計算機(jī)論文范文3000字
S模式二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的A/C基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，也是采用詢問應(yīng)答協(xié)同的工作方式。以下是小編給大家整理的計算機(jī)論文的內(nèi)容，歡迎大家閱讀。
1、引言
S模式是近年發(fā)展起來的一種新的空中交通監(jiān)視技術(shù)，相對傳統(tǒng)的A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá)，采用了選址詢問，擴(kuò)展了數(shù)據(jù)鏈，擴(kuò)充了系統(tǒng)容量，降低了系統(tǒng)內(nèi)部干擾，因而在美、歐等國家和地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，同時也是國際民航組織推薦使用的一種空管模式。而我國空管發(fā)展比較緩慢，目前還普遍使用的是A/C模式，但隨著空中交通的發(fā)展，飛機(jī)密度的增加，勢必也會向S模式監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展。正因為我國目前還沒有采用S模式，因而有關(guān)S模式的系列標(biāo)準(zhǔn)也沒有頒布，系統(tǒng)性論述的相關(guān)文獻(xiàn)也很少。有些文獻(xiàn)認(rèn)為，通過對傳統(tǒng)A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá)進(jìn)行簡單的升級就可以實(shí)現(xiàn)S模式，筆者認(rèn)為S模式除了在工作頻點(diǎn)上與傳統(tǒng)的A/C模式相同外，是完全不同的兩個系統(tǒng)，特別是S模式的數(shù)據(jù)鏈功能，以及地面站的協(xié)同功能，使得S模式的控制相當(dāng)復(fù)雜;同時，S模式地面二次監(jiān)視雷達(dá)是一個逐步更換的過程，在實(shí)施過程中，S模式二次監(jiān)視雷達(dá)必須考慮兼容現(xiàn)有的傳統(tǒng)的A/C模式，因而S模式二次監(jiān)視雷達(dá)必須經(jīng)過全面細(xì)致的設(shè)計才可能充分發(fā)揮S模式的效能。本文主要針對實(shí)現(xiàn)地面二次監(jiān)視雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。
2、S模式二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)簡述
S模式二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的A/C基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，也是采用詢問應(yīng)答協(xié)同的工作方式，因而S模式二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)包括具有S模式能力的地面二次雷達(dá)詢問機(jī)和機(jī)載應(yīng)答機(jī)兩部分。國際民航組織為每架飛機(jī)分配了一個唯一地址(24位地址)[1]，地面站可以對飛機(jī)進(jìn)行選址詢問，詢問發(fā)射頻率為1030MHz，接收頻率為1090MHz，詢問上行信號如圖1所示，前2個脈沖為同步脈沖，P5為詢問旁瓣抑制脈沖，P6為信息脈沖，采用DPSK調(diào)制，信息位長56bit或112bit，56bit稱為短信號格式，主要用于監(jiān)視，112bit稱為長信號格式，除用于監(jiān)視外還需要傳輸數(shù)據(jù)信息，也就是數(shù)據(jù)鏈功能都采用長信號格式，其碼速率為4MHz。應(yīng)答下行信號如圖2所示，前4個脈沖是同步脈沖，后面56個脈沖或112個脈沖也分為長格式和短格式，采用脈位調(diào)制，碼速率為1MHz。國際民航組織(ICAO)附件10中分別對上行和下行定義了S模式的24種格式，其中上行格式4、5、11、20、21、24用于二次監(jiān)視雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)，0和16號格式用于ACAS系統(tǒng)，為以后擴(kuò)展保留了17種格式;下行格式中，4、5、11、20、21、24用于二次雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)，0和16號格式用于ACAS系統(tǒng)，17、18、19號格式用于ADS-B，其中19號格式為軍用。在二次監(jiān)視雷達(dá)使用的幾種格式中，11號格式是全呼詢問和應(yīng)答，主要用于對空中目標(biāo)的捕獲，以獲取空中目標(biāo)的S模式地址，4號和5號格式主要用于監(jiān)視，以替代傳統(tǒng)的A/C模式，4號格式傳輸高度信息，5號格式傳輸編號信息，20、21號格式主要用于數(shù)據(jù)傳輸，同時具有監(jiān)視功能，24號格式主要用于擴(kuò)展通信功能。在S模式數(shù)據(jù)鏈的功能上主要分為通信A、通信B、通信C和通信D4種，上行20、21號格式主要用于通信A，下行20、21主要用于通信B，上行24號格式用于通信C，下行24號格式用于通信D。通信A又分為廣播通信A和一般通信A，廣播通信A用于地面站向覆蓋范圍內(nèi)的空中目標(biāo)發(fā)送廣播信息，一般通信A用于地面站對特定的飛機(jī)發(fā)送信息;通信B又分為地面發(fā)起的通信B(GICB)、空中發(fā)起的通信B(AICB)和廣播通信B等[1-2]。
3、S模式二次監(jiān)視雷達(dá)組成及工作原理
S模式地面二次監(jiān)視雷達(dá)主要組成如圖3所示，包括天線系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信道管理器、S模式回答處理器、A/C模式回答處理器、航跡處理、數(shù)據(jù)管理以及接口管理等部分。天線系統(tǒng)包括∑、Δ、Ω三通道單脈沖天線，和傳統(tǒng)A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá)一樣，為了減少垂直反射的影響，采用大垂直孔徑天線。由于S模式詢問機(jī)需要同時發(fā)射P6脈沖和旁瓣抑制脈沖(P5脈沖)，發(fā)射機(jī)需采用主、輔兩個發(fā)射機(jī)，主發(fā)射機(jī)發(fā)射信號脈沖和同步脈沖，輔助發(fā)射機(jī)發(fā)射旁瓣抑制脈沖，接收機(jī)采用三通道接收，∑、Δ通道接收機(jī)配合∑、Δ單脈沖天線，實(shí)現(xiàn)單脈沖測角，∑、Ω實(shí)現(xiàn)接收旁瓣抑制功能，分別采用S模式和A/C模式兩個獨(dú)立的回答處理器，實(shí)時的對每次回答進(jìn)行信號處理，以得到每次回答的解碼值;A/C模式凝聚器主要對駐留波束內(nèi)的A/C模式回答進(jìn)行凝聚，剔除異步干擾等;信道管理器主要對波束內(nèi)要處理的S模式詢問(包括數(shù)據(jù)傳輸任務(wù))以及A/C模式詢問進(jìn)行時序上的管理;鏈路管理器主要完成通信任務(wù)與跟蹤目標(biāo)的配對、對活動列表的管理。
4、S模式二次監(jiān)視雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)
4.1S模式與A/C模式的兼容性
雖然S模式采用了點(diǎn)名詢問，但在跟蹤前是不知道空中目標(biāo)的S模式地址，當(dāng)S模式二次監(jiān)視雷達(dá)工作在多站情況下，可以通過相鄰地面站的引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤，但大多情況下需要自身對目標(biāo)進(jìn)行捕獲，只有捕獲鎖定后的目標(biāo)才能進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。S模式目標(biāo)的捕獲是采用全呼詢問，跟蹤和數(shù)據(jù)傳輸采用選址詢問，鎖定后的目標(biāo)不再對S模式全呼詢問進(jìn)行應(yīng)答，為了方便管理和減少干擾，實(shí)際實(shí)施時，采用全呼和選址詢問分時進(jìn)行，其時序如圖4所示，包括一個全呼詢問周期跟一個輪詢周期，在輪詢周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)選址詢問。考慮到從傳統(tǒng)的A/C模式升級到S模式需要一定的時間過渡，因而國際民航組織在制定S模式標(biāo)準(zhǔn)時，充分考慮了A/C模式與S模式的兼容問題，使得A/C模式二次雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)與S模式二次雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)可以共存。在全呼詢問時，對傳統(tǒng)的A/C模式信號進(jìn)行了改進(jìn)，增加了P4脈沖，如圖5的信號格式稱為組合詢問信號格式，對于傳統(tǒng)的A/C模式應(yīng)答機(jī)只識別P1~P3脈沖，并按識別的P1與P3的時間間隔確定詢問模式，對于S模式應(yīng)答機(jī)需要識別P4脈沖，P4為寬脈沖(1.6μs)時表示對所有應(yīng)答機(jī)進(jìn)行全呼詢問，P4為窄脈沖(0.8μs)時表示僅對A/C模式應(yīng)答機(jī)進(jìn)行詢問，S模式應(yīng)答機(jī)接收到該信號不應(yīng)答。但在實(shí)際使用中，人們更喜歡采用UF11號僅S模式全呼和短的組合詢問格式(僅A/C模式回答)組成的時序?qū)罩心繕?biāo)進(jìn)行全呼詢問，如圖6所示，這樣在同樣覆蓋范圍內(nèi)的S模式應(yīng)答機(jī)和A/C模式應(yīng)答機(jī)具有相同的接收時間窗，A/C模式應(yīng)答機(jī)也有足夠的時間從抑制A/C模式(僅S模式全呼)中恢復(fù)。
4.2S模式信道管理
由于S模式既要完成監(jiān)視功能又要完成數(shù)據(jù)鏈功能，同時還要兼容傳統(tǒng)的A/C模式，因而如何有序地安排和管理地面雷達(dá)在波束覆蓋范圍內(nèi)目標(biāo)的通信和監(jiān)視任務(wù)顯得尤為重要。S模式地面二次監(jiān)視雷達(dá)需要一個專用的信道管理器來完成這些任務(wù)，其原理主要包括信道控制、事務(wù)預(yù)處理、目標(biāo)列表更新、輪詢進(jìn)程安排和事務(wù)更新，如圖7所示。信道控制實(shí)時監(jiān)視時鐘和天線指向，保證所有S模式和A/C模式活動都發(fā)生在恰當(dāng)?shù)臅r間和序列(波束駐留時間)，每間隔一定時間，信道控制就指示事務(wù)預(yù)處理器提供即將進(jìn)入波束的飛機(jī)清單;事務(wù)預(yù)處理查詢包含目標(biāo)預(yù)測位置的監(jiān)視文件，如果將要進(jìn)入波束的飛機(jī)有上行鏈路信息或下行鏈路信息需處理，那么事務(wù)預(yù)處理就會確定要完成這些任務(wù)所需要處理的數(shù)目和類型，事務(wù)預(yù)處理為每架飛機(jī)創(chuàng)建一張表單，表單包括一套要完成所有待處理的監(jiān)視與通信任務(wù)所需要的完整說明;目標(biāo)列表更新器組合這些表單為活動列表，并定期更新，表單上的條目是由事務(wù)預(yù)處理器所闡明的數(shù)據(jù)塊。新目標(biāo)中的數(shù)據(jù)塊由事務(wù)預(yù)處理提供，并且被并入此列表，而那些離開波束或完成服務(wù)的目標(biāo)，都會被清除。為了更好地估計算一個詢問與應(yīng)答的非沖突時序，活動目標(biāo)列表是以目標(biāo)距離遞減的方式進(jìn)行排序。事務(wù)更新是針對具有多任務(wù)的目標(biāo)，對于有多任務(wù)的目標(biāo)原則上是安排連續(xù)進(jìn)行，如果某項任務(wù)成功進(jìn)行，就會修改目標(biāo)的數(shù)據(jù)塊，以安排下一任務(wù)進(jìn)行;如果某項任務(wù)進(jìn)行不成功，會安排在下一時序繼續(xù)進(jìn)行;輪詢進(jìn)程安排信道管理器的輸出時序，其原則是基于目標(biāo)的距離，最遠(yuǎn)的先問，后續(xù)安排的詢問目標(biāo)，其回答不會與前一詢問的回答交替，如果沒有足夠的時間來完成一個完整的時序安排，那么就會安排到下一循環(huán)進(jìn)行。圖8是一個信道管理輪詢實(shí)例，在第1個循環(huán)實(shí)現(xiàn)了對4架飛機(jī)的詢問，在第2個循環(huán)實(shí)現(xiàn)了對2架飛機(jī)的詢問，從該圖也可以看出，合理進(jìn)行信道管理可以大大提高信道的利用率。
4.3S模式鏈路管理
S模式地面二次監(jiān)視雷達(dá)為S模式地-空數(shù)據(jù)鏈提供物理層和部分鏈路層的服務(wù)，S模式數(shù)據(jù)鏈功能主要包括通信A、廣播通信A、GICB(Ground-in-itiatedComm-B)和AICB(Air-initiatedComm-B)等多種形式，實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)鏈功能需要與地面數(shù)據(jù)鏈處理器(GDLP)和機(jī)載數(shù)據(jù)鏈處理器(ADLP)配合工作，如圖9所示。對于進(jìn)入地面二次監(jiān)視雷達(dá)覆蓋區(qū)的空中目標(biāo)，地面二次監(jiān)視雷達(dá)是靠定向天線實(shí)現(xiàn)與指定目標(biāo)的通信，對一特定的飛機(jī)，每次掃描的波束駐留時間只有幾十毫秒，對于飛機(jī)密度較大的區(qū)域，如果通信任務(wù)較多，勢必有些目標(biāo)的通信任務(wù)不能在一次掃描完成，需要多次掃描，如何有序地實(shí)現(xiàn)與空中目標(biāo)的通信，在天線指向目標(biāo)前將具有通信任務(wù)的目標(biāo)和任務(wù)種類提供給信道管理器，需要建立一個活動信息列表，這個活動信息列表是對地面二次雷達(dá)覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有S模式目標(biāo)列表，對新跟蹤的目標(biāo)需要及時加入活動列表，并建立與GDLP的鏈路連接，對飛出覆蓋區(qū)的目標(biāo)及時終止與GDLP的鏈接，并從活動信息列表中剔除，二次雷達(dá)只從GDLP接收在覆蓋區(qū)內(nèi)目標(biāo)的通信任務(wù)，對活動列表中具有通信任務(wù)的目標(biāo)進(jìn)行長格式詢問，對沒有通信任務(wù)的進(jìn)行監(jiān)視詢問(短格式詢問)，在活動信息列表的建立中，詢問機(jī)需要將通過監(jiān)視獲得的目標(biāo)位置信息與通過GDLP獲得的通信任務(wù)進(jìn)行配對，并分類進(jìn)行管理，對未完成的通信任務(wù)進(jìn)行更新。圖10是GICB鏈路管理實(shí)例。
4.4S模式目標(biāo)的捕獲
S模式二次監(jiān)視雷達(dá)主要采用選址詢問方式進(jìn)行工作，但這只是在建立了目標(biāo)跟蹤的情況下，在對目標(biāo)跟蹤之前，需要對目標(biāo)進(jìn)行捕獲、鎖定，以最大限度地減少系統(tǒng)的異步干擾。一旦被捕獲，S模式飛機(jī)對隨后的S模式全呼叫詢問進(jìn)行閉鎖，此閉鎖條件由S模式地面站通過S模式選址詢問控制，如果因任何原因致使一架飛機(jī)在18s左右沒有接收到地面站的閉鎖命令選址詢問，將自動解鎖，以便普通S模式捕獲可重新捕獲飛機(jī)。如何快速捕獲S模式目標(biāo)，可以采用多種捕獲技術(shù)，包括多站捕獲與閉鎖、非選擇性捕獲與閉鎖、集群詢問機(jī)捕獲與閉鎖，以及隨機(jī)捕獲等多種方式。S模式為每個具有共同覆蓋區(qū)的地面詢問機(jī)分配了了一個詢問識別符(Ⅱ碼)和監(jiān)視識別符(SI碼)，并要求應(yīng)答機(jī)能夠根據(jù)Ⅱ碼和SI碼具有多站閉鎖，針對不同的Ⅱ碼和SI碼鎖，對應(yīng)多達(dá)78個地面詢問機(jī)的全呼捕獲詢問;非選擇捕獲與閉鎖，是建立在Ⅱ=0的基礎(chǔ)上，與S模式子網(wǎng)協(xié)議不兼容，不能用于普通的S模式捕獲;集群詢問機(jī)捕獲與閉鎖，是地面使用相同詢問標(biāo)識符的詢問機(jī)通過地面網(wǎng)路協(xié)調(diào)它們的監(jiān)視和通信任務(wù)，不需要每個詢問機(jī)都去捕獲目標(biāo);隨機(jī)捕獲，S模式地面站用一個特殊全呼叫詢問命令進(jìn)行詢問，此命令指示飛機(jī)用一個特定的小于1的應(yīng)答概率進(jìn)行應(yīng)答，由此降低的應(yīng)答率意味著有些全呼叫應(yīng)答被正確接收，并且這些飛機(jī)將被捕獲。一旦一架飛機(jī)被捕獲，它就被閉鎖，就不會再干擾其他尚未被捕獲飛機(jī)的全呼叫應(yīng)答，這一過程一直重復(fù)，直到所有的飛機(jī)被捕獲，這種捕獲文獻(xiàn)[3]中已有詳細(xì)介紹。
4.5單脈沖技術(shù)
S模式二次監(jiān)視雷達(dá)要求一次詢問、應(yīng)答就能獲得目標(biāo)信息，這其中包括目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸信息和監(jiān)視獲得的目標(biāo)位置信息，而傳統(tǒng)的滑窗技術(shù)需要多次詢問才能獲得理想的位置信息，很難滿足S模式的要求，因而對于S模式地面詢問機(jī)必須采用單脈沖技術(shù)，其原理如圖11所示。通常二次監(jiān)視雷達(dá)采用比幅單脈沖技術(shù)進(jìn)行測角，根據(jù)接收到的∑、Δ通道的脈沖的幅度值計算出Δ/∑，由Δ/∑與偏離天線的法向值(OBA)的關(guān)系查表得到OBA值，與實(shí)時采集的天線指向值相加或相減得到目標(biāo)的方位角，根據(jù)∑、Δ通道的相位超前滯后關(guān)系，判斷目標(biāo)在法線左邊還是右邊，以決定目標(biāo)方位是加OBA值還是減OBA值。此外單脈沖技術(shù)除用于測角外，也用于多目標(biāo)處理。
5、S模式二次監(jiān)視雷達(dá)接口要求
S模式二次監(jiān)視雷達(dá)接口主要分為內(nèi)部接口和外部接口，內(nèi)部接口主要包括地面站詢問機(jī)與詢問天線的接口、詢問機(jī)與本地控制盤的接口、詢問機(jī)與維護(hù)顯示器的接口，與天線的接口包括∑、Δ、Ω三通道射頻接口和天線指向數(shù)據(jù)，天線指向信號采用增量編碼方式，一路方位脈沖，一路正北脈沖;與本地控制盤的接口主要完成本地控制盤對詢問機(jī)的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并實(shí)時監(jiān)視詢問機(jī)的狀態(tài)，采用RS422接口;與本地維護(hù)監(jiān)視器的接口主要對目標(biāo)的航跡進(jìn)行監(jiān)視，采用RS422接口或網(wǎng)絡(luò)接口。與外部設(shè)備的接口包括與空中交通管制中心的接口、與GDLP的接口、與本地用戶的接口、與其他鄰近地面站系統(tǒng)工作接口，實(shí)現(xiàn)S模式數(shù)據(jù)鏈功能與空管中心的監(jiān)視接口和GDLP接口是必需的，與鄰近地面二次監(jiān)視雷達(dá)接口在多站協(xié)同工作時需要，對外接口都采用雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口，如圖12所示。與空中交通管制中心接口，主要向交通管制中心傳輸目標(biāo)點(diǎn)跡/航跡報文，通常采用網(wǎng)絡(luò)接口。由于我國還沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，我們參照歐洲航空組織監(jiān)視數(shù)據(jù)交換報文CAT48《單站雷達(dá)目標(biāo)發(fā)送報文》[4]執(zhí)行。與地面數(shù)據(jù)鏈處理器GDLP的接口主要與GDLP進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，將從飛機(jī)上提取的數(shù)據(jù)發(fā)送給GDLP，把GDLP傳來的數(shù)據(jù)通過二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)送給飛機(jī)，同樣采用網(wǎng)絡(luò)接口，參照歐洲航空組織監(jiān)視數(shù)據(jù)交換報文CAT18《S模式數(shù)據(jù)交換信息》[5]執(zhí)行。
6、S模式二次監(jiān)視雷達(dá)鏈路計算
S模式二次監(jiān)視雷達(dá)鏈路計算同樣遵從二次雷達(dá)的計算公式[6]:式中，Prcc為接收機(jī)輸入口的接收功率，單位W;Ptrd為發(fā)射機(jī)在輸出口的發(fā)射功率，單位W;GA為地面二次監(jiān)視雷達(dá)天線增益;GT為應(yīng)答機(jī)天線增益;LI為二次監(jiān)視雷達(dá)到天線之間電纜損耗和;Lt為應(yīng)答機(jī)到天線之間電纜損耗和;Lat為大氣衰減;λ為波長，單位m;R為地面站和應(yīng)答機(jī)天線之間的距離，單位m。在下行鏈路計算時，考慮到S模式必須采用單脈沖技術(shù)進(jìn)行測角，系統(tǒng)應(yīng)該留有足夠的余量。
7、結(jié)束語
S模式二次監(jiān)視雷達(dá)具有監(jiān)視、數(shù)據(jù)鏈功能，相比傳統(tǒng)的A/C模式具有很多優(yōu)勢，是國際民航空中交通監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展方向，既可以采用單站工作方式也可以采用多站地面協(xié)同工作方式，其控制流程相當(dāng)復(fù)雜。國內(nèi)這方面的文獻(xiàn)很少，國際民航組織也僅僅給出了一些規(guī)范性的要求，對其實(shí)施方式并沒有作詳細(xì)的規(guī)定。隨著我國民用航空事業(yè)的發(fā)展，空中交通密度的增加，在從傳統(tǒng)A/C模式監(jiān)視系統(tǒng)過渡到S模式監(jiān)視系統(tǒng)的過程中，建議針對S模式二次監(jiān)視雷達(dá)的具體特點(diǎn)，制定和完善一系列S模式二次監(jiān)視雷達(dá)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，才能逐步推行，這樣才能最大發(fā)揮S模式的效能。
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