摘要：随着S模式雷达在华东地区的普及，管制员也愈发关注S模式雷达所提供的机载数据，这一趋势一方面促进了民用航空业中雷达专业的发展进步，另一方面也对雷达从业人员提出了更高的要求。本文针对虹桥机场SELEX一二次合装雷达在运行过程中存在的部分航班DAPs（航空器下行数据链参数，Downlinked Aircraft Parameters）数据无更新的问题进行研究，通过修改雷达运行参数处理上述问题。最后根据雷达数据的统计特性验证参数修改的有效性和可靠性。
关键字：S模式雷达，航空器下行数据链参数（DAPs），增强型监视（EHS），询问策略，统计验证
S模式雷达概述
S模式雷达诞生于1996年，该技术由麻省理工学院首次提出，目前已经成为了主流的民航标准化的监视手段之一。相对于传统的二次雷达（Second Surveillance Radar，SSR）通过框架脉冲询问目标航班的识别码（A码）和高度码（C码），S模式雷达则是利用机载应答机的S模式地址实现目标航班的锁定和选择性询问。通过S模式地址，一方面解决了原先A码地址稀缺的问题；另一方面，极大地缓解了传统模式下同步串扰（garble）和异步干扰的问题（fruit）[1]。此外，不同于A/C模式只能发送目标航班的识别码和高度码信息，S模式是雷达通信一体化技术更深层次的一种实现。利用S模式技术，我们可以知道机载应答机的性能、目标的航速航向以及航班号等等更丰富、更具体的信息。当然更丰富的信息同时也意味着更为复杂的时序管理（Scheduling Pattern Management），更为严格的差错控制等。如何在有限的雷达照射时间内（Time On Target），统筹合理地安排S模式雷达询问的时隙分配是一项系统性的工程[2]。
ELS和EHS询问机制
目标S模式在二次雷达监视通信方面的现实应用主要可以分为两类：基本监视（Elementary Surveillance，ELS）和增强监视（Enhanced Surveillance，EHS）。无论ELS还是EHS，都需要用到S模式应答机中的BDS（COMM-B Data Selector），即需要机载应答机支持COMM-B通信。BDS是8位编码（两组4位）寄存器，其内部保存有与航空器状态有关的参数，并能够在状态改变的情况下自动更新参数，这些参数就是增强监视希望获取的。S模式应答机共有255个寄存器，编号从BDS 0016～FF16，每个寄存器大小为56比特。为了方便存取，每个BDS共分为了高四位和低四位两部分，分别用16进制表示，标记为BDS X,Y，例如BDS1,0、BDS7,D等等。目前ICAO保留了其中48个寄存器用于S模式。
ELS表示具有如下特性的监视系统[3][4]：
（1）具有飞行状态报告（Flight Status）的能力（p84）
（2）具有气压高度报告的能力
（3）机载应答机应答能力（Transponder Capability，CA）大于3的能力（p81）
（4）具有II和SI的能力
（5）具有报告BDS1,0（数据链报告能力，Data Link Capability Report）的能力
（6）具有报告BDS1,7（普通使用GICB报告能力，Common Usage GICB Capability Report）的能力
（7）具有报告BDS1,8—BDS1,C（S模式专有服务能力报告，Mode S Specific Services Capability Report）的能力
（8）具有报告BDS2,0（飞机识别报告，Aircraft Identification and Data Sources）的能力
EHS除了需具备ELS的能力之外，还需要包含垂直方向意图信息，跟踪与转向信息，航向和速度信息等DAPs参数，这些参数被存储在BDS4,0，BDS5,0和BDS6,0寄存器中，详见下表1。
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虹桥SELEX雷达DAP数据更新异常问题排查
1）问题概述
虹桥SELEX雷达为航管一、二次合装雷达，其中一次部分型号为ATCR33-S，二次部分SIR-S。本套雷达的二次雷达部分为单脉冲S模式雷达且具有EHS的询问能力。为了更好的利用S模式雷达数据链通信的优势，在调试及维护中，我们会特别关注雷达ELS和EHS相关目标BDS数据的获取情况。如下图1（左）所示，在雷达显示席位中任意选取某个目标，观察该目标的BDS数据项，发现该目标存在长时间EHS的BDS数据项不更新的情况。为了更为合理地获取EHS的统计特性，利用Intersoft Electronics公司的实时雷达数据分析工具（Real -Time Radar Data Analysis Tools，RASS-R 3.6.0）进行数据分析，同时为了统计数值的准确性，我们录取了尽量多的样本数据，最终统计结果如下图1（右）所示。
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图1 BDS数据项不更新情况说明
RASS-R通过外送的Asterix Cat048数据包中是否含有COMM-B的数据项与总数据包之间的比例得到相应的百分比数值。由于目前绝大多数的机载应答机都满足COMM-B的通信能力，因此该百分比通常维持在90%以上，而SELEX二次雷达的COMM-B数据的更新率只有75.5%，远小于90%的平均水平。因此，判断本套雷达的EHS能力存在问题。
2）问题排查
如前所述，雷达的EHS能力除了受到外在条件的影响之外（即要在有限的ToT时间内询问足够多的信息），还受到雷达询问策略的影响。若在有限的照射时间内询问太多的BDS信息，会导致来不及问的情况发生，此时相应的BDS信息就不能及时更新。于是检查相关的询问策略，在一二次合装的SELEX雷达系统中，询问策略的设置需在RHP服务器中利用命令行的方式进行检查和修改。
在RHP的特权模式下（SPW RH1/2），输入TRH DBC检查当前的EHS的询问策略，结果如下图3所示。
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图3 DBC检查二次雷达EHS询问策略
从上图中，我们可以发现本套雷达启用了3个EHS的BDS，分别是BDS40，BDS50和BDS60，同时他们的更新周期为每圈更新（PERIODICITY = 0 代表了最小的更新周期，即每圈更新）。考虑由于每圈询问的BDS数据项太多，导致系统来不及问的情况发生，于是，我们修改EHS的询问策略，具体数值借鉴THALES雷达的维护经验，将询问周期分别调整为1，3，5即每隔相应圈数更新询问一次相应的BDS数据。调整过后，再次利用RASS-R进行统计，得到下图4的结果。
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图4 修改更新周期对COMM-B更新率的改善
图4中，我们可以看到目标的COMM-B数据更新的情况有了一些的改善，但是其值仍然不能满足我们对于COMM-B数据更新率的需求。考虑到日常维护工作中管制员对于BDS4,0，BDS5,0数据项的内容相对比较关注。于是，尝试关闭BDS6,0数据项以保证BDS4,0，BDS5,0数据项的更新率。修改后的参数以及RASS的统计结果如下图5所示，可以发现此时COMM-B数据的更新率已经达到了用户的需求。
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图5 关闭BDS6,0对COMM-B更新率的改善
最后，为了进一步保证数据的准确性，我们利用SASS-C软件对本场的两套雷达（THALES二次雷达和SELEX一二次合装雷达）的探测性能和修改后的EHS能力进行综合比较。雷达数据采用同一时间段内雷达的探测数据，其中图6展示了THALES雷达的探测概率，图7展示了SELEX雷达的探测概率。图8和图9分别展示了THALES雷达探测得到的ELS目标以及SELEX雷达探测得到的ELS目标，两者大致一致。综合比较确认，两套雷达探测性能基本一致（除覆盖范围有差异），EHS的能力亦相仿，均满足用户对于EHS更新的需求。
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总结
EHS数据通信是当前管制较为关注的内容，本文利用RASS和SASS统计并发现雷达在运行过程中存在的问题，最后通过修改雷达运行参数，保证EHS数据项的有效更新。
参考文献
【1】孙清清，王洪，黄忠涛，何东林. 1090MHz信号同频干扰与串扰概率研究[J].通信技术，2013,46（02）：9-15.
【2】王洪，刘昌忠，汪学刚.二次雷达S模式综述[J].电讯技术，2008,48（07）：113-118.
【3】International Civil Aviation Organization. DOC9684 AN/951/2-2004. Manual on the Secondary Surveillance Radar Systems[S].Montreal:ICAO,2010.
【4】RTCA Inc. Minimum Operational Performance Standards for Air Traffic Control Radar Beacon System/Mode Select(ATCRBS/Mode S) Airborne Equipment[S].2011.
【5】白宇骏，李彦东. S模式二次雷达数据链应用分析[J].网络信息工程. 2020,01：97-101.