Система радаров -маяков управления воздушным движением

Система радарных маяков управления воздушным движением ( ATCRBS ) - это система, используемая в управлении воздушным движением (ATC) для повышения мониторинга радиолокатора наблюдения и разделения воздушного движения. Он состоит из вращающейся наземной антенны и транспондеров в самолетах. Земная антенна подметает узкий вертикальный луч микроволновых печей вокруг воздушного пространства. Когда луч поражает самолет, транспондер передает обратный сигнал обратного возврата, предоставляя такую ​​информацию, как высоту и код Squawk, четырехзначный код, назначенный каждому самолету, который входит в область. Информация об этом самолете затем вводится в систему и впоследствии добавляется на экран контроллера, чтобы отобразить эту информацию при запросе. Эта информация может включать обозначение номера полета и высоту самолета. ATCRBS помогает радиолокациям наблюдения за воздушным движением (ATC), получая информацию о контролируемых самолетах , и предоставляя эту информацию контроллерам радаров. Контроллеры могут использовать информацию для определения доходности радара с самолетов (известный как цели ) и отличить эти возвраты от земли .

Части системы

Система состоит из транспондеров , установленных в самолетах, и вторичных радаров наблюдения (SSR), установленных на установках управления воздушным движением. SSR иногда совпадает с первичным радаром наблюдения или PSR. Эти две радиолокационные системы работают совместно для создания синхронизированного изображения наблюдения. SSR передает допросы и прослушивает любые ответы. Преобразования, которые получают допрос, декодируют его, решают, отвечать ли, а затем отвечать с запрошенной информацией, когда это необходимо. Обратите внимание, что в общем неформальном использовании термин «SSR» иногда используется для обозначения всей системы ATCRBS, однако этот термин (как обнаружено в технических публикациях), правильно относится только к самому наземному радару.

Антенная . система типичного радара управления воздушным движением, ASR-9 Антенна изогнутой отражатели внизу представляет собой первичный радар наблюдения (PSR), а плоская антенна поверх него - вторичный радар наблюдения (SSR). В операции антенна вращается вокруг вертикальной оси, подметая вертикальную вентиляционную лучу микроволн вокруг локального воздушного пространства, чтобы найти и отслеживать самолеты.

Наземное оборудование для допросов

Наземная станция ATC состоит из двух радиолокационных систем и связанных с ними компонентов поддержки. Самым выдающимся компонентом является PSR. Он также называется радаром для кожи, потому что он показывает не синтетические или альфа-ячечные символы мишени, а яркие (или цветные) вспышки или области на радиолокационном экране, создаваемых энергетическими отражениями RF от «кожи цели». Это некооперативный процесс, никаких дополнительных авионических устройств не требуется. Радар обнаруживает и отображает отражающие объекты в диапазоне радара. Данные о погоде радара отображаются в режиме краски кожи. Основной радар наблюдения подвержен радиолокационному уравнению , в котором говорится, что сила сигнала опускается как четвертая сила расстояния до цели. Объекты, обнаруженные с использованием PSR, известны как основные цели.

Вторая система является вторичным радаром наблюдения , или SSR, который зависит от сотрудничающего транспондера, установленного на отслеживаемом самолете. Перевод излучает сигнал, когда он опровергается вторичным радаром. В системе на основе транспондера сигнализируют, что выпадает в качестве обратного квадрата расстояния до цели, вместо четвертой мощности в первичных радарах. В результате, эффективный диапазон значительно увеличен для данного уровня мощности. Перевод также может отправлять закодированную информацию о самолете, такую ​​как личность и высота.

SSR оснащен основной антенной и вспоминающейся «омни» антенной на многих старых участках. Новые антенны (как на соседнем изображении), сгруппированы как левая и правая антенна, и каждая сторона подключается к гибридному устройству, которое объединяет сигналы в сумму и разницы. Все еще другие сайты имеют как сумму, так и разницу антенну, и омни антенна. Самолеты наблюдения, например, AWACS, имеют только антенны суммы и разности, но также могут быть стабилизированы пространством путем сдвига фазы, сдвигающего луча вниз или вверх при разбите или свертывании. Антенна SSR обычно подходит к антенне PSR, поэтому они указывают в том же направлении, что и антенна вращаются. Основная антенна монтируется вблизи и высокой, обычно на вершине радома, если он оснащен. Последователи Mode-S требуют, чтобы сумма и различные каналы обеспечивали способность монопульса измерить угол вне бортиня ответа транспондера.

SSR повторно передает допросы, поскольку вращающаяся радиолокационная антенна сканирует небо. В допросе указывается, какой тип информации должен отправлять ответный транспондер, используя систему режимов. Исторически использовался ряд режимов, но сегодня четыре используются общими: режим 1, режим 2, режим 3/a и режим C. Режим 1 используется для сортировки военных целей во время этапов миссии. Режим 2 используется для определения миссий военных самолетов. Режим 3/A используется для идентификации каждого самолета в зоне покрытия радара. Режим C используется для запроса/сообщить о высоте самолета.

Два других режима, режим 4 и режима S, не считаются частью системы ATCRBS, но они используют одно и то же оборудование для передачи и получают. Режим 4 используется военным самолетом для идентификационного друга или системы противника (IFF). Режим S - это отдельный селективный допрос, а не общая трансляция, которая облегчает TCA для гражданских самолетов. Режим S прозвучны игнорируют опросы, не рассматриваемые с их уникальным кодом идентификации, снижая перегрузку канала. При типичной установке радара SSR, ATCRBS, IFF и Mode S будет передаваться в интеркированном виде. Некоторые военные объекты и/или самолеты также будут использовать режим S.

Возвращение от обоих радаров на наземной станции передается на ATC -объект с использованием микроволновой ссылки, коаксиальной связи или (с более новыми радарами) дифрового и модема . После получения на объекте ATC, компьютерная система, известная как радар процессор данных, связывает информацию о ответе с соответствующей основной целью и отображает ее рядом с целью применения радара.

Оборудование для воздушного транспондера

Оборудование, установленное на самолете, значительно проще, состоящее из самого транспондера, обычно установленного на приборной панели или стойке авионики , и небольшой , антенны UHF UHF установленной на дне фюзеляжа . Многие коммерческие самолеты также имеют антенну на вершине фюзеляжа, и любая или обе антенны могут быть выбраны летной командой.

Типичные установки также включают энкодер высоты, который представляет собой небольшое устройство, подключенное как к транспондеру, так и к статической системе самолета. самолета Он обеспечивает высоту давления для транспондера, так что он может передавать информацию в объект УВД. Энкодер использует 11 проводов для передачи информации о высоте в транспондер в форме кода Гиллхэма , модифицированного бинарного серого кода.

Легкий транспондер самолета

Перевод имеет небольшой необходимый набор элементов управления и прост в эксплуатации. У него есть метод для ввода четырехзначного кода транспондера , также известного как код маяка или код Squawk , и элемент управления для передачи идентификации , который выполняется по запросу контроллера (см. Plyse Pulse ниже). Транспорты, как правило, имеют 4 режима эксплуатации: выключение, резервное положение, ON (Mode-A) и Alt (Mode-C). Режим включения и ALT отличается только тем, что режим ON ингибирует передачу любой информации о высоте. Режим ожидания позволяет устройству оставаться питанием и нагреваться, но препятствует любым ответам, поскольку радар используется для поиска самолета и точного местоположения самолета.

Теория операции

Шаги, связанные с выполнением допроса ATCRBS, заключаются в следующем: во -первых, последователь ATCRBS периодически допрашивает самолеты на частоте 1030 МГц. Это делается с помощью вращающейся или сканирующей антенны на частоте повторения импульса радара (PRF). Опросы обычно выполняются при 450 - 500 допросах/второй. Как только допрос был передан, он проходит через пространство (со скоростью света) в направлении, в котором антенна указывает до достижения самолета.

Когда самолет получает допрос, транспондер самолета отправит ответ на 1090 МГц после задержки 3,0 мкс, указывающего на запрошенную информацию. Затем процессор допрограмма будет расшифровать ответ и определить самолет. Диапазон самолета определяется по задержке между ответом и допросом. Азимут самолета определяется в направлении, в котором антенна указывает, когда был получен первый ответ, пока не будет получен последний ответ. Затем это окно азимут -значения делится на два, чтобы дать рассчитанную азимут «центроид». Ошибки в этом алгоритме приводят к дрожанию самолета по всему сферу контроллера и называются «джанитер трека». Проблема дрожания делает алгоритмы отслеживания программного обеспечения проблематичными и является причиной, по которой был реализован монопульс.

Допрос

Опросы состоят из трех импульсов, 0,8 мкс в продолжительности, называемые P1, P2 и P3. Время между импульсами P1 и P3 определяет режим (или вопрос) допроса, и, следовательно, какой должен быть природа ответа. P2 используется в подавлении бокового движения, объясняется позже.

Режим 3/A использует расстояние от P1 до P3 8,0 мкс и используется для запроса кода маяка , который был назначен самолетом контроллером для его идентификации. Mode C использует расстояние 21 мкс и запрашивает высоту давления самолета, обеспечиваемая энкодером высоты. Mode 2 использует расстояние 5 мкс и запрашивает самолет передавать свой военный код идентификации. Последний назначен только на военные самолеты, и поэтому лишь небольшой процент самолетов фактически отвечает на допрос режима 2.

Ответ

Ответы на допросы состоят из 15 временных слотов, каждый из которых 1,45 мкс, кодируя 12 + 1 бит информации. Ответ кодируется присутствием 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 являются кадрирующими импульсами и всегда передаются транспондером самолета. Они используются допросом для определения законных ответов. Они расположены на расстоянии 20,3 мкс.

A4, A2, A1, B4, B2, B1, C4, C2, C1, D4, D2, D1 Импульсы представляют собой «информацию», содержащуюся в ответе. Эти биты используются по -разному для каждого режима опроса.

Для режима A, каждая цифра в коде транспондера (A, B, C или D) может быть числом от нуля до семи. Эти восьмировки передаются в виде групп по три импульса в каждом, A -слоты, зарезервированные для первой цифры, B для второго и так далее.

В ответе в режиме C высота кодируется интерфейсом Gillham , Gillham Code , который использует Grey Code . Интерфейс Gillham способен представлять широкий спектр высот с шагом 100-футовой (30 м). Передаваемая высота представляет собой высоту давления и корректируется для настройки альтиметра на объекте УВД. Если кодер не подключен, транспондер может при желании передавать только кадрирующие импульсы (большинство современных транспондеров делают).

В ответе в режиме 3 информация такая же, как и режим ответа в том, что между 0 и 7 -м и 7 -м. Термин «режим 3» используется военными, тогда как режим А является гражданским термином.

X -бит в настоящее время используется только для испытательных целей. Этот бит был первоначально передаваться ракетами Bomarc , которые использовались в качестве испытательных целей. Этот бит может использоваться самолетами беспилотников.

Импульс SPI расположен на 4,35 мкс через импульс F2 (3 временных интервала) и используется в качестве «специального импульса идентификации». Импульс SPI включается «контроль идентификации» на транспондере в кабине самолета по запросу управления воздушным движением. Авиационный контроллер может попросить пилота идентифицировать, и когда активируется управление идентификацией, бит SPI будет добавлен в ответ в течение примерно 20 секунд (от двух до четырех вращений антенны -интеррогатора), тем самым выделяя дорожку на дисплее контроллеров. Полем

Подавление боковой доли

Направленная антенна SSR никогда не бывает идеальной; Неизбежно это будет «утечь» более низкие уровни радиочастотной энергии в направлениях вне осевой. Они известны как боковые доли . Когда самолеты находятся недалеко от наземной станции, сигналы боковой доли часто достаточно сильны, чтобы получить ответ от своих транспондеров, когда антенна не указывает на них. Это может вызвать призраки , где цель самолета может появиться в нескольких местах на радаре. В крайних случаях возникает эффект, известный как кольцо , когда транспондер отвечает на избыток, что приводит к дуге или кругу ответов, сосредоточенных на радарном участке.

Для борьбы с этими эффектами подавление боковой доли используется (SLS). SLS использует третий импульс, P2, расположенный через 2 мкс после P1. Этот импульс передается из всенаправленной антенны (или разности антенн) на наземной станции, а не от направленной антенны (или канала суммы). Выход мощности от всенаправленной антенны калибруется таким образом, что при получении самолета импульс P2 сильнее, чем P1 или P3, за исключением случаев, когда направленная антенна направляет непосредственно на самолет. Сравнивая относительные сильные стороны P2 и P1, воздухозащитники могут определить, указывает ли антенна на самолет при получении допроса. Мощность к разнице антенны (для систем, оборудованных), не регулируется из -за мощности импульсов P1 и P3. Алгоритмы используются в приемниках заземления, чтобы удалить ответы на краю двух шаблонов луча.

Для борьбы с этими эффектами в последнее время подавление боковой доли (SLS) все еще используется, но по -разному. В новом и улучшенном SLS используется третий импульс, расположенный 2 мкс либо до P3 (новое положение P2), либо после P3 (которое следует назвать P4 и отображаться в спецификациях RADAR и TCAS). Этот импульс передается от направленной антенны на наземной станции, и выходная мощность этого импульса является той же прочностью, что и импульсы P1 и P3. Действие, которое необходимо предпринять, указано в новом и улучшенном C74C как:

2.6 Декодирование производительности. в Подавление боковой лобости. Переводчик должен быть подавлен в течение периода 35 ± 10 микросекунд после получения пары импульсов надлежащего действия между расстоянием и подавления, должно быть способным быть повторно повторно в течение полной продолжительности в течение 2 микросекунды после окончания любого периода подавления. Транспондер должен быть подавлен с эффективностью 99 процентов по сравнению с диапазоном амплитуды полученного сигнала от 3 дБ выше минимального уровня запуска и 50 дБ выше этого уровня и при получении надлежащих распределенных опросов, когда полученная амплитуда P2 равна или в избытке Полученная амплитуда P1 и ранее 2,0 ± 0,15 микросекунды от P3.

Любое требование в транспондере для обнаружения и действия P2 Pulse 2 мкс после того, как P1 был удален из новой и улучшенной спецификации TSO C74C.

У большинства «современных» транспондеров (изготовленных с 1973 года) есть цепь «SLS», которая подавляет ответ при получении любых двух импульсов в любом допросе, расположенном на 2,0 микросекундах, которые выше минимального порога уровня запуска MTL (P1-> Discinator (P1-> P2 или P2-> P3 или P3-> P4). Этот подход использовался для соблюдения оригинального C74C, но также соответствует положениям нового и улучшенного C74C.

FAA относится к не реагированию новых и улучшенных транспондеров, соответствующих TSO C74C, с совместимыми с радарами и TCAS Mode как «проблемой Terra» и выпустил директивы по воздушности (ADS) против различных производителей транспондеров, на протяжении многих лет, в разное время, в разное время, в разное время, в разное время, в разное время (ADS). В без предсказуемого графика. Призраки и звонки вокруг проблем повторились на более современных радарах.

Чтобы бороться с этими эффектами в последнее время, отличный акцент делается на программные решения. Весьма вероятно, что одним из этих программных алгоритмов была непосредственная причина столкновения в воздухе, так как один самолет был сообщено на показе его высоты в качестве предварительного плана полета, а не высотой, назначенной контроллером ATC (См. Отчеты и наблюдения, содержащиеся в приведенном ниже эталонном исследовании пассажиров ATC, контролируемого ATC о том, как работал радар).

См. Справочный раздел ниже для ошибок в стандартах производительности для транспондеров ATCRBS в США.

См. Справочный раздел ниже для изучения технического специалиста FAA о транспондерах на месте.

Радар дисплей

Деталь радара -экрана: цель в режиме краски кожи (янтарь) и как синтетическое видео (белое)

Код и высота маяка были исторически отображались дословно на радаре с радаром рядом с целью, однако модернизация расширила процессор радиолокационного процессора с помощью процессора полетов или FDP. FDP автоматически назначает коды маяков планам полета , и когда этот код маяка получен с самолета, компьютер может связать его с информацией о плане полета с немедленными полезными данными, такими как воздушные вызовы , следующее навигационное исправление самолета, назначенное и текущее высота и т. Д. Вблизи цели в блоке данных . Хотя ATCRBS не отображает заголовок самолета.

Режим с

См. Также: вторичный радар для наблюдения § Режим S

Режим S или режим выбора , несмотря на то, что также называется режим, на самом деле является радикально улучшенной системой, предназначенной для вообще замены ATCRBS. В нескольких странах есть мандатные режимы, и многие другие страны, включая Соединенные Штаты, начали искать ATCRBS в пользу этой системы. Mode S разработан так, чтобы быть полностью обратно совместимым с существующей технологией ATCRBS.

Режим S, несмотря на то, что его называют системой замены транспондеров для ATCRBS, на самом деле представляет собой протокол пакета данных, который можно использовать для увеличения оборудования для позиционирования транспондера ATCRBS (радар и TCAS).

Одним из значительных улучшений режимов является возможность опросить один самолет одновременно. С помощью старой технологии ATCRBS все самолеты в рамках балки отвечают. В воздушном пространстве с несколькими станциями опроса транспондеры ATCRBS в самолетах могут быть перегружены. Опросив один самолет за раз, рабочая нагрузка на транспондер самолета значительно снижается.

Вторым значительным улучшением является повышенная точность азимута. С PSRS и старыми SSRS азимут самолета определяется методом Half Split (Centroid). Метод половины разделения вычисляется путем записи азимута первого и последнего ответов с самолета, поскольку радиолокарный луч сдвигается мимо своего положения. Затем средняя точка между началом и остановкой азимута используется для положения самолета. С MSSR (монопульсный вторичный радар наблюдения) и режимами S радар может использовать информацию одного ответа для определения азимута. Это рассчитывается на основе радиочастотной фазы ответа самолета, как определено элементами антенны суммы и разности, и называется монопульсом. Этот метод монопульса приводит к превосходному разрешению азимута и удаляет целевой дрожатель с дисплея.

Система Mode S также включает в себя более надежный протокол связи для более широкого разнообразия обмена информацией. По состоянию на 2009 год Эта возможность становится обязательной по всей Европе, а некоторые государства уже требуют его использования.

Операции разнообразия

Преобразования режима разнообразия могут быть реализованы с целью улучшения наблюдения и связи с воздухом-эфиром. Такие системы должны использовать две антенны, одна установлен сверху, а другой - на дне самолета. Соответствующие каналы переключения и обработки сигналов для выбора лучшей антенны на основе характеристик Полученные сигналы допроса также должны быть предоставлены. Такие системы разнообразия в их установленной конфигурации не должны привести к деградированной производительности по сравнению с тем, что было бы создано одной системой, имеющей антенну, установленную на дне.

Частота заторов, фрукты

Режим S был разработан в качестве решения для заторов частоты как на частотах восходящей линии связи, так и на нисходящей линии связи (1030 и 1090 МГц). Высокий охват радиолокационной службы, доступный сегодня, означает, что некоторые радиолокационные сайты получают ответы транспондера от вопросов, которые были инициированы другими близлежащими радиолокационными участками. Это приводит к плодам , или ложным ответам несисьхронным во времени [1] , который представляет собой прием ответов на наземной станции, которая не соответствует допросу. Эта проблема ухудшилась с растущей распространенностью таких технологий, как TCAS , в которых отдельные самолеты допрашивают друг друга, чтобы избежать столкновений. Наконец, улучшения технологий сделали транспондеры все более доступными, так что сегодня почти все самолеты оснащены ими. В результате огромное количество самолетов, отвечающих на ССР, увеличилось. Схема Defruiter очищает фрукты с дисплея.

Режим S в качестве решения за перегрузкой

Попытки режима уменьшить эти самолета Проблемы путем назначения самолета постоянного режима S, полученного из международного регистрационного номера . Затем он предоставляет механизм, с помощью которого можно выбрать самолет или опросить, так что ни один другой самолет отвечает.

Система также имеет положения о передаче произвольных данных как к транспондеру. Этот аспект Mode S делает его строительным блоком для многих других технологий, таких как TCAS 2, Служба информации о трафике (TIS) и автоматическое зависимое наблюдение .

Смотрите также

• Аббревиатуры и сокращения в авионике

Ссылки

• История режима S: технология передачи данных управления воздушным движением (15.12.2000) - История разработки режимов S в ' MIT 's Lincoln Lincoln Laboratory
• Eurocontrol Mode S & ACAS Программа - домашняя страница для программы по внедрению European Mode S & ACAS
• FAA TSO C74C (20.02.1973) - Минимальные стандарты производительности для транспондеров ATCRBS в США (исторический)
• Изучение контроллера FAA о том, как работает его радар
• Подробнее о «проблеме Terra» (Dead Link 2016)
• История режима S AIS-P: Увеличение технологии позиционирования воздушного движения -история развития AIS-P в консорциуме The The The Hillight
• AlliedSignal Aerospace (1996) Bendix/King KT76A/78A Руководство по обслуживанию транспондера ATCRBS. (Откр. 6) (Dead Link 2016)
• RTCA/DO-181C, 12 июня 2001 года: «Минимальные стандарты эксплуатационной производительности для управления воздушным движением Система маяков/режим Select (ATCRBS/MODE S) Оборудование для воздушного борьбы»

Дальнейшее чтение

• Эшли, Аллан (сентябрь 1960 г.). Изучение отчетности по высоте через систему радиолокационных маяков ATC (отчет). Олень Парк, Нью -Йорк: Лаборатория Airborne Instruments. Отчет 5791-23. (59 страниц)
  • Сводка на: «Изучение отчетности по высоте через систему радарных маяков ATC». Консолидированные тезисы технических отчетов: общее распространение. 1957–1962 (Аннотация). Тол. 1. Вашингтон, округ Колумбия: Федеральное авиационное агентство. Январь 1963 г. с. 45
• Эшли, Аллан (декабрь 1961 г.). «Конфигурация кода для автоматической высоты отчетности через ATCRBS». IRE Transactions на аэрокосмической и навигационной электронике . Ane-8 (4). Мелвилл, Нью -Йорк, США: Институт инженеров радио : 144–148. doi : 10.1109/tane3.1961.4201819 . EISSN   2331-0812 . ISSN   0096-1647 . S2CID   51647765 . (5 страниц)
• «Пионерская премия 1983 года» . IEEE транзакции на аэрокосмических и электронных системах . AES-19 (4). IEEE : 648–656. Июль 1983 г. DOI : 10.1109/TAES.1983.309363 . Архивировано из оригинала 2020-05-16 . Получено 2020-05-16 . […] Комитет по премии Pioneer Аэрокосмической и электронной системной общества IEEE назвал […] Аллан Эшли […] Джозеф Э. Германн […] Джеймс С. Перри […] в качестве получателей премии Pioneer 1983 Очень значительный вклад, внесенный ими. «За продвижение состояния искусства голоса и данных радиосвязи и электроники». Награда была вручена в Naecon 18 мая 1983 года. […] (9 страниц)

Внешние ссылки

• «Авионика» статья 1971 года летная о системе RRE 1963 года.