百花山雷达信号质量问题的分析与解决

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　　摘要：百花山雷达隶属于华北空管局，于2007年建站至今已经运行了13年，站内使用的是法国THALES公司生产的RSM970单二次雷达，在运行中设备的稳定度比较高，但是由于其台址安置在海拔两千米的百花山山顶上，在实际运行中存在一些其他两部首都机场航路雷达（苏庄雷达、北坪西雷达）未产生过的信号质量问题，本文从实际工作出发，针对遇到的百花山雷达信号质量问题进行阐述和分析解决，对今后同型号或相似型号的二次雷达存在类似信号质量问题时的解决方法具有一定的参考意义。
　　关键词：百花山雷达;信号质量问题;分析与解决
　　中图分类号：TN958.96 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）03-0060-03
　　1 固定角度信号分裂
　　1.1 信号质量问题描述
　　自2018年5月起，北京区域管制中心多次反映在距离百花山雷达181°左右，300公里的位置出现信号分裂，如图1，2所示，分裂信号与真实目标的A码、高度及速度均一致，并产生了Dupe（重复二次代码）和STCA（短期冲突）告警，持续一分钟左右消失。
　　此类型的信号分裂事件出现频次较高，每月出现可达十几次，且现象一致，均发生在百花山雷达181°，300公里左右的位置。
　　1.2 信号质量问题分析
　　在对自动化系统进行了多次回放信号和实际信号的观察分析后，得出了以下结论：在百花雷达181°，300公里左右的位置点迹质量较差，抖动情况严重，如图3，4所示，点迹的信号幅度在-72dB至-80dB之间，而其他正常的点迹幅度均在-70dB以下，而当抖动的幅度超过百花山雷达的航迹处理门限时，雷达会当做是兩个目标进行处理，从而产生分裂，此外，即使雷达未产生分裂，但输送到自动化系统后，如果抖动的幅度超过自动化系统对各个雷达信号的融合窗口时，便无法与其他雷达信号进行融合，也会产生分裂现象。
　　而通关观察，在分裂的事件中部分雷达在该区域（百花山雷达181°，300公里左右）偶尔也会出现信号质量差，点迹抖动的现象。综上所述，分析此次信号质量问题的原因是在百花山雷达181°，300公里左右的区域存在特殊环境情况，导致对该区域的应答信号接收存在幅度低，质量差的现象，从而使点迹出现较大程度的抖动现象，当抖动超过雷达航迹处理门限或自动化系统融合门限时，会被判别为两个目标，导致出现分裂。
　　1.3 信号质量问题处理
　　在实际工作中，进行了两处参数的设置，首先是对百花山雷达的航迹处理窗口的大小进行了修改，增加了窗口在方位和距离上的值，以尽可能防止在抖动出现时雷达本身产生分裂，如图5，6所示。
　　其次降低了雷达在170度至195度的灵敏度，将其设置为TVBC 12，其他方位为TVBC 3，区别如图7，8所示。
　　在经过上述参数的设置后，可以明显观察到之前抖动较为严重的点迹被滤除了，在后续的运行中也未再发生分裂的情况。
　　2 北向南落地航班信号不稳
　　2.1 信号质量问题描述
　　2019年4月，北京终端管制中心多次反映当首都机场改为由北向南落地时，从北五边25公里处向西转弯开始部分航班会出现信号摆动、闪烁现象，影响管制指挥，该现象为百花山雷达信号异常导致，如图9，10所示。
　　2.2 信号质量问题分析
　　分析1：通过Mustang软件，不同雷达在该区域的点迹如图11，12，13所示，对比其他雷达数据后发现在抖动发生的时间段内，其他雷达点迹平滑，而百花山雷达信号质量较差，在不同位置均产生信号偏离、断续等问题。
　　分析2：目前百花山雷达运行在S模式下，当切换为AC模式运行时该质量问题得到有效缓解，故使用RASS-S软件分析了百花山雷达输出的原始ASTERIX数据，对百花山雷达在问题区域的S模式正常航班点迹、S模式抖动航班点迹、AC模式点迹分别选取了某一架次航班进行了比对，如图14：S模式下在该区域南向北起飞的飞机，可看到点迹正常，该航班高度达到6150英尺（2000米），信号幅度为-64dBm，应答数为2到3个。图15：S模式下在该区域南向北降落的飞机，可看到点迹抖动，该航班高度达到4925英尺（1600米），信号幅度为-71dBm，应答数为1个。图16：A/C模式下在该区域南向北降落的飞机，可看到点迹也存在一定的抖动，但是抖动幅度要比S模式轻，该航班高度为1900英尺（633米），信号幅度为-62dBm，应答数为6至9个。
　　可以看出，出现抖动的航班，其S模式回波数量较少，且在飞机转弯时回波强度起伏较大，因而对方位的检测可能存在偏差。而在A/C模式下，询问脉冲相较于S模式要简短很多，所以航班在应答时的应答数量要多于S模式，更多的应答数量有利于目标的探测，从而减少异常点迹的形成，所以在该区域A/C模式下的信号要相对平滑一些。
　　分析3： 二次雷达天线垂直波束图如图17所示，因为电磁波沿直线传播，而百花山雷达建设于海拔两千米的高山上，且其天线仰角为0度，再加上地球曲率影响，因此对于1000米左右高度的目标其使用的是垂直波束的0度甚至是负角度区域（根据IE软件分析，该区域百花山雷达探测角度为0.3度左右）并非是能量集中部分，可能出现波束开裂情况，所以对这部分区域目标的探测 可能存在一定的影响。
　　分析4：据统计，百花山雷达仅在航班向南运行时该区域出现点迹抖动、闪烁情况，向北运行时无该现象。推测原因为：向北运行时（图18：1号航迹），航班起飞转弯时的高度较向南运行航班落地转弯时（图18：2号航迹）更高，可达到两千米，且相对于雷达来说该高度条件下波束集中情况较好，所以没有出现信号抖动或者闪烁情况。
　　2.3 信号质量问题处理
　　通过上述分析，在处理该问题时着重从两方面入手，首先是在该区域降低灵敏度，以尽量将点迹回波信号较弱的点迹滤除掉，但考虑到该区域为进近关键区域，故对灵敏度的设置相对保守，在实际工作中将该区域（60°至70°的扇区）的TVBC由3改为8，方法与第一章中所示的方法类似。其次该区域中形成每个信号点迹的应答数量不足，那么增加该区域应答数量也是有效且可行的办法，方法为将该区域（60°到70°的扇区）内S模式发射时序中的所有All call序列的应答概率更改为disregard lockout probability of 1，即忽略锁定（将UF11中的PR字段设置为8）如图19，这样就使在该区域的应答机在轮呼锁定后依然应答S模式全呼，从而增加形成每个信号点迹的应答数量，使方位的探测更加准确。 　　在經过上述参数的设置后，能够观察到该区域点迹的平滑程度有了较好的改善，满足了实际运行的需求，在后续的运行中管制也未再通报类似的信号质量问题。
　　3 结语
　　在雷达的运行中，信号问题时有发生，特别是类似百花山雷达这种建台位置较为特殊的雷达，笔者通过在实际工作中遇到的信号质量问题，分析了其发生的原因，并通过雷达系统本身提供的技术手段尽可能的对信号质量进行优化以达到管制运行的要求，不同的雷达或者不同的技术人员在优化方式上可能不尽相同，各有所长，笔者希望在今后其他雷达出现类似的信号质量问题时可以提供一个参考，也为问题的解决增加一种手段。
　　Abstract：Baihuashan radar belongs to the North China Air Traffic Management Bureau. It has been in operation for 13 years since its establishment in 2007. The station uses the RSM970 single and secondary radar produced by French THALES company. The stability of the equipment is relatively high during operation， but due to the Its site is placed on the top of Baihua Mountain， which is two kilometers above sea level. In actual operation， there are some signal quality problems that have not been generated by the other two capital airport airway radars （Suzhuang radar， Beipingxi radar）. Based on this， the problems of the signal quality of Baihuashan Radar encountered are elaborated， analyzed， and solved， which will have certain reference significance for the future solutions to similar signal quality problems of secondary radars of the same model or similar models.
　　Key words：Baihuashan radar; signal quality problem; analysis and solution
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