一种二次雷达询问机数据记录及分析方法

四川九洲空管科技有限责任公司 李海军 羊洪国 张 江

二次雷达是空中交通管理部门实现雷达管制的技术基础，对保障飞行器飞行安全发挥了重要作用。随着二次雷达实际运行保障的需求提升，本文设计了一种二次雷达地面询问机的数据记录方法，并对记录误差的产生原因进行了分析。对于地面询问机，可以详细记录每次询问的发射时间及译码时间，并将这些带有时标的点迹信息发送到显控端。在显控端可详细分析：询问周期及其精度、随机抖动值及其精度、译码时间、询问及译码一致性等信息。该方法可较好的满足实际系统的运行保障需求。

二次雷达作为监视飞行器的主要手段，在空中交通管制中发挥着重要作用。二次雷达主要由地面询问机及机载应答机组成，通过一问一答的方式，通过对飞行器的询问与接收飞行器对询问的应答实现对飞行器的空间三维定位与数据通信。对于地面询问机，询问和译码的数据记录是二次雷达重要的人机接口，为技术人员分析雷达性能、排查故障、分析询问应答概率等问题提供重要参考信息。本文根据二次雷达运行保障需求，设计了一种二次雷达地面询问机的数据记录方法，对每一次的询问发射和译码标记时间信息，并上报显控，实现数据的显示、回放、分析等功能，可为二次雷达的安全运行提供有力保障。

按照ICAO规范，传统空管二次雷达共有6种询问模式，分别为1、2、3/A、B、C、D模式。如图1所示，不同模式的询问信号格式差异主要在P1和P3的脉冲间隔不同。

图1 询问信号格式

1 询问和译码的时间信息标注方法

在二次雷达开机运行之初，如图2所示，通过受时模块对地面询问机进行一次校时，受时模块提供的时间精度为秒级，询问机内部FPGA获取实际运行时间，此时间基础上进行内部细分计时，计时精度为25ns（FPGA逻辑运行时钟40MHz），受时模块每秒钟向地面询问机发射秒脉冲pps，地面询问机以秒脉冲pps进行秒及以上时间更新，毫秒及以下时间更新由FPGA内部计时产生。询问发射时间和译码时间标记格式相同，精度均为25ns，格式为：xx年xx月xx日xx时xx分xx秒xx毫秒xx微妙xx纳秒。

图2 地面询问机基准时间获取方式

为了方便后期分析，询问时间信息的标注时刻均为P3的上升沿，并且每种模式的P3上升沿到预触发脉冲pre的上升沿时间间隔需一致。以MA和MC交替询问，5ms询问周期为例，如图3所示，MA P3到pre时间间隔与MC P3到pre时间间隔相同，均为T1。对于询问发送，MA P3和MC P3的标注时刻分别为t1和t3，MA mark和MC mark为译码时刻，标注时刻分别为t2和t4。询问周期为t3-t1，在添加随机抖动后，周期值还可以反映出随机抖动值大小。t2-t1为M3/A询问译码时间差，t4-t3为MC询问译码时间差。

图3 时间信息标注方法

2 时标信息分析

在显控端，收集每次询问的信息进行统计分析，以5ms询问周期为例，如图4、图5所示。图4为无随机抖动的情况，相邻两次询问的发送时刻之差可以反映出询问周期大小，计算出的询问周期减去预设的询问周期5ms就是随机抖动值。图5为添加0～64us随机抖动后的询问发射记录。图6为询问译码记录，据此可以分析询问周期及其精度、随机抖动值及其精度、译码时间、询问和译码一致性等信息。这样就可以清楚的掌握地面询问机的每一次询问和译码情况。

图4 无随机抖动，M3/A和MC交替询问记录

图5 随机抖动0～64us，M3/A和MC交替询问记录

图6 M3/A和MC交替询问/译码数据记录

3 数据记录误差原因分析

在实际系统中，计时误差是客观存在的。如图7所示，主要有以下两种情况，一是无随机抖动时，出现了25ns的抖动值，这是由于预触发驱动时钟和询问计时时钟为非同源时钟（询问机内部不同硬件模块产生），导致不同时钟之间同步预触发脉冲存在误差。另外一种情况是每次秒脉冲pps更新时存在翻秒计时误差11.150us，受时模块和地面询问机使用的不是同一个晶振，不同晶振间存在频率偏差，导致翻秒计时误差。结合工程实际情况，以上两种计时误差的存在，并不影响实际系统的运行保障需求。

图7 无随机抖动，M3/A和MC交替询问记录

结束语：本文设计了一种二次雷达地面询问机的时标信息记录方法，并对记录误差的产生原因进行了分析。对于地面询问机，询问和译码的数据记录是二次雷达重要的人机接口，为技术人员分析雷达性能、排查故障、分析询问应答概率等问题提供重要参考信息。方便技术人员掌握地面询问机的每一次询问译码情况，为二次雷达的安全运行提供了有力保障。