非合作A/C应答解码及识别

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摘 要： 传统二次雷达A/C模式解码都是基于询问?应答的合作模式，且有空间滤波，解码相对容易。对于非合作的纯接收系统如何对A/C应答进行解码，提出了一种在基带进行相关处理的解码方法，可在非合作的情况下对A/C应答进行有效解码，同时还可以通过改变门限的大小来满足不同场合的精度要求。另外还提出了A/C模式应答码的识别方法，该方法在多点定位中具有重要的应用价值。

关键词： 二次雷达； A/C模式； 相关法； 多点定位

中图分类号： TN953?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）01?0044?02

0 引 言

二次雷达是现代交通管制系统中的重要组成部分，它利用机载应答机应答地面询问机发射的电磁波对目标进行探测定位[1]。空管雷达系统中的二次雷达就是它的典型应用，空管二次雷达常用的基本工作模式为传统的A/C模式和S模式。A模式提供飞机的识别代码，C模式提供飞机的高度码。传统的A/C模式多采用滑窗法进行解码，但该解码方法仍然存在较多的目标幻影、多目标的混叠和异步串扰等问题。

本文针对传统解码方法的缺陷，在传统滑窗法的基础上，运用了相关处理的方法，一定程度上提高了A/C模式解码的准确率。

1 A/C模式的应答格式

A模式、C模式的应答码格式相同，应答码由16个信息码组成[2]，这些码位的代码依次是F1、C1、A1、C2、A2、C4、A4、X、B1、D1、B2、D2、B4、D4、F2和SPI，如图1所示。

图1 应答信号格式

每个码元有两种状态，即有脉冲和无脉冲。有脉冲时为“1”状态，无脉冲时为“0”状态。F1和F2叫做框架脉冲，其0.5电平处脉冲前沿间隔为（20.3±0.1）μs，它是空管二次雷达回波的标志脉冲，恒为“1”状态。X位是备用位，恒为0。两个框架脉冲之间的其余12个码位为信息码位，SPI码位是特殊位置识别码，一般不用。当2架飞机互相接近或者应答码相同时，调度员可以要求其中一架飞机增加一个SPI脉冲以便可以准确识别[3]。

2 算法的分析与对比

2.1 算法思想

对于一个标准的A/C模式应答码，首先F1和F2作为应答模式的框架脉冲是恒定不变的；另外备用位X，它的值也是固定的，恒为“0”；而对于其他的12个信息码位，每个码元的前0.45 μs是不固定的，但后1 μs的数值是固定的，应恒为“0”；而SPI位只会在A模式中存在，且一般不用。

根据应答码的上述特点，可以将一条应答码中确定的位提取出来组成一组新的数据，作为相关算法的标准码元。将采集到的数据与该标准码元进行相关运算，来判断是否检测到有效的数据。

采样时钟[4]为20 MHz，这样每个码元将会有29个采样点。一个完整的报文将会有415个采样点。对于有效的A/C模式应答码，其中每个码元的第10～29个采样点的数据在理想的状态下应都为零，不过由于各种干扰的存在，这些采样点采集到的数据会出现不为零的状态，为了减少这种干扰的影响，可以采用相关处理的方法，来统计采样点中“0”的个数。对于有效的A/C模式应答信号，这些采样点为“0”的个数应该是相当多的。另外F1和F2作为应答模式的框架脉冲是恒定不变的，它们的29个采样点中，前1～9个采样点应恒为“1”。另外还有备用位X，它的29个采样点应都为“0”。

2.2 算法实现

工作流程如下：以20 MHz的采样频率采集（20.3+0.45）μs的时间，得到一个长度为415位的数据，先判断这415位数据是否存在一个框架脉冲，如果存在，再进行后续的判断；如果不存在，则直接舍去，重新进行新数据的采集判断。

如果存在框架脉冲，则将所有码元的第10～29个采样点的数据提取出来，组成一个新的289位长度的数据，将该组新数据与一个长度同样为289位且值为“0”的数据做相关处理，计算采样数据中“0”的个数，当“0”的个数超过某一门限时，才认为检测到了有效的数据。

最后，判断各个码元是有脉冲还是无脉冲，即为“0”还是为“1”，取各码元的前1～9个采样点数据，为减小干扰，取中间的3～4个采样点，判断是否都为“1”，若为“1”，则该码元的值为“1”，反之，则为“0”。

解码流程如图2所示。

2.3 算法对比

传统的滑窗处理技术在简单环境和飞机数目分散的场合，应用较方便，但当飞机的数目多于两架或者更多时常会产生虚假判断或信息丢失的问题，所以滑窗法一般限于同时处理两个应答的情况。它处理的机制为：第一个应答被检测，随后21 μs中检测到的应答作为临时检测，如果另外又发现了一个重叠应答，这个临时检测就被取消，随着每一个应答的临时检测会因为出现一个重叠的应答而被取消的过程不断进行，最后一个应答不再取消，因为没有其他的重叠会影响它[5]。由此可以看出，第一个和最后一个检测到的框架被认可，而中间的“虚假”应答被忽略。如果存在3架飞机，位于中间的飞机将不能显示。

图2 解码流程

对于相关法，因数据采集是连续不断的，且每采集一个新的数据，所有原来的数据依次往前移一个，数据的长度保持不变，即舍掉时间最早的一个采样值，所以产生丢点的可能性要小的多。另外滑窗法在很大程度上依赖于框架脉冲的检测，而相关法不仅判断框架脉冲，还判断一条应答码中各个码元的部分确定位，所以相关法的准确度相比较传统的滑窗法来说，要高的多。

3 A/C模式应答信号的识别

机载应答机发出的A/C模式应答信号采用相同的格式，根据两种模式信号的编码规则和应用的意义，总结出了一些识别的方法。

A模式为飞机的识别应答码，信息码排列顺序为：

A4A2A1 B4B2B1 C4C2C1 D4D2D1

C模式为飞机的高度码，信息码排列顺序为：

D1D2D4 A1A2A4 B1B2B4 C1C2C4

识别方法如下[6]：

（1） 检测是否存在SPI位，如果存在则代表是A模式；

（2） 如果D1=1，则为A模式；

（3） 按A模式解码，如果为7700，7600或7500，则是A模式；

（4） 根据海拔高度与高度码的对应关系表分析，如果C4C2C1的解码结果为0，5或7时，则为A模式。

4 结 语

针对传统二次雷达A/C模式解码存在的缺陷，本文提出了一种新的相关处理方法来检测应答码，该算法提高了A/C模式的解码能力，能在相对复杂的环境下正确地提取目标信号。同时提出了几种识别A/C模式应答码的方法，解决了A/C模式应答码的识别问题。

参考文献

[1] STEVENS M C. Secondary Surveillance Radar [M]. USA： Artech House， 1988.

[2] 李玉柏，蒋睿，杨小飞.单脉冲二次雷达应答分析的抗干扰处理[J].电路与系统学报，2007，12（3）：15?20.

[3] 张尉.二次雷达原理[M].北京：国防工业出版社，2007.

[4] 罗丽，黄勇.二次雷达A/C模式解码算法仿真[J].西华大学学报：自然科学版，2010，29（6）：22?27.

[5] RTCA. DO?260B， minimum operational performance standards for 1090MHz extended squitter ADS?B and TIS?B [S]. Washington DC： RTCA， 2009.

[6] 吴鑫伟，陈颖琪.复杂环境下的A/C模式信号处理算法及其实现[J].航空电子技术，2011，42（1）：4?8.

[7] 王运锋，潘卫军.机载应答机A/C模式应答信号的识别方法：中国，201010563668.5[P].2010?11?29.