二次雷达原理与设计 黄成芳 著 专业科技 文轩网

第1章 二次雷达系统发展概况 1 1.1 二次雷达敌我识别系统的发明与应用 1 1.2 二次监视雷达发展历程 6 1.3 第二次世界大战后二次雷达系统发展 10 第2章 系统组成及工作原理 15 2.1 设备组成 17 2.2 工作过程 19 2.2.1 二次雷达敌我识别系统的工作过程 19 2.2.2 二次监视雷达的工作过程 21 2.3 系统构成 21 2.4 目标距离和方位角测量 22 2.4.1 单脉冲测角原理 23 2.4.2 “滑窗”测角原理 26 2.4.3 距离测量原理 28 2.5 信息获取 29 2.6 目标位置关联 29 2.7 系统问题 31 第3章 信号波形设计和分析 33 3.1 模式1、模式2、模式3/A和C模式信号波形 34 3.1.1 询问信号波形 34 3.1.2 询问信号参数及容差 34 3.1.3 应答信号波形 35 3.1.4 应答信号参数及容差 36 3.1.5 距离数据产生 36 3.2 模式4信号波形 37 3.2.1 询问信号波形 38 3.2.2 询问信号参数及容差 39 3.2.3 应答信号波形 40 3.2.4 应答信号参数及容差 40 3.2.5 模式4信号波形分析 40 3.3 S模式信号波形 42 3.3.1 询问工作模式 42 3.3.2 S模式应答机 42 3.3.3 S模式询问信号波形 43 3.3.4 组合询问信号波形 45 3.3.5 S模式应答信号波形 46 3.3.6 询问旁瓣抑制原理 48 3.3.7 S模式信号波形分析 49 3.4 地―地数字调制二次雷达信号波形 50 3.4.1 系统的时间体系结构 51 3.4.2 询问信号和应答信号 52 3.4.3 询问脉冲字符块 53 3.4.4 应答脉冲字符块 55 3.4.5 数字调制信号波形分析 55 3.5 相关知识 56 3.5.1 二元数字信息序列 56 3.5.2 幅移键控调制 57 3.5.3 双相移键控调制 58 3.5.4 差分相移键控调制 59 3.5.5 最小频移键控调制 60 3.5.6 扩频信号 65 第4章 询问分系统 73 4.1 工作原理、系统组成和频率配置方案 73 4.1.1 工作原理和系统组成 73 4.1.2 频率配置方案 75 4.2 发射机 76 4.2.1 发射机组成 76 4.2.2 主要技术参数 76 4.2.3 频率综合器 77 4.2.4 调制器 79 4.2.5 固态功率放大器 82 4.2.6 询问旁瓣抑制 83 4.2.7 功率自适应控制 86 4.3 经典接收机 87 4.3.1 噪声系数 88 4.3.2 接收机带宽 89 4.3.3 接收机灵敏度 89 4.3.4 对数中频放大器 91 4.3.5 接收旁瓣抑制 93 4.3.6 时间增益控制 94 4.4 单脉冲接收机 95 4.4.1 幅度单脉冲接收机 95 4.4.2 相位单脉冲接收机 97 第5章 信号处理 101 5.1 信号环境 102 5.2 应答信号处理方法 104 5.3 应答脉冲采集 106 5.4 应答信号处理 110 5.4.1 应答信号处理概述 111 5.4.2 假目标应答编码处理 114 5.4.3 应答编码报告 115 5.5 应答与应答相关处理 116 5.5.1 二次雷达敌我识别系统的应答与应答相关处理 116 5.5.2 二次监视雷达的应答与应答相关处理 117 5.6 监视处理 118 5.6.1 目标报告与飞行航迹的相关处理 119 5.6.2 目标报告更新 120 5.6.3 飞行航迹更新 121 5.6.4 飞行航迹惯性滑行和终止 122 5.7 假目标报告处理 123 5.8 与一次雷达目标报告关联 125 第6章 应答机 127 6.1 组成及功能 127 6.2 工作原理及频率配置 128 6.2.1 工作原理 128 6.2.2 频率配置 130 6.3 二次雷达敌我识别系统应答机主要技术指标 130 6.3.1 接收灵敏度 131 6.3.2 动态范围 132 6.3.3 频率响应 132 6.3.4 应答延时和延时抖动 132 6.3.5 随机触发速率 133 6.3.6 应答信号抑制时间 133 6.3.7 应答机输出功率 133 6.3.8 寄生辐射 133 6.3.9 旁瓣抑制速率控制 134 6.4 二次监视雷达应答机主要技术指标 134 6.4.1 接收灵敏度和输出功率 134 6.4.2 其他技术指标参数差异 136 6.5 信号处理器组成和功能 136 6.6 自动故障检测和在线检测 137 6.7 应答天线 137 6.7.1 应答天线覆盖范围 138 6.7.2 机载和舰载应答天线 140 6.8 双天线安装 141 6.8.1 双天线开关切换方式 141 6.8.2 双天线功率分配方式 141 6.8.3 分集天线方式 142 6.9 显示控制单元 143 6.9.1 控制功能 144 6.9.2 显示功能 144 第7章 询问应答机 147 7.1 询问机／应答机组合设计方案 147 7.2 询问应答机一体化设计方案 149 7.3 典型的询问应答机 150 第8章 询问天线 153 8.1 询问天线辐射特性 154 8.1.1 水平方向辐射特性 154 8.1.2 垂直方向辐射特性 157 8.1.3 背瓣 159 8.2 询问天线主要技术指标 160 8.3 阵列天线设计基础理论 161 8.3.1 阵列天线方向特性通用表达式 161 8.3.2 一维线性阵列天线方向特性 164 8.3.3 平面圆形阵列天线方向特性表达式 168 8.4 机械扫描询问天线系统 169 8.4.1 机械扫描询问天线系统组成 169 8.4.2 辐射单元 171 8.4.3 功率分配／波束形成网络 179 8.4.4 旋转关节 181 8.4.5 询问天线安装 182 8.5 相控阵询问天线系统组成 185 第9章 系统干扰和多径干扰 189 9.1 系统干扰 190 9.1.1 串扰 190 9.1.2 占据 192 9.1.3 外部抑制 194 9.1.4 系统干扰小结 194 9.2 多径干扰 196 9.3 水平反射面的多径信号 197 9.3.1 短路径差多径信号 198 9.3.2 长路径差多径信号 202 9.4 小水平夹角反射面的多径信号 203 9.4.1 短路径差多径信号 205 9.4.2 长路径差多径信号 209 9.5 大水平夹角反射面的多径信号 209 9.5.1 短路径差反射信号 210 9.5.2 长路径差反射信号 210 9.6 多径干扰小结 212 第10章 系统设计 213 10.1 工作距离 213 10.1.1 无线信号传输方程 213 10.1.2 附加损耗 215 10.1.3 询问和应答信道设计 218 10.1.4 数字调制二次雷达信道设计 220 10.2 目标检测概率和识别概率 227 10.2.1 信噪比与噪声系数 228 10.2.2 单次询问目标检测概率 228 10.2.3 “滑窗”处理与目标检测概率 229 10.3 系统容量 230 10.4 方位分辨力和方位角测量精度 231 10.4.1 方位分辨力 231 10.4.2 方位角测量精度 233 10.5 距离分辨力和距离测量精度 238 10.5.1 距离分辨力 238 10.5.2 距离测量精度 238 10.6 询问重复频率 240 10.6.1 询问重复频率设计 240 10.6.2 跨周期应答和群占据 241 10.7 询问天线安装高度 241 10.8 一次雷达与二次雷达之间的互耦 243 第11章 二次雷达设备配置 245 11.1 二次监视雷达设备配置及选址原则 245 11.1.1 机场建设需求 246 11.1.2 环境适应性 246 11.1.3 建设可行性 247 11.1.4 规划前瞻性 248 11.2 二次雷达敌我识别系统设备配置原则 249 11.3 地面作战平台设备配置方案 250 11.4 空中作战平台设备配置方案 250 11.5 海上作战平台设备配置方案 251 11.5.1 分散配置方案 252 11.5.2 集中配置方案 253 第12章 S模式报文及协议 255 12.1 询问报文和应答报文 256 12.2 奇偶校验 259 12.2.1 循环冗余校验编码 259 12.2.2 AP字段和PI字段的生成 260 12.2.3 上行链路编码器和译码器 261 12.2.4 下行链路编码器和译码器 263 12.2.5 下行链路纠错译码 265 12.3 全呼叫报文 270 12.3.1 全呼叫询问报文（UF=11） 270 12.3.2 全呼叫应答报文（DF=11) 272 12.4 监视报文及协议 273 12.4.1 监视询问报文（UF=4/UF=5） 274 12.4.2 监视应答报文（DF=4/DF=5） 280 12.4.3 全呼叫闭锁协议 283 12.5 标准长度监视通信报文 285 12.5.1 监视通信询问报文（UF=20/UF=21） 285 12.5.2 监视通信应答报文（DF=20/DF=21） 285 12.5.3 标准长度通信协议 286 12.6 扩展长度报文的传输 293 12.6.1 上行ELM（UF=24） 293 12.6.2 下行ELM（DF=24） 295 12.6.3 多站上行ELM传输协议 296 12.6.4 多站下行ELM传输协议 299 12.7 空―空服务和信标处理 302 12.7.1 空―空监视短询问报文（UF=0） 303 12.7.2 空―空监视长询问报文（UF=16） 303 12.7.3 空―空监视短应答报文（DF=0） 304 12.7.4 空―空监视长应答报文（DF=16） 305 12.7.5 空―空处理协议 306 12.7.6 间歇信标捕获 306 12.7.7 扩展长度间歇信标报文（DF=17） 306 第13章 二次雷达新技术 313 13.1 混合监视技术 313 13.2 数字调制二次雷达技术 314 13.2.1 数字基带信号设计 315 13.2.2 敌我识别模式数字调制询问信号波形 319 13.2.3 敌我识别模式数字调制应答信号波形 321 13.2.4 信号处理 323 13.2.5 性能分析 324 13.3 态势感知工作模式技术 326 13.3.1 信标态势感知 327 13.3.2 询问-应答态势感知 327 13.3.3 空―地态势感知 328 13.3.4 信号波形 329 13.3.5 性能分析 331 13.4 混扰和串扰抑制技术 332 13.4.1 混扰抑制技术 333 13.4.2 串扰抑制技术 335 13.5 时间同步与数字加密 336 13.5.1 时间代码与系统时 337 13.5.2 询问信号传输参数加密 337 13.5.3 询问信道中的信息加密和解密 338 13.5.4 应答信道中的信息加密和解密 341 13.5.5 加密产生的物理现象 343 13.6 技术展望 344 13.6.1 系统功能更加完善 344 13.6.2 系统性能更加优选 344 13.6.3 系统安全性和电子对抗能力显著提高 345 13.6.4 降低系统内部干扰的措施针对性更强 345 第14章 广播式自动相关监视系统 347 14.1 引言 347 14.2 系统概述 349 14.2.1 系统组成和工作原理 349 14.2.2 系统功能 355 14.3 设备配置及性能要求 357 14.3.1 机载系统 358 14.3.2 地面站系统 363 14.3.3 机载天线系统 367 14.4 主要应用及典型应用方案 371 14.4.1 应用概述 371 14.4.2 典型应用方案 373 14.5 扩展长度间歇信标增强接收技术 379 14.5.1 当前的扩展长度间歇信标接收技术 379 14.5.2 改进的同步脉冲检测技术 381 14.5.3 比特数据和置信度判决改进技术 384 14.5.4 增强误码检错和纠错技术 389 14.5.5 小结 393 14.6 S模式1090 ES报文 394 14.6.1 报文的主要内容 394 14.6.2 报文的基本结构 394 14.7 发展展望 396 第15章 空中交通警戒与防撞系统 399 15.1 引言 399 15.2 TCAS II组成和工作原理 400 15.2.1 TCAS计算机单元 401 15.2.2 S模式应答机 401 15.2.3 S模式TCAS控制面板 402 15.2.4 天线 403 15.3 驾驶舱显示 404 15.3.1 TA信息显示 404 15.3.2 RA信息显示 406 15.3.3 语音告警 407 15.4 目标监视 408 15.4.1 S模式监视 409 15.4.2 C模式监视 411 15.4.3 混合监视 414 15.5 避撞概念 417 15.5.1 告警预留时间 417 15.5.2 保护范围等级系数 420 15.5.3 保护范围 422 15.6 避撞逻辑系统 423 15.6.1 跟踪 424 15.6.2 发布TA信息 425 15.6.3 威胁目标检测 425 15.6.4 发布RA信息 425 15.6.5 TCAS/TCAS协调 430 15.6.6 空―地通信 432 15.7 未来的防撞系统 433 附录A S模式询问报文一览表 435 附录B S模式应答报文一览表 437 附录C S模式字段定义 439 附录D S模式子字段定义 441 附录E 缩略语表 443 参考文献 445