空中交通管制 S 模式二次雷达信号处理系统研究分析

随着民航事业的快速发展，空中交通流量呈指数级增长，传统 A/C模式二次雷达因存在信号重叠、数据更新滞后等问题，不能实现雷达信号的精准管控。以此为背景，S 模式二次雷达凭借其独特的选址询问机制、数据传输容量大的优势，已广泛应用于空中交通管制领域，可以全面提高雷达对目标信息的获取精度与响应效率。然而为了更好地发挥 S 模式二次雷达信号处理系统功能，仍需研究雷达信号处理的要点，切实构建“空地一体”的空中交通管理网络，在保障航班安全的同时提升民航运行效率。

一、S 模式二次雷达信号处理系统概述

S 模式二次雷达采用“选址式”询问形式，围绕航空器的 24 位地址码对目标进行准确定位，发送相应的应答信号，便于处理信号重叠问题。并且，此模式能够实现数据的双向传递，在得到航班号和垂直速度等信息同时提升了数据容量，使得管制员全方位掌握目标的变化情况。如下介绍 S 模式二次雷达信号处理系统的基本组成，第一个模块是信号接收（以航空器应答机的形式发送高频信号、并传递；第二个模块是预处理（放大信号和数字化处理信号，排除信号传输期间产生的噪声干扰问题）【1】；第三个模块是解译与验证，（按照 DO-260B标准解码数字化信号，得到目标状态信息）；第四个模块是干扰抑制（将地面杂波和人为干扰信号进行过滤处理）；第五个模块是多目标跟踪（通过卡尔曼滤波算法关联全部的目标数据)；第六个模块是数据输出(对目标轨迹的信息按照 ATC 自动化系统要求格式呈现)。图一为 S模式二次雷达信号处理系统图。

图一 S 模式二次雷达信号处理系统图

（一）信号接收与预处理，保障信号原始质量

应用 S 模式二次雷达信号处理系统的过程中，应注意信号接收与预处理这一环节，其也是“第一道关卡”，关联着数据处理的精准性。接收信号时，需通过接收天线得到应答信号，包含恶劣天气的微弱信号。并且，借助宽频带扩展信号频段，和多种型号的航空器兼容。针对预处理的过程，应处理好“噪声抑制”与“信号同步”问题。通过带通滤波器去除频段外的杂波信号，这样可以降低量化噪声；利用时钟同步技术分析接收信号的准确性，避免出现数据解码错误【2】。以机场 S 模式雷达在预处理模块中引入“动态增益控制”技术为例，结合信号强度对放大器增益参数进行调整，减少了信号过饱和或过弱导致的处理误差。

（二）数据解译与验证，确保数据完整性

S 模式的雷达信号处理中，主要是按照二进制编码格式处理数据，且数据解译需严格遵循国际民航组织制定的协议标准，一旦有数据偏差，会增加数据丢失的概率。所以在解译数据期间，应精准设置好信号帧结构，比如前导脉冲、地址码字段、信息字段、校验字段等，其中前导脉冲，常应用于信号起始位置的分析中、地址码字段常应用于目标准确性的分析中，S 模式二次雷达信号帧结构时间标准如表 1 所示。同时，数据验证时需利用循环冗余校验技术判断信息字段是否完整，在校验不准时会提示无效信号并丢弃的结果。需注意的是，要想减少“虚假目标”的出现，应在验证模块中完善“地址码白名单”，即统计已在民航局登记的 24 位地址码与对未登记的地址码信号，随后触发告警机制，由此若发现了接收航空器地址不满足管制需求的情况下，会将信息反馈给邻区空管系统中，减少了航空信号中断的问题。

二、S 模式二次雷达信号处理系统的应用要点

表 1 S 模式二次雷达信号帧结构时间标准

（三）干扰抑制调整，提升系统稳定性

复杂电磁环境是 S 模式二次雷达信号处理系统面临的主要问题，干扰信号的类型比较多，其中地面杂波包含建筑物反射、高压电线辐射；其他雷达信号包含军用雷达、气象雷达；人为干扰包含非法1090MHz 信号发射等。因此为了避免出现信号干扰，应科学应用抑制技术。在地面杂波的抑制中，可选取“恒虚警率（CFAR）检测”技术，将杂波和目标信号进行区分，在信号幅度大于杂波均值 3 倍的情况下，可统计为目标信号【3】。在其他雷达信号的抑制中，可选取“信号特征识别”技术，将前导脉冲宽度与脉冲间隔的数据进行筛选与过滤，排除不符合特征的干扰信号。在人为干扰信号的抑制中，可选取“自适应频率捷变”技术，在出现 1090MHz 频段持续干扰的问题时，需启动备用频段，实现持续接收信号。据统计，若在高原机场中应用干扰抑制技术，系统整体的干扰信号误判率大大降低，甚至不超过 3% ，且目标航迹的稳定性提高大约 20% 。

结束语

综上所述，S 模式二次雷达信号处理系统作为空中交通管制的核心技术支撑，不仅能够确保空中交通管理安全，还能够提高空中交通管制的效果。其包含多个组成模块，任何模块都有独特的功能。新时期下，管制员应有效发挥 S 模式二次雷达信号处理系统的性能，及时处理好复杂电磁环境适应性、数据传输时延、多雷达数据融合等问题，不断提升空中管制的时效性。今后，S 模式二次雷达信号处理系统会更多体现出数字化和智能化的发展特征，也会融入先进的管制模型，通过技术创新与实践优化，逐步推动空中交通管理从“雷达覆盖”向“无缝感知”演进，从而促进民航事业的长久建设。

参考文献：

[1]邓全,牛群,程战涛,冯硕,岳慧峰.基于高阶累积量的脉冲激光雷达信号处理技术研究[J].微纳电子技术,2024,61(12):112-119.

[2]李煜琨,孔建国,蒋培元,梁海军.面向空中交通管制的时频域语音增强技术研究[J].航空计算技术,2024,54(03):32-37.

[3]桂雨洋,李飞,李蒂欢.基于刀片式服务器的雷达信号处理软件化研究[J].火控雷达技术,2023,52(04):81-85.