监视系统分解.pptx
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1、新航行系统导论新航行系统导论Introduction to CNS/ATM倪育德倪育德 中国民航大学中国民航大学中国民航大学中国民航大学 第第4章章 监视系统监视系统4.1 4.1 概述概述4.3 4.3 自动相关监视系统自动相关监视系统Introduction to CNS/ATM4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统中国民航大学 CAUC4.1 4.1 概概 述述独立监视独立监视 非独立监视(即相关监视)非独立监视(即相关监视)监视系统分类监视系统分类监视系统分类监视系统分类地面自行监视,不依赖用户或外部传媒地面自行监视,不依赖用户或外部传媒 一次监视雷达(一次监视雷达(PSR)属于独立
2、监视)属于独立监视 依靠用户发送位置等报告依靠用户发送位置等报告人工位置报告、自动相关监视(人工位置报告、自动相关监视(ADS)属于非独立监视)属于非独立监视 合作式独立监视合作式独立监视 依靠用户应答或第三方传媒发送应答信号依靠用户应答或第三方传媒发送应答信号二次监视雷达(二次监视雷达(SSR)属于合作式独立监视)属于合作式独立监视 中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统 所谓所谓现行监视系统现行监视系统,是指那些在,是指那些在ICAO制定并通过制定并通过CNS/ATM方方案之前已有的监视系统。案之前已有的监视系统。一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(一、一次监视雷达
3、(一、一次监视雷达(1 1)中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(2 2)上世纪上世纪40年代由英国研制成功年代由英国研制成功PSR为空管飞机的监视作出了卓越的贡献为空管飞机的监视作出了卓越的贡献 在在CNS/ATM概念中,概念中,PSR将逐渐消失将逐渐消失 PSR对目标的基本测量参数是目标距雷达的对目标的基本测量参数是目标距雷达的距离距离和目标和目标角位置角位置,有些雷达还可以测定运动目标的相对速度有些雷达还可以测定运动目标的相对速度。现代空管监视系统中,现代空管监视系统中,PSR往往与往往与SS
4、R地面系统合装地面系统合装中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(3 3)目标距离的测量目标距离的测量发射时刻与接收到发射时刻与接收到回波时刻的时间差回波时刻的时间差 中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(4 4)目标方位的测量目标方位的测量 目标角位置指方位角或仰角,在雷达技术中测量这两个目标角位置指方位角或仰角,在雷达技术中测量这两个角位置基本上都是利用雷达的方向性天线来实现的。角位置基本上都是利用雷达
5、的方向性天线来实现的。目标速度的测量目标速度的测量 运动目标相对雷达的速度可以利用多普勒效应或距离变运动目标相对雷达的速度可以利用多普勒效应或距离变化率来测量。化率来测量。中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(一、一次监视雷达(5 5)中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(1 1)中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二
6、次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(2 2)1.概述(概述(1)SSR是高精度的近程脉冲(时间)测距是高精度的近程脉冲(时间)测距/测向系统,它是构成现测向系统,它是构成现代空中交通管制的重要监视系统。代空中交通管制的重要监视系统。上世纪六十年代中期出现上世纪六十年代中期出现SSR,当时叫,当时叫“敌我识别器(敌我识别器(IFF)”。SSR是是ICAO的标准监视系统。的标准监视系统。SSR的装备量在世界范围内呈上升趋势。的装备量在世界范围内呈上升趋势。目前在民航监视系统应用中,目前在民航监视系统应用中,SSR与与PSR一般是同台安装的一般是同台安装的 l提高监视功能的可靠性提高监视功
7、能的可靠性 l还有一些飞机没有加装还有一些飞机没有加装SSR应答机应答机 l考虑到飞行安全,对空域还必须监视其他飞行物考虑到飞行安全,对空域还必须监视其他飞行物 中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(3 3)1.概述(概述(2)SSR主要可以获取目标的下列消息主要可以获取目标的下列消息l 飞机的距离和方位;飞机的距离和方位;l 飞机的识别代码;飞机的识别代码;l 飞机的气压高度;飞机的气压高度;l 飞机紧急告警信息,如飞机发生紧急故障、无线电通信失效、飞机紧急告警信息,如
8、飞机发生紧急故障、无线电通信失效、飞机被劫持。飞机被劫持。中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(4 4)1.概述(概述(3)SSR与与PSR主要性能比较主要性能比较一次监视雷达(一次监视雷达(PSR)二次监视雷达(二次监视雷达(SSR)在作用距离相同时,辐射功率大在作用距离相同时,辐射功率大在作用距离相同时,地面在作用距离相同时,地面SSR系系统辐射功率小得多统辐射功率小得多干扰杂波较多干扰杂波较多干扰杂波较少干扰杂波较少存在目标闪烁现象存在目标闪烁现象不存在目标闪烁现象
9、不存在目标闪烁现象不能识别飞机不能识别飞机能识别飞机能识别飞机不能获得飞机高度信息不能获得飞机高度信息能获得飞机高度信息能获得飞机高度信息提供的方位精度较高提供的方位精度较高提供的方位精度较差提供的方位精度较差中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(5 5)1.概述(概述(4)SSR的发展趋势的发展趋势l A/C模式或模式或S模式的模式的SSR用作终端区和高密度陆地空域的监视用作终端区和高密度陆地空域的监视;l自动相关监视(自动相关监视(ADS)用在其他空域,最终将普遍使用
10、)用在其他空域,最终将普遍使用ADS,并且可以和并且可以和SSR重叠重叠;l一次监视雷达(一次监视雷达(PSR)将逐步消失)将逐步消失。中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(6 6)2.SSR的工作过程(的工作过程(1)f问问=1030MHz,f答答=1090MHz。采用视距传播方式,垂直极化。采用视距传播方式,垂直极化。P问问=2000W,P答答=700W,作用距离,作用距离R=200nm询问机天线的旋转周期询问机天线的旋转周期T=415s中国民航大学 CAUC4.2
11、4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(7 7)2.SSR的工作过程(的工作过程(2)天线系统天线系统图7-13 应答机天线SSR应答机天线系统应答机天线系统SSR询问机及其天线系统询问机及其天线系统中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(8 8)2.SSR的工作过程(的工作过程(3)询问模式询问模式P2 2:旁瓣抑制脉冲旁瓣抑制脉冲CAAC:使用使用A、C模式模式中国民航大学 CA
12、UC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(9 9)2.SSR的工作过程(的工作过程(4)应答信号格式(应答信号格式(1)F1、F2为帧脉冲,它们总是存在的。为帧脉冲,它们总是存在的。SPI为特殊位置识别脉冲,只有按下应答机控制盒上的相应按纽才会为特殊位置识别脉冲,只有按下应答机控制盒上的相应按纽才会产生产生SPI脉冲。脉冲。每个脉冲的宽度为:每个脉冲的宽度为:0.45 0.1 s中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二
13、次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(1010)2.SSR的工作过程(的工作过程(5)应答信号格式(应答信号格式(2)总共可以组成总共可以组成4096个独立的应答码。个独立的应答码。飞机的识别代码飞机的识别代码紧急代码紧急代码飞机气压高度代码飞机气压高度代码 7500表示飞机被劫持表示飞机被劫持 7600表示无线电通信失效表示无线电通信失效 7700表示飞机发生危急故障表示飞机发生危急故障中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(1111)2.SSR的工作过程(的工作
14、过程(6)飞机识别代码的编码(飞机识别代码的编码(1)飞机识别代码:飞机识别代码:ABCD AA1A2A4BB1B2B4CC1C2C4DD1D2D4脉冲权值脉冲权值中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(1212)2.SSR的工作过程(的工作过程(7)飞机识别代码的编码(飞机识别代码的编码(2)A=3A1=1A2=1A4=0 例例 飞机的识别代码为飞机的识别代码为3570,画出应答码的帧结构。,画出应答码的帧结构。B=5B1=1B2=0B4=1C=7C1=1C2=1C4=1
15、D=0D1=0D2=0D4=0中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(1313)2.SSR的工作过程(的工作过程(8)飞机高度代码的编码飞机高度代码的编码飞机高度代码:飞机高度代码:DABC C1C2C4D A B C D1D2D4A1A2A4B1B2B4中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(1414)2.SSR的工作过程(的工作过程(9)PPI显示画
16、面(显示画面(1)平面位置显示器(平面位置显示器(PPI)显示的主要内容包括:)显示的主要内容包括:飞机位置(距离、方位)显示:将距离和方位数据显示在距离飞机位置(距离、方位)显示:将距离和方位数据显示在距离方位线的端点,用飞机符号或其他符号表示飞机所在位置。方位线的端点,用飞机符号或其他符号表示飞机所在位置。在所选定的飞机位置符号附近显示如下数据标牌:在所选定的飞机位置符号附近显示如下数据标牌:飞机识别代码或飞机呼号飞机识别代码或飞机呼号 飞机气压高度飞机气压高度特殊显示:飞机紧急情况显示(用特殊显示:飞机紧急情况显示(用“闪亮闪亮”方式显示飞机符号和方式显示飞机符号和标牌。标牌。航迹显示:
17、用出现在飞机符号后面的一串亮点来显示飞机的航迹。航迹显示:用出现在飞机符号后面的一串亮点来显示飞机的航迹。中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(1515)2.SSR的工作过程(的工作过程(10)PPI显示画面(显示画面(2)中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达二、二次监视雷达A/CA/C模式(模式(模式(模式(1616)2.SSR的工作过程(的工作过程(11)PPI显示画面(显示画面(3)图7-4
18、一种实际航管雷达显示画面中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达S S模式(模式(模式(模式(1 1)1.概述(概述(1)A/C模式模式SSR的缺陷的缺陷 在询问信号作用范围内的飞机,会对询问信号作出近似同步的应在询问信号作用范围内的飞机,会对询问信号作出近似同步的应答,在显示上造成应答信号的混叠,增加了管制员的工作负担。答,在显示上造成应答信号的混叠,增加了管制员的工作负担。当飞机机动飞行(上升、下降、转弯等)时,机身、机翼将应答当飞机机动飞行(上升、下降、转弯等)时,机身、机翼将应答天线遮蔽,使得飞行目标
19、信号丢失或中断。天线遮蔽,使得飞行目标信号丢失或中断。地面反射信号产生的盲区,降低了接收弱信号的能力。地面反射信号产生的盲区,降低了接收弱信号的能力。固定目标的反射引起虚假目标显示。固定目标的反射引起虚假目标显示。目标的方位、距离参数分辨率低,精度差等目标的方位、距离参数分辨率低,精度差等。中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达S S模式(模式(模式(模式(2 2)1.概述(概述(2)S模式模式SSR的发展的发展 美、英两国早在上世纪美、英两国早在上世纪70年代就开始对年代就开始对SSR的性能进行改进研究,
20、的性能进行改进研究,分别提出了几乎一致的改进方案分别提出了几乎一致的改进方案 l英国:英国:“选择寻址(选择寻址(Adel)”二次监视雷达二次监视雷达 l美国:离散选址信标系统(美国:离散选址信标系统(DABS)1983年,年,ICAO就对其进行认可和批准,并称其为就对其进行认可和批准,并称其为S模式系统。模式系统。中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达S S模式(模式(模式(模式(3 3)1.概述(概述(3)S模式模式SSR的特点的特点 f问问=1030MHz,f答答=1090MHz。采用视距传播方式,垂
21、直极化。采用视距传播方式,垂直极化。S模式系统的地面询问是一种只针对模式系统的地面询问是一种只针对选定地址编码选定地址编码的飞机专门呼的飞机专门呼叫的询问,它与现用叫的询问,它与现用A、C模式模式SSR的根本差别在于,装有的根本差别在于,装有S模式模式应答机的飞机,都有自己单独的地址码,即编有地址的飞机对地应答机的飞机,都有自己单独的地址码,即编有地址的飞机对地面的询问也用本机所编地址来回答,因而每次询问都能指向选定面的询问也用本机所编地址来回答,因而每次询问都能指向选定的飞机。的飞机。中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷
22、达三、二次监视雷达S S模式(模式(模式(模式(4 4)2.S模式模式SSR系统的组成系统的组成中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达S S模式(模式(模式(模式(5 5)3.S模式模式SSR询问模式(询问模式(1)询问模式的类型询问模式的类型一种是为兼容一种是为兼容AC模式而设的模式而设的S模式脉幅调制(模式脉幅调制(PAM)询问脉)询问脉冲信号冲信号 另一种是专为另一种是专为S模式使用的二进制差动相移键控(模式使用的二进制差动相移键控(DPSK)询问)询问信号信号 询问飞机的代号和高度询问飞机的代号和高
23、度 可作上传输报文通信可作上传输报文通信A和加长报文通信和加长报文通信C的数据通信之用的数据通信之用 中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达S S模式(模式(模式(模式(6 6)3.S模式模式SSR询问模式(询问模式(2)脉幅调制询问信号(脉幅调制询问信号(1)A模式:与普通模式:与普通SSR的的A模式相同模式相同 C模式:与普通模式:与普通SSR的的C模式相同模式相同A模式模式/S模式全呼叫模式全呼叫 若若AC模式应答机接收到此询问,则只对模式应答机接收到此询问,则只对P1和和P3译码,以译码,以A模式回
24、答飞机的代号模式回答飞机的代号。S模式应答机接收到该询问信号,它从模式应答机接收到该询问信号,它从P1、P3和和P4脉冲认出是脉冲认出是A/S模式全呼叫的询问,则模式全呼叫的询问,则S模模式应答机以带本飞机离散地址(式应答机以带本飞机离散地址(24位)的位)的“S模模式全呼叫回答式全呼叫回答”信号作回答。信号作回答。中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二次监视雷达S S模式(模式(模式(模式(7 7)3.S模式模式SSR询问模式(询问模式(3)脉幅调制询问信号(脉幅调制询问信号(2)C模式模式/S模式全呼叫模式全呼叫
25、 若若AC模式应答机接收到此询问信号,只对模式应答机接收到此询问信号,只对P1和和P3译码,译码成功后,译码,译码成功后,以以C模式的高度码回答飞机的高度。模式的高度码回答飞机的高度。若是若是S模式应答机接收到该询问信号,则它从模式应答机接收到该询问信号,则它从P1、P3和和P4脉冲认出是脉冲认出是“C模式模式/S模式全呼叫模式全呼叫”的询问,则的询问,则S模式应答机也是以带本飞机离散地址模式应答机也是以带本飞机离散地址(24位)的位)的“S模式全呼叫回答模式全呼叫回答”信号作回答。信号作回答。中国民航大学 CAUC4.2 4.2 现行监视系统现行监视系统三、二次监视雷达三、二次监视雷达三、二
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