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ATC空中交通管制应答机

归档日期:07-25       文本归类:滑行道灯      文章编辑:爱尚语录

  ATC空中交通管制应答机_电子/电路_工程科技_专业资料。第七章 空中交通管制应答机 7.1 空中交通管制雷达系统的基本工作原理 7.2 常规应答机的基本工作原理 7.3 S模式系统 用途 空中交通管制应答机(ATC TRANSPONDER) 是空中交

  第七章 空中交通管制应答机 7.1 空中交通管制雷达系统的基本工作原理 7.2 常规应答机的基本工作原理 7.3 S模式系统 用途 空中交通管制应答机(ATC TRANSPONDER) 是空中交通管制雷达信标系统(ATCRBS) 的机载设备,它的功用是与地面二次雷 达相配合,向地面管制中心报告飞机的 识别代码和飞机的气压高度。 一、空中交通管制的概念 空中交通管制:机场终端区空域的空中 交通管制与航路(走廊)的空中交通管 制。 机场终端区的空中交通管制范围:通常 为以机场为中心的大约 150 km范围中的 空中交通管制。 目的:有秩序地组织和实施空中交通, 保持飞机之间的安全间隔,防止飞机相 撞,同时提高终端区空域的利用效率。 二、空中交通管制的目的和任务: (1)保证一切飞机的飞行活动,随时受地面指挥调 度的管制,严格按计划(航线)有效地利用空间,保证空中交通有秩序地进行。 (3)保证准确与安全的导航勤务,防止飞机在空中 相撞或与地面障碍物相撞。 (4)提供有助于保障飞行安全的有效信息和情报, 识别进入航管区域飞机的有关参数据和代号,以便及 时采取必要措施。 三、空中交通管制系统: 广义讲,它包括地面的各种监视雷达和飞机上的 应答机,以及有关的通信、导航设备,而对从事航空 电子人员来说,“空中交通管制“这个术语仅狭义地 单指飞机上的“空中交通管制应答机” 四、 空中交通管制雷达系统 中交通管制雷达系统包括: ? 一次监视雷达 (PSR) 和空中交通管制雷达信标 系统(ATCRBS)—航管二次监视雷达系统. ? 通常,把地面二次监视雷达简称为二次雷达, 而把机载应答机称为应答机。 一次监视雷达PSR 工作方式:一次监视雷达(PSR)是依靠 目标对雷达天线所辐射的射频脉冲能量 的反射而探测目标的。 一次监视雷达的天线° 范围内旋转扫掠,把雷达发射信号形成 方向性很强的波束辐射出去。 提供信息:距离、方位 一次雷达的优点:可在雷达荧光屏显示器 上用光点提供飞机的方位和距离,不管飞 机上是否装有应答机,都能正确地显示, 故仍为空中交通管制不可缺少的设备。 缺点:不能识别飞机的代号和高度,且反 射回波较弱,易受固定目标的干扰。 二次雷达SSR 美国称其为空中交通管制雷达信标系统,简 称航管雷达信标系统(ATCRBS) 工作方式:由地面二次雷达——询问器与机 载应答器配合,采用问答方式工作。 两次有源辐射:二次雷达系统必须经过两次 有源辐射(询问与应答各一次),才能实现 其功能。 提供信息:飞机识别码、气压高度和一些紧 急告警信息,如飞机发生紧急故障、无线电通讯 失效或飞机被劫持等。 工作频率:二次监视雷达的发射信号频率 与接收频率不等,其询问发射频率为 1030MHz,接收频率则为 1090MHz。这就是 通常所说的L波段。 SSR(实例) 地面二次雷达与一次雷达系统 在同时装备有二次雷达与一次雷达的空 中交通管制系统中,通常总是使二次雷 达与一次监视雷达协同工作的。 二次雷达的条形天线安装在一次雷达天 线上方,二者同步扫掠,见图 7 - 1 。二 次雷达与一次雷达共用定时电路与显示 终端,以实现同步工作。 雷达信标系统简化方块图 虚线表示航路管制区,双线表示航路和走廊, 中央双图形表示,机场跑道位置年和方向,航 路上小点代表导航台的位置,其他小点为地标。 一种实际航管雷达显示器 二次雷达的优点 (1)不受目标有效反射面积的限制,回答 脉冲比一次雷达回波强很多。 (2)询问和回答信号的格式和频率是不同 的,消除了地面杂波和气象反射的干扰; (3)能够用事先编排好的代号为多达4000 多架飞机进行准确的识别和特殊的位置识别。 (4)能够提供准确的飞机即时飞行高度。 (5)在收到旁瓣抑制(SLS)信号时,抑制 应答机的回答,避免荧光屏上出现假信号。 二次雷达的询问信号 地面二次雷达发射的是射频脉冲信号。这种信 号由间隔不同的脉冲对信号组成。脉冲信号的 脉冲编码方式称为询问模式。 A模式的询问用来识别空中飞机的代号。 B 模式用来识别民航飞机的代号(现尚未分配) C模式的询问用来识别飞机的高度。 D模式尚未分配。 ATCRBS的询问信号(模式) 图中画出了一对脉冲P1与P3,实际上在P1脉冲之后 还有一个幅度较小的P2脉冲,它的作用将在旁瓣抑 制一段中说明。 模式A的脉冲间隔为8μs ,C模式为21μs,各模式 脉冲的脉冲宽度为0.8μs。 7.1.5 机载应答机的应答信号—— 识别码与高度码 机载应答机在收到地面二次雷达的有效询问信号后, 将根据询问模式产生相应的应答发射信号。 当地面二次雷达所发射的是 A 模式的识别询问时,应 答机产生识别码应答信号;对于 C 模式高度询问,则 回答飞机的实时气压高度编码信息。 有效询问信号, (1) 指在规定范围中地面二次雷达的 主瓣询问信号, (2) 询问模式与应答机置定模式相符 合,即应答机只对事先约定的识别询问模式产生识别 应答信号。 P179 图7-8 高度询问模式 C,在应答机控制盒上的高度报告开关 ( ALT)置于接通位的情况下,应答机是自动应答的。 P179 图7-8 一、应答信号的格式 频率、脉冲宽度和间隔:应答机产生的识别应 答信号或高度应答信号的频率与脉冲宽度是相 同的:都是1090 MHz,脉冲宽度为0.45us的脉 冲编码信号。应答脉冲的宽度为 0.45 μs,间 隔为1.45μs的整数倍。如图7-5所示 但识别应答信号与高度应答信号所采用的编码 方式和内容是不同的。 应答信号的格式如图7-5所示。应答信号由信 息脉冲和两个帧脉冲等组成。 信息脉冲共有12个,分为A、B、C、D四组,每 组三个脉冲。分别为 A1、A2、A4,B1、B2、B4, C1、C2、C4,D1、D2、D4。 这12个脉冲在应答脉冲序列中的排列顺序为 C1、 A1、 C2、 A2、 C4、 A4、B1、D1、B2、D2、 B4、D4。 帧脉冲F1、F2为应答信号的标志脉冲,不表示 信息内容,用以容纳信息脉冲。不论应答内容 如何,帧脉冲F1、F2总是存在的。 SPI脉冲 在帧脉冲 F2 之后的 4.35 μs处,可能会出现一个 特别位置识别脉冲 —— SPI 脉冲。它是在飞行员 按下应答机控制合面板上的识别( IDENT)按钮 后出现在应答脉冲序列中的。 P179 图7-8 当对 A 模式询问作回答时,驾驶员根据地面要求 短时按下此按钮,则导致应答机在回答编码中加 发这个识别脉冲15——30秒,因而使地面航管中 心荧光屏上该飞机标志显示特别亮(或显示目标 中心向外扩散的同心圆环),给调度指挥人员获 得该飞机当时的位置和特别显示。 二、识别询问与识别应答码 对于有效的识别询问(模式A的询问), 应答机自动地应答飞机的识别码。 识别码是空中交通管制中用于表明飞机 身份的代码,由空中交通管制部门指定。 识别码为四位八进制码。飞行员可利用 应答机控制盒面板上的识别码设定旋钮 来设定识别码。 12个信息脉冲的编码状态,每个脉冲都有1和0两种状态,12个 信息脉冲共有212 =84=4096个识别代码. 把12个信息脉冲分成A,B,C,D四组,每组表示四位识别码中的 一位. A组表示第一位,B组表示第二位,C组表示第三位,D组表示第四 位. 四组脉冲从高到低的顺序是ABCD. ? 这一顺序与脉冲在实际脉冲串中的位置顺序不同. 每组脉冲都可以有三个信息脉冲,用三个信息脉冲表示八进制 数. 例如,控制盒上所设定的识别代码为7162,A组码为 A1A2A4=111,B组码为1, B1B2B4=100, C组码为6, C1C2C4=011, D 组码为2, D1D2D4=010. 代码脉冲串为:A1C2A2C4A4B1D2. 应答码中的一些码组7500、7600、7700 等为空管部门指定的危急紧急代码 7500_表示飞机被劫持 7600_表示无线_表示飞机发生紧急故障. 机载应答机的应答信号 识别码:212 =84=4096 A4A2A1B4B2B1C4C2C1D4D2D1 (0000~7777) 高度码: (-1000~126700ft,每100ft) D1D2D4A1A2A4B1B2B4C1C2C4 三、高度询问与高度应答码 当应答机回答模式C 的询问时,它的应答脉冲 串表示飞机的气压高度信息。 气压高度信息是由大气数据计算机提供的,由 高度编码电路编码。 虽然高度码也是包含在框架脉冲之间的信息脉 冲组合,但其编码规则与上述飞机识别代码不 同。 在代表飞机高度信息时,四组信息脉冲也是分成 A、 B、C、D四组的,但四组脉冲的组成顺序和编码方式 与识别代码不同。 根据民用飞机的飞行高度,国际民航组织规定的高 度编码范围是-1000至126700ft。规定高度编码的增 量为100ft。这样,只需1278组高度编码,即只需利 用4096种编码中的一小部分。 为此,规定不用脉冲D1;C1和C4脉冲不能同时为1, 但 C 组脉冲必须有一个为 1。这样, D 组脉冲有 2 个, 可编 4个码组; A组与 B组各 3 个,可各编 8个码组,C 组则可编 5个码组,总共可得到 4*8*8*5=1280组高 度码,可满足上述高度范围编码的要求。 实际上,民航所使用的高度范围从 -1000 到 62700 ft 就足够了,所以高度编码中的 D2 脉 冲实际上也总是为零的。 高度编码中的 D、A、B组所采用的码制为格雷 码,码组的增量为500ft;C组所采用的码制为 为“五周期循环码”,可编成 5 个码组,增量 为100 ft 。 旁瓣抑制(SLS) 目的:机载应答机只有在飞机被二次雷达 天线主瓣照射时产生应答信号,接收到天 线旁瓣信号时,不应答.以免在显示器上 出现多个目标的错误显示. 实现方法:采用三脉冲旁瓣抑制系统. (1)地面二次雷达所产生的询问信号有三个射 频脉冲组成, 其中P1与P3脉冲由方向性的天线辐 射,旁瓣抑制脉冲P2则由无方向性的天线脉冲的辐射功率比例,使 得在方向性天线主瓣范围内的飞机所接收到的P1、 P3 脉冲幅度高于P2脉冲。 (3)在机载应答机接收电路中设置有旁瓣抑 制电路。电路对P1 脉冲和P2脉冲的幅度进行比 较。如果P1脉冲高于P2脉冲的幅度9dB, 即表明 飞机处于二次雷达天线的主波瓣法线方向上, 产生应答信号; P2脉冲大于P1脉冲,则表明P1 脉冲是旁瓣照射产生的,不产生应答信号;应 答机在模糊区的应答概率随P1脉冲的增大而增 大。 7.2 常规应答机的基本工作原理 机载应答机系统 7.2.1 机载应答机系统 机载应答机系统由应答机、控制盒及天线三个 组件组成的。 民用飞机通常装备两套相同的应答机,以保证 对询问信号的可靠应答。 二套应答机共用一个控制盒,由控制盒上的系 统选择电门决定由哪一套应答机产生应答信号。 一、应答机 应答机安装在电子舱内。应答机面板上通常设置有故障 指示器及自检按钮。 故障指示器是用以表明收发组或天线系统是否存在或发 生过故障。 其中的天线故障显示器( ANT)在排除故障后,可按压 复位按钮(RESET)使故障指示器复位。 自检按钮( SELF TEST)用以在电子舱内对应答机进行 自检。自检正常时,控制盒上的绿色信号灯亮。 应答机在应答高度询问时的飞机高度信 息,是由大气数据计算机提供的。 两套大气数据计算机均可向正在工作的 应答机提供数字式的气压高度信息。 二、天线 应答机的天线为 L 波段的短刀型天线。飞机上 装有两部应答机天线。通过控制盒的系统选择 开关街道所选定的应答辩机上。在有的飞机上, 两部天线是分别供两部应答机使用的。 天线安装在机身下部中心线的前段。 应答机天线为无方向性天线,它在水平面内的 方向性图为对称的圆。 应答机天线与测距机天线是相同的,可以互 换。。 三、控制盒 机载应答机使用一部控制盒来控制两部应答机的工 作。在现代飞机上,应答机控制盒还同时用于控制 防撞系统(TCAS)的工作。 7.2.2 应答机的性能与技术参数 一方面要求应答机能对有效的询问信号进行正常 的应答,产生参数符合要求的应答脉冲信号; 另一方面,还要求应答机能够抑制旁瓣触发,抑 制各种噪声和干扰信号的触发,以尽可能避免产 生虚假应答。 一、对接收电路的基本要求 应答机的接收译码电路应能满足频率、询问模式、 脉冲宽度、幅度等方面的要求。 1、频率 ? 接收机的中心频率为1030 MHz。 2、接收机灵敏度 ? 典型应答机接收机的灵敏度为-76 dBmW,一般为-69至77dBmW。 接收机应能鉴别询问脉冲的宽度,滤除小于0.4μs的窄脉 冲和大于 1.5 μs的宽脉冲,以避免被噪声及 L 波段的其 他信号所触发。 3、脉冲宽度鉴别 ? 4、旁瓣抑制与应答抑制 ? 接收机应能鉴别脉冲的相对幅度,以抑制旁 瓣询问。此外,当接收机判明一个正常询问 后,还将接收机抑制约 28 μs,并抑制测距 机及TCAS的询问,反之亦然。 二、发射机的主要技术参数 l、发射频率 ? 应答机发射(应答)信号的频率为 1090± 3 MHz。 典型应答机的发射功率为 700 W。 应答脉冲宽度为 0.45 μs;脉冲间隔为 1.45 μs的整 数倍。 应答率不应超过每秒1200次。 2、发射功率 ? 3、应答脉冲宽度 ? 4、应答率与自动过载控制功能 ? 7.2.3 应答机系统的工作概况 应答机系统的工作由应答机控制盒上的开关控 制。 一、系统选择与模式选择 系统选择开关( ATC)用于选择第一部或第二 部应答机来产生射频应答信号。 有的应答机控制盒上的系统选择开关(或模 式控制开关)设有“准备”(STBY)位。当开 关置于准备位置时,两部应答机均不能发射应 答信号。当选择一部应答机工作时,另一部处 于准备状态。不论系统选择开关放在什么位置, 两部应答机的电源均是接通的,均可接收询问 脉冲。 二、识别码置定旋钮和识别码显示窗 飞机的四位识别码是由控制盒上的同心旋 钮调定的。 ? 识别码显示窗用于显示所设定的识别码。 ? 三、高度报告 高度报告控制开关用以选择第一套或第二套 大气数据计算机来作为高度报告信息源。 四、识别按钮 ? ? 按压一次识别钮(IDNT),不论在按压后是否松开 按钮,可使SPI脉冲保持约18秒。 五、系统监测 ? 应答机内设置的故障监测电路可以监测应答机输出 信号功率、频率等主要参数,也能监测信号的接收 译码过程及时钟频率等是否正常。 ? 如果监测电路检测到不正常的工作状况,即可给出 故障指示。此时,控制盒上和应答机面板上的琥珀 色故障灯ATC FAIL 亮。 ? 监测电路还可以监测天线、电缆系统是否正常。 六、系统自检TEST ? 在没有收到有效的询问信号时,应答机是不产生 应答信号的。 ? 在控制盒上选择 TEST,利用应答机内的自检电路, 可以模拟接收询问信号,以使接收机译码和编码发 射电路工作,从而通过监测电路检查系统的工作情 况。 ATC系统的组成 7.2.4 应答机的基本工作原理 由天线 MHz询问脉冲信号,经由环流 器加至接收机输入端的前置滤波器。 前置滤波器是一个带宽约为 25 MHz的带通滤波器, 能够有效地滤除镜象干扰及L波段的其他杂波。 询问脉冲信号在接收机中经过变频、放大和检波后, 得到视频脉冲信号。 清窄防宽电路的作用是消除宽度在0.4μs以下和 1.5μs以上的各种杂散脉冲,以避免应答机被随机 噪声所触发。 通过上述电路的视频脉冲加至译码电路(解码器)。 译码电路按照控制盒所选择的模式,鉴别P1脉冲与 P3脉冲之间的时间间隔。如果询问模式与所置定的 询问模式相符,则译码成功,就产生一个模式启动 脉冲加到编码电路去启动编码发射电路。 如果询问模式为高度询问模式,则在应答机控 制盒上选择高度应答方式时,译码电路即可输 出模式 C 启动控制信号,以触发编码器和发射 机产生高度应答信号。 在编码器产生编码脉冲串期间,将触发抑制电 路工作。 抑制电路所产生的内抑制脉冲使接收机抑制约 28 μs,以防止译码器在应答编码期间再次产 生编码触发信号。与此同时,抑制电路还产生 外抑制信号加至测距机和TCAS,以防止在应答 机发射应答脉冲期间测距机或 TCAS也发射射频 信号,产生相互干扰。 7.2.5 接收电路 应答机接收机接收机为L波段的超外差式接收机. 接收机的基本任务是把1030 MHz的射频脉冲信号转换成足 够幅度的视频脉冲信号,加到视频处理器去进行处理。 接收机是由前置滤波器(预选器),混频器、本机振荡器、 中放、检波、视放等电路组成。 一、 接收机 接收机高频部分把天线 MHz询问信 号变换成60 MHz的中频信号,以输入中放进行有 效的放大。 AOC电路用于自动地调节接收机的增益,防止发 射机过载。(防止发射机过热而损坏,避免过于 密集的应答信号引起干扰) AOC电路的一个输入为编码波门,即应答次数; 另一个输入为编码器所输出的应答脉冲数。当应 答机的应答次数超过每秒1200次,或总的应答脉 冲数超过一定值时, AOC电路便使中放增益降低, 较低电平的询问信号便不再能触发应答机应答, 从而将发射机的工作负载自动地控制在一定的程 度,达到防止发射机过载的目的。 二、 视频处理器 视频处理器的基本任务之一是鉴别询问信号是 来自二次雷达天线主瓣还是旁瓣,以实现对旁 瓣询问的抑制。 7.2.6 译码电路的基本工作原理 一、译码电路的功用与组成 ? 译码(解码)电路的功用:根据视频处理器输 出的触发脉冲,鉴别询问的模式,以触发编 码器按照控制盒所置定的飞机代码和工作模 式,或者按照来自大气数据计算机的编码电 路高度信息,产生相应的应答脉冲串。 ? 译码电路的组成:由译码移位寄存器、 SLS 译码器、A、C模式译码器及抑制门电路等组 成的。除此以外,电路还包括时钟产生器、 定时器等电路组成。 二、译码原理 译码(解码)的电路的功用是判明询问模式。 在译码期间,移位寄存器在译码时钟的控制下 使输入的P1触发脉冲串行移位。 通常,译码时钟频率为 3 MHz。 对 A 译码门而言,与非门的一个输入端所加的 是由移位寄存器提供的8μs延时脉冲。如果接 收机所接收的为 A 模式询问信号,则该询问信 号中滞后于P1脉冲8μs的P3脉冲必然与P1延时 8 μs脉冲同时作用于 A 译码与非门。这样,该 与非门在 P3 脉冲到来时刻输出为负脉冲 —— A 模式译码成功。 模式译码门产生的模式A触发信号或模式B触发 信号加到A/B译码器的置位端,使A/B译码器 置位。A/B译码器的置位表示应答机收到了与 预置模式一致的有效识别询问信号。 高度询问模式译码电路与识别询问模式译码电 路相同,是由模式C译码门和模式C译码器组成 的。所不同的只是由移位寄存器加到模式 C译 码门的是 21μs的延迟触发脉冲。 7.2.7 编码器的基本工作原理 一、编码器的功用与组成 编码器的基本任务是在译码器判明询问模式有效 后,形成识别代码脉冲串或高度代码脉冲串,以 输往调制器控制发射机产生射频脉冲编码信号。 所产生的识别代码脉冲串决定于控制盒所置定的 识别代码;所产生的高度代码脉冲串则决定于由 大气数据计算机输入的高度信息。 现代应答机的编码电路是以移位寄存器为核心, 与应答门、控制矩阵、时钟产生器、预选控制器 等组成的,见图7-12所示的典型编码电路方块图。 编码器电路 移位寄存器 : 把并行的输入数据 (A 模式的飞机 代码和C模式的高度编码),经过移位作用,按顺 序输出串行数据,即回答编码数据. 控制矩阵 : 用以选择移位寄存器的输入信息。 所选择的识别代码或高度信息通过应答门加到 移位寄存器的输入端。 选择矩阵由模式C译码器的输出控制。 当询问信号为模式C时,模式C译码器的输出加 到控制矩阵,使控制矩阵选择来自大气数据计 算机的高度编码信息; 当询问信号为模式A时,模式C译码器的无输出, 控制矩阵此时所选择的为来自控制盒的识别码。 所形成的应答脉冲串加至发射电路中的调制器, 控制发射机产生相应的射频脉冲信号。 应答门使控制矩阵选用来自控制盒的飞机代码信 息或来自大气数据计算机的高度编码信息,并同 时使移位寄存器改用编码时钟。 调制选通门将相应的脉冲编码串输送到调制器去。 与此同时,内部抑制电路把抑制波门加到视频处 理器去,抑制输出约28μs;外抑制波门则输送到 机上其他L波段设备。如果为旁瓣询问信号,则旁 瓣抑制译码器将产生SLS触发脉冲,使译码电路抑 制28μs。 飞机代码信息或来自大气数据计算机的高度编码 信息,加到移位寄存器的输入端后,在编码时钟 的作用下,由移位寄存器的输出端串行输出。 编码时钟脉冲频率确定的依据和数值 编码时钟频率为690KHz 690KHz的信号的周期为1.45?s, 它使移位 寄存器以1.45?s的步长将输入信息移位至 寄存器的输出端,从而形成的编码脉冲穿相 邻脉冲之间的间隔为1.45?s. 用690KHz编码脉冲时钟信号去触发一个振 荡宽度为0.45?s的单稳态触发器,可获得宽 度为0.45?s的周期性脉冲串,所形成的宽度 控制脉冲,加到调制门U7的输入端,使U7输 出宽度为0.45?s的编码脉冲串. 7.2.8 发射电路 ? ? 应答机的发射电路由调制器、脉冲功率振荡器及 1800 V高压电源等电路组成,见图7-13。 发射电路的任务是按照编码器形成的应答脉冲串产生 功率为 700 W 的射频脉冲编码信号,经由环流器输往 天线辐射 . 射频脉冲的频率为 1090 MHz,射频脉冲的 宽度为0.45μs。 一、调制器 调制器实际上是一个脉冲放大器,它的任务是形成 幅度约为95 V的具有足够功率的调制脉冲,以控制 振荡器产生振荡。 二、脉冲功率振荡器 金属陶瓷三极管是一种适用于L波段难得真空三极管, 可以直接产生L波段的射频信号,功率可达数百瓦, 信号交连(实例) ATCRBS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。 7.3 S模式系统 7.3.1 离散寻址信标系统的基本原理 离散寻址信标系统( DABS)即 S 模式系统。 系统的基本思想,是以选择性的“点名”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ATCRBS的相互串 扰等缺陷。 ? 赋予每一架飞机一个唯一的 24 位地址码。 地面雷达以数字式的询问信号,询问所指定 地址码的飞机。 ? S模式 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。 7.3.2 离散寻址信标系统的询问信号 离散寻址信标系统可以产生多种不同类型的询 问信号,以满足不同的需要。 以下说明ATCRBS/S模式全呼叫、S模式只呼叫 等几种主要的询问信号的格式与调制方式。 一、 ATCRBS/S模式全呼叫 ATCRBS/S 模式全呼叫询问用于询问管制空域 中装备常规的 A、C 模式应答机和装备 S 模式的 新型飞机。 1、 ATCRBS/S模式全呼叫 它是由 P1、P3 和 P4 脉冲组成的。 P1、P3 和 P4 脉 冲由方向性天线发射。同样,为了实现旁瓣抑 制,仍由全向天线 脉冲的幅度相等,宽度与 ATCRBS 相同,为 0.8 μs。其脉冲间隔为 8 μs或 21μs,分别表示A模式和C模式。 在P3脉冲之后的P4脉冲的宽度为1.6μs , 距 P3 脉冲 2 μs。其幅度与 P1 和 P3 脉冲相 等。 不同类型的应答机对ATCRBS/S模式全呼叫询问 信号均可作出应答。 A、C模式应答机在接收到上述ATCRBS只呼叫询问 信号后,可根据P1和P3脉冲的间隔为8μs或 21μs,而作出识别应答或高度应答。P4脉冲对A、 C模式应答机是不起作用的。 S模式应答机在接收到这一ATCRBS/S模式全呼 叫询问信号后,可根据P4脉冲的宽度为1.6μs 而作出应答。 S模式的询问格式 2、 仅ATCRBS呼叫 (PAM) 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。 仅 ATCRBS 呼叫询问信号与上述 ATCRBS/S 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0.8μs。 A、C 模式应答机在接收到上述 ATCRBS 只 呼叫询问信号后,根据P1和P3脉冲的间隔 为 8 μs或 21 μs,而做出识别应答或高度 应答。此时,A、C模式应答机对P4脉冲不 予理睬。 S 模式应答机在接收到这一 ATCRBS 只呼叫 询问信号后,由于P4脉冲的宽度为0.8μs, 所以不会做出应答。 S模式的询问格式 3、 S模式询问信号 (DPSK) DABS 二次雷达在询问 S 模式应答机时,所发 射的是数字式的询问信号,俗称S模式数据块。 (一)S模式询问信号的结构 S 模式询问信号由 P1、P2 脉冲和 P6 数据块 组成。 P1、P2脉冲的幅度相等,间隔为 2μs。 数据块P6可包含56位或112位信息。 P6数据字组的前24位为所指定飞机的地址 码。 P6数据字信息可以多达112位,因此除了 用作飞机代码、高度询问外,还可以进行 其他内容的广泛的信息交换。 (二)应答机的应答 S模式应答机在对所接收的询问信号解码后,若 其地址码与本飞机的地址码相符,即可根据询 问内容做出相应的应答。 其它飞机的地址码与此不同,所以是不会应答 的。 A、C模式应答机是不会对上述S模式询问信号做 出应答的。 结论 :由此可见,对于上述 S 模式询问信号,只 有地址码相符的那一架飞机会根据询问内容做 出相应的应答。其它的S模式应答机和A、C模式 应答机均不会应答,这就从根本上消除了现行 ATCRBS相互串扰的缺点。 (三)旁瓣抑制 除由方向性天线数据块 外, S 模式 DABS 雷达还由全向天线数据块的旁瓣, 但比主瓣电平低9dB。因此,在询问时,如果S模 式应答机所接收到的P5脉冲的电平超过数据块的 幅度,应答机就不会对差分相移键控信号解码,, 从而实现对旁瓣询问信号的抑制。 (四)差分相移键控调制 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“l”和“0”的。 ? 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 “l”; ? 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”,见图 7-16(b)。 ? 7.3.3 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3μs,每 对脉冲的两个脉冲之间的间隔 为1μs。前导脉冲的 宽度均为0.5μs。 ? 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8μs。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 ? 二、脉冲位置调制 所谓脉冲位置调制,就是通过码位中脉冲 的位置来表示二进制数。 具体的表示方法是把一每个码位的lμs时 间分成前后两个 0.5 μs,如果脉冲位于码 位的前半部分,则为二进制数“ l”;如果 位于码位的后 0.5 μs,则表示二进制数 “0”,如图7-19下部所示。该图用脉冲 位置调制方式所表示的二进制信息为 101…011。 7.4 S模式应答机的基本工作原理 一、电路组成 S模式应答机由接收机、发射机、处理器和输 入/输出等电路组成。 工作概况—接收部分 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。 ? 接收机部分由双通道的接收机、视频处理器 和DPSK解调器组成。 ? (1)接收A、C模式询问:由接收机和视频处理 通道进行处理,然后加至信号和信息处理器进行 处理。 ? (2)接收S模式询问:则只经接收机选择电路输 入DPSK解调器进行解调,然后再由信号和信息处 理器进行处理。 ? 一、接收电路的基本工作原理 S模式应答机的接收电路组成见图7-19。 上下天线所接收的询问信号,通过各自的低通 滤波器以选取1030 MHz的询问信号,滤除高于 这一频率的 L 波段信号。 1030 MHz 的询问信号 通过收发转换开关后,进入接收机中的二极前 置滤波器进行滤波。然后,由 L 波段前置放大 器放大后,再由另一个二级前置滤波器进一步 滤波。 由1090 MHz振荡器输入的本机振荡信号,由本机振 荡功率分配器分为相等的两路,分别加至上、下接 收通道的混频器。混频器形成的60 MHz第一中频信 号经中频前置放大器、中频预选器放大和带通滤波 后,加至对数中频放大器。第一中频信号经对数中 频放大器放大、检波后,形成视频脉冲输出。 上、下对数放大器输出的A、C模式视频脉冲,加到 上、下两个接收通道的视频处理器进行视频处理。 而上、下通道所接收的 S模式信号,则由天线比较 电路选取较强的一路输往DPSK解调器以实现对DPSK 信号的解调。所解调出的数字式数据,输往信息处 理器进行处理。 在发射期间,应答框架脉冲将接收电路的两路射频 前置放大器的输入端短路,从而在发射期间保护接 收通道。 在应答机发射应答信号之前,应答框架脉冲产生抑 制波门输出,以防止其他的 L 波段设备在此期间也 产生频率相近的发射信号。 天线比较电路的功用为: ? ( 1 )通过对上下天线信号的比较,选取较强的 一路输往DPSK解调器; ? ( 2 )控制天线选择开关选用最为有利的一部天 线发射应答信号。 ? 天线比较电路对所接收的询问信号进行比较。若 上、下天线所接收的询问信号的时间差在 0.125μs之内,应答机即认为两路信号是同时接 收的,于是通过对两路信号的比较而选取较强的 一路;若两路询问信号的时间差为0.375μs或以 上,应答机则认为两路信号不是同时接收的,从 而选用其中较早的一路。 三、DPSK信号的解调原理 由天线信号选择电路所选择的一路 DPSK 信号,先经 限幅放大器放大,再有定向耦合器分配为两路。其 中的一路经相位补偿电路直接加到混频器的一个输 入端;另一路则由延迟线dB)延迟后再加到混频器的另一个输入端。(加到 延迟线的信号比加到混频器的信号大 13dB,) 因此加 到混频器的两路信号近似为幅度相等的信号。 如果某位数据为“1”,即该位与前一位的射频相位 是相同的,则混频器输往比较器的为正极性;反之, 如果某位数据为“0”,即该位与前一位的射频相位 是反相的,则混频器输往比较器的为负极性。从而 实现对DPSK信号的解调。 四、信号处理器电路 信号处理器电路包含在处理器电路板和输入/输出电 路板中,用以实现对信号的视频处理和信息处理。 按其功用,可分为视频处理器、信号处理器和信息 处理器三部分。 视频处理器对检波后的视频脉冲进行电平处理、宽 度处理和波形处理。 信号处理器用于对视频信号译码,以确定询问信号 的模式为模式 A、模式 C、模式 S全呼叫或模式S选址 呼叫。然后,信号处理器将译码信号输送到信息处 理器。 信息处理器与CPU用于确定相应的应答格式和应答内 容。所形成的数据包或编码脉冲输往发射电路。 工作概况---发射部分 由信号和信息处理器产生的应答信息输往发射 机,产生应答数据字组及前导脉冲。 发射机中的1090 MHz振荡器产生的1090 MHz射 频信号,在功率放大电路中由调制信号调制为 编码射频脉冲信号或S模式的数字式应答信号, 并放大到足够的射频功率,通过所选择的天线 发射电路的基本工作原理 一、发射电路的组成 S 模式应答机的发射机是全固态电路,大体上可 分为1090 MHz信号产生器、调制器、功率放大器 和天线转换 / 双工器几部分,如图 7-23 的功能框 图所示。 (一)1090 MHz信号产生器 表面声波振荡器产生1090 MHz的等幅信号用于应 答发射射频信号(发射状态时)和接收机混频器 的第一本振信号(正常时)(由双刀双掷二极管 开关改变状态。 1090 MHz信号经缓冲放大后分别输往射频功率放 大器和接收机第一混频器。 (二)调制器 框架脉冲调制器:由处理器电路产生的框架脉 冲,用以调制二极管开关,第一级和第二级脉 冲放大器。 框架脉冲在发射第一个数据脉冲之前开始,而 在最后一个数据脉冲之后结束。 最后的三级(第三级脉冲放大、激励级和中断 放大)由处理器所控制的输入数据脉冲经脉冲 调制器对这三级放大器调制。 (三)射频功率放大器 射频功率放大器用于将1090 MHz射频信号放大 到所需的 600 瓦功率电平,并实现复杂的脉冲 调制。 由于所需的发射功率较高而功率放大管的最大 输出功率较低,所以末级功放采用三路并联放 大的方式,以达到所需的发射功率。放大后所 获得的三路200瓦射频信号,再由功率组合电 路组合为一路600瓦信号。 S模式应答机的基本工作原理 -接收电路 S模式应答机的基本工作原理 -DPSK信号解调器的基本原理 S模式应答机的基本工作原理 -发射电路的功能框图 MODE S应答机的信号交连 L波段设备的相互抑制

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