雷达站进行广播。

一个目标通过集群内的多个雷达站时，其被询问和应答的监视过程实施例如下：

第一步：目标在T1时刻进入集群询问雷达站1的监视范围，由雷达站1发出全呼询问信息，询问代码IC=1，机载应答机应答本机地址码，同时将IC=1的全呼询问进行锁定，在一定时间内不再接收询问代码IC=1的全呼询问；

第二步：在T1之后集群雷达站的选择询问周期内，由集群内的雷达站1发出选择选择询问信号，并由应答机报告状态信息；

第三步，雷达站1将其监视的目标状态信息（目标地址码、经度、纬度、航速、航向、飞行高度）通过通信系统，发送给集群内的其它雷达站，即发送给雷达站2，雷达站2获得协同信息后，即获得了该目标状态信息，随后即开始了对该目标的选择询问；

第四步：当该目标进入雷达站2的监视范围后，雷达站2可以在其选择询问周期内根据已经获得的地址码进行选择询问，对雷达站2来说，实现了无全呼询问的选择询问，从而实现了目标从一个雷达站监视范围进入到另一雷达站监视范围过程中，仅需要一次全呼询问，同时还节省了雷达站的询问代码；

第五步：同样，雷达站1也要接收来自雷达站2发送的目标状态信息，实现无全呼询问的选择询问。

Claims (1)

1.一种局部多个S模式二次监视雷达站的协同询问方法，包括全呼叫询问和选择询问，其特征在于，至少将两个或多个雷达站定义为一个雷达站集群，该集群内的雷达站使用相同询问代码，通过以下步骤使得具有相同询问代码的多个雷达站协同工作，其步骤如下：

第一步：通过将局部多个S模式雷达站的询问代码设置为相同的代码，从而将多个雷达站设置为一个集群；

第二步：集群雷达站之间，对目标状态信息进行协同处理，协同信息包括：目标地址码、经度、纬度、航速、航向、飞行高度（协同信息数据项见表1）；

第三步：对集群内每一部雷达站，将其监视目标分类，并指定优先级：将航迹划分为新发现航迹类、正常航迹类和终止航迹类，协同传输时的优先级由高到低顺序为：终止航迹类、新发现航迹类、正常航迹类；

第四步：集群雷达站之间通过通信链路连接，保证协同工作时协同信息能够及时通信；

第五步：集群内雷达站发送协同信息时，将本站全呼叫询问时收到的所有应答，按照第二步协同信息内容，根据第三步的航迹优先级向集群内的雷达站广播；

第六步：集群内雷达站收到协同信息时，根据第二步的协同信息格式，获取目标信息，并加入到本雷达站目标维护列表中；在接下来的选择询问周期中，进行选择询问；从而实现了无全呼询问的选择询问，同时解决了询问代码不足的问题。

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