計算機論文范文3000字

　　S模式二次監視雷達系統是在傳統的A/C基礎上發(fā)展起來(lái)的，也是采用詢(xún)問(wèn)應答協(xié)同的工作方式。以下是小編給大家整理的計算機論文的內容，歡迎大家閱讀。

　　1、引言

　　S模式是近年發(fā)展起來(lái)的一種新的空中交通監視技術(shù)，相對傳統的A/C模式二次監視雷達，采用了選址詢(xún)問(wèn)，擴展了數據鏈，擴充了系統容量，降低了系統內部干擾，因而在美、歐等國家和地區得到了廣泛應用，同時(shí)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(zhù)空中交通的發(fā)展，飛機密度的增加，勢必也會(huì )向S模式監視系統發(fā)展。正因為我國目前還沒(méi)有采用S模式，因而有關(guān)S模式的系列標準也沒(méi)有頒布，系統性論述的相關(guān)文獻也很少。有些文獻認為，通過(guò)對傳統A/C模式二次監視雷達進(jìn)行簡(jiǎn)單的升級就可以實(shí)現S模式，筆者認為S模式除了在工作頻點(diǎn)上與傳統的A/C模式相同外，是完全不同的兩個(gè)系統，特別是S模式的數據鏈功能，以及地面站的協(xié)同功能，使得S模式的控制相當復雜;同時(shí)，S模式地面二次監視雷達是一個(gè)逐步更換的過(guò)程，在實(shí)施過(guò)程中，S模式二次監視雷達必須考慮兼容現有的傳統的A/C模式，因而S模式二次監視雷達必須經(jīng)過(guò)全面細致的設計才可能充分發(fā)揮S模式的效能。本文主要針對實(shí)現地面二次監視雷達的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。

　　2、S模式二次監視雷達系統簡(jiǎn)述

　　S模式二次監視雷達系統是在傳統的A/C基礎上發(fā)展起來(lái)的，也是采用詢(xún)問(wèn)應答協(xié)同的工作方式，因而S模式二次監視雷達系統包括具有S模式能力的地面二次雷達詢(xún)問(wèn)機和機載應答機兩部分。國際民航組織為每架飛機分配了一個(gè)唯一地址(24位地址)[1]，地面站可以對飛機進(jìn)行選址詢(xún)問(wèn)，詢(xún)問(wèn)發(fā)射頻率為1030MHz，接收頻率為1090MHz，詢(xún)問(wèn)上行信號如圖1所示，前2個(gè)脈沖為同步脈沖，P5為詢(xún)問(wèn)旁瓣抑制脈沖，P6為信息脈沖，采用DPSK調制，信息位長(cháng)56bit或112bit，56bit稱(chēng)為短信號格式，主要用于監視，112bit稱(chēng)為長(cháng)信號格式，除用于監視外還需要傳輸數據信息，也就是數據鏈功能都采用長(cháng)信號格式，其碼速率為4MHz。應答下行信號如圖2所示，前4個(gè)脈沖是同步脈沖，后面56個(gè)脈沖或112個(gè)脈沖也分為長(cháng)格式和短格式，采用脈位調制，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用于二次監視雷達監視系統，0和16號格式用于A(yíng)CAS系統，為以后擴展保留了17種格式;下行格式中，4、5、11、20、21、24用于二次雷達監視系統，0和16號格式用于A(yíng)CAS系統，17、18、19號格式用于A(yíng)DS-B，其中19號格式為軍用。在二次監視雷達使用的幾種格式中，11號格式是全呼詢(xún)問(wèn)和應答，主要用于對空中目標的捕獲，以獲取空中目標的S模式地址，4號和5號格式主要用于監視，以替代傳統的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號格式主要用于數據傳輸，同時(shí)具有監視功能，24號格式主要用于擴展通信功能。在S模式數據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的空中目標發(fā)送廣播信息，一般通信A用于地面站對特定的飛機發(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模式二次監視雷達組成及工作原理

　　S模式地面二次監視雷達主要組成如圖3所示，包括天線(xiàn)系統、發(fā)射機、接收機、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、數據管理以及接口管理等部分。天線(xiàn)系統包括∑、Δ、Ω三通道單脈沖天線(xiàn)，和傳統A/C模式二次監視雷達一樣，為了減少垂直反射的影響，采用大垂直孔徑天線(xiàn)。由于S模式詢(xún)問(wèn)機需要同時(shí)發(fā)射P6脈沖和旁瓣抑制脈沖(P5脈沖)，發(fā)射機需采用主、輔兩個(gè)發(fā)射機，主發(fā)射機發(fā)射信號脈沖和同步脈沖，輔助發(fā)射機發(fā)射旁瓣抑制脈沖，接收機采用三通道接收，∑、Δ通道接收機配合∑、Δ單脈沖天線(xiàn)，實(shí)現單脈沖測角，∑、Ω實(shí)現接收旁瓣抑制功能，分別采用S模式和A/C模式兩個(gè)獨立的回答處理器，實(shí)時(shí)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要處理的S模式詢(xún)問(wèn)(包括數據傳輸任務(wù))以及A/C模式詢(xún)問(wèn)進(jìn)行時(shí)序上的管理;鏈路管理器主要完成通信任務(wù)與跟蹤目標的配對、對活動(dòng)列表的管理。

　　4、S模式二次監視雷達關(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(xún)問(wèn)，但在跟蹤前是不知道空中目標的S模式地址，當S模式二次監視雷達工作在多站情況下，可以通過(guò)相鄰地面站的引導實(shí)現對目標的跟蹤，但大多情況下需要自身對目標進(jìn)行捕獲，只有捕獲鎖定后的目標才能進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的數據傳輸。S模式目標的捕獲是采用全呼詢(xún)問(wèn)，跟蹤和數據傳輸采用選址詢(xún)問(wèn)，鎖定后的目標不再對S模式全呼詢(xún)問(wèn)進(jìn)行應答，為了方便管理和減少干擾，實(shí)際實(shí)施時(shí)，采用全呼和選址詢(xún)問(wèn)分時(shí)進(jìn)行，其時(shí)序如圖4所示，包括一個(gè)全呼詢(xún)問(wèn)周期跟一個(gè)輪詢(xún)周期，在輪詢(xún)周期內實(shí)現選址詢(xún)問(wèn)�？紤]到從傳統的A/C模式升級到S模式需要一定的時(shí)間過(guò)渡，因而國際民航組織在制定S模式標準時(shí)，充分考慮了A/C模式與S模式的兼容問(wèn)題，使得A/C模式二次雷達監視系統與S模式二次雷達監視系統可以共存。在全呼詢(xún)問(wèn)時(shí)，對傳統的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(chēng)為組合詢(xún)問(wèn)信號格式，對于傳統的A/C模式應答機只識別P1~P3脈沖，并按識別的P1與P3的時(shí)間間隔確定詢(xún)問(wèn)模式，對于S模式應答機需要識別P4脈沖，P4為寬脈沖(1.6μs)時(shí)表示對所有應答機進(jìn)行全呼詢(xún)問(wèn)，P4為窄脈沖(0.8μs)時(shí)表示僅對A/C模式應答機進(jìn)行詢(xún)問(wèn)，S模式應答機接收到該信號不應答。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(xún)問(wèn)格式(僅A/C模式回答)組成的時(shí)序對空中目標進(jìn)行全呼詢(xún)問(wèn)，如圖6所示，這樣在同樣覆蓋范圍內的S模式應答機和A/C模式應答機具有相同的接收時(shí)間窗，A/C模式應答機也有足夠的時(shí)間從抑制A/C模式(僅S模式全呼)中恢復。

　　4.2S模式信道管理

　　由于S模式既要完成監視功能又要完成數據鏈功能，同時(shí)還要兼容傳統的A/C模式，因而如何有序地安排和管理地面雷達在波束覆蓋范圍內目標的通信和監視任務(wù)顯得尤為重要。S模式地面二次監視雷達需要一個(gè)專(zhuān)用的信道管理器來(lái)完成這些任務(wù)，其原理主要包括信道控制、事務(wù)預處理、目標列表更新、輪詢(xún)進(jìn)程安排和事務(wù)更新，如圖7所示。信道控制實(shí)時(shí)監視時(shí)鐘和天線(xiàn)指向，保證所有S模式和A/C模式活動(dòng)都發(fā)生在恰當的時(shí)間和序列(波束駐留時(shí)間)，每間隔一定時(shí)間，信道控制就指示事務(wù)預處理器提供即將進(jìn)入波束的飛機清單;事務(wù)預處理查詢(xún)包含目標預測位置的監視文件，如果將要進(jìn)入波束的飛機有上行鏈路信息或下行鏈路信息需處理，那么事務(wù)預處理就會(huì )確定要完成這些任務(wù)所需要處理的數目和類(lèi)型，事務(wù)預處理為每架飛機創(chuàng )建一張表單，表單包括一套要完成所有待處理的監視與通信任務(wù)所需要的完整說(shuō)明;目標列表更新器組合這些表單為活動(dòng)列表，并定期更新，表單上的條目是由事務(wù)預處理器所闡明的數據塊。新目標中的數據塊由事務(wù)預處理提供，并且被并入此列表，而那些離開(kāi)波束或完成服務(wù)的目標，都會(huì )被清除。為了更好地估計算一個(gè)詢(xún)問(wèn)與應答的非沖突時(shí)序，活動(dòng)目標列表是以目標距離遞減的方式進(jìn)行排序。事務(wù)更新是針對具有多任務(wù)的目標，對于有多任務(wù)的目標原則上是安排連續進(jìn)行，如果某項任務(wù)成功進(jìn)行，就會(huì )修改目標的數據塊，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(huì )安排在下一時(shí)序繼續進(jìn)行;輪詢(xún)進(jìn)程安排信道管理器的輸出時(shí)序，其原則是基于目標的距離，最遠的先問(wèn)，后續安排的詢(xún)問(wèn)目標，其回答不會(huì )與前一詢(xún)問(wèn)的回答交替，如果沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)完成一個(gè)完整的時(shí)序安排，那么就會(huì )安排到下一循環(huán)進(jìn)行。圖8是一個(gè)信道管理輪詢(xún)實(shí)例，在第1個(gè)循環(huán)實(shí)現了對4架飛機的詢(xún)問(wèn)，在第2個(gè)循環(huán)實(shí)現了對2架飛機的詢(xún)問(wèn)，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模式地面二次監視雷達為S模式地-空數據鏈提供物理層和部分鏈路層的服務(wù)，S模式數據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)現這些數據鏈功能需要與地面數據鏈處理器(GDLP)和機載數據鏈處理器(ADLP)配合工作，如圖9所示。對于進(jìn)入地面二次監視雷達覆蓋區的空中目標，地面二次監視雷達是靠定向天線(xiàn)實(shí)現與指定目標的通信，對一特定的飛機，每次掃描的波束駐留時(shí)間只有幾十毫秒，對于飛機密度較大的區域，如果通信任務(wù)較多，勢必有些目標的通信任務(wù)不能在一次掃描完成，需要多次掃描，如何有序地實(shí)現與空中目標的通信，在天線(xiàn)指向目標前將具有通信任務(wù)的目標和任務(wù)種類(lèi)提供給信道管理器，需要建立一個(gè)活動(dòng)信息列表，這個(gè)活動(dòng)信息列表是對地面二次雷達覆蓋區域內的所有S模式目標列表，對新跟蹤的目標需要及時(shí)加入活動(dòng)列表，并建立與GDLP的鏈路連接，對飛出覆蓋區的目標及時(shí)終止與GDLP的鏈接，并從活動(dòng)信息列表中剔除，二次雷達只從GDLP接收在覆蓋區內目標的通信任務(wù)，對活動(dòng)列表中具有通信任務(wù)的目標進(jìn)行長(cháng)格式詢(xún)問(wèn)，對沒(méi)有通信任務(wù)的進(jìn)行監視詢(xún)問(wèn)(短格式詢(xún)問(wèn))，在活動(dòng)信息列表的建立中，詢(xún)問(wèn)機需要將通過(guò)監視獲得的目標位置信息與通過(guò)GDLP獲得的通信任務(wù)進(jìn)行配對，并分類(lèi)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模式目標的捕獲

　　S模式二次監視雷達主要采用選址詢(xún)問(wèn)方式進(jìn)行工作，但這只是在建立了目標跟蹤的情況下，在對目標跟蹤之前，需要對目標進(jìn)行捕獲、鎖定，以最大限度地減少系統的異步干擾。一旦被捕獲，S模式飛機對隨后的S模式全呼叫詢(xún)問(wèn)進(jìn)行閉鎖，此閉鎖條件由S模式地面站通過(guò)S模式選址詢(xún)問(wèn)控制，如果因任何原因致使一架飛機在18s左右沒(méi)有接收到地面站的閉鎖命令選址詢(xún)問(wèn)，將自動(dòng)解鎖，以便普通S模式捕獲可重新捕獲飛機。如何快速捕獲S模式目標，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(xún)問(wèn)機捕獲與閉鎖，以及隨機捕獲等多種方式。S模式為每個(gè)具有共同覆蓋區的地面詢(xún)問(wèn)機分配了了一個(gè)詢(xún)問(wèn)識別符(Ⅱ碼)和監視識別符(SI碼)，并要求應答機能夠根據Ⅱ碼和SI碼具有多站閉鎖，針對不同的Ⅱ碼和SI碼鎖，對應多達78個(gè)地面詢(xún)問(wèn)機的全呼捕獲詢(xún)問(wèn);非選擇捕獲與閉鎖，是建立在Ⅱ=0的基礎上，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(xún)問(wèn)機捕獲與閉鎖，是地面使用相同詢(xún)問(wèn)標識符的詢(xún)問(wèn)機通過(guò)地面網(wǎng)路協(xié)調它們的監視和通信任務(wù)，不需要每個(gè)詢(xún)問(wèn)機都去捕獲目標;隨機捕獲，S模式地面站用一個(gè)特殊全呼叫詢(xún)問(wèn)命令進(jìn)行詢(xún)問(wèn)，此命令指示飛機用一個(gè)特定的小于1的應答概率進(jìn)行應答，由此降低的應答率意味著(zhù)有些全呼叫應答被正確接收，并且這些飛機將被捕獲。一旦一架飛機被捕獲，它就被閉鎖，就不會(huì )再干擾其他尚未被捕獲飛機的全呼叫應答，這一過(guò)程一直重復，直到所有的飛機被捕獲，這種捕獲文獻[3]中已有詳細介紹。

　　4.5單脈沖技術(shù)

　　S模式二次監視雷達要求一次詢(xún)問(wèn)、應答就能獲得目標信息，這其中包括目標數據傳輸信息和監視獲得的目標位置信息，而傳統的滑窗技術(shù)需要多次詢(xún)問(wèn)才能獲得理想的位置信息，很難滿(mǎn)足S模式的要求，因而對于S模式地面詢(xún)問(wèn)機必須采用單脈沖技術(shù)，其原理如圖11所示。通常二次監視雷達采用比幅單脈沖技術(shù)進(jìn)行測角，根據接收到的∑、Δ通道的脈沖的幅度值計算出Δ/∑，由Δ/∑與偏離天線(xiàn)的法向值(OBA)的關(guān)系查表得到OBA值，與實(shí)時(shí)采集的天線(xiàn)指向值相加或相減得到目標的方位角，根據∑、Δ通道的相位超前滯后關(guān)系，判斷目標在法線(xiàn)左邊還是右邊，以決定目標方位是加OBA值還是減OBA值。此外單脈沖技術(shù)除用于測角外，也用于多目標處理。

　　5、S模式二次監視雷達接口要求

　　S模式二次監視雷達接口主要分為內部接口和外部接口，內部接口主要包括地面站詢(xún)問(wèn)機與詢(xún)問(wèn)天線(xiàn)的接口、詢(xún)問(wèn)機與本地控制盤(pán)的接口、詢(xún)問(wèn)機與維護顯示器的接口，與天線(xiàn)的接口包括∑、Δ、Ω三通道射頻接口和天線(xiàn)指向數據，天線(xiàn)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(pán)的接口主要完成本地控制盤(pán)對詢(xún)問(wèn)機的工作參數進(jìn)行設置，并實(shí)時(shí)監視詢(xún)問(wèn)機的狀態(tài)，采用RS422接口;與本地維護監視器的接口主要對目標的航跡進(jìn)行監視，采用RS422接口或網(wǎng)絡(luò )接口。與外部設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(hù)的接口、與其他鄰近地面站系統工作接口，實(shí)現S模式數據鏈功能與空管中心的監視接口和GDLP接口是必需的，與鄰近地面二次監視雷達接口在多站協(xié)同工作時(shí)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點(diǎn)跡/航跡報文，通常采用網(wǎng)絡(luò )接口。由于我國還沒(méi)有相應標準，我們參照歐洲航空組織監視數據交換報文CAT48《單站雷達目標發(fā)送報文》[4]執行。與地面數據鏈處理器GDLP的接口主要與GDLP進(jìn)行雙向數據交換，將從飛機上提取的數據發(fā)送給GDLP，把GDLP傳來(lái)的數據通過(guò)二次監視雷達發(fā)送給飛機，同樣采用網(wǎng)絡(luò )接口，參照歐洲航空組織監視數據交換報文CAT18《S模式數據交換信息》[5]執行。

　　6、S模式二次監視雷達鏈路計算

　　S模式二次監視雷達鏈路計算同樣遵從二次雷達的計算公式[6]:式中，Prcc為接收機輸入口的接收功率，單位W;Ptrd為發(fā)射機在輸出口的發(fā)射功率，單位W;GA為地面二次監視雷達天線(xiàn)增益;GT為應答機天線(xiàn)增益;LI為二次監視雷達到天線(xiàn)之間電纜損耗和;Lt為應答機到天線(xiàn)之間電纜損耗和;Lat為大氣衰減;λ為波長(cháng)，單位m;R為地面站和應答機天線(xiàn)之間的距離，單位m。在下行鏈路計算時(shí)，考慮到S模式必須采用單脈沖技術(shù)進(jìn)行測角，系統應該留有足夠的余量。

　　7、結束語(yǔ)

　　S模式二次監視雷達具有監視、數據鏈功能，相比傳統的A/C模式具有很多優(yōu)勢，是國際民航空中交通監視技術(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，其控制流程相當復雜。國內這方面的文獻很少，國際民航組織也僅僅給出了一些規范性的要求，對其實(shí)施方式并沒(méi)有作詳細的規定。隨著(zhù)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A/C模式監視系統過(guò)渡到S模式監視系統的過(guò)程中，建議針對S模式二次監視雷達的具體特點(diǎn)，制定和完善一系列S模式二次監視雷達的實(shí)施標準及規范，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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