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《雷達科學與技術》2017年第5期

摘要：民航空中交通流量的持續增長對提升空管監視設備提出了更高的要求，目前普遍使用的A/C模式二次雷達，由于二次代碼資源缺乏、缺少飛行員和航空器的下行數據、航空器數據更新頻率低等不足，已經無法滿足未來民航發展的需求。本文分析了S模式雷達技術，通過對下行數據的解析和應用，結合現有空管雷達融合、相關和告警技術，提出為了S模式雷達技術在空管系統中的應用實例。

關鍵詞：s模式；下行數據；空管系統

0引言

到2020年，我國民航空中交通流量將達到2014年的3倍左右，年起降架次將超過1500萬。雷達等傳統監視技術及其布局、數量將難以滿足日益增長的航空運輸的需要[1]。華東地區空中交通流量大，飛行密度高，空域結構復雜，迫切需要S雷達技術提供監視補盲與備份，以提升空中交通管制能力。同時，地面監視處理系統也需要航空器更多的信息，普通的A/C模式二次雷達已經無法更好的適應目前眾多的實際需求。一種新的我們稱之為S模式的雷達應運而生。S模式技術從二十世紀六十年代開始發展，現階段基于S模式應答機的技術已十分成熟。目前商用航空器已大部分安裝了S模式應答機。S模式應答機目前主要應用在S模式雷達、數據鏈系統、多點定位系統、1090兆赫擴展電文的ADS-B技術和在防相撞系統中。

1S模式雷達技術簡介

A/C模式應答機監視能力（ModeA/CSurveillance）。傳統的A/C模式應答機能應答詢問機發出的詢問信號，A模式詢問時，應答信號為4096個MODE3/A二次代碼；C模式詢問時，應答信號為高度編碼信息。通過雷達詢問機和機載A/C模式應答機聯合可以提供航空器的二次代碼、高度和位置信息。用于管制[2]。“S”是選擇()的意思。S模式二次雷達是由傳統A/C模式二次雷達基礎上發展起來的。當有限的二次雷達識別碼（最多4096個）成為航班量增長的瓶頸時，英國和美國分別開始發展改進系統，英國發展了選擇地址二次監視雷達（ADSEL），美國研究了離散尋址信標系統（DABS），1981年英美達成協議將兩者合而為一，稱為S模式系統[3]。由于S模式基于傳統A/C模式，因此S模式完全兼容傳統A/C模式。S模式相對于常規A/C模式有以下優點：

（1）S模式二次雷達足以解決傳統A/C二次雷達A碼（識別碼）資源緊張的問題S模式系統為每架飛機提供了單獨的24位地址碼，總共具有16，777，216個地址碼。全球范圍內每架飛機的S模式地址在出廠后唯一指定，S模式二次雷達用S模式地址碼來代替A碼實現識別功能。

（2）詢問方式的改變，根本上解決了應答混淆現象S模式雷達發射的詢問信號中包含了飛機的地址碼，只有地址碼相符的飛機才會產生應答，實現了有選擇的點名制詢問，被點名的回答，未被點名的不回答，因此現在分辨兩架飛機有如分辨兩個人，即使他們抱在一起也能將他們分開。

（3）詢問率和應答率的降低，從根本上減少了雷達間異步干擾的產生由于S模式雷達是點名詢問，因此采用S模式后，我們就可降低對目標的詢問率，因而也降低了目標的應答率，從而降低了異步干擾的產生。

（4）S模式雷達能夠得到比A/C模式雷達更豐富的信息S模式具有地空雙向數據交流功能，其中可以攜帶大量數據信息。通過詢問應答模式，可以讀取機載應答機BDS寄存器中的信息，因此S模式下雷達輸出的數據信息十分豐富，其中包括：飛機航班號、飛機24位地址信息、飛機磁航向、飛機真空速、飛機轉彎角等。這些信息便于管制人員了解飛機更詳細的狀況。

（5）S模式雷達接收的數據更加精準可靠由于應答信號采用了新的調制和編碼方式，使解碼的誤碼率大大降低，因此S模式二次雷達所接收到的信息的完整性和可靠性比傳統的A/C模式二次雷達高。另外，S模式二次雷達可以提供分辨率為25英尺（7.62米）的高度信息，優于傳統的A/C模式分辨率為100英尺（30.48米）的高度信息。目前上海區管中心的主用/備用自動化系統引接了10部S模式雷達，分別是：上海虹橋、南京尹山、南昌生米、福州風洞山、連云港袁閘、青島流亭、杭州恩瑞特、寧波、合肥、鹽城恩瑞特，這10部S模式雷達基本可以覆蓋上海大部分區域。

2目前的S模式雷達應用

S模式雷達數據采用的格式為ASTERIX標準中的048類和034類，其中048類是單雷達目標報告001類信息的升級版，034類是單雷達勤務報告002類信息的升級版。以2010年的1.17版048類格式定義為例，與001類所具有的數據項相比，最大的不同是多出了飛機識別信息（航班號I048/240）、24位地址碼（I048/210）和ACAS報告（I048/260）等新數據項。在現有空管自動化系統的版本中，S模式信息主用應用于如下幾方面：

2.1S模式雷達的融合處理

當系統中S模式雷達信息參加融合時，系統級別的相關會優先考慮S模式的地址碼和航班號，系統級別的融合跟蹤會采用S模式的雷達信息。S模式雷達輸出的信息包括高度信息、A碼、飛機識別信息（航班號）SI、飛機24位地址信息SA、信號強度信息、方位信息、時標信息。無論是任何版本的數據類型，包括ASTERIX的CAT048、CAT034、CAT021、CAT02、CAT001等種類信息，監視數據處理能根據數據類型的各個數據項，提取分解目標狀態的各個信息，包括高度、位置、方向、速度、呼號、地址等信息，實現單監視信息的相關和跟蹤，同時把這些數據融合到系統航跡中，產生信息更全面的系統航跡。

2.2界面顯示

通過管制界面菜單欄的彈出的下拉菜單按鈕，可供更換使用的航空器識別源包括：（1）和航跡相關的飛行計劃的航班呼號(顯示為:ACID)；（2）航跡的A/C模式的二次代碼(顯示為:SSR)；（3）航跡的24位航空器地址碼(顯示為:24BIT)；（4）航跡的目標航跡識別碼(顯示為:TRGTID)。通過菜單按鍵可對管制界面上監視航跡標牌的航空器識別源進行切換顯示切換SSR、24位地址碼、目標識別碼（航班呼號）之間顯示切換。

2.3自動相關

自動相關是基于比較監視航跡中送來的信息和飛行計劃數據之間的信息，綜合采用以下相關因素：TargetID（航班呼號）、TargetADD（24位地址碼）、ASSR、PSSR四個因素的權值，并可以離線配置這些相關因素，綜合權值最高的航跡與計劃對優先做相關判斷。這樣可以充分利用S模式的信息進行相關，極大的提升了相關的準確性。

2.424位地址碼重碼告警

在現有空管自動化系統版本中，若發現飛行器出現相同TARGETADDRESS，在管制界面出現DUPE重碼告警功能。

3S模式雷達應用過程中的問題

3.1航空公司輸入不準確問題

在S模式雷達運行初期，存在著部分航空公司在FPL中輸入錯誤的航空器24BITCODE甚至不予輸入，一些機組在航空器的FMC系統中系統輸入與FPL中呼號不符的航班號，或者不予輸入，導致不能發揮S模式的功能，為此專門協調相關航空公司，對于具備S模式的航空器，在填報或拍發FPL是能在報文第18編組中正確輸入該航空器唯一的24BITCODE，并且機組在航空器的FMC系統規范輸入與FPL中呼號保持一致的航班號。

3.2機載設備24bit重碼問題

在現有THALES自動化系統版本中，若發現飛行器出現相同TARGETADDRESS，在管制界面出現DUPE重碼告警功能。按常規，這種DUPE不應該存在，因為24bit是飛機全球唯一的標識，不應該有重復。但是，上海曾出現3次此類告警，出現此類告警時，由于DUPE還有二次代碼重碼的含義，所以一般管制員會修改航班的二次應答機，但是告警始終無法消除，給管制工作帶來影響。

4S模式雷達在今后的新應用

4.1S模式下行數據的顯示

新應用中加入了S模式下行數據飛行員選擇高度，飛機航向，飛機地速等等顯示。具體實現：可以在管制界面增加一個DownlinkDatawindow，當在管制界面上選中一架航班時，該航班的某些下行數據將在該窗口中顯示。

4.2顯示航班呼號

在新應用中，當出現沒有相關的S模式航跡時，管制界面上將同時顯示SSR及TargetID（航班呼號），這樣管制員可以獲得更多的飛機識別信息。

4.3呼號不一致告警

在新應用中，當相關的航跡中的航班呼號與S模式雷達探測到的下行數據中的航班呼號不一致時，將會產生告警。這樣可以提醒管制及時發現，避免錯誤相關導致的錯誤管制。

4.4CFL不一致告警

當S模式下行數據中的飛行員選擇高度與飛行計劃數據中管制員指令高度不一致時，將會產生告警。提醒管制員和飛行員核對飛行高度。

5結束語

目前上海自動化系統是2015升級新版本之后，才剛剛開始真正對S模式雷達數據進行應用，S模式有許多下行數據，自動化系統對這些數據的應用也只處于初步研究階段，大多數數據也僅是供管制員顯示，真正能應用的數據也只是航班號，地址碼和飛行員選擇的高度。并且，有些數據需要航空公司，飛行員的配合才能正確使用。對于S模式數據的應用，國外自動化系統也沒有更多的經驗可以借鑒。所以，今后也需要飛行員、管制員、技術人員一起，共同對這些數據的進行研究，其應用之路將是任重而道遠。

參考文獻：

[1]中國民用航空ADS-B實施規劃.中國民用航空局，2012.

[2]MH4010-2000空中交通管制二次監視雷達設備技術規范.中國民用航空局，2000.

[3]王洪，劉昌忠，汪學剛.二次雷達S模式綜述[J].電訊技術，2008.

作者：應偉煜1；楊愷2；周祿華1 單位：1.中國民用航空華東地區空中交通管理局，2.南京萊斯信息技術股份有限公司