Systémy zabezpečenia a riadenia leteckej prevádzky II

1. Systémy zabezpečenia a riadenia leteckej prevádzky II Systémy spracovania radarových a letových dát http://web.tuke.sk/lf-klp/Fabry%20Lubomir/ Ing. Ľubomír FÁBRY, PhD. www.fabryatc.net Ing. Ľubomír FÁBRY, PhD.

2. Spracovanie informácií o polohách cieľov - RDP RDP prijíma, spracováva a distribuuje radarové informácie pre zobrazenie (napr. pre pozíciu radarového riadiaceho), ako aj pre ďalšie spracovanie – napr. tvorbu radarových výstrah, pre automatické aktualizácie letových plánov na základe informácie z radaru. Spracovanie plánovacích informácií - FDP FDP prijíma, spracováva a distribuuje plánovacie informácie (t.j. správy letových plánov a koordinačné správy, správy o výškovom vetre, manuálne vstupy používateľov), ktoré sú potrebné pre získanie a udržanie prehľadu o letovej prevádzke. Zobrazenie uvedených informácií(ako aj ďalších, ako napr. máp, radarových výstrah a pod.) a umožnenie interakcie používateľov so systémom prostriedkami HMI, hlavne z dôvodu aktualizácie údajov; prostredníctvom HMI systém poskytuje svojim používateľom napr. zobrazenie vzdušnej situácie v reálnom čase s aktuálnou plánovacou informáciou, ďalej napr. prístup k databázam a niektorým (online) systémovýmparametrom a pod. • V súčasnosti pod pojmom „systémy spracovania radarových a letových dát“ (DPS –Data Processing System) rozumieme systém, ktorý poskytuje pre svojich používateľov (ktorými sú hlavne stanovištia LPS – letových prevádzkových služieb) • informácie o polohách cieľov (poloha, výška, rýchlosť), • ich letové plány s aktuálnymi trajektóriami • ako aj rôzne pomocné funkcie, ktoré uľahčujú riešenie konkrétnych prevádzkových situácií (napr. predikciu trate, rada- • rové výstrahy a pod.). • Samozrejmosťou je pomerne vysokáúroveň spracovania (multiradarová informácia, priebežná aktualizácia plánovacej informácie, automatická koordinácia a pod.) a komfortné používateľskérozhranie (HMI –Human Machine Interface). Zjednodušene riešia systémy DPS tri základnéúlohy: − spracovanie informácií o polohách cieľov (RDP –Radar Data Processing) − spracovanieplánovacích informácií (FDP –Flight Data Processing) − zobrazenie uvedených informácií (RDD – Radar Data Display radarové informácie (EDD – Electronic Data Display stripové informácie

3. Spracovanie radarových dát - rádiolokátory Z pohľadu riadiacich letovej prevádzky je kvalitné a bezporuchové sledovanie jednou zo základných podmienok pre bezpečnosť, plynulosť a ekonomiku letovej prevádzky. Pod pojmom sledovanie rozumieme zisťovanie polôh lietadiel tak, aby riadiaci letovej prevádzky mohol dodržať bezpečný rozstup medzi nimi. Sledovanie predstavuje jednu z úloh, ktoré plní zabezpečovacia letecká technika (ZLT) pri podpore poskytovania letových prevádzkových služieb. Názov sledovanie pochádza z anglického výrazu pre prostredie technického zabezpečenia letových prevádzkových služieb a to CNS (communication, navigation, surveillance), kde surveillance je výraz pre sledovanie. EDD RDD Základnéúlohy DPS Jednotlivé funkcie môžu byť realizovaná jedným alebo viacerými počítačmi (resp.technickými zariadeniami), v závislosti od konkrétneho systému

4. Rozdelenie podľa princípu činnosti: • aktívne radary – objekt a jeho polohu zisťujú pomocou určitého vyslaného signálu, ktorý sa buď odrazí od cieľa a po prijatí radarom sa ďalej spracuje (primárny radar –nezávislé sledovanie), alebo vyslaný signál aktivuje špeciálne zariadenie umiestnené na cieli a to následne vyšle nový signál, ktorý radar prijme a vyhodnotí (sekundárny radar - kooperatívne nezávislé sledovanie). Vysielač a prijímač radaru sú umiestnené na rovnakom mieste • poloaktívne radary – vysielač radaru je umiestnený na inom mieste ako prijímač, využívajú sa hlavne vo vojenskej oblasti napr. navádzanie riadených striel • pasívne radary – cieľ a jeho polohu zisťujú na základe príjmu elektromagnetických signálov, ktoré cieľ vyžaruje (rádiové vlny a pod.). Existuje niekoľko spôsobov sledovania: • nezávislé sledovanie – cieľ je sledovaný bez potreby spolupracujúceho zariadeia umiestneného na cieli (palube lietadla) • kooperatívne nezávislé sledovanie – vyžaduje prítomnosť spolupracujúceho zariadenia umiestneného na cieli (palube lietadla) • automatické závislé sledovanie (ADS) – cieľ sám zisťuje svoju polohu a posiela informáciu o nej pozemným systémom. Samotnú funkciu nezávislého alebo kooperatívneho nezávislého sledovania vykonávajú radarové systémy, ktoré predstavujú zložitý reťazec mnohých podsystémov a zariadení. Na jeho začiatku sa nachádzajú rádiolokátory. • Rádiolokátor, alebo v súčasnosti častejšie používaný názov radar (RAdio Detection And Ranging) je rádioelektronické zariadenie, ktoré slúži na zisťovanie cieľov a ich polohy v priestore pomocou elektromagnetického (EMG) vlnenia v pásme rádiových vĺn. • Oblasť, ktorá sa zaoberá procesom tohto zisťovania sa nazýva rádiolokácia. • Rozdelenie radarov • Radary je všeobecne možné rozdeliť do viacerých skupín: • podľa princípu činnosti • podľa pracovnej frekvencie • podľa charakteru vysielaného signálu • podľa účelu použitia

5. Metódy merania súradníc cieľov • Na to, aby bolo možné cieľ detekovať a odmerať jeho súradnice, musí radar zosnímať celý priestor v rámci svojho krytia. Toto je zabezpečené otáčaním vyžarovacej charakteristiky antény radaru a to buď: • mechanickým spôsobom, kedy sa otáča celá anténa alebo, • elektronickým spôsobom, kedy špeciálny elektronický systém • otáča len samotnou vyžarovacou charakteristikou antény a anténa • je statická. • Podľa toho, okolo koľkých osí sa vyžarovacia charakteristika antény otáča, existujú dva spôsoby snímania priestoru: • • jednoduché, • • zložené. • Základné charakteristiky radarov • Základné charakteristiky, podľa ktorých hodnotíme vlastnosti a kvalitu radarov, používaných pri poskytovaní LPS, sú: • dosah, krytie, • pravdepodobnosť detekcie cieľa, • presnosť určenia polohy cieľa v diaľke a azimute, rozlišovacia • schopnosť v diaľke a azimute. • Všetky tieto charakteristiky závisia od množstva ďalších parametrov radarov ako sú pracovná frekvencia, výkon vysielača, šírka vysielaných impulzov, šírka horizontálneho zväzku antény, citlivosť prijímača, opakovacia frekvencia, čas trvania jednej otáčky antény a pod. Pri jednoduchom snímaní sa vyžarovacia charakteristika antény otáča okolo jednej osi (vertikálna os pri prehľadových radaroch). Takéto snímanie priestoru umožňuje určiť maximálne dve súradnice cieľa a to šikmú diaľku a azimut. Pri zloženom snímaní vykonáva vyžarovacia charakteristika antény pohyb okolo dvoch osí, vertikálnej a horizontálnej. V tomto prípade je možné okrem diaľky a azimutu zistiť aj výšku cieľa. Radary, ktoré sa využívajú v civilnom letectve, používajú mechanické otáčanie vyžarovacej charakteristiky antény a vo všeobecnosti merajú dve súradnice cieľov, šikmú diaľku a azimut (polárne súradnice). Niektoré systémy sú schopné vyhodnotiť aj výšku cieľa na základe informácie zo spolupracujúceho zariadenia, ktoré je umiestnené na palube lietadla Rozdelenie podľa účelu použitia: • prehľadové– slúžia na zisťovanie celkovej situácie v tej časti vzdušného priestoru (riadenej oblasti), ktorá sa nachádza v ich dosahu • pristávacie – slúžia na presné navedenie lietadla na pristávaciu dráhu • pozemné – (ground) slúžia na zisťovanie polohy lietadiel a iných mobilných prostriedkov, ktoré sa pohybujú po prevádzkových plochách letiska • meteorologické– slúžia na zisťovanie polohy a veľkosti meteorologických objektov.

6. Primárny radar Princíp činnosti primárneho radaru možno prirovnať k princípu ľudského ucha. Ucho je schopné rozpoznať zvuky, ktoré prichádzajú z okolia a sú odrážané od predmetov (ozvena). Zvuky sú vytvárané prírodným spôsobom, vietor, vtáky, voda, hlasy ..., alebo umelým zdrojom priemyselné zvuky, špeciálne zariadenia... Všetky tieto zvuky majú tendenciu sa od prekážok odrážať a šíriť sa ďalej v priestore Princíp činnosti primárneho radaru je podobný, lebo radar prijíma EMG vlny, ktoré sa odrážajú od cieľa. Zdrojom „hluku“ je vysielač (umelý zdroj), ,,uchom“ je prijímač. Elektrický signál, ktorý vystupuje z prijímača sa nazýva echo. Indikátor predstavuje vyhodnocovaciu časť (mozog). Pri väčšine radarov sú vysielač a prijímač umiestnené na jednom mieste a vtedy hovoríme o monostatickom aktívnom radare.

8. Výhody a nedostatky primárneho radaru Primárne prehľadové radary (PSR –Primary Surveillance Radar) sú z primárnych radarov v súčasnosti najpoužívanejšie v civilnom letectve. Hlavnou výhodou PSR je to, že sú schopné detekovať každý cieľ, ktorý sa nachádza v oblasti ich krytia. Nepotrebujú na to žiadne spolupra-cujúce zariadenie nainštalované na palube lietadla. V ich prípade sa teda jedná o nezávislé sledovanie. Musí byť splnená len základná podmienka, aby cieľ odrážal rádiové vlny. Hlavná výhoda je však zároveň aj hlavnou nevýhodou PSR. Okrem užitočných cieľov odrážajú rádiové vlny aj neužitočné ciele (terénne prekážky, pozemné predmety, meteorologickéútvary a pod.). Aby sa užitočné ciele dali identifikovať na pozadí neužitočných odrazov je potrebné veľmi zložité spracovanie prijatého odrazeného signálu. Aby PSR mal dostatočný maximálny dosah, jeho vysielač musí mať veľmi vysoký výkon (energetická náročnosť) a prijímač musí mať vysokú citlivosť. Ďalšou nevýhodou PSR (okrem špeciálnych typov) je, že nevie zistiť výšku (letovú hladinu) sledovaných lietadiel. Niektoré spomínané nevýhody (energetická náročnosť, zložité obvody spracovania) značne zvyšujú obstarávaciu cenu PSR a náklady na ich prevádzku, napriek tomu sa PSR stále používajú v civilnom letectve najmä ako okrskové radary (TAR).

9. Sekundárny radar Sekundárny prehľadový radar SSR bol vyvinutý ako doplnok k primárnemu prehľadovému radaru PSR. Primárny radar ponúka len obmedzenú informáciu o polohe cieľa (diaľka, azimut). Sekundárny radar dokáže okrem tejto informácie poskytnúť aj identifikáciu cieľa a informáciu o výške (letovej hladine). V minulosti bol PSR hlavným zdrojom informácií, v súčasnom civilnom letectve sa hlavný dôraz kladie na SSR, najmä pri sledovaní a riadení cieľov v rámci riadenej oblasti (enroute). Tento vývoj dokumentuje aj Eurocontrol Standard Document for Radar Surveillance in En-route and Major Terminal Areas, ktorý okrem iného definuje štandard pre radarové krytie. Pre riadenú oblasť to má byť dvojité sekundárne radarové krytie. Pre hlavné koncové oblasti dvojité sekundárne a jednoduché primárne radarové krytie. Existujú tri druhy, tri vývojové stupne sekundárnych radarových systémov: • klasický sekundárny prehľadový radar – SSR (extraktor pracuje na princípe pohyblivého okna) • monoimpulzný sekundárny prehľadový radar – MSSR • monoimpulzný sekundárny prehľadový radar SSR s adresným dopytovaním – MSSR Mode S POZNÁMKA: Extraktor sekundárneho radaru spracováva videosignál z prijímača. Výsledkom celého procesu je správa o plote (cieli), ktorá obsahuje: • diaľku a azimut plotu, • kódy odpovedí v móde A a C, • časovú značku,• potvrdenie (platnosť) kódu.

10. Princíp činnosti klasického SSR Zatiaľ čo primárny radar pracuje na princípe odrazu vyslaného signálu od pasívneho cieľa (nezávislé sledovanie), sekundárny radar môže detekovať len taký cieľ, ktorý je vybavený vhodným spolupracujúcim zariadením (kooperatívne nezávislé sledovanie). Toto zariadenie sa nazýva palubný odpovedač alebo transpondér. Vysielač (dopytovač) SSR vyšle dopyt, ktorý prijme prijímač palubného odpovedača na palube cieľa. Odpovedač vyhodnotí, na aké parametre sa ,,pýta“ dopytovač, vytvorí vhodnú odpoveď, ktorá obsahuje informácie o daných parametroch a vyšle ju. Odpoveď prijatá prijímačom SSR je ďalej spracovaná a vyhodnotená. Výsledkom spracovania je nielen informácia o polohe cieľa ale aj jeho identifikácia (palubné číslo) a letová hladina (výška). Výhody a nedostatky sekundárneho radaru Sekundárne radary majú dve veľké výhody oproti primárnym radarom. Prvá výhoda je, že prijímajú len odpovede od odpovedačov a nie odrazy od cieľov a teda nemajú problémy s clutterom (odrazy od rušivých cieľov) . Druhou výhodou je, že sú schopné na základe odpovede odpovedača identifikovať lietadlo a určiť jeho výšku resp. letovú hladinu . Napriek tomu majú aj určité nedostatky, ktoré súvisia s princípom ich činnosti. Prenos informácie pri SSR pozostáva z dvoch fáz: • fáza vysielania alebo dopytovania, • fáza príjmu alebo odpovede. Nakoľko SSR vyžaduje kooperujúce zariadenie na palube cieľa musí byť definované určité štandardné prostredie pre jeho činnosť. V ICAO Annex 10. zväzok IV sú štandardizované para-metre dopytovača a odpovedača (napr. pracovná frekvencia, dĺžka synchronizačného impulzu, časové medzery medzi impulzmi a pod.). Odpoveď palubného odpovedača obsahuje určité údaje – dáta (identifikácia, výška), preto sa v niektorej literatúre hovorí nie o radare ale o obmedzenom dátovom prenose. Nedostatkami sekundárnych radarov sú najmä: 1) Garbling –vzniká ak dve alebo viaceré lietadlá letia blízko seba nezávisle od ich výšky. Odpovede ich odpovedačov sa vtedy prekrývajú čo môže pri ich spracovaní viesť k nesprávne určenej polohe alebo počtu cieľov, k strate cieľov alebo k nespráv-nemu dekódovaniu identifikácie (palubného čísla) alebo výšky (letovej hladiny). Príčinou vzniku garblingu je to, že extraktor sekundárneho radarunesprávne určí polohy bránových impulzov pri viacerých odpovediach, ktoré sa prekrývajú. V náväznosti na to potom nes-právne dekóduje informačné impulzy. 4) Obmedzený počet kódov pre identifikáciu – k dispozícii je len 4 096 kódov palubných čísiel (12 informačných impulzov, 2 stavy jedného informačného impulzu). 5) Ďalšie nedostatky sú spôsobené použitím pohyblivého okna v extraktore. Sú to najmä nízka presnosť určenia polohy cieľa v azimute, potreba veľkého počtu odpovedí na potvrdenie existencie lietadla a veľmi častý výskyt ,,duchov“ ako výsledok odrazov. 2) FRUIT (False Reply Uncorelatted In Time) – nesynchrónne rušenie spôsobené prijatím a spracovaním odpovede lietadla, ktorého odpovedač odpovedal na základe dopytu iného dopytovača (nemusí to byť len dopytovač pozemného radaru ale aj dopytovač palubného systému ACAS – Airborne Collision Avoidance System). Práve rozšíreným používaním SSR a systémov ACAS sa množstvo FRUIT–u zvyšuje • Chýbajúca odpoveď odpovedača – môže byť spôsobená týmito príčinami: • • preťaženie (saturácia) odpovedača z dôvodu veľkého počtu dopytov (max. 1200 – 2000 odpovedí za sekundu) • • zablokovanie odpovedača – po prijatí dopytu nesmie tento odpovedať žiadnemu inému dopytu najmenej počas vysielania odpovede a toto zablokovanie musí skončiť najneskôr 125 µs po vyslaní posledného impulzu odpovede • • potlačenie odpovede odpovedača – ak je dopyt vyslaný postranným zväzkom antény dopytovača (ISLS), trvá 35 ± 10 µs • • zatienenie antény odpovedača • • porucha odpovedača

11. Ďakujem za pozornosť Máte nejaké otázky ??