[发明专利]基于稀疏阵技术的圆形相控阵二次雷达装置及其探测方法

说明书

一种基于稀疏阵技术的圆形相控阵二次雷达装置，包括稀疏阵圆形相控阵天线模块、馈线模块、收发模块、综合处理模块、显示与控制模块和电源模块。本发明采用稀疏阵技术实现相控阵二次雷达功能，融合TCAS信息和ADS‑B地面站功能，能够进行多目标搜索和多目标跟踪，波束调度灵活，数据率更高。解决了目前二次雷达和ADS‑B地面站的不足。

技术领域

本发明属于相控阵雷达测量技术领域，涉及一种基于稀疏阵技术的圆形相控阵二次雷达装置及其探测方法。

背景技术

随着我国低空空域管理改革的推进，低空空域内的飞行活动出现快速增长的态势。低空空域内飞行的航空器数量和种类庞杂，飞行用户和飞行活动的构成日趋多元化，给低空空域的使用管理带来严峻的挑战。充分利用科学技术进步的成果，构建用于支撑我国低空空域运行的服务保障体系，是保障低空空域飞行安全，保证国防安全，营造安全、高效、便捷的运行管理环境，提升低空空域飞行服务能力，实现我国低空空域管理改革目标的重要途径。

对于低空合作目标进行监视的地面设备主要有二次雷达及广播式自动相关监视地面站(ADS-B)，机载防撞系统(TCAS)的询问应答信号也可以用于目标监视。这三种信号使用的频率均为1030MHz和1090MHz，1030MHz用于询问，1090MHz用于应答。

二次雷达是现代空中交通管制系统中的重要组成部分，是航空管制系统重要的信息源。二次雷达采用单脉冲体制，具有S模式功能，可提供威力覆盖范围内装有机载二次雷达应答机的军、民航飞机的距离、方位、气压高度、识别代码和其它特殊标志(如：危急、通讯故障、被劫持，等等)。现有的二次雷达方位机械旋转，俯仰波束余割赋形，方位采用单脉冲测角体制，精度高。天线座方位传动系统和数据传动系统均采用并联冗余设计，当其中一路出现故障时，另一路仍能维持设备的正常运转，以减少系统出现故障的概率，提高系统的可靠度。

ADS-B地面站是一种接收广播式自动相关监视信息的地面端系统，接收空中飞机/地面车辆设施广播的ADS-B报文，通过地面通信网络将监视数据传输到地面监视终端。地面监视终端显示ADS-B航迹并进行实时跟踪，实现ADS-B地面站覆盖范围内交通状况的掌握。ADS-B地面站接收机载端广播的ADS-B报文后，从中解析出飞机的识别信息(ID)、经纬度、高度、速度、航向等信息，组装成符合ASTERIX标准的ADS-B报告，通过地面通信网络传输到地面监视终端，提供航迹显示以进行空中交通管理。

TCAS是Traffic Alert and Collision Avoidance System(空中交通告警和防撞系统)的缩写，中文简称为机载防撞系统。TCAS是一种装备在飞机上的电子系统，设法监视本架飞机周围空域中其它飞机的存在、位置以及运动状况，以使飞行员在明了本机邻近空域交通状况的情况下，主动地采取回避措施，防止与其它飞机危险接近。TCAS有助于机组维持与其他装有ATC应答机的飞机之间的空中交通安全间隔，是一种独立于地面的空中交通管制(ATC)系统而工作的机载系统。

现有的二次雷达采用双冗余设计，雷达的接收机、发射机、馈线组件、电源、信号处理、数据处理、显控、网络交换机、伺服系统都是双机冗余热备份。为了满足民航使用要求，天线采用大型垂直口径平面阵列形式，长度超过8m，高度约1.8m，重量约450kg。天线的正面是35条等间距排列的列馈和反射杆，天线背面是1个背馈，位于天线背面中心。现有的二次雷达占地面积大，需要安装在专用的雷达塔上，因此整个建设成本价格较高。由于雷达规模大，因此对维护保障要求也较高，在通航机场上的应用上表现出明显的不足。

按照国际民航组织的规划，ADS-B将是未来的主要监视系统，我国已经部署了300多套ADS-B地面站，美国在全国部署了700多个ADS-B地面站。但是，ADS-B系统存在一定的风险，主要是当GPS信号受干扰或者中断时，ADS-B地面站将无法收到正确的信息。因此必须提供备用监视功能以确保可以继续提供ATC服务。TCAS是安装在飞机上的系统，目前地面并无设备对其信号进行分析和处理。