S模式原理分析

2011年5月S模式原理介绍二次雷达发展背景：•二次大战期间，为了达到自我识别和飞机定位的目的，产生了二次雷达。•二次雷达和相应的应答机不断发展。2011年5月S模式原理介绍运行模式：A模式飞行器有4096种编码C模式A+模式高度编码，100英尺采样2011年5月S模式原理介绍A/C模式的缺点：•信息量已满足不了要求。•异步干扰：随着流量的增加，异步干扰增加，可能导致错误的假目标。•同步串扰。•捕获/沉默时间2011年5月S模式原理介绍S模式的解决方法：给每架飞行器一个唯一的识别码：24位地址码。选择性询问：有选择性地进行询问以寻址每架唯一的飞机而无需在整个天线波瓣内进行广播询问。减少同步串扰。不但能进行监视（如输出飞机方位），同时也具有数据链的功能。数据链只能建立于通过监视处理而确立航迹的飞机于雷达之间。增强型中的上行链路/下行链路：管制员访问参数/系统访问参数。向下兼容2011年5月S模式原理介绍为能提供二次雷达的标准功能，ICAO对S模式下的数据网络进行了标准化：使用S模式数据链功能的地空数据网应与ATN网兼容。但同时该数据链也能提供非ATN网的服务。*ATN:AeronauticalTelecommunicationsNetwork2011年5月S模式原理介绍询问格式交互模式（Intermode）询问：A/C/S全呼询问模式2011年5月S模式原理介绍S模式询问脉冲模式S询问2011年5月S模式原理介绍•P1-P2为模式S询问的前导脉冲（Preamblepulse）脉冲。老系统的应答机把它看成旁瓣询问指令，在P2之后形成35us的抑制时间。•P5脉冲通过控制通道发射，用于询问旁瓣抑制。P5脉冲采用幅度调制，时间上和同步相位反转重叠。•P6数据脉冲（数据块），宽度为16.25μs或30.25μs，分别包含56或112位询问信息。调制方式采用差动移相键控（DPSK），速率为4Mbps，每个数据片位（chip）是0.25微秒。•P6的第一个相位反转（phasereversal）位置距P6脉冲前沿1.25us，称同步相位反转。（sync-phasereversal）。作用是回答定时参考基准并与应答机时钟同步，同时作为DPSK译码开始。•在P6脉冲下降沿之前0.5微秒是保护间隔（guardinterval）。2011年5月S模式原理介绍DPSK编码规则：当相邻片位之间相位变化180°时表示二进制的逻辑1，相邻片位之间相位无变化时表示二进制的逻辑0。0001011110002011年5月S模式原理介绍S模式询问脉冲询问脉冲参数应满足下表要求(单位μs)：2011年5月S模式原理介绍模式S应答编码格式2011年5月S模式原理介绍•模式S应答频率为1090±1MHz。•模式S应答由4个导前脉冲和56或112位应答数据块组成，应答数据采用二进制脉冲位置调制方式，脉冲出现在前半段时代表“1”，出现在后半段时代表“0”。•模式S应答的第一个导前脉冲与后续的三个导前脉冲的间隔分别为1、3.5和4.5μs。•模式S应答中任意两个脉冲的幅度变化不能超过2dB。2011年5月S模式原理介绍•模式S应答脉冲参数2011年5月S模式原理介绍数据块•询问和回答数据块各有相对应的25种上行（UP）和下行（DF）格式。目前国际民航组织规定了其中的8种。•格式0和16用于空对空监视属于空中碰撞回避系统（aircollisionavoidancesystem）ACAS。•格式11是模式S全呼。•格式4和5用于监视。•格式20和21用于监视和地-空通信。•格式24是扩展长度信息（extendedlengthmessage）ELM通信。2011年5月上行格式下行格式位数作用UF=0DF=056短空-空监视（ACAS）UF=4DF=456监视，高度请求（UF）/高度回答（DF）UF=5DF=556监视，识别请求（UF）/识别回答（DF）UF=11DF=1156仅模式S全呼UF=16DF=16112长空-空监视（ACAS）UF=20DF=20112comm-A,高度请求（UF）/comm-B,高度回答（DF）UF=21DF=21112comm-A,识别请求（UF）/comm-B,识别回答（DF）UF=24DF=21112Comm.-C，LEM（UF）/Comm.-D，LEM（DF）2011年5月S模式原理介绍•模式S上行询问格式•模式S上行询问格式见下表，共有25种上行询问格式2011年5月S模式原理介绍2011年5月S模式原理介绍•模式S下行应答格式•模式S下行应答格式见下表，共有25种下行应答格式。2011年5月S模式原理介绍2011年5月S模式原理介绍模式S监视•地面站已经建立了管制空域的模式S询问的文件，即已经知道飞机的地址码和近似的位置。•在确定询问的前几个扇区调出文件，按飞机的距离，和对每架飞机的数据链的通行要求，编制询问程序。•在一次扫描中询问一个或多个模式S应答机。•每次询问成功，用新的信息去更新原有的询问文件。•询问不成功，在飞机驻留询问天线波束期间，询问机可以自行进行第二次询问。2011年5月S模式原理介绍询问方式询问时间被分成了两段：全呼（AC）和选呼（RC），这两种询问方式是交替进行的。全呼询问可以采用模式A/C/S全呼（交互模式询问的长P4）和模式S全呼（上行格式UF=11）两种方法。在全呼周期内，雷达将询问所有的飞机以识别它们，同时获取它们的S模式地址码。一旦取得各飞机的地址码，雷达将对相应的飞机进行选择询问，而在选呼状态下的飞机将不应答全呼询问。为使多路雷达捕获同一飞机，每台雷达将被赋予一个II编码(InterrogatorIdentifierCode)。此编码将置于全呼询问中，每套雷达用此编码来锁定某架飞机，但只有15II编码以供同时使用。2011年5月S模式原理介绍选择性询问《A》类型模式《B》类型模式AllCallAllCallAllCallRollCallRollCallRollCallTACTACTACTRCTRCInterrogationsS,AS,AS,CSSSTRCAllCallAllCallRollCallTACTACTRCInterrogationsS,AS,AS,CSSS,CAllCallAllCallRollCallTACTACTRC2011年5月S模式原理介绍S模式的全呼叫、滚动呼叫与选择呼叫：2011年5月S模式原理介绍模式A/C/S全呼（交互模式询问的长P4）1.模式A/C/S全呼询问2.回答：接收包含飞机地址的全呼回答（DF=11）3.询问：监视询问UF=4或5或20或21的上行格式询问。4.回答：启动应答机的非选择锁定定时器，锁定状态保持18秒一个周期。由询问刷新。2011年5月S模式原理介绍非选择性（non-selective）协议的适用条件•地面询问机没有与其它模式S地面询问机有重叠的覆盖。•通过通讯网络，保证只有一个询问机在一段时间内与空中飞机的通讯。2011年5月S模式原理介绍非选择性（non-selective）协议•应答机一旦锁定，就不再响应地面站对它的全呼询问。•可以减少地空之间的同步窜扰•多站覆盖环境，非选择性锁定防碍尚未捕获该目标的地面站对它的全呼捕获。2011年5月S模式原理介绍模式S全呼询问（UF=11）1.询问UF=11。II（interrogatoridentifier）字段报告地面站的站址。2.如果应答机不处于指定站址锁定状态，回答DF=11，报告飞机地址码和数据链能力。同时锁定站址，拒绝其全呼询问。3.应答机有15个站址锁定定时器，编号从1到15，可以同时对多个地面站进行站址锁定。4.DF=11的AP字段是站址和飞机地址的编码，提供站址的询问机可以接收该回答。5.一旦建立锁定关系，拒绝任何全呼询问。2011年5月S模式原理介绍随机捕获：•模式S的锁定能使目标捕获的同步串扰最少，但不能完全消除。•用增加所要捕获目标的时间来分解空中串扰目标。•在模式S全呼询问（UF=11）的PR（回答概率）字段置小于1的回答概率。•回答概率可以根据窜扰情况自动调整。2011年5月S模式原理介绍覆盖管理•重叠区模式S飞机如何管理？•如何将模式S的地址转移到邻近的地面站？2011年5月S模式原理介绍对于一个孤立的地面站的覆盖管理•监视管理简单。•询问机提供监视和数据链服务。•询问机锁定模式S飞机使之拒绝全呼回答。2011年5月S模式原理介绍多站情况下的覆盖管理•使用网络管理功能。•网络管理是基于预先存储在每个站的地图，它规定了每个空域询问机应当履行的职责，管理本地站的全部活动：1.目标保持航迹2.管制移交2011年5月S模式原理介绍重叠覆盖•为了保证对模式S飞机监视和数据链服务的连续性，飞机应当保持同时处于至少两个站的模式S询问之下，一旦一个地面站/飞机的链路失去联系以便由另一个提供即时的支持。•处于两个（或多个）地面站模式S询问时,应由对该飞机负有管制责任的空中交通管理机构指定一个主导站，完成全呼锁定；数据链读出；扩展长度信息（ELM）处理等。2011年5月S模式原理介绍监视协同功能：目的在于成立一个雷达群（集群），允许共享飞行器的信息。集群内的雷达可使用同一II编码。2011年5月S模式原理介绍监视协同功能：所有雷达都通过网络互联并直接交换数据。每台雷达都知道相邻区的覆盖范围。当一架飞行器进入雷达的覆盖区内，这台雷达通知相邻雷达。2011年5月S模式原理介绍移交：入网的地面站之间通过公用的地-地数据通信网传送通过监视边界的飞机的数据，实现管制移交。2011年5月S模式原理介绍EHS：增强型监视S模式应答机具有256个称作BDS（CommBDataSelector传输数据选择器）的寄存器。每个寄存器都有56位长度，且询问机对此随时可读。这些寄存器存有飞机的各项信息：飞行速度，朝向，滚动角，轨迹角，天气信息，识别码及ACAS（AirborneCollisionAvoidanceSystem防撞系统）信息等。这主要是为了增加常规目标报告的信息量，且部分BDS信息属监视处理的一部分，故这些BDS称为增强的监视信息。2011年5月S模式原理介绍EHS：增强型监视优点：空中姿态更清楚。降低了ATC的工作量。安全性增强。基于安全的原因，每台雷达对所有目标都进行常规增强监视以获取相应的BDS信息，同时值得注意的是这些BDS信息也用于加强雷达本身的录取处理能力。此增强的监视功能可应用于GICB(GroundInitiatedCommB)，故把其当成一地空数据链。2011年5月S模式原理介绍数据链S模式的数据链又可定义成两个级别：第一级别包含一台询问机与一台应答机间的通信，它能提供兼容数据链路层的服务，其速率可达1280BITS，另还可提供三项额外的服务：上传广播服务，它使询问机对所用波瓣内的飞机发送84BIT长信息。下传广播服务，它使飞机对范围内的所有雷达发送56BIT长信息。GICB服务，它使一台询问机录取一项BDS信息。2011年5月S模式原理介绍数据链在第一级别之上，ICAO定义了第二级别以提供一更完整和更能共同使用的服务，此第二级别为：提供ISO8208服务，遵循ATN规范。（被称为转换虚拟电路SVC服务）提供S模式的特殊服务，如S模式的数据传输和S模式功能应用的优化。允许用户透明管理多台询问机。（在单一询问机覆盖范围内的飞行时间是比较短的）2011年5月谢谢！！！