Система радиолокационных радиомаяков управления воздушным движением ( ATCRBS ) - это система, используемая в системе управления воздушным движением (УВД) для улучшения наблюдения с помощью радиолокационного наблюдения и разделения воздушного движения. Он состоит из вращающейся наземной антенны и транспондеров в самолетах. Наземная антенна излучает узкий вертикальный луч микроволн.вокруг воздушного пространства. Когда луч попадает в самолет, транспондер передает ответный сигнал, предоставляя информацию, такую как высота и код Squawk, четырехзначный код, присваиваемый каждому самолету, который входит в регион. Информация об этом летательном аппарате затем вводится в систему и затем добавляется на экран контроллера для отображения этой информации при запросе. Эта информация может включать обозначение номера рейса и высоту самолета. ATCRBS помогает радарам наблюдения за воздушным движением (УВД), собирая информацию о наблюдаемом воздушном судне и предоставляя эту информацию диспетчерам радаров. Контроллеры могут использовать эту информацию для определения отраженных радаров от самолетов (известных как цели) и отличить эти отражения от наземных помех .
Части системы [ править ]
Система состоит из транспондеров , установленных на самолетах, и вторичных обзорных радаров (ВОРЛ), установленных на объектах управления воздушным движением. SSR иногда совмещается с первичным обзорным радаром или PSR. Эти две радиолокационные системы работают вместе для создания синхронизированного изображения наблюдения. SSR передает запросы и ожидает ответов. Приемоответчики, которые получают запрос, декодируют его, решают, отвечать ли, а затем при необходимости отвечают запрошенной информацией. Обратите внимание, что в общепринятом неофициальном использовании термин «SSR» иногда используется для обозначения всей системы ATCRBS, однако этот термин (как можно найти в технических публикациях) правильно относится только к самому наземному радару.
Оборудование для наземного допроса [ править ]
Наземная станция УВД состоит из двух радиолокационных систем и связанных с ними вспомогательных компонентов. Самый важный компонент - это PSR. Его также называют радаром для окраски кожи, потому что он показывает не синтетические или буквенно-цифровые символы цели, а яркие (или цветные) точки или области на экране радара, создаваемые отражениями РЧ-энергии от «кожи» цели. Это не совместный процесс, никаких дополнительных бортовых устройств не требуется. Радар обнаруживает и отображает отражающие объекты в пределах рабочего диапазона радара. Данные метеорологического радара отображаются в режиме раскрашивания кожи. Первичный обзорный радар подчиняется уравнению радараэто говорит о том, что мощность сигнала падает как четвертая степень расстояния до цели. Объекты, обнаруженные с помощью PSR, называются основными целями.
Вторая система - это вторичный обзорный радар , или SSR, который зависит от взаимодействующего транспондера, установленного на отслеживаемом воздушном судне. Транспондер издает сигнал, когда его опрашивает вторичный радар. В системе на основе транспондера сигналы падают как обратный квадрат расстояния до цели, вместо четвертой степени в первичных радарах. В результате эффективная дальность действия значительно увеличивается для данного уровня мощности. Транспондер также может отправлять закодированную информацию о летательном аппарате, такую как идентификатор и высоту.
SSR оснащен основной антенной и всенаправленным"Омни" антенна на многих старых сайтах. Более новые антенны (как на соседнем рисунке) сгруппированы как левая и правая антенны, и каждая сторона подключается к гибридному устройству, которое объединяет сигналы в суммарный и разностный каналы. На других сайтах есть как суммирующая, так и разностная антенны, а также всенаправленная антенна. Самолеты наблюдения, например, системы ДРЛО, имеют только суммарную и разностную антенны, но также могут иметь пространственную стабилизацию путем сдвига луча по фазе вниз или вверх при наклоне или наклоне. Антенна SSR обычно устанавливается на антенну PSR, поэтому они указывают в том же направлении, что и антенны. Всенаправленная антенна устанавливается рядом и высоко, обычно на верхней части обтекателя, если таковой имеется. Запросчикам режима S требуются каналы суммы и разности для обеспечения моноимпульса. возможность измерения угла отклонения от оси отклика транспондера.
SSR периодически передает запросы, пока вращающаяся антенна радара сканирует небо. Запрос определяет, какой тип информации должен отправлять отвечающий транспондер, используя систему режимов. Исторически существовало несколько режимов, но сегодня широко используются четыре: режим 1, режим 2, режим 3 / A и режим C. Режим 1 используется для сортировки военных целей на этапах миссии. Режим 2 используется для определения задач военных самолетов. Режим 3 / A используется для идентификации каждого самолета в зоне действия радара. Режим C используется для запроса / сообщения высоты воздушного судна.
Два других режима, режим 4 и режим S, не считаются частью системы ATCRBS, но они используют одно и то же оборудование для передачи и приема. Режим 4 используется военными самолетами для системы идентификации друга или противника (IFF). Режим S - это дискретный выборочный запрос, а не обычная радиовещательная передача, который упрощает использование TCAS для гражданских самолетов. Приемоответчики режима S игнорируют запросы, не адресованные с помощью их уникального идентификационного кода, что снижает перегрузку канала. При типовой установке радара ВОРЛ запросы ATCRBS, IFF и режима S будут передаваться с чересстрочной разверткой. Некоторые военные объекты и / или самолеты также будут использовать режим S.
Возврат от обоих радаров на наземной станции передается в средство УВД с помощью микроволнового канала, коаксиального канала или (с более новыми радарами) дигитайзера и модема . После получения в центре УВД компьютерная система, известная как процессор данных радара, связывает ответную информацию с соответствующей основной целью и отображает ее рядом с целью на прицеле радара.
Бортовое транспондерное оборудование [ править ]
Оборудование, устанавливаемое на самолет, значительно проще и состоит из самого транспондера, обычно устанавливаемого на приборной панели или стойке авионики , и небольшой УВЧ- антенны L- диапазона , установленной на нижней части фюзеляжа . Многие коммерческие самолеты также имеют антенну в верхней части фюзеляжа, и летный экипаж может выбрать одну или обе антенны.
Типичные установки также включают датчик высоты, который представляет собой небольшое устройство, подключенное как к транспондеру, так и к статической системе самолета. Он сообщает транспондеру барометрическую высоту воздушного судна , чтобы он мог передать эту информацию в службу УВД. Кодер использует 11 проводов для передачи информации о высоте на транспондер в виде кода Гиллхэма , модифицированного двоичного кода Грея.
Транспондер имеет небольшой необходимый набор элементов управления и прост в эксплуатации. У него есть метод ввода четырехзначного кода транспондера , также известного как код маяка или код крика , и элемент управления для передачи идентификатора , который выполняется по запросу контроллера (см. Импульс SPI ниже). Транспондеры обычно имеют 4 режима работы: выключен, режим ожидания, включен (режим-A) и альтернативный (режим-C). Режимы On и Alt отличаются только тем, что режим On запрещает передачу любой информации о высоте. Режим ожидания позволяет устройству оставаться включенным и прогретым, но запрещает любые ответы, поскольку радар используется для поиска самолета и его точного местоположения.
Теория работы [ править ]
При выполнении запроса ATCRBS выполняются следующие шаги. Во-первых, запросчик ATCRBS периодически опрашивает воздушное судно на частоте 1030 МГц. Это осуществляется с помощью вращающейся или сканирующей антенны на заданной РЛС частоте повторения импульсов (PRF). Допросы обычно выполняются со скоростью 450-500 запросов в секунду. После того, как запрос был передан, он перемещается в пространстве (со скоростью света) в направлении антенны, пока не будет достигнут самолет.
Когда самолет получает запрос, транспондер самолетаотправит ответ на частоте 1090 МГц после задержки 3,0 мкс с указанием запрошенной информации. Затем процессор дознавателя декодирует ответ и идентифицирует самолет. Дальность полета самолета определяется по задержке между ответом и запросом. Азимут воздушного судна определяется по направлению, в котором указывает антенна, когда был получен первый ответ, до тех пор, пока не будет получен последний ответ. Это окно значений азимута затем делится на два, чтобы получить вычисленный азимут "центроида". Ошибки в этом алгоритме вызывают дрожание самолета в пределах действия контроллеров, что называется "дрожанием трека". Проблема джиттера делает программные алгоритмы слежения проблематичными, и это причина, по которой был реализован моноимпульс.
Допрос [ править ]
Опросы состоят из трех импульсов длительностью 0,8 мкс, обозначаемых как P1, P2 и P3. Время между импульсами P1 и P3 определяет режим (или вопрос) запроса и, таким образом, характер ответа. P2 используется для подавления боковых лепестков, что будет объяснено позже.
Режим 3 / A использует интервал от P1 до P3 в 8,0 мкс и используется для запроса кода радиомаяка , который был назначен воздушному судну диспетчером для его идентификации. В режиме C используется интервал 21 мкс и запрашивается барометрическая высота воздушного судна, предоставляемая датчиком высоты. Режим 2 использует интервал 5 мкс и запрашивает у самолета передачу своего военного идентификационного кода. Последний назначается только военным самолетам, поэтому лишь небольшой процент самолетов фактически отвечает на запрос режима 2.
Ответ [ править ]
Ответы на запросы состоят из 15 временных интервалов шириной 1,45 мкс каждый, кодирующих 12 + 1 бит информации. Ответ кодируется наличием или отсутствием импульса 0,45 мкс в каждом слоте. Они помечены следующим образом:
F1 C1 A1 C2 A2 C4 A4 X B1 D1 B2 D2 B4 D4 F2 SPI
Импульсы F1 и F2 представляют собой импульсы кадрирования и всегда передаются транспондером воздушного судна. Они используются дознавателем для идентификации правильных ответов. Они разнесены на 20,3 мкс.
Импульсы A4, A2, A1, B4, B2, B1, C4, C2, C1, D4, D2, D1 составляют «информацию», содержащуюся в ответе. Эти биты используются по-разному для каждого режима запроса.
Для режима A каждая цифра в коде транспондера (A, B, C или D) может быть числом от нуля до семи. Эти восьмеричные цифры передаются группами по три импульса в каждой, слоты A зарезервированы для первой цифры, B - для второй и так далее.
В режиме C ответе, высота кодируется интерфейсом Gillham , Gillham код , который использует код Грея . Интерфейс Gillham может отображать широкий диапазон высот с шагом 100 футов (30 м). Передаваемая высота - это барометрическая высота, скорректированная для настройки высотомера в службе УВД. Если кодировщик не подключен, транспондер может опционально передавать только кадровые импульсы (большинство современных транспондеров это делают).
В ответе режима 3 информация такая же, как и в ответе режима A, поскольку между 0 и 7 передаются 4 цифры. Термин режим 3 используется военными, тогда как режим A - гражданский термин.
Бит X в настоящее время используется только для тестовых целей. Этот бит изначально передавался ракетами BOMARC , которые использовались в качестве испытательных целей с воздуха. Этот бит может использоваться дронами.
Импульс SPI располагается на 4,35 мкс после импульса F2 (3 временных интервала) и используется как «импульс специальной идентификации». Импульс SPI включается "контролем личности" на транспондере в кабине самолета по запросу диспетчера управления воздушным движением. Диспетчер управления воздушным движением может запросить у пилота идентификацию, и при активации контроля идентификации бит SPI будет добавлен к ответу примерно на 20 секунд (от двух до четырех оборотов антенны запросчика), тем самым выделив трек на дисплее диспетчера. .
Подавление боковых лепестков [ править ]
Направленная антенна SSR никогда не бывает идеальной; неизбежно будет "утечка" более низких уровней радиочастотной энергии во внеосевых направлениях. Они известны как боковые лепестки . Когда воздушное судно находится близко к наземной станции, сигналы боковых лепестков часто бывают достаточно сильными, чтобы вызвать ответ от их ретрансляторов, когда антенна не направлена на них. Это может вызвать ореолы , когда цель самолета может появиться более чем в одном месте на прицеле радара. В крайних случаях возникает эффект, известный как кольцо вокруг , когда приемоответчик отвечает слишком много, что приводит к дуге или кругу ответов с центром в месте расположения радара.
Для борьбы с этими эффектами используется подавление боковых лепестков (SLS). SLS использует третий импульс P2, расположенный через 2 мкс после P1. Этот импульс передается наземной станцией от всенаправленной антенны (или разностного канала антенн), а не от направленной антенны (или суммарного канала). Выходная мощность всенаправленной антенны откалибрована таким образом, чтобы при приеме самолетом импульс P2 был сильнее, чем P1 или P3, за исключениемкогда направленная антенна направлена прямо на самолет. Сравнивая относительную силу P2 и P1, бортовые транспондеры могут определить, направлена ли антенна на самолет, когда был получен запрос. Мощность разностной диаграммы направленности антенны (для систем, оборудованных таким образом) не регулируется по мощности импульсов P1 и P3. В наземных приемниках используются алгоритмы для удаления ответов на краю двух диаграмм направленности.
 | Этот раздел может потребовать очистки для соответствия стандартам качества Википедии . Конкретная проблема: материал без ссылок, добавленный в 2006 году, нуждается в отредактировании. ( Январь 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
В последнее время для борьбы с этими эффектами все еще используется подавление боковых лепестков (SLS), но по-другому. В новом и улучшенном SLS используется третий импульс, разнесенный на 2 мкс перед P3 (новая позиция P2) или после P3 (который следует называть P4 и указывать в спецификациях радара режима S и TCAS). Этот импульс передается направленной антенной на наземной станции, и выходная мощность этого импульса имеет ту же силу, что и импульсы P1 и P3. Действия, которые необходимо предпринять, указаны в новом и улучшенном C74c как:
2.6 Производительность декодирования. c. Подавление боковых лепестков. Транспондер должен быть заблокирован на период 35 ± 10 микросекунд после получения пары импульсов с надлежащим интервалом, и действие подавления должно быть способно повторно инициировать на полную продолжительность в течение 2 микросекунд после окончания любого периода подавления. Транспондер должен подавляться с эффективностью 99% в диапазоне амплитуд принятого сигнала от 3 дБ выше минимального уровня запуска до 50 дБ выше этого уровня, а также при приеме правильно распределенных запросов, когда принимаемая амплитуда P2 равна или превышает получил амплитуду P1 и разнесен на 2,0 ± 0,15 мкс от P3.
Любое требование к транспондеру по обнаружению и действию на импульс P2 через 2 мкс после того, как P1 был удален из новой и улучшенной спецификации TSO C74c.
Большинство «современных» транспондеров (производимых с 1973 г.) имеют схему «SLS», которая подавляет ответ при получении любых двух импульсов в любом запросе, разнесенных на 2,0 микросекунды и превышающих пороговое значение минимального уровня срабатывания MTL дискриминатора амплитуды приемника (P1-> P2 или P2-> P3 или P3-> P4). Этот подход использовался для соответствия оригинальному C74c, но также соответствует положениям нового и улучшенного C74c.
FAA называет невосприимчивость новых и улучшенных транспондеров, совместимых с TSO C74c, к радарам, совместимым с режимом S, и TCAS, как "проблему Terra", и издавало Директивы летной годности (AD) против различных производителей транспондеров на протяжении многих лет и в разное время. без предсказуемого графика. Проблемы с ореолом и кольцевым сигналом повторялись на более современных радарах.
В последнее время для борьбы с этими эффектами большое внимание уделяется программным решениям. Весьма вероятно, что один из этих программных алгоритмов был непосредственной причиной столкновения в воздухе недавно, поскольку один самолет, как сообщалось, показывал свою высоту в соответствии с предполетным планом полета, а не высоту, назначенную диспетчером УВД. (см. отчеты и наблюдения, содержащиеся в приведенном ниже справочном исследовании, посвященном работе радара, управляемому УВД).
Обратитесь к справочному разделу ниже, чтобы узнать об ошибках в стандартах производительности для транспондеров ATCRBS в США.
См. Справочный раздел ниже для исследования приемоответчиков на месте техническим специалистом FAA.
Дисплей радара [ править ]
Код маяка и высота исторически отображались дословно на радаре рядом с целью, однако модернизация расширила процессор данных радара с помощью процессора данных полета , или FDP. FDP автоматически назначает коды маяков планам полета , и когда этот код маяков получен от самолета, компьютер может связать его с информацией плана полета для отображения незамедлительно полезных данных, таких как позывной самолета, следующее навигационное исправление самолета, назначенное и текущее высота и т. д. возле цели в блоке данных . Хотя ATCRBS не отображает курс самолета. [1]
Режим S [ править ]
Режим S или выбор режима , хотя его еще называют режимом, на самом деле является радикально улучшенной системой, предназначенной для полной замены ATCRBS. Некоторые страны ввели режим S, а многие другие страны, включая США, начали постепенно отказываться от ATCRBS в пользу этой системы. Режим S полностью обратно совместим с существующей технологией ATCRBS.
Режим S, несмотря на то, что он называется заменой транспондерной системы для ATCRBS, на самом деле является протоколом пакетов данных, который может использоваться для дополнения оборудования определения местоположения транспондера ATCRBS (радар и TCAS).
Одним из основных улучшений режима S является возможность опрашивать один самолет за раз. При использовании старой технологии ATCRBS все воздушные суда в пределах диаграммы направленности опрашивающей станции будут отвечать. В воздушном пространстве с несколькими станциями опроса транспондеры ATCRBS в самолетах могут быть перегружены. При опросе одного самолета за раз нагрузка на транспондер самолета значительно снижается.
Второе важное улучшение - повышение точности азимута. При использовании PSR и старых SSR азимут самолета определяется методом половинного разделения (центроида). Метод половинного разделения вычисляется путем записи азимута первого и последнего ответов от самолета, когда луч радара проходит мимо своего местоположения. Затем средняя точка между начальным и конечным азимутами используется для определения местоположения самолета. С MSSR (моноимпульсный вторичный обзорный радар) и в режиме S радар может использовать информацию одного ответа для определения азимута. Это вычисляется на основе радиочастотной фазы ответа воздушного судна, определяемой суммой и разностью антенных элементов, и называется моноимпульсом. Этот моноимпульсный метод обеспечивает превосходное разрешение по азимуту и устраняет дрожание цели с дисплея.
Система Mode S также включает более надежный протокол связи для более широкого обмена информацией. С 2009 года [Обновить]эта возможность становится обязательной во всей Европе, и некоторые государства уже требуют ее использования.
Разнообразие операций [ править ]
Приемоответчики режима S с разнесением могут быть реализованы с целью улучшения наблюдения и связи "воздух-воздух". В таких системах должны использоваться две антенны, одна из которых установлена сверху, а другая - снизу. Также должны быть предусмотрены соответствующие каналы переключения и обработки сигналов для выбора наилучшей антенны на основе характеристик принимаемых сигналов запроса. Такие системы разнесения, в их установленной конфигурации, не должны приводить к ухудшению характеристик по сравнению с тем, которое было бы обеспечено одиночной системой, имеющей антенну, установленную снизу.
Перегрузка частоты, FRUIT [ править ]
Режим S был разработан как решение проблемы перегрузки частот как на восходящей, так и на нисходящей линиях (1030 и 1090 МГц). Доступный сегодня широкий охват радиолокационной службы означает, что некоторые радиолокационные станции получают ответы ретранслятора на запросы, инициированные другими близлежащими радиолокационными станциями. Это приводит к FRUIT , или ложным ответам, несинхронным во времени [1] , то есть к получению на наземной станции ответов, не соответствующих запросу. Эта проблема усугубилась с распространением таких технологий, как TCAS , в которых отдельные самолетыопрашивать друг друга, чтобы избежать столкновений. Наконец, технологические усовершенствования сделали транспондеры все более доступными, и сегодня почти все самолеты оснащены ими. В результате количество самолетов, отвечающих на SSR, увеличилось. Схема дефрутера убирает ФРУКТЫ с дисплея.
Режим S как решение проблемы перегрузки [ править ]
В режиме S эти проблемы устраняются путем присвоения воздушному судну постоянного адреса в режиме S, полученного из международного регистрационного номера воздушного судна . Затем он обеспечивает механизм, с помощью которого может быть выбран или опрошен самолет, при котором другой самолет не отвечает.
В системе также предусмотрена возможность передачи произвольных данных как на транспондер, так и с него. Этот аспект режима S делает его строительным блоком для многих других технологий, таких как TCAS 2, служба информации о дорожном движении (TIS) и автоматическое зависимое наблюдение-широковещание .
См. Также [ править ]
- Акронимы и сокращения в авионике
Ссылки [ править ]
- ^ Jeppesen
- История режима S: Технология Link авиакомпании Air Traffic Control Data (12/15/2000) - История развития режима S в MIT «s Lincoln Laboratory
- Программа EUROCONTROL Mode S & ACAS - Домашняя страница программы координации внедрения европейского режима S и ACAS
- FAA TSO C74c (20.02.1973) - Минимальные стандарты производительности для транспондеров ATCRBS в США (исторические данные)
- Контроллер FAA Исследование того, как работает его радар
- Подробнее о "The Terra Problem" (мертвая ссылка, 2016 г.)
- История режима S AIS-P: усовершенствование технологии позиционирования для органов управления воздушным движением - История разработки AIS-P в консорциуме TailLight
- AlliedSignal Aerospace (1996) Bendix / King KT76A / 78A Руководство по обслуживанию транспондеров ATCRBS. (Ред. 6) (Мертвая ссылка, 2016 г.)
- RTCA / DO-181C, 12 июня 2001 г .: «Стандарты минимальных эксплуатационных характеристик для бортового оборудования системы управления воздушным движением / выбора режима (ATCRBS / MODE S)»
Дальнейшее чтение [ править ]
- Эшли, Аллан (сентябрь 1960). Изучение сообщений о высоте через систему радиолокационных маяков УВД . Дир-Парк, Нью-Йорк, США: Лаборатория бортовых приборов. Отчет 5791-23. Краткое содержание (стр. 62-45) - Сводные тезисы технических отчетов: Общее распространение. 1957–1962 (1962). (59 страниц)
- Эшли, Аллан (декабрь 1961 г.). «Конфигурация кода для автоматической передачи отчетов о высоте через ATCRBS». IRE Сделки по аэрокосмической и навигационной электронике . Мелвилл, Нью-Йорк, США: Институт радиоинженеров . АНЭ-8 (4): 144–148. DOI : 10.1109 / TANE3.1961.4201819 . eISSN 2331-0812 . ISSN 0096-1647 . (5 страниц)
- «Премия пионера 1983 года» . IEEE Transactions по аэрокосмическим и электронным системам . IEEE . AES-19 (4): 648–656. Июль 1983. архивации от оригинала на 2020-05-16 . Проверено 16 мая 2020 .
[…] Комитет по присуждению премий «Пионер» Общества аэрокосмических и электронных систем IEEE назвал […] Аллана Эшли […] Джозефа Э. Херманна […] Джеймса С. Перри […] лауреатами Премии «Пионер» 1983 года в знак признания весьма значительный вклад, сделанный ими. «ЗА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ГОЛОСОВ И ДАННЫХ, РАДИОСВЯЗИ И ЭЛЕКТРОНИКИ» Премия была вручена на выставке NAECON 18 мая 1983 года. […]
(9 страниц)
Внешние ссылки [ править ]
- "Avionics" - летная статья 1971 года о системе RRE 1963 года.
