本章学习要点本章学习要点① 了解雷达信标系统的基本工作原理② 理解机载应答机系统的基本工作原理；③ 理解接收电路的基本工作原理；④ 理解译码与编码电路的基本工作原理；⑤ 理解发射电路的基本工作原理；⑥ 理解离散寻址信标系统的基本工作原理；课时分配 5 学时

第七章 空中交通管制应答机第七章 空中交通管制应答机

本章主要内容本章主要内容第一节 雷达信标系统的基本工作原理；第二节 机载应答机系统；第三节 接收电路；第四节 译码与编码电路；

引论：引论：一望无垠的天空中到底有多少架飞机？

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空中交通管制，其目的是有序地组织和实施空中交通，防止飞机相撞，保证飞行安全，同时提高航空交通繁忙空域，主要是中心机场的利用效率。

空中交通管制系统可分为数据获取系统，数据远距传输系统，数据处理显示系统和空地通信系统。

空中交通管制应答机（ ATC TRANSPONDER ）是保证飞机在繁忙空域中飞行和进行着陆过程中的安全的重要设备之一。它的功用是向地面管制中心报告飞机的识别代码和飞机的气压高度。现代机载应答机则是机载防撞系统的主要组成设备之一，它可以利用数字形式传送更为广泛的信息。机载应答机是和地面二次雷达配合工作的，所以有时候把它叫做二次雷达应答机。

空中交通管制雷达信标系统也可以称为航管二次监视雷达系统。通常，把系统的地面二次监视雷达简称为二次雷达。

一、空中交通管制

空中交通管制通常分为终端区空中交通管制与航路（走廊）空中交通管制。对我国民航而言，通常所指的是以机场为中心的大约 150km 范围终端区中的空中交通管制，

空中交通管制所依赖的技术基础是空中交通管制系统。一般，空中交通管制系统可以分为数据获取系统、数据远距传输系统、数据处理显示系统和空地通信系统。

第一节 雷达信标系统的基本工作原理第一节 雷达信标系统的基本工作原理

二、一次雷达与二次雷达

（一）一次监视雷达 地面一次监视雷达（ PSR ）的工作方式与机载气象雷达相似，是依靠目标对雷达天线所辐射的射频脉冲能量的反射而探测目标的。以一定速率在 360° 范围内旋转扫掠的天线，把雷达发射信号形成方向性很强的波束辐射出去，同时接收由飞机或其他目标反射回来的回波能量，以获取目标的距离、方位信息，监视空域中飞机的存在及活动情况。

地面一次监视雷达通常工作于 L波段（ 1000—2000MHz ）和 S波段（ 2000—4000 MHz ），具有很强的脉冲功率，其探测距离可达 400km 或更远，因而其发射设备和天线都相当庞大。

二次雷达工作于Ｌ波段，其询问发射频率为 1030 MHz ，接收频率为 1090MHz ，作用距离与配合工作的一次雷达相适应，但发射功率远低于一次雷达。

（二）二次雷达系统

1 ．二次雷达的工作方式

二次雷达的工作方式与一次雷达不同，它是由地面二次雷达——询问器与机载应答器配合，采用问答方式工作的。

地面二次雷达发射机产生询问脉冲信号由其天线辐射；机载应答机在接收到有效询问信号后产生相应的应答信号发射；地面二次雷达接收机接收这一应答信号，在进行一系列处理后获得所需的飞机代码等信息。可见，二次雷达系统必须经过二次雷达发射机与机载应答器发射机的两次有源辐射（询问与应

答各一次），才能实现其功能。

在同时装备有二次雷达与一次雷达的空中交通管制系统中，通常总是使二次雷达与一次监视雷达协同工作。二次雷达的条形天线安装在一次雷达天线上方，二者同步扫掠。见图 7-1 。二次雷达与一次雷达共用定时电路与显示终端，以实现同步工作。

图 7-1 二次雷达与一次雷达

二次雷达系统的组成方框图如图 7-2 所示。图中虚线左侧为地面二次雷达——询问器，右侧为机载应答机。由图可见，地面二次雷达包括发射电路、编码器及接收电路；机载应答机也是由接收电路、译码器、编码器和发射电路等电路组成的。

2．二次雷达系统的组成及工作概况

二次雷达发射机在编码器的控制下，产生一定模式的询问脉冲对信号。通过它的条形方向性天线辐射。在其天线波束照射范围内的机载应答机对所接收到的询问信号进行接收处理与译码识别，如果判明为有效的询问信号，则由应答机中的编码电路控制发射电路产生应答发射信号发射。应答信号被地面二次雷达天线接收后，经过接收电路、译码电路的一系列处理，将所获得的信息输往数据处理与显示系统。

图 7-2 雷达信标系统简化方框图

3 ．二次雷达信息

图 7-3 二次雷达图像举例

目前，航管二次雷达系统可以获得的信息主要是：（ 1）飞机的距离与方位信息；（ 2）目标的识别信息，及飞机（军用或民用）的代码；（ 3）飞机的气压高度信息；（ 4）一些紧急警告信息，如飞机发生紧急故障、无线电通信失效或飞机被劫持等。图 7-3 是一种典型的显示图像。图中弧形显示图像为装备有应答机的飞机回波图像；点形图像则为没有装备应答机的飞机的图像。弧形图像旁的二层数字显示中的上层为飞机的代码信息，下层为飞机的气压高度信息。当弧形图像闪烁时，表示该飞机遇到了紧急情况。加粗、增辉的图像为按下识别按钮发射 SPI脉冲时所产生的图像。

图 7-4 为一种实际的航管二次雷达显示画面。这种显示器称为综合显示器，它除了可以显示上述目标的图像、代码、高度及其他信息外，还可以显示地图背景及必要的标志和字符，可以显示飞机的航迹等信息。图中，虚线表示航空管制区域；双线表示航路和走廊，中央的双线图形表示出机场跑道的位置和方向；单线表示小航路，在航路上的小点代表导航台的位置，其他小点是地标；与一次雷达显示器相同，为了便于判别飞机的距离与方位，显示器上显示有同心圆形的距离标志圈和代表方位的方位射线。

图 7-4 一种实际航管雷达显示画面

（三）雷达信标系统的特点1 ．发射功率较小 在覆盖范围相同的条件下，二次雷达系统的发射功率要比一次雷达小得多。例如，当作用距离为 370km 时，工作于同一波段的一次雷达应具有约 2500kw的脉冲功率，而二次雷达仅需 2.5kw的脉冲询问功率。相应地，二次雷达及应答机的接收灵敏度也可以比一次雷达的低一些。

2．干扰杂波较少

雷达信标系统的接收频率与发射频率不同，各种地物、气象目标对 1030MHz 发射信号的反射信号，不会被频率为 1090MHz的接收机所接收，因此二次雷达基本上没有上述杂波干扰。这是与一次雷达不同的。

3 ．不存在目标闪烁现象

二次雷达回波是机载应答机主动辐射的信号形成的，不是目标反射能量形成的，因而与目标的反射面积无关，不存在由于目标姿态变化及散射所引起的回波忽强忽弱而导致的闪烁现象。虽然飞机机动飞行时可能会暂时遮挡住应答机天线而造成回波的瞬时中断，但这种情况不是经常出现的。

4．方位精度较差而高度精度较高

前已说明，二次雷达系统可以获得较为准确的飞机高度信息。与一次雷达相比，这是一个突出的优点。另一方面，由于二次雷达通常采用较为简单的条形天线，它的方位精度较差。由于二次雷达与一次雷达相比具有上述特点，所以实用中往往是使二次雷达与一次雷达配合工作，取长补短，提供空中交通管制所需要的广泛信息。

三、询问信号（一）询问模式 地面二次雷达发射的是射频脉冲信号。这种信号由间隔不同的脉冲对信号组成。脉冲信号的脉冲编码方式称为询问模式。

目前，国际民航组织规定的航管二次雷达询问模式共有 6种，分别称为模式 1， 2， 3／Ａ，Ｂ，Ｃ和 D。其中模式 1，2为军用；模式 3／Ａ可用于军用与民用识别；模式Ｂ只用于民用识别；模式Ｃ用于高度询问；模式Ｄ为备用询问模式，其询问内容尚未确定。可见，与民航有关的是 A，Ｂ模式（用于飞机代码识别）和Ｃ模式（用于高度询问）。

图 7－ 5 为模式Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ的脉冲间隔关系。图中画出了一对脉冲 与 ，实际上在各模式的 脉冲之后还有一个幅度较小的脉冲 。由图可知，模式Ａ的脉冲间隔为 8 ，模式Ｂ为 17 ，模式Ｃ为 21 ，模式 D为 25 。各模式脉冲间隔时间的误差为±0.2 ；脉冲宽度为 0.8±0.1 。

图 7-5 询问模式

1P1P1P1P3P1P

1P 3P 1P

2P ss s s

s s

（二）询问方式 实际上航管人员既需要掌握飞机的代码信息又需要了解飞机的高度信息，所以二次雷达总是交替发射不同模式的询问信号的。

通常，采用每组三重模式的询问方式，即每组轮流发射三种模式的询问信号；三种模式以 1∶1∶1 的比例交替询问。当然，也可以采用每组二重模式的询问方式；模式之间的比例也可以是其他的数值，比如三重模式的 2∶2∶2 ， 2∶1∶1 。二重模式的 2∶1 等等。

与此同时，还可以按天线的扫掠来改换询问方式，由天线通过正北方位时的信号来转换。例如，在某一天线扫掠周期中，以Ｘ组三重模式交替询问；在天线的下一个扫掠周期中，则以另一Ｙ组的三重（或二重）模式编排方式询问。

（三）询问重复频率 询问重复频率主要取决于二次雷达的作用距离，同时与应答机所能承受的最大应答率有关。对二次雷达来说，应使最大作用距离内的飞机应答信号能在本询问周期内被接收到，而不能落在下一个询问脉冲之后。为此，就应保证信号的往返时间小于询问周期。例如设最大作用距离为 370km ，则电磁波的往返时间约为 2.5ms，这样重复频率就必须低于 400Hz 。再考虑机载应答机的询问阻塞、延迟时间，以及二次雷达与终端显示系统的处理、显示时间，实际的重复频率还应低于这一计算值。

综上所述，通常把询问重复率限制在使每架飞机在一次扫掠中被询问 20至 40 次的范围内。一般，询问重复频率为 150——450Hz 。作用距离较近时，可以取较高的询问重复频率。

询问频率也是由二次雷达中的编码器控制的。

四、应答信号——识别码与高度码（一）应答格式应答格式见图 7-6 ，由图可见，应答脉冲串是由框架脉冲 与 ,信息脉冲及 SPI脉冲组成的。

框架脉冲 与 是应答信号的标志脉冲 ,之间的时间间隔固定为 20.3+0.1 。

在两个框架脉冲的正中位置处留有一个备份的Ｘ脉冲位置。Ｘ脉冲恒为逻辑零，所以、脉冲的间隔为 2.9 ，其余脉冲的间隔均为 1.45 。在框架脉冲之后 4.35 处的是特别位置识别脉冲 SPI。只有在按下控制盒上的识别按钮后才会产生 SPI脉冲。各应答脉冲的宽度均为 0.45 （±0.1 ）；脉冲的幅度均应相等。

1F 2F

图 7-6 应答脉冲串格式

1F 2F

（二）识别代码1 ．识别代码的编码原理 置定旋钮电路决定了 12个信息脉冲的编码状况。每个脉冲都有 1（表示该脉冲存在）和 0（该脉冲不存在）两种状态，这样 12个信息脉冲共可组成种信息脉冲组合状态，即总共可表示4096个识别代码。

把 12个信息脉冲分成 A,B,C,D四组，每组表示四位数识别码中的一位： A 组表示第一位，Ｂ组表示第二位，Ｃ组表示第三位， D组表示第四位。注意，这四组脉冲从高到低的顺序是 ABCD ，这一顺序和脉冲在实际脉冲串中的位置顺序 ， … （见图 7-6 ）是不一致的。

1C 1A 4D

这样，每组脉冲都可以有三个信息脉冲。用这三个信息脉冲表示八进制数，可以得到 0,1,2,3,4,5,6,7 共 8个八进制数。 每个脉冲的下标代表该脉冲的权值，例如 A 组脉冲内 的权为1， 的权为 2， 的权为 4, Ｂ ,Ｃ ,D各组与此相同。

举例来说，如果控制盒上所置定的识别代码为 7162 ，则： Ａ组码为 7，所以 A组码为 ＝ 1 ， =1 ， =1 ， 1+2+4=7； Ｂ组码为 1，所以 B组码为 ＝ 1 ， =0 ， =0 ， 1+0+0=1 ； Ｃ组码为 6，所以 C组码为 ＝ 0 ， =1 ， =1 ， 0+2+4=6 ； Ｄ组码为 2，所以 D组码为 ＝ 0 ， =1 ， =0 ， 0+2+0=2 ；

1A

2A 4A

1A 2A 4A

1B 2B 4B

1C 2C 4C

1D 2D 4D

2 ．紧急代码7500——表示飞机被劫持；7600——表示无线电通信失效（当机组无法与地面通信时，通过选择这一紧急代码可报告地面管制人员）；7700——表示飞机发生危急故障。

（三）高度码 气压高度信息是由大气数据计算机提供的，由高度编码电路编码。

1 ．高度码的特点在代表飞机高度信息时， 12个信息脉冲也是分成Ａ ,Ｂ ,Ｃ ,Ｄ四组的，但四组脉冲的组成顺序是：

421 DDD 421 AAA421 CCC

与识别代码是不同的。国际民航组织规定的高度编码范围是从－ 1000至 126700 ft（相当于 -304至 37000 m ）规定高度编码的增量为 100 ft。对于上述高度范围，我们只需 1278组高度编码，即只需利用 4096种编码中的一小部分。

421 BBB

规定不用脉冲 （ 恒为０）； 和 脉冲不能同时为 1，但Ｃ组脉冲必须有一个为 1。

1D 1D 1C 4C

实际上，民航所使用的高度范围从 -1000 到 62700 ft就足够了，所以高度编码中 的脉冲实际上也总是为零的。可以把 10个编码脉冲 分成三组：前三位 为第一组，可编成 8 个格雷码组，用于表示高度范围，其间隔为 8000 ft，即共可有 8 个间隔为 8000ft的高度范围；其后的 为第二组，可编成 16个格雷码组 ,码组的增量为 500ft；最后的三位为第三组 ，接“五周期循环码”可编成 5个码组，增量为 100 ft。10 位高度码共可得到 640个高度码组，可表示从－ 1000 ft至62700 ft（－ 304——19111m ）范围内的按 100 ft增量的高度编码 。

2D4214214214 CCCBBBAAAD

214 AAD

4214 BBBA

321 CCC

表 7-2 十位高度码的分组

由上可知， 10 位高度码共可得到8×16×5＝ 640

表 7-3 编码的对应高度（增量 500 ft ）

表 7-4 编码的对应高度增量（增量为 100 ft ）

高度编码时先按表 7-3确定增量为 500 ft的第一、二组编码，再按表 7-4确定增量为 100 ft的 C组编码。若高度的后三位数在 N×1000±200 ft范围内（ N为 0， 1， 2，…），则 C组用表 7-4 中左侧 1000 ft 栏的编码；若高度在 M×500±200 ft（ M为奇数）的范围内，则用表 7-4 中 500 ft 栏的编码。

421 CCC

设高度为 28200 ft，则由表 7-3 可知，前 7位—的编码为０１００１１１；因高度的后三位数在 1000±200 ft范围内，故由表 7-4 的 1000 ft 栏可知 C 组的编码为 100 ，即对应于 28200 ft的高度编码为：

０ １ ０ ０ １ １ １ １ ０ ０

２８０００ｆｔ ＋ ２００ｆｔ ＝ ２８２００ｆｔ如高度为 28400 ft，则因高度的末三位在 500±200 ft范围内，所以应使用表 7-4 中 500ft 栏的编码 110 （对应于 -100ft），前二组的编码也相应改变为 0100110 ，即 28400ft的高度编码为：

０ １ ０ ０ １ １ 0 １ 1 ０

２８５００ｆｔ 　— １００ｆｔ ＝ ２８４００ｆｔ

4214214214 CCCBBBAAAD

4214214214 CCCBBBAAAD

2 ．高度编码原理高度编码的前两组（ 和 ）共 7个信息脉冲，是按格雷码编码的，可得到 128 个码组，每个码组的增量为 500ft。 格雷码又称标准循环码，它的特点是相邻二个数之间只有一位不同（见表 7－ 3 ），因此适合在模—数转换设备中应用。通过模二加运算，即可将二进制数转换为格雷数，现以二进制数 1100 （对应于十进制数 12）为例，说明把二进制数转换为格雷码的具体方法。 第一步，第一个最左位格雷数字和二进制数的第一位（最高位）相同，即：二进制 1 1 0 0 ↓ 格雷码 1

214 AAD 4214 BBBA

第二步，把二进制数的头两位相加（ 1＋ 1＝ 10 ），忽略任何进位，即得到第二位格雷数字： 二进制 1⊕1 0 0 ↓ 格雷码 1 0第三步，把二进制数的第二、三位相加，忽略进位，即得到第三位格雷数： 二进制 1 1 ⊕ 0 0 ↓ 格雷码 1 0 1第四步，把二进制数的第三、四位相加，忽略进位，即得到第四位格雷数： 二进制 1 1 0⊕ 0 ↓ 格雷码 1 0 1 0可见，二进制数 1100 的格雷码等值数为 1010 。

把格雷码转换回为二进制的方法与此相似，但不完全相同，现以格雷码 1100011 为例，说明转换的流程。第一步，重复格雷码的最高位数为二进制数， 格雷码 1 1 0 0 0 1 1 ↓ 二进制 1第二步，把所得到的第一位二进制数与第二位格雷数相加，略去进位，即得到第二位二进制数。 格雷码 1 1 0 0 0 1 1

⊕＝

二进制 1 0依此类推，把上一位二进制数与本位的格雷数相加，略去进位，即可得到本位的二进制数。

这样，格雷码１１０００１１对应的二进制数为 1 ００００ 1 ０：格雷码 1 1 0 0 0 1 1 ⊕ ＝ ⊕＝ ⊕＝ ⊕ ＝ ⊕＝ ⊕＝

二进制 1 0 0 0 0 1 0

它所对应十进制数为 。因其高度增量为 500ft，故它所对应的高度为500×66－ 1000＝ 33000－ 1000＝ 32000 （ ft） 这与从表 7-3查得的结果是一致的（１１０００１１可由表 7-3 的第 5 行第 3 列查得为 32000ft）。

6626422 16

五、旁瓣抑制 (SLS) 由于二次雷达天线不可避免地存在着一定电平的旁瓣，由于管制终端区内的飞机距二次雷达天线较近，所以被天线旁瓣所照射到的飞机上的应答机也往往会被触发而产生应答信号。这种被旁瓣所触发应答的飞机图像同样被显示在这一时刻天线主波瓣的方位上，从而可使显示器上出现多个目标的错误显示。

应答机即可通过比较 ， 脉冲与 脉冲的相对幅度，来判明飞机是处在二次雷达方向性天线的主波瓣内还是旁瓣内，从而决定是否产生应答信号。

1P 3P 2P

（ a ）方向性天线和无方向性天线的方向图（ b ）脉冲幅度关系

应答机即可通过比较 ， 脉冲与 脉冲的相对幅度，来判明飞机是处在二次雷达方向性天线的主波瓣内还是旁瓣内，从而决定是否产生应答信号。如图 7－ 9 所示

1P 3P 2P

图 7-10 应答概率

应答机在模糊区中的应答概率随 脉冲的增大而增大，如图 7—1０所示。

1P

一、机载应答机系统的组成与技术参数 （一）系统组成 图 7-11 为机载应答机系统的组成方框图。由图可见，系统是由应答机、控制盒及天线三个组件组成的。

图 7-11 机载应答机系统

第二节 机载应答机系统第二节 机载应答机系统

1 ．应答机

如果收发组发生了故障，则收发组故障指示器（Ｒ／Ｔ）显现为明显的黄色，且在断电后仍保持这一黄色显示。

天线的故障显示器（ ANT ）则用来显示天线系统是否发生过故障。 按压复位按钮（ RESET ）即可使故障指示器复位。

图 7-12 为典型的应答机

图 7-12 典型的应答机

2 ．天线应答机使用Ｌ波段的短刀型天线 ,见图 7-13 。 应答机天线为无方向性天线，它在水平面内的方向性图为对称的圆。天线在垂直面内的覆盖范围不应小于 30° 。

应答机天线与测距机天线往往是相同的，因而可以互换使用

图 7-13 应答机天线

3 ．控制盒

机载应答机使用一部控制盒来控制两部应答机的工作

3 ．控制盒

机载应答机使用一部控制盒来控制两部应答机的工作

（二）对应答机的功能要求与技术参数 :应答机是作为交通管制雷达信标系统的机载设备与地面航管二次雷达配合工作的。

1 ．接收信号的基本要求频率与通带 :接收机的中心频率为 1030＋ 0.2MHz 。接收机的 3dB带宽约为 6MHz ， 60dB带宽为 25MHz 。

接收机灵敏度 :典型的应答机接收灵敏度为 -76dBmＷ，一般为 -69至 -77dBmＷ

脉冲宽度鉴别 :接收机应能鉴别询问脉冲的宽度，滤除小于0.4 的窄脉冲和大于 1.5 的宽脉冲，以避免被噪声及Ｌ波段的其他信号所触发。

间隔－模式鉴别 :当询问识别信号的模式与控制盒所选定的模式相符时，自动应答识别代码；当询问脉冲间隔与 C模式相符时，则应答高度编码信号。

s s

2 ．旁瓣抑制与应答抑制旁瓣抑制 :当接收机判明为旁瓣询问时，产生一个约 28 的抑制波门以抑制接收机不应答 28 。

应答抑制 :内抑制。当接收机判明一个正常询问时，也将接收机译码电路抑制约 28 ，以避免在正常应答期内再被后续的询问信号触发应答。

外抑制 :当应答机正常应答时，输出一个 18ｖ以上的宽约 28 的外抑制波门，以抑制测距机，反之亦然。

3．发射信号的基本参数应答机发射（应答）信号的频率为 。 应答率不应超过每秒 1200 次。当应答率达到规定值的 15%时，自动过载控制电路（ AOC ）使接收机灵敏度下降 30%。

ss

s

s

MHz31090

二、系统工作概况1 ．系统选择与模式选择图 7－ 14 为典型的应答机控制盒面板图。系统选择开关（ ATC ）用于选择第一部或第二部应答机来产生射频应答信号。系统的模式选择开关用于选择应答机能够正常响应的识别询问模式。开关置于Ａ位，应答机只在收到Ａ模式识别询问信号后才应答飞机的识别码；反之，当开关置于Ｂ位时，应答机只应答Ｂ模式询问信号。

图 7-14 控制盒面板

2 ．高度报告

高度报告控制开关用于控制应答机是否应答高度询问（模式Ｃ），并用于选择第一套或第二套大气数据计算机来作为高度报告信息源。 3．代码置定旋钮 飞机的四位识别码是由控制盒上的同芯旋钮调定的。旋钮为八位限动旋钮。旋钮转动时数字窗中显示相应的数字０— 7。 4 ．识别按钮 识别按钮（ IDNT ）装在左置定钮的中央。接下识别钮，应答机即产生特别位置识别脉冲（ SPI）。按压一次识别钮，不论在按压后是否松开按钮，均可使 SPI脉冲保持 22s。

5 ．系统监测 :监测应答机输出信号功率、频率等主要参数，也能监测信号的接收译码过程及时钟频率等是否正常。监测电路还可以监测天线、电缆系统是否正常。

6 ．自检 利用应答机内的自检电路，可以模拟接收询问信号，以使接收处理译码和编码发射电路工作，从而通过监测电路检查系统的工作情况。按下控制盒或应答机前面板上的自检按钮，即可使应答机内的自检振荡器产生自检脉冲信号，并同时产生各种控制信号。此后，应答机对自检信号的处理过程，就像对有效询问信号的，脉冲的处理情形一样，直至产生应答脉冲串。这样，便可通过监测电路检测应答机的性能状况

三、应答机的基本工作原理图 7-15 为应答机的的简化方框图。

图 7-15 应答机简化方框图

由天线所接收的 1030MHz 询问脉冲信号经由环流器加至接收机输入端的前置滤波器。前置滤波器是一个带宽约为 25MHz 的带通滤波器，能够有效地滤除镜象干扰及Ｌ波段的其他杂波。译码电路按照控制盒所选择的模式，鉴别脉冲与脉冲之间时间间隔。 编码器的功用是在译码电路产生的模式起动信号的触发下，产生识别代码或高度编码。编码器形成的编码脉冲串加至调制器，

由调制器控制发射机产生功率符合要求的 1090MHz 射频脉冲应答信号，经由环流器输往天线辐射。接收机中的旁瓣抑制电路用于抑制二次雷达天线旁瓣信号对应答机的触发。自动过载电路的作用是限制应答机的应答率，防止发射机过载以保护发射机。当编码器产生的应答率超过规定的每秒 1200 组时，自动过载电路将逐渐降低接收机的灵敏度，以减少译码器对编码器的触发次数，从而使发射机的平均功率不超过限定值。

应答机的接收电路可以分为接收机与视频处理器两部分。接收电路的方框图见图 7-16 。

图 7-16 接收电路方框图

第三节 接收电路第三节 接收电路

一、接收机（一）高频部分 接收机高频部分把天线所接收的 1030MHz 询问信号变换成 60MHz 的中频信号，以输入中放进行有效的放大。

1 ．高频电路的结构特点——微带电路图 7-17为几种微带电路的结构示意图。带状导体与接地导体之间为高介电常数的电介质。正确设计带状导体的形状、带状导体与接地导体之间的距离及其他因素，可以改变带状导体及其与接地导体之间的等效分布参数，从而使微带电路呈现出不同的阻抗特性，形成所需的收发开关、前置滤波器、混频器等微波电路。

图 7-17 微带线的结构

2 ．收发开关 收发开关是由微带电路构成的。从功能上可以分为收发开关、低通滤波器和监测耦合器三段，见图 7-18所示的等效电路图。 收发开关段有两条电路通道。接至发射机的 1090MHz 通道对 1090MHz呈现为低阻抗而对 1030MHz呈现为高阻抗；接至接收机前置滤波器的 1030MHz通道则对 1030MHz呈现低阻抗而对 1090MHz呈现高阻抗。这样，就使收发开关段等效为一个三端环流器，如图 7-18 右下所示。

终端等效为一个 1500MHz 的低通滤波器，用于滤除 1500MHz以上的信号。

图 7-18 收发开关等效电路

3 ．混频器混频器也是由微带电路构成的。 1030MHz 的询问信号和 1090MHz本机振荡信号经混频晶体混频后产生各种频率成分的信号，但只有 60MHz 的中频信号能够通过 1030MHz 和 1090MHz两节串联的短路微带滤波器而输往中频放大器。

（二）中频电路

作用 :应答机的中频放大电路不仅应具有足够的增益和满足整个接收机对通带的要求，还应具有足够的动态范围。组成 :应答机中频电路通常由二级受控增益放大器、带通滤波器、对数中频放大器组成，见 7-20 工作原理 :前二级中放的增益是由自动过载控制电路控制的。其后的带通滤波器的通频带接近理想的矩形，其 3dB带宽一般为

图 7-20 中放电路方框图

6Mhz ，可以有效地滤掉噪声干扰。末级中放输出经二极管检波后加至视频放大器放大，然后输至视频处理电路。

（三）自动过载控制（ AOC ）与低灵敏度控制1 ． AOC电路的功用AOC电路用于限制应答机在单位时间中产生的应答信号的次数和应答脉冲数。当发射机在单位时间中产生的应答次数超过一定数值（如每秒1200 次）时、或者 1秒钟内所产生的应答脉冲超过 22000个时，AOC电路就自动地降低中频放大器前二级的增益，以使较弱的询问信号不再触发发射机产生应答信号。限制发射机在单位时间内所产生的应答脉冲数，一方面是为了防止发射机因过热而损坏；另一方面，限制机载应答机在单位时间内的应答次数，以防止因终端区中多台机载应答机同时应答而产生过于密集的应答信号，从而避免产生相互干扰。

2 ． AOC电路的工作原理AOC电路是根据对调制器的取样信号和编码波门的计数来控制中放的增益的。在取样脉冲作用期间，电容器 通过 放电；当没有取样脉冲作用在 输入端时， 12Ｖ电源通过电位计 对 充电。在正常情况下，Ａ点的电位使二极管 截止， 同相端 3的电位高于反相端 1，输出高电平，因而三极管 是截止的。中放第一、二级保持较高的正常增益。当输入的取样脉冲数超过每秒 22000个时，的频繁放电使 A点电位降低，因而使 导通。 翻转输出低电平，使 导通。 的导通将其射极的电阻 （一般为几百欧姆）接入第一、二中放的射极电路，使中放的增益降低。

1C 1R

1U 4R 1C

1CR 3U

1Q

1C

1CR 3U

1Q 1Q

3R

AOC电路的另一个输入为编码波门（或者外抑制波门）。同理，当应答机的应答次数超过每秒 1200 次时，电容器 的放电使二极管 导通，同样把电阻 接入中放第一、二级的射极电路，使中放增益降低。分别调节电位器 和 ，可以控制电容或 的充电时间常数，因而可以改变ＡＯＣ电路开始起作用的应答脉冲数或应答次数。

2C2CR 3R

4R 5R

2C1C

3 ．低灵敏度控制

用于在飞机接近二次雷达时人为地降低接收机增益。接通低灵敏度开关时，使三极管 导通，从而把电阻 接入中放一、二级的射极电路，达到降低接收机灵敏度的目的。

2Q

6R

二、视频处理器（一）视频处理器的作用与电路组成 图 7-22 是一种视频处理电路的功能方框图，它用于实现以下几方面的信号处理功能：（ 1）比较 和 脉冲的相对幅度， 以鉴别主瓣询问与旁瓣询问；（ 2）抑制低于最低触发电平 的噪声信号；（ 3）消除宽度小于 0.4 的窄 脉冲干扰信号；（ 4）限制宽度大于 0.8 的 宽脉冲信号；

触发脉冲的宽度通常为 50ns。 图 7-22 视频处理电路功能方框图

1P 2P

s

s

（二）幅度比较原理图 7-23 （ a）是—种实现幅度比较的原理电路。 射极跟随器 输出的正向视频脉冲 通过二极管 及电阻 向电容器 充电。 脉冲结束后， 通过由晶体管 、二极管 ， 和电阻 ， 等组成的恒流电源放电，放电的速率（即放电电流的大小）决定于恒流电源。如果 是来自主瓣的，此时处于反偏状态是不会导通的。调节电位计 ，可以控制应答机对 产生抑制的 ， 相对幅度。

图 7-23 幅度比较电路及波形（ a ）电路 （ b ）主瓣询问时的波形 （ c ）旁瓣询问时的波形

1Q 1P 1CR 1R

1C

1P 1C

2Q 2CR 3CR 3R

4R

1P 1CR

4R

2P 1P 2P

（三）最低触发电平鉴别 最低触发电平鉴别电路的作用是消除低于最低触发电平（ MTL ）的噪声，且将高于这一门限的信号量化。

图 7-24 最低触发电平鉴别电路

使通过幅度比较后的脉冲降落电压通过由精密电阻和二极管构成的最低触发电平分压电路后加至比较器的同相端；使接收机输出的视频信号经过射极跟随器、滤波器及分压器后加至比较器的反相端。正确选择分压电路的元件数值，即可获得所需的最低触发门限电平，使得低于这一门限电平的噪声被钳制掉，并使比较器在反相端的视频幅度超过降落电压电平时翻转，比较器产生的负极性脉冲经反相后输出到窄脉冲消除和脉冲宽度限制电路。见图 7－ 24 。

（四）窄脉冲消除与脉冲宽度限制 实现窄脉冲消除和脉冲宽度限制的原理可用图 7-25 来说明。消窄限宽的基本方法是把通过幅度比较与最低触发电平鉴别电路的视频脉冲，与一个宽度为 0.4 的负脉冲及一个延迟约 0.8 的负脉冲相“与非”。

图 7-25 消窄限宽电路

s s

由图 7-26 （ａ）的波形图可知，在 0.4 负脉冲作用期间（图中的 ），与非门 的输出恒为 1而不论加在 输入端1上的视频脉冲如何；在时刻 ，延迟 0.8 的负脉冲加至输入端 3， 的输出也将变为 1；由 图 7-26 （ａ）可以看出，只有在 至 时刻之间， 的输入端 1， 2， 3， 4均为高电平，因此作用在输入端 1上的视频脉冲可使 产生约 0.4 的负脉冲输出。如果视频脉冲为宽度小于 0.4 的干扰脉冲，则无输出，见图 7-26 （ b）当加到输入端 1的视频脉冲的宽度超过 0.8时，输出仍为约 0.4 的负脉冲，见图 7-26( ｃ )。

10 tt

s3U 3U

2t s3U

1t 2t

3U

3U s

s

图 7-26 消窄与限宽原理

一、组成与工作概况

（一）电路组成

可以用不同的器件来实现模式译码和实现对编码脉冲串的间隔及宽度控制。现代机载应答机通常使用移位寄存器和门电路来实现译码和编码功能。

图 7-27为典型的译码和编码电路原理方框图。由图可见，编码和译码电路主要是由译码和编码移位寄存器、ＳＬＳ译码器、Ａ，Ｂ，Ｃ模式译码器、控制矩阵、编码启动门及抑制门、调制选通门等组成的。除此以外，电路还包括时钟产生器、脉冲宽度控制器、定时器等电路。 图 7-27 译码 - 编码电路原理方框图

第四节 译码与编码电路第四节 译码与编码电路

（二）工作概况在译码时钟的控制下，移位寄存器产生相对于输入的触发脉冲延迟 2 ， 8， 17， 21的输出。

对于正常的模式询问信号，Ａ，Ｂ，Ｃ 3个模式译码门中有一个能够产生相应的模式触发脉冲。在有效的模式触发脉冲的作用下，编码启动门使控制矩阵选用来自控制盒的飞机代码信息或来自大气数据计算机的高度编码信息 ,并同时使移位寄存器改用编码时钟。调制选通门立即将相应的脉冲编码串输送到调制器去。

二、译码电路的基本工作原理

译码电路的基本任务是鉴别询问信号的模式以产生相应的模式起动脉冲，而触发产生编码波门及抑制波门信号，见图 7-27。 所谓译码，就是鉴别视频处理器所输出的触发脉冲之间的时间间隔。鉴别的基本方法，是用移位寄存器输出的固定延迟 2 ，8， 17， 21 的脉冲为标准，去检验 脉冲或者 脉冲与 脉冲之间的时间间隔，从而判明询问模式这种判别，是通过门电路来实现的。 图 7-27 译码 - 编码电路原理方框图

s3P 2P

1P

（一）译码原理

（二）旁瓣询问鉴别与抑制1. 旁瓣询问鉴别

图 7-28 SLS 译码器简化电路及波形图（ a ）译码电路 （ b ）译码波形图

图中的 SLS译码器是由两个与非门 ， 组成的双稳触发电路。当然，也可用其他器件来组成译码器。当与非门 产生的负脉冲加到触发器的置位端 S时，即由其 端输出 SLS模式触发脉冲—— 端变为低电平，见图 7-28（ｂ）中的波形图（ 4）。

3U2U

1UQ

Q

2. 旁瓣抑制与抑制波门的产生SLS译码器 输出的低电平加至抑制门 时（图中的 时刻），抑制门（与非门） 输出变为高电平，使 输出低电平，这就是抑制波门的起始。复位脉冲加到 SLS译码器的复位端Ｒ，使译码器进而又使抑制门 复位。

Q4U

4U2t

5U

4U

（三）识别询问模式译码

1 ．识别询问模式译码识别询问译码电路由Ａ译码门、Ｂ译码门及Ａ／Ｂ译码器组成，见图 7-29 。模式 A译码门和模式Ｂ译码门的一个输入端分别加有来自移位寄存器的 8 延迟脉冲和 17 延迟脉冲。两个译码门的第三个输入端上所施加的则是模式选择预置信号：在预置模式 A时模 A译码门预置“ 1”而模Ｂ译码门预置“ 0”；在预置模式Ｂ时模Ａ译码门预置“０”而模Ｂ译码门预置“ 1”。

s s

图 7-29 A ／ B 译码电路与编码门

s s

当应答机接收到 A模式识别询问信号且控制盒预置为模式Ａ时，在 脉冲之后的 8时，移位寄存器使模 A译码门输入端 1为高电平“ 1”，触发脉冲使输入端 2为高电平，而输入端 3是预置“ 1”的，于是模式Ａ译码门（与非门）产生负脉冲——模Ａ触发信号输出。

1P

2. 编码启动门与抑制门

Ａ /Ｂ译码器置位时，其 端变为低电平“０”，这一低电平加至抑制门（见图 7－ 28中的 ），产生 28 的抑制负波门，其作用与旁瓣询问时相同。Ａ /Ｂ译码器端的低电平作用到编码启动门 的二个输入端之一，使编码启动门产生宽度也是 28 的编码正波门，从而使应答机进入正常的编码发射状态，见图 7-29 。

Q

4U s

6Us

图 7-30 模式 C 译码电路

（四）高度询问模式译码 高度询问模式译码电路与识别询问模式译码电路相同，也是由模式译码门和模式Ｃ译码器组成的，见图 7-30 。 模式Ｃ译码器置位后，它的 端低电平与 Ａ／Ｂ译码器置位时的 输出低电平一样，使编码启动门 输出 28 的正编码波门，同时使抑制门 , 输出 28 的负抑制波门，其作用与Ａ，Ｂ模式相同。 Ｃ译码器Ｑ端产生的高电平，加到控制矩阵电路，使来自大气数据计算机的高度编码信号输入。

Q

Q 6U s4U 5U s

三、编码电路的基本原理 编码电路的基本任务是在译码电路判明有效的询问模式后，产生识别代码脉冲串或高度代码脉冲串，以加到调制器去控制发射机产生射频脉冲串信号。

（一）编码脉冲串的产生

图 7-31 典型的编码电路方框图

现代应答机编码电路是以移位寄存器为核心，与应答门、控制矩阵、时钟产生器、预选控制器等组成的，见图7-31 所示的典型编码电路方框图及图 7－ 27。

当译码器鉴别出有效询问模式时，编码启动门产生的 28 编码波门使编码器及整个应答机进入编码发射状态。波门信号加至选通信号产生器，产生用于控制移位寄存器工作模式的控制信号，使移位寄存器有秩序地工作。输入的识别代码或高度信息，在时钟脉冲的控制下由寄存器的输出串行输出，形成信息脉冲串。

s

（二）脉冲宽度控制在如图 7-31 所示的编码电路中，用 690kHz 的编码时钟信号去触发一个振荡宽度为 0.45 的单稳触发电路，即可获得宽度为0.45 的周期性脉冲串。当移位寄存器有编码脉冲加到调制选通门时，调制选通门——与非门 所输出的就是宽度为 0.45 的编码脉冲。

ss

7U s

（三）控制矩阵与应答门输入控制矩阵用于选择、控制加到移位寄存器的 12个输入端的信息。除此以外，来自控制盒的各种控制信息也是通过控制矩阵实现对有关电路的控制的。

图 7-32 控制矩阵原理电路

图 7-32 所示的电路说明其中一路的工作原理。当询问信号为高度询问模式时，Ｃ译码器输出为高电平。这一高电平使高度信息输入门 NOR1选通；经反相后的低电平则将识别信息输入门 NOR2抑制。这样，若该路对应的高度码 存在，则二极管 导通， NOR1 的输入为０，输出或门输出高电平“ 1”加到移位寄存器 的输入端，使寄存器输出对应于 的编码脉冲。

1C 1CR

1C 1C

四、移位寄存器

（一）串行移位寄存器 图 7-33 是利用Ｊ－Ｋ触发器构成的移位寄存器的原理图。

如果使左端触发器的Ｊ为高值而 K为低值，则在第一个时钟脉冲的下降沿，第一级触发器的输出　转换为 1而 为０。这就是说二进制信息 1被置入了第一级寄存器。这样，在第一个时钟脉冲周期内第二级触发器的Ｊ端变为 1而Ｋ为０。于是，在第二个时钟脉冲周期内，第二级触发器的输出 转换为 1而 为０，也就是说加在移位寄存器输入端的信息 1移到了第二级的输出端。可见，信息在每个时钟周期中向左移动了一位（一级）。

图 7-33 串行移位寄存器Q

Q

Q Q

（二）并行移位寄存器 在图 7-34 所示的电路中，一组Ｎ位的二进制数码是并行地置入Ｎ级（图中为 5级）触发器的，数据的最高位置入左端的触发器，最低位置入右端触发器。在时钟脉冲的控制下，这组二进制信息逐级地由左向右移位，由右端触发器的输出端串行输出。这种工作方式称为并入一串出工作方式，它将并行的二进制信息转换为串行的二进制信息。应答机编码寄存器采用的就是这种并入一串出方式。

图 7-34 并行移位寄存器

（三）时钟周期与移位时间

信息在移位寄存器中移动一位的时间等于时钟脉冲的周期。正确选择时钟脉冲的周期，即可控制移位寄存器输出相对于输入的延迟时间或信息间隔。例如，在译码移位寄存器中，使时钟脉冲的频率为 3MHz （其周期为 0.333 ），这样在第六级移位寄存器的输出端，即可获得比输入信息延迟 6×0.333＝ 2 （ ）的输出信息。同理，增加移位寄存器的级数，即可获得延迟 8， 17和 21 的信息。

s

ss

图 7-35 应答机发射电路

基本任务：按照编码器形成的应答脉冲串产生功率为 7００Ｗ的射频脉冲信号，经由环流器输往天线辐射。

基本组成：调制器、脉冲功率振荡器及 1800Ｖ高压电源等。

第五节 发射电路第五节 发射电路

一、调制器作用 :形成幅度约为 95Ｖ的具有足够功率的调制脉冲。所形成的调制脉冲加到功率振荡器的控制栅极，以控制振荡器产生振荡。

图 7-36 调制器简化电路

组成 :由　，　组成的变压器耦合脉冲放大器。

　　图 7－ 36 为典型的应答机调制器的简化电路。1Q 2Q

二、脉冲功率振荡器　　机载应答机通常应用超高频金属陶瓷三极管与同轴谐振腔来组成Ｌ波段的脉冲功率振荡器。图 7-37为常规的用三极管组成的功率振荡器的电路原理图。该图的中间部分画出了真空三极管的阳极、栅极和阴极。图中打剖面线的部分为圆柱形的同轴谐振腔。

图 7-37 三极管功率振荡器原理图

一、离散寻址信标系统的询问信号　　离散寻址信标系统的基本思想是赋予每架飞机一个指定的地址码，由地面系统中的计算机控制进行“一对一”的点名问答。

（一） ATCRBS／ DABS 全呼叫ATCRBS／ DABS 全呼叫询问格式如图 7－ 39 所示，它是由 , , 和 脉冲所组成的。现行的 ATCRBS 机载应答机仍然是根据与脉冲之间的时间间隔作出相应的识别应答或者高度应答的。 图 7-39 ATCRBS ／ DABS 全呼叫询问模式

1P

2P 3P 4P

第六节 　离散寻址信标系统第六节 　离散寻址信标系统

（二） DABS 询问信号 1.询问格式 ADSEL／ DABS 询问由前导脉冲 , 和一个询问数据块组成，见图 7-40 。前导脉冲 , 间隔 2 ，宽度 0.8 ；数据块前沿距 前沿 3.5 ，由 56 位或 112 位的差分相移键控信号组成，每位宽度为 0.25 。如果 ADSEL／ DABS 应答机所接收到的 幅度超过数据块的幅度，应答机就不会对差分相移键控信号解码，从而实现对旁瓣询问信号的抑制。

图 7-40 ADSEL ／ DABS 询问格式（ a ）询问格式 （ b ） DPSK 信息

1P 2P

1P 2P s ss

1P

s

5P

2 ．询问内容

询问字组包括 56 位或 112 位信息，其内容为飞机地址（飞机代码）、控制字、奇偶校验及其他有关信息。由于信息可以多达 112 位，因此除了用作飞机代码、高度询问外，还可以进行其他内容的广泛的信息交换。

3 ．差分相移键控调制 DABS 数据字组采用差分相移键控（ DPSK）调制。这种调制方法是用码位中载波信号的不同相位差值来表示二进制信息的。

二、应答格式 ADSEL/DABS 信标系统的机载应答机称为模式 S(Mode S)应答机。这种应答机所产生的应答信号与询问信号相似，也是由前导脉冲与应答数据字组成的，见图 7-41 。

应答数据字组采用脉冲位置调制（ PPM ）方式，而不是 DPSK方式。把每个码位的 1 时间分成前后两个 0.5 ，如果在码位的前半部分出现脉冲，则为二进制数“ 1”；如在码位的后 0.5 内出现脉冲，则表示二进制数“ 0”。应答数据字组包括控制字、飞机地址码、高度码，以及其他需要交换的机载设备信息。

ss

s

图 7-41 ADSEL ／ DABS 应答格式

三、 DABS 应答机

图 7-42 DABS 应答机原理方框图

图 7－ 42 为一种 DABS 机载应答机的原理方框图。它大体上可分为 ATCRBS 和 DABS两个接收通道。在完成模式识别及其他处理后， DABS 处理器将应答数据输送给上通道预处理器中的 ATCRBS编码器，控制发射机产生相应的射频编码脉冲串应答信号，其工作过程与现行的 ATCRBS 应答机相同。

1 、分别说明飞机识别代码和高度码的编码原理。

2、应答机接收信号时为什么要进行旁瓣抑制，如何进行抑制？

3 、简述机载应答机系统的组成及基本工作原理。

4、画出自动过载控制电路的原理图，说明其功用。

5、应答机如何进行旁瓣询问鉴别与抑制。

6、一次雷达和二次雷达的工作原理是什么？他们的区别是什么？

习 题