4. 引言

空管二次雷达根据电磁波传播特性及单脉冲原理，测算飞机距离及方位。对于单雷达系统，需要采用固定位置、高度等参数的模拟应答机对某部雷达进行工作状态监测，确保其系统正常。笔者在运行维护中，发现了模拟应答机假目标的情况。本文以此案例进行分析，判断假目标为反射造成，并重点研究反射体位置计算方法，列举反射假目标抑制措施，以及采用何种方式最快消除假目标。

模拟应答机真目标识别码1111、距离351.11Km、方位67.75°、地址码FFF801、高度11887m，信号强度86dB,假目标距离354.1Km、方位80.59°、信号强度59dB，其他参数与真目标相同，假目标位置稳定，持续几天不消失。

5. 假目标类型及该假目标形成原因

在二次雷达系统中输出的目标报告不一定都是真实目标的位置，由于各种原因会产生假目标。因此需要知道假目标产生的各种原因，以便有针对性地处理^[1]。

（1）异步干扰的目标—异步回答巧合相关引起的

由异步回答形成的假目标报告由一个模式A和一个模式C组成，因为不同模式的回答不需要编码一致而同一模式的两个回答要求编码一致，特别是在S模式询问下，系统在进行应答相关或航迹相关时会消除此干扰。异步干扰通常会导致测距误差，而不会出现方位偏转。

（2）同步串扰的目标—应答脉冲组相互重叠造成

所有目标的应答信号频率都为1090MHZ，若多个目标都处在在同一询问波束范围内，则多个目标的应答脉冲极易重叠，造成解码错误，形成假目标，特点是方位一致，但识别码、高度可能错误。

（3）分裂目标—同一架飞机回答组之间相关失效产生的

分裂目标源于应答机在交替询问模式时，对不同模式的延迟改变或其他的因素引起的，这将导致一架飞机的系列回答通过回答到回答之间的相关分成两个或多个目标报告，同时出现方位、距离的错误。但需要注意的是分裂目标应答信号强度与真目标接近。

（4）绕环目标—未经过询问的旁瓣抑制产生的回答

当旁瓣询问被应答机成功接收并能够给予回答时出现绕环的目标报告。绕环的现象一般由于高高度角天线不完善或应答机抑制旁瓣询问电路出现故障，造成询问旁瓣被击穿。识别绕环目标非常类似于识别反射假目标，绕环目标的反射体可以认为就是应答机本身，会出现一连串假目标围绕在雷达的一个圆环上，距离与真目标相同。

（5）反射目标—由地物反射造成的回答

反射假目标是由于飞机响应二次雷达附近反射体的反射询问引起的。根据直射信号垂直面与反射信号垂直面的角度差关系、及两信号的路程差，反射会出现如下几种情况^[2]：

当=0且很小时，直射信号的垂直波束出现开裂，当目标飞过信号的衰减区域时，可能丢失该目标，使航迹跟踪不连续。观察到的现象为目标信号时有时无；

当=0且很大时，直射信号与反射信号出现同步串扰情况，目标解码出现错误。观察到现象为目标识别码或者高度码出现错误；

当=3dB波束宽度（规范要求不超过2.7°^[3]）边缘值且很小时，反射信号与直射信号产生相差，可能同相或反相，直射波形在其波束边缘失真，常规二次雷达会造成方位偏差，但在单脉冲体制下，差信号的加入可以解决因失真造成的方位偏差。

当=3dB波束宽度（规范要求不超过2.7°）边缘值且很大时，会对常规二次雷达造成方位偏差，同时长路程差对常规及单脉冲体制二次雷达还将造成同步串扰，出现目标解码错误。

当远大于3dB波束宽度且很小时，询问信号经反射体到达目标，若其应答信号衰减足够小，则能被雷达检测到，从而出现反射假目标。现象为假目标距离通常比真目标稍远，但很接近，方位与反射体一致，信号强度通常都要低于真目标，而解码信息与真目标一致。

当远大于3dB波束宽度且很大时，同样也会产生反射假目标，其距离比真目标远很多。

根据上述假目标类型及成因分析，结合案例中真假目标关键参数的特点，可以判定该模拟应答机假目标为大角度短路程差反射造成。

6. 模拟应答机假目标反射体位置计算方法

大角度短路程反射原理图如图1所示：

图 1 大角度短路程反射原理图

二次雷达天线通常架设在山顶等制高点，所以接收到地面反射的应答信号很普遍，尽管单脉冲体制对反射的抑制相比常规二次雷达已经改进很多，但是对于大角度反射仍然容易产生假目标。从图1看，直射路径为二次雷达与模拟应答机真实位置的斜距，反射路径是二次雷达天线主瓣方向朝反射体，信号经反射后被模拟应答机接收，造成应答机应答，经应答相关后形成目标报告及航迹，使二次雷达错误判断在反射体方位的延长线上有一目标。模拟应答机位置固定，且从案例中观察到反射假目标的位置也基本固定不变且几天不消失，可以推断反射体位置及反射面也固定，这对于计算反射体位置是比较有利的。

根据大角度反射原理，将原理图抽象为数学模型后如图2所示。建立以雷达站为原点O的站心坐标系0-XYZ，Y轴指向正北，Z轴指向天空，X轴与Y、Z轴构成右手坐标系。模拟应答机实际位置距离二次雷达较近，并设定了一定延时，使其远离周边航路，因此在计算反射体位置前，需要进行尺度变换，消除延时影响，获取模拟应答机实际位置及反射假目标理论位置。

图 2 大角度反射数学模型

a为模拟应答机设定位置、A'为模拟应答机实际位置、b为反射假目标显示位置、B'为反射假目标理论位置，已知斜距Oa=352.11km、Ob=354.1km、OA'=11.92km（从谷歌地球测量得到），求解斜距OB'。根据电磁波传播原理：

                                                     （1）

                                             （2）

                                                            （3）

                                                    （4）

由式（2）及（4）可得：

                                                     （5）

由式（1）（3）（5）可得：

                                                 （6）

其中C为光速，T_OA'为电磁波从原点到点A'时间，同理T_OC'、T_C'A',τ为应答机应答延时，包括响应时间及设定延时，案例数据带入式（6）得到OB'=13.91km。

为计算反射体位置，需将斜距OA'、OB'、OC'投影至OXY平面（因斜距很小，可不考虑地球曲率的影响），分别对应投影点A、B、C。其中AA'、BB'、CC'分别对应模拟应答机位置、假目标理论位置、反射体位置与雷达位置的海拔高度差Δh_A，Δh_B，Δh_C。其中雷达天线高度2390m，模拟应答机实际高度1911m，从式（6）得到反射假目标斜距，再依据假目标方位角，可在地图确定其理论位置，查看其海拔高度与模拟应答机实际高度近似，通过勾股定理计算得到：

                                                    （7）

                                                    （8）

  从案例可知， Δh_A≈Δh_B=469m，OA'²、OB'²都甚大于Δh_A²、Δh_B²，故此案例可以忽略高度差的影响。但对于空中目标来说，则需要综合考虑高度及斜距关系。

                                                             （9）

                                                            （10）

OXY平面上，OA与Y轴夹角α即模拟应答机方位角，OB与Y轴夹角β即假目标方位角。至此，已将空间坐标问题转换至平面直角坐标系中。令A（X_A，Y_A），B（X_B，Y_B），C（X_C，Y_C），根据式（9）（10）可知OA=11.92km、OB=13.91km，且从雷达可知方位角α=67.75°、β=80.59°，求出OC，即反射体斜距。根据三角函数关系得到：

                                                        （11）

                                                       （12）

因OC+CA=OC+CB，所以CA=CB，即：

                        （13）

由式（11）（12）（13）可推出：

                                     （14）

由式（14）得到：

                                          （15）

式（14）即为反射体在OXY平面投影位置的坐标，式（15）即为反射体斜距在OXY平面投影的距离。根据勾股定理可知：

                                                  （16）

OC'即为反射体在站心直角坐标系中与雷达天线的斜距，案例中Δh_C甚小于OC，因此计算时可以忽略，则根据式（15）及已知参数，可得OC^‘=11.23km。根据雷达位置、反射体方位及斜距，从谷歌地图可找到反射体在一在建工地中，极有可能是工棚屋面形成的反射，符合反射目标突然出现后一直不消失，且位置稳定的情况。

7. 反射目标抑制方法

反射目标的抑制可以采用多种方式。

（1）在二次雷达设备调试期间，通过对周边环境的分析，在系统程序内存储固定反射物位置，系统在目标检测阶段，通过反射体及反射假目标的位置关系确定错误目标位置，以此帮助系统判断目标的真实性。

（2）增加屏蔽区。当反射假目标是长期稳定存在于某一位置，则可以在屏蔽区文件中增加出现假目标的区域，通常以起始/终止方位、起始/终止距离划定。该方法只屏蔽在区域内新建立航迹的目标，对进入此区域前就已经存在的目标航迹不会屏蔽。但要注意该方法不能用在会新起航迹的位置，例如本场附近、作用距离边缘等，可能会造成目标丢失。

（3）IISLS，改进型询问旁瓣抑制。在控制脉冲增加一个P1cont脉冲，幅度低于P2脉冲，当应答机收到旁瓣询问时，因P1cont<P2，故应答机被抑制35us，期间不再响应任何询问，包括反射询问。此方法通常采用扇区化编程，针对假目标出现的整个扇区进行抑制。但也易导致被抑制真目标在静默时间内无法被识别及跟踪的情况。

（4）STC灵敏度时间控制。在假目标出现扇区增加衰减值，直到假目标信号强度降低至阈值以下并消失。此方式在远距离使用时也会引起部分信号强度较弱的真目标在该扇区丢失。

以上几种方式属于最常规的反射目标抑制，就案例而言，模拟应答机出现假目标，可以有两条思路解决。第一是从询问机入手，因假目标位置稳定且持续，远离本场，没有到作用距离边缘，也不在航路航线上，故采用增加屏蔽区的方式，直接屏蔽，如图4所示：

图 4 屏蔽区

第二种思路从应答机入手，因模拟应答机属于雷达设备检测用，暂时性关闭不影响系统及管制运行，考虑将其搬迁至电磁环境不复杂的地方，彻底消除反射。但选址及搬迁耗时较长，短时间无法解决，故只作为后期计划。另一种方式为调整参数，利用反射信号强度比真实信号强度弱很多的特点，降低应答机发射功率，直到假目标信号强度低于雷达系统接收阈值，同时真实目标信号强度高于阈值。该方式处理速度快，可在线进行，不影响雷达系统，实测假目标完全消失且真目标正常。

8. 结语

本文以实际运行中出现的案例入手，分类介绍了假目标的类型及成因，判断案例中假目标的形成原因，详细描述了反射的类型及现象，利用几何关系计算出反射体的位置，列举消除反射假目标的几种方法。最后根据实际情况，采用非常规手段消除了反射假目标，效果明显，对消除模拟应答机反射假目标具有一定借鉴意义。

参考文献

[1] 杜文一. 航管二次监视雷达[M].

[2] Stevens MC.Multipath and interference effects in secondary surveillance radar systems[J].IEE Proceedings on Communications,Radar and Signal Processing,1981,128(1): 43- 53..

[3] [MH/T 4010-2016],空中交通管制二次监视雷达系统技术规范[S]. 北京:中国民用航空局,2016

作者简介：贾仕俊（1986.11-）男，汉族，湖南省常德市人，硕士，工程师，研究方向：通信导航监视。