第6章二次监视雷达.ppt

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1、,导航原理与系统,Navigation Principles and Systems,倪育德,中国民航大学,第6章 二次监视雷达,6.1 概述,6.2 SSR的工作过程,Navigation Principles and Systems,6.3 SSR机载应答机,中国民航大学 CAUC,6.1 概 述,一、SSR的发展历史,上世纪六十年代中期出现SSR，当时叫“敌我识别器（IFF）”；,SSR是ICAO的标准监视系统；,SSR的装备量在世界范围内呈上升趋势。,SSR是高精度的近程脉冲（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。,中国民航大学 CAUC,6.1 概 述,二、S

2、SR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、无线电通信失效、飞机被劫持。,中国民航大学 CAUC,6.1 概 述,三、PSR与SSR主要性能比较,中国民航大学 CAUC,6.1 概 述,四、SSR的发展趋势,A/C模式或S模式的SSR用作终端区和高密度陆地空域的监视；,自动相关监视（ADS）用在其他空域，最终将普遍使用ADS，并且可以和SSR重叠；,一次监视雷达（PSR）将逐步消失。,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,一、工作框图（1）,f问=1030MH

3、z，f答=1090MHz。,采用视距传播方式，垂直极化。,P问=2000W，P答=700W，作用距离R=200nm,询问机天线的旋转周期T=415s,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,一、工作框图（2）,SSR询问机及其天线系统,SSR应答机天线系统,中国民航大学 CAUC,二、询问模式（1）,P2：旁瓣抑制脉冲,CAAC：使用A、C模式,6.2 SSR的工作过程,中国民航大学 CAUC,二、询问模式（2）,6.2 SSR的工作过程,每个脉冲的宽度为：0.80.1s,采用每组二重模式的询问方式，两种模式以1:1或2:2或2:1的比例交替询问。,询问重复频率,询问重复频率主要取决

4、于SSR的作用距离，同时与应答机所能承受的最大应答率有关。,询问重复频率一般为150450Hz。,中国民航大学 CAUC,三、应答信号（1）,6.2 SSR的工作过程,1.应答信号格式（1）,F1、F2为帧脉冲，它们总是存在的。,SPI为特殊位置识别脉冲，只有按下应答机控制盒上的相应按纽才会产生SPI脉冲。,每个脉冲的宽度为：0.450.1s,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（2）,1.应答信号格式（2）,总共可以组成4096个独立的应答码。,飞机的识别代码,紧急代码,飞机气压高度代码,7500表示飞机被劫持,7600表示无线电通信失效,7700表示飞机发生危急故

5、障,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（3）,2.飞机识别代码的编码（1）,飞机识别代码：ABCD,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（4）,2.飞机识别代码的编码（2）,例飞机的识别代码为3570，画出应答码的帧结构。,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（5）,2.飞机识别代码的编码（3）,例飞机识别代码的帧结构如图所示，则飞机的识别代码是什么？,飞机识别代码为：4722,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（6）,3.飞机高度代码的编码（1）,飞机高度代码：DABC,中国民航大学

6、CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（7）,3.飞机高度代码的编码（2）,ICAO规定的高度编码范围为-1000126700ft（-30437000m），编码增量为100ft。,实际上，民航所使用的高度范围为-100062700ft（-30419111m）就够了（编码增量为100ft），故D1=0，D2=1。,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（8）,3.飞机高度代码的编码（3）,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（9）,3.飞机高度代码的编码（4）,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（10）,3.

7、飞机高度代码的编码（5）,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（11）,3.飞机高度代码的编码（6）,附加高度（ft）,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（12）,3.飞机高度代码的编码（7）,飞机高度代码的编码方法：,若高度值可以写成形式：N11000N2100（N1为0，1，2，；N2为0，1，2），则按前表确定第一、第二组编码（即D4A1A2 A4B1B2B4的编码），而第三组编码C1C2C4则用前表左侧1000ft栏的编码。,若高度值可以写成形式：N3500N2100（N3为0，1，2，；N2为0，1，2），则按前表确定第一、第二组

8、编码（即D4A1A2 A4B1B2B4的编码），而第三组编码C1C2C4则用前表右侧500ft栏的编码。,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（13）,3.飞机高度代码的编码（8）,例设高度为28200ft，确定其编码。,28200ft=281000+200ft，D4A1A2 A4B1B2B4的编码为：010 0111；C1C2C4的编码为：100,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,三、应答信号（14）,3.飞机高度代码的编码（9）,例设高度为28400ft，确定其编码。,28400=28500-100=57500-100，D4A1A2 A4B1B2B

9、4的编码为：010 0110；C1C2C4的编码为：110,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,四、PPI显示画面（1）,平面位置显示器（PPI）显示的主要内容包括：,飞机位置（距离、方位）显示：将距离和方位数据显示在距离方位线的端点，用飞机符号或其他符号表示飞机所在位置。,在所选定的飞机位置符号附近显示如下数据标牌：,飞机识别代码或飞机呼号,飞机气压高度,特殊显示：飞机紧急情况显示（用“闪亮”方式显示飞机符号和标牌。,航迹显示：用出现在飞机符号后面的一串亮点来显示飞机的航迹。,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,四、PPI显示画面（2）,中国民航大学 CAUC,6

10、.2 SSR的工作过程,四、PPI显示画面（3）,中国民航大学 CAUC,五、旁瓣抑制（1）,6.2 SSR的工作过程,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,五、旁瓣抑制（2）,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,五、旁瓣抑制（3）,中国民航大学 CAUC,6.2 SSR的工作过程,五、旁瓣抑制（4）,P2P1，应答机不应答,P1P29dB，应答机应答,中国民航大学 CAUC,一、系统组成（1）,6.3 SSR机载应答机,1.机载应答机系统,中国民航大学 CAUC,一、系统组成（2）,6.3 SSR机载应答机,2.典型应答机,中国民航大学 CAUC,一、系统组成（3）

11、,6.3 SSR机载应答机,3.应答机天线,中国民航大学 CAUC,一、系统组成（4）,6.3 SSR机载应答机,4.控制盒面板,中国民航大学 CAUC,二、应答机工作过程,6.3 SSR机载应答机,中国民航大学 CAUC,编码器的控制下，产生一定模式的询问脉冲对信号，通过条形方向性天线辐射。在其天线波束照射范围内的机载应答机对所接收到的询问信号进行接收处理与译码识别，如果判明为有效的询问信号，则由应答机中的编码电路控制发射电路产生应答发射信号发射。所产生的应答信号是由多个射频脉冲组成的射频脉冲串，它代表飞机的识别代码或高度信息。与此同时，向同一方位辐射的一次雷达也会接收到飞机所产生的回波信号

12、，它的接收机所产生的飞机视频回波信号也同时输往数据处理与显示系统。在控制中心的圆形平面位置显示器上的同一位置，显示飞机的一次雷达回波图像与二次雷达系统所获得的飞机识别代码及高度信息,二次雷达系统工作总结,中国民航大学 CAUC,AC模式的缺点,异步应答干扰 在雷达探测范围内的所有飞机都会产生应答信号，地面接收机可能收到并非所需的应答。同步串扰 当两架飞机离地面站有相同的距离时，其应答信号会同时被地面接收机接收到，而产生相互干扰。,中国民航大学 CAUC,离散寻址信标系统的基本原理 离散寻址信标系统的基本思想，是以选择性的询问-应答方式，取代ATCRBS的广播式询问-应答方式，从而从根本上消除A

13、TCRBS的相互串扰等缺陷。为此，赋予每一架飞机一个独特的24 位地址码。地面雷达以数字式询问信号，询问指定地址码的飞机。离散寻址信标系统的机载应答机称为S模式应答机,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,S模式应答机（机载设备-兼容atc）用24位表示飞机的识别码，即 224=4096*4096约为16,000,000种编码，可以为世界上每一架飞机提供一个唯一的识别码（地址码）。可单独询问某架飞机，并得到其一对一的应答信号。,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,6.4 离散寻址信标系统,1.询问格式,中国民航大学 C

14、AUC,ATCRBSS模式全呼叫,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,仅ATCRBS呼叫,在需要询问常规的A、C应答机而不希望S模式应答机应答时，二次雷达所发射的是ATCRBS只呼叫询问信号。它与上述ATCRBSS模式全呼叫询问信号十分相似，只是其中的P4脉冲的宽度改为0.8s,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,2、S模式点名询问信号（DPSK）,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,S模式询问信号的调制方式,S模式数据字组采用差分相移键控（DPSK）调制。这种调制方法是用码位中载波信号的不同相位差值来表示二进制信息“1”和“0”的。在数据字的每个0.

15、25s的码位中，如果在一个数据位的载波相位翻转位置前后载波的相位翻转了180，则该数据位就是二进制数“1”；如载波相位在相位翻转位置处不发生相位变化（相位差为零），则该数据位就是二进制数“0”。,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,3.S模式应答信号格式,应答信号有两对前导脉冲，两对脉冲相距3s，每对脉冲的两个脉冲之间的间隔 为1s。前导脉冲的宽度均为0.5s。应答数据字组也是由 56位或112位数据组成的。数据字组的始端距第一个前导脉冲8s。和询问数据字组不同的是，应答数据字组采用脉冲位置调制（PPM）方式,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,6.4 离散寻址信标

16、系统,中国民航大学 CAUC,4.S模式应答机的基本工作,这种应答机是和现行的 ATCRBS是兼容的，因此，它的接收机应既能接收A、C模式的询问信号，又能接收S模式的询问信号。它的发射机既能够产生A、C模式的识别应答信号，又能产生S模式的数字式应答信号。,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,工作概况,离散寻址信标系统地面询问机首先对其管辖范围内的所有飞机做一个全呼叫询问；-意在让所有应答机报个模式A/C模式应答机以A/C模式回答；S模式应答机以S模式回答;地面询问机收到回答信号后，确定飞机方位，并对回答信号做处理；A/C模式信号：显示飞机代号/高度、位置；S模式信号：回答信号是飞

17、机的地址对于S模式应答机回答的信号，地面询问机把回答信号中的地址和位置分别存入存储器，并核实确是本询问站所负责管辖的飞机，则把这些飞机的位置和地址分别编入到各个飞机点名的字段内，并把这些信息送到邻近空域管制台。地面询问机确定了S模式应答机的位置和地址后，就切断全呼叫询问，而以带有飞机字段的S模式询问格式对飞机作点名式询问。被点名飞机以S模式询问格式进行回答。回答飞机代号或飞机高度由接收到的询问格式确定。,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,S模式应答机原理方框图,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,6.4 离散寻址信

18、标系统,中国民航大学 CAUC,7.4 atc-720,中国民航大学 CAUC,6.4 离散寻址信标系统,中国民航大学 CAUC,空中交通管理（Air Traffic Management,ATM)空域管理 Air Space Management,ASM 空中交通服务 Air Traffic Service,ATS 飞行情报服务 Fly Information Service,FIS 空中交通管制 Air Traffic Control,ATC 航空气象服务 Aerospace Weather Service,AWS 空中交通流量管理 Air Traffic Fluid Management

19、 ATMF,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,1.ATC的概念：ATC是飞行业务的组织与管理 飞机怎么飞，飞行的路线，高度，防止飞机危险 接近，进而发生碰撞，是从导航领域派生过来的2.ATC的设备基础：一次监视雷达（PSR）二次监视雷达（SSR),6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,3.空管体制 1）军队统管 2）军民分开各自管理 3）国家统一管理 4.我国ATC情况 1）空管体制较陈旧 所有权归总参和司令部 2）空管机构较繁琐 管制权和指挥权不统一 3）空管手段仍需改进 PSR SSR 太贵 4）空域系统有些规定不合理，不科学 高度层的划分 太少 5

20、）空管人员的培养有待加强,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,5.ATC的定义 ATC也叫航行管制，它就是借助于通信、导航、监视系统对飞机进行科学的组织与管理，使得在机场或空中的飞机安全、有秩序，并加速空中交通活动。6.ATC的目的和任务防止飞机在空中或在飞机坪上与飞机或障碍物相撞加速并维持有秩序的空中交通活动对安全或有效的飞机提供有用的情报通知有关的飞机搜救组织，并当该组织提出请求时对他提供帮助,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,7.ATC的分类飞行情报服务告警服务空中交通咨询服务机场管制服务进近管制服务区域管制服务,6.5 空中交通管制（ATC）,

21、中国民航大学 CAUC,7.ATC系统的分类1）以各种导航系统为基础+数据自动传递，处理设备 民航不使用军航早期系统（台卡，塔康）2）以雷达为基础+数据自动传递，处理设备 民航使用的系统8.自动化与ATC 1）飞行数据处理2）雷达数据处理3）FDP和RDP的相关处理只有上海，北京和广州的自动化系统可采用国外国内厂商：民航2所，川大，28所,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,ATC系统空域划分1）管制地带（2500ft)目的：保护进场飞机由终端区至机场或离港飞机由机场至 终端区的飞行航线。2）终端区 航路在机场区域的汇合处（2500-25000ft,R=150km)目的：保

22、护着陆飞机离开航路至终端区或保护起飞飞机离 开终端区飞向航路。,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,3）航路 配备有良好的通信、导航、监视设备的航线 目的：保护由航路提供服务的指定机场之间进行航路飞行 飞机的飞行路线或飞机飞向另一个区域。4）高空空域 25000ft-140000ft5）飞行情报区 为飞机提供情报和告警服务的区域 沈阳，北京，上海，广州，乌鲁木齐，台北，兰州6）特殊规则区域 实施特定规则的飞机，军事空域，危险空 域,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,2.ATC不同阶段的管制1）机场管制(目视管制）对在机场交通带附近的参照地面进行目视飞行

23、的飞机和在 本机动区里活动的飞机提供服务。任务：发布飞机起飞和着陆的放行许可 防止机场交通带中飞行的飞机、起飞着陆的飞机，在停机坪上运动的飞机及在机动区里的车辆、障碍物和其它飞机的碰撞，保证空中交通安全畅通,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,2）进近管制 管制员通过监视雷达为起飞飞机离开终端区及着陆飞机离 开航路至终端区服务 任务：发布飞机进入终端区或飞出终端区许可 保护起飞飞机离开终端区飞向航路和着陆飞机离开航路至 终端区 进近管制中心不一定设在机场,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,3）区域管制（ATC中心）为在进近管制和机场管制外提供的空中交通

24、服务的空域外 的区域内飞行的飞机提供服务（航路飞行）,6.5 空中交通管制（ATC）,区段1 区段N2,区段1 区段N2,高级管制员统管,高级管制员统管,ATC中心总监督统管,中国民航大学 CAUC,3.飞机的飞行过程及对应的管制1）起飞准备（机场管制）2）飞离机场（机场管制）3）飞离终端区（进近管制）4）航路飞行（区域管制）5）到达终端区（进近管制）6）进近（起始、中间，进近管制。最后进近，机场管制）7）到达机场,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,飞行计划 飞行过程中飞行计划可进行修改需征得管制员同意1）飞机识别号 SSR代码2）飞行规则类型 通航，军航3）飞机呼号4）起飞机场5）飞行情报区边界时间6）巡航速度7）希望飞行高度层8）航线9）目的机场10）备降机场11）旅客数,6.5 空中交通管制（ATC）,中国民航大学 CAUC,ATC系统的组成1）数据截获系统2）数据传输系统3）数据处理与显示系统4）地-空通信系统,6.5 空中交通管制（ATC）,