Systémy zabezpečenia a riadenia leteckej prevádzky II

1. Systémy zabezpečenia a riadenia leteckej prevádzky II Systémy spracovania radarových a letových dát 3 Ing. Ľubomír FÁBRY, PhD.

2. • palubný meteorologický radar – je umiestnený v prednej časti lietadla. Jeho prvotnou úlohou je poskytovať informáciu o počasí pilotovi. Prostredníctvom MSSR v móde S alebo iným dátovým prenosovým médiom by sa takto získaná informácia o počasí mohla prenášať aj do systému meteorologických informácií • vesmírny meteorologický radar – radar je umiestnený na družici (nie je to klasická meteorologická družica, ktorá robí snímky počasia), jeho použitie v LPS je zatiaľ v štádiu vývoja a skúmania. Princíp činnosti meteorologického radaru Princíp činnosti meteorologického radaru je z technického hľadiska podobný primárnemu prehľadovému radaru, t. j. meteorologický radar vyšle impulz z veľkou energiou, časť impulzu sa odrazí od cieľa a časť sa prijme prijímačom meteorologického radaru. Vzhľadom na rovnaký princíp činnosti sa prejavujú u neho rovnaké druhy problémov. Existuje však niekoľko odlišností. Meteorologický radar používa zložené snímanie priestoru, anténa sa môže otáčať v horizontálnej rovine ale aj nakláňať vo vertikálnej rovine. V horizontálnej rovine sa zisťuje poloha meteorologických objektov v diaľke a azimute, vo vertikálnej rovine radar meria ich výšku. Pre PSR sú dôležité odrazy od lietadiel, pre meteorologický radar sú to meteorologické útvary, ktoré pre PSR predstavujú clutter. Lietadlá predstavujú pre meteo radar zdroj šumu a clutter. Ďalším zdrojom cluttera sú rovnako ako pri PSR terénne prekážky, stavby, vodné plochy a pod. Veľkosť meteorologických útvarov je oveľa väčšia ako veľkosť lietadla a ich rýchlosť je oveľa menšia. Odrazová schopnosť lietadiel je jasne definovaná ich ekvivalentnou odrazovou plochou. Odrazová schopnosť meteo objektov sa nedá vyjadriť presným číslom a je rôzna pre rôzne vysielacie frekvencie a veľmi pravdepodobne nebude rovnaká pre dva rovnaké meteo radary, ktoré sú nainštalované na rôznych miestach. Aj napriek maximálnemu zdokonaľovaniu meteorologických radarov, plynulým zmenám frekvencíí a iným opatreniam určených ku optimálnemu spracovaniu meteo informácie dochádza ku javom, ktoré môžu ohroziť leteckú dopravu ,pretože ani okamžitá informácia neobsahuje všetky meteorologické prvky majúce vplyv na let. Možno konštatovať, že informácie sú len orientačné a 80%. Takže často dochádza ku nečakaným prekvapeniam.

3. SMR je primárny radar, ktorý najčastejšie pracuje vo frekvenčných pásmach X, Ku, K, Ka, t.j. 8,0 – 40,0 GHz. Je teda založený na rovnakom princípe ako primárny prehľadový radar – odraz časti vyslaného signálu od cieľa a príjem a spracovanie časti odrazeného signálu. Pre SMR teda platia rovnaké požiadavky na konštrukciu ako pre PSR (vysoký výkon vysielača, vysoko smerová anténa, hypercitlivý prijímač). Anténa pozemného radaru sa zvyčajne inštaluje na vrch riadiacej veže odkiaľ je zabezpečený priamy výhľad na všetky miesta prevádzkových plôch letiska. Jej konečné umiestnenie závisí najmä na: • tvare letiska a jeho prevádzkových plôch, • počte a rozmiestnení vzletových a pristávacích dráh, rolovacích dráh a odbavovacích plôch, • počte a polohe terminálov, hangárov a ostatných budov a ďalších prekážok (toto je dôležité z hľadiska vzniku nežiadúcich odrazov a cluttera). Okrem používania pozemného radaru sa v budúcnosti uvažuje o použití týchto sledovacích technológií a systémov: • Primárny radar s veľmi vysokým rozlíšením podobá sa klasickému SMR ale pracuje na oveľa vyššej frekvencii v pásme W (92 – 96 GHz). Použitie vyššej pracovnej frekvencie a teda kratšej vlnovej dĺžky zlepšuje rozlišovaciu schopnosť radaru, ktorý je schopný rozoznať aj menšie ciele do rozmerov až 3 x 3 m. Zvýšením frekvencie však vzniká väčší clutter lebo aj všetky ostatné menšie objekty vytvárajú odrazy. Dosah radaru je veľmi závislý na počasí. • Ako ďalšie senzory sa môžu používať: - infračervené kamery (detekujú zmeny teploty a infračervené vyžarovanie) - indukčné slučky (sú uložené pod dráhami a detekujú kovové objekty) - akustické senzory - mikrovlnné bariéry (detekujú objekt, ktorý prechádza cez mikrovlnný lúč Pozemný radar (pohybový, rolovací, ground) Aby sa znížilo možné rušenie sekundárnych prehľadových radarov tak sa pri pohybe lietadiel po plochách letiska zvyčajne vypína palubný odpovedač. To pri zníženej viditeľnosti zhoršuje identifikáciu lietadiel alebo iných mobilných prostriedkov na ploche letiska. Preto sa na letiskách inštalujú pozemné radary. Pozemný radar (SMR – Surface Movement Radar) slúži na sledovanie lietadiel a iných mobilných prostriedkov, ktoré sa pohybujú po pohybových plochách letiska (vzletová a pristávacia dráha (Runway), rolovacie dráhy (Taxiway) a odbavovacia plocha (Apron)) a to najmä za zníženej viditeľnosti. SMR na rozdiel od PSR, ktorý sleduje lietadlá vo ,,voľnom“ priestore, sleduje lietadlá a vozidlá, ktoré sa pohybujú po plochách letiska, po zemi. SMR pracuje v prostredí kde vzniká veľké množstvo pozemného cluttera a nežiadúcich odrazov, čo kladie veľké nároky na obvody spracovania signálu. Zobrazovacie jednotky pozemných radarov bývajú umiestnené na stanovišti riadiacej veže, kde sa pracuje aj za denného svetla. Z dôvodu dobrej rozlíšiteľnosti zobrazenia sa musia používať displeje s vysokým jasom. Primárne zobrazenie pohybov na pozemnom radare Zdigitalizovaná forma zobrazenia pozemného radaru Typický príklad pozemného radaru. Je charakterizovaný úzkou anténou prijímača nakoľko vyžaro-vacia charakteristika má len zúženú formu pretože je počítané len s minimálnym vertikálnym rozsahom Obrazovka pozemného radaru na stanovisku ground, v pozadí staršia verzia Využitie web kamier na sledovanie pohybov v kritických miestach

4. Spracovanie radarových dát V súčasnosti už nepoužíva na sledovanie ako zdroj informácii o polohách lietadiel iba jeden radar, ale viacero radarov. Systémy RDP (Radar DataProcessingalebo tiež SurveilanceDataProcessing- SDP) vykonávajú nad dátami prichádzajúcimi z jednotlivých radarov matematicko-výberové operácie - spracovanie radarových dát. Cieľom týchto operácií je vytvoriť komplexné zobrazenie vzdušnej situácie na obrazovke riadiaceho letovej prevádzky. Systémy spracovania radarových dát (RDPS – Radar DataProcessingSystems) bývajú z dôvodu zabezpečenia nepretržitého toku dát a teda zvýšenia bezpečnosti zdvojené, čo znamená, že v prípade poruchy hlavného systému pokračuje v činnosti záložný systém. Polohu lietadla po spracovaní z viacerých radarových vstupov nazývame systémový track (používa sa aj pojem multitrack). Zavedenie spracovania údajov z viacerých radarov kompenzuje výpadky v krytí jednotlivých radarov, absenciu radarovej informácie napr. počas údržby jednotlivých radarov, straty radarových dát pri výpadku prenosových zariadení; zároveň poskytuje viac informácií pre samotný výpočet polohy lietadla (pravdepodobnosť zvýšenia presnosti určenia polohy). Elektronické zariadenie spracujúce niekoľko vstupov z radarov do jedného tracku sa nazýva Multi Radar Tracking (MRT). Najmodernejšie systémy na svete dokážu prijímať aj iné údaje o polohách cieľov. Tieto vstupné prvky sú vo všeobecnosti nazývané ako senzory. Jedná sa teda o prepojenie radarových vstupov so vstupmi senzorickými . Zariadenie , ktoré dokáže spracovať rôzne vstupy, čo značí že svojim softwareovým vybavením spracuje, vyhodnotí a vytvorí jednotný protkol trackov z rôznych údajov senzorov (nie len radarových), sa nazýva Multi Senzor Tracking (MST ). Slovensko pre spracovanie trackov používa systém MST v komplexe zariadenií LETVIS od firmy ALES • Možnými vstupmi do systémov spracovania radarových dát sú: • radarové dáta z primárneho radaru • radarové dáta zo sekundárneho radaru (klasický, monoimpulzný, radar módu S) • systémy ADS (Automatic Dependent Surveillance – Automatické závislé sledovanie) • Rozšíreniami na systém MST môžu byť: • manuálne zadávanie z vojenských systémov • infra snímače a senzory iných druhov vyžarovania • ostatné pasívne snímače • Výstupom zo systémov spracovania radarových dát sú: • informácie o polohe cieľov na rôznej úrovni spracovania (plot, lokálny track, systémový track) pre zobrazenie na pozíciách riadiacich letovej prevádzky, • lokálny alebo systémový track ako vstup pre koreláciu cieľa s letovým plánom, • automatické správy o pozíciách jednotlivých lietadiel ( v E2000 realizované funkciou APR – Automatic Position Report) pre systém napr. ako podklad pre aktualizáciu letového plánu, • radarové výstrahy (RAC – Radar Alert Capabilities). Vznik tracku Ak ploty z viacerých otáčok antény radaru spracujeme v špecializovanom systéme spracovania (MRT, MST) za účelom priradenia k sebe prislúchajúcich plotov (t. j. plotov určujúcich polohu jedného konkrétneho lietadla) dostávame tzv. lokálny track. Lokálny track je informácia pozostávajúca z: - vypočítanej polohy a výšky cieľa, - kódu odpovedača, - informácie o nastavení SPI indikátora, - rýchlosti a smere cieľa (vektor predikcie). Na účely zobrazenia aktuálnej vzdušnej situácie sa využíva systémový track, ktorý sa vytvára spracovaním plotov alebo lokálnych trackov. Systémový track je teda vypočítaná poloha lietadla na základe prijatých plotov alebo lokálnych trackov prichádzajúcich z rôznych radarov. Systémový track poskytuje: vypočítanú polohu a výšku lietadla, kód odpovedača, rýchlosť a smer cieľa (vektor predikcie). Systémový track v systémoch spracovania radarových dát prechádza viacerými fázami: fáza vzniku tracku, fáza obnovy tracku, fáza zániku tracku.

5. Spracovanie radarových dát – základné pojmy Systémy RDP používajú pre ďalšie spracovanie ploty (výstup z extraktora radaru), alebo lokálne tracky (výstup z trackera radaru). Plot je informácia o polohe lietadla získaná počas jednej otáčky antény radaru. Táto informácia pozostáva z: − polohy cieľa, − kódu odpovedača, − výšky, − informácie o nastavení SPI indikátora. Systémový track je obnovovaný v spoločnom systémovom čase na základe prijatých plotov alebo lokálnych trackov. Ak nie je možné vykonať obnovu systémového tracku po určitú dobu (typicky je táto doba trojnásobok periódy obnovy systémového tracku), systémový track zaniká. Z plotov, resp. z lokálnych trackov, ktoré nie je možné priradiť k žiadnemu systémovému tracku, vzniká nový systémový track. ARTAS – (ATM Surveillance Tracker and Server) Systém ARTAS je reakciouorganizácie EUROCONTROL na zvyšujúce sa požiadavky na dostatočnú kapacitu vzdušného priestoru, harmonizáciu a integráciu ATC systémov v rámci programu EATMP. Cieľom je definovať a vytvoriť systém, ktorý by spĺňal všetky požiadavky členských štátov na systém spracovania a poskytovania radarových dát. Napríklad systém ARTAS realizovaný pre UAC Maastricht: - súčasne spracováva až 2000 systémových trackov, - môže spracovať až 30 zdrojov radarových dát, pričom za 1 sekundu vie spracuje až 1000 plotov, - dáta poskytuje až 23 klientom – používateľom, pričom každý z nich môže mať vlastné požiadavky na charakter dát, - rozsah systémovej oblasti je 1024 x 1024 námorných míľ. ARTAS 300

6. Základnou komunikačnou stanicou je stanica Router-Bridge, ktorá zabezpečuje komunikáciu medzi systémom ARTAS a externými systémami (vstup plotov a výstup systémových trackov). Ploty sú spracovávané na systémové tracky v jednotke Tracker. Server zabezpečuje distribúciu systémových trackov jednotlivým používateľom podľa stanovených kritérii. Jednotka Recording vykonáva záznam všetkých vstupov, výstupov, ako aj stavových informácie o systéme ARTAS. Jednotka System Management slúži na riadenie systému a nastavovanie systémových parametrov. Distribúcia radarových dát a RMCDE Pre distribúciu (prenos) radarových informácií je nutné zabezpečiť spoľahlivý prenos veľkého objemu dát v reálnom čase. Najjednoduchšie riešenie pre distribúciu radarových dát (aj historicky najstaršie) je spojenie radarova RDP systémov spôsobom „point-to-point“ (bod - bod); toto riešenie má niekoľko podstatných nevýhod: − pre každého užívateľa je potrebné pripraviť nové spojenie, ktoré je permanentne určené na komunikáciu medzi dvoma koncovými bodmi, − v prípade výpadku komunikačného zariadenia alebo trasy dáta nie sú k dispozícii, − toto riešenie je veľmi nákladné (zariadenia nie sú zdieľané, vysoké náklady za prenájom pevných spojení). Výhodnejším riešením je príjem radarových informácií a prípadne ich ďalšia distribúcia cez sieť, čo umožňuje: − zdieľanie nákladných komunikačných zariadení viacerými užívateľmi a optimalizáciu nákladov za prenájom prenosových trás, − zvýšenie spoľahlivosti (presmerovanie toku dát v prípade výpadku uzla siete alebo trasy). RMCDE (Radar Message Conversion and Distribution System – systém na konverziu a distribúciu radarových dát) je štandardný systém, ktorý bol vyvinutý v rámci projektu EUROCONTROL už v r. 1990; v súčasnosti je implementovaných už viacero systémov RMCDE v konfigurácii stand-alone (konverzia a rozdeľovanie tokov dát), alebo prepojených do radarových sietí (RADNET: Benelux, Nemecko; RENAR: Francúzsko; UKRADNET:Veľká Británia). • RMCDE má 2 základné funkcie: • - konverziu radarových formátov a prenosových protokolov (napr. konverziu formátu radarových dát AIRCAT500 do formátu ASTERIX,), • distribúciu radarových dát jednotlivým používateľom. • Základným princípom je definovanie tzv. RSAP (RADNET Service • Acces Point, bod pripojenia do radarovej siete) pre zdroj radarovej informácie (napr. radar, ale aj systém RDP poskytujúci systémový track), ako aj pre každého používateľa (typicky systém RDP, záznamové zariadenie a pod.). • Pre každý RSAP sa definujú jednotlivé položky: • identifikácia (uzlové a používateľské identifikačné číslo) • určenie, či sa jedná o zdroj alebo používateľa radarových dát • priradenie fyzického rozhrania (port karty, driver) • Protokol • určenie, či radarové dáta budú typu plot alebo lokálny, resp. systémový track • formát radarových dát • - ďalšie parametre v závislosti na špecifikovanom formáte a protokole Architektúra systému ARTAS

7. ASTERIX - formát radarových dát ASTERIX (All Purpose Structured Eurocontrol Radar Information Exchange) je štandardným formátom (EUROCONTROL) pre výmenu radarových dát. Za účelom vyhnúť sa nejednoznačnosti, každá oblasť, krajina a každý systém používajúci radarové dáta vo formáte ASTERIX má osobitnú identifikáciu. ASTERIX-ový formát systémového identifikátora je zložený z dvoch subpolí: − SAC (System Area Code) pozostávajúci z osembitového čísla označujúceho geografickú oblasť alebo krajinu, − SIC (System Identification code) osembitové číslo označujúceho každý systém (Radar, server, systém spracovania ASTERIX -ových dát, atď.), ktorý je umiestnený v geografickej oblasti alebo krajine definovaný SAC-kódom. Zdroj informácie - systémový identifikačný kód (SIC) a systémový oblastný kód (SAC) sa vyskytuje v každom zázname. Vývoj štandardu ASTERIX, ako aj prideľovanie SAC je koordinovaný organizáciou EUROCONTROL; individuálne SIC kódy sú v kompetencii jednotlivých poskytovateľov LPS. Môže byť pridelených až 256 SIC kódov k jednému SAC kódu krajiny alebo oblasti. Niektoré vybrané SAC kódy Systém FDP všeobecne FDPS (FlightDataProcessingSystem) je systém, ktorý prijíma a spracováva správy letových plánov (alebo plánovaciu informáciu): udržiava, aktualizuje, archivuje databázu systémových letových plánov – SFPL. SFPL predstavuje entitu, ktorá obsahuje informácie o lete počas doby trvania letu, samozrejme v rámci určitej zóny zodpovednosti – vzdušného priestoru (geograficky vymedzená oblasť, typicky ACC s koncovými riadenými oblasťami). Informácie, ktoré poskytuje FDPS, používajú: − priamo stanovištia LPS pre plánovanie a riadenie letov, − iné automatizované systémy. SFPL vznikajú a aktualizujú sa na základe: − samotných letových plánov (FPL), následne ďalšími správami LPS − informácií o aktuálnej polohe lietadla získanými systémami RDP (napr. v systéme Eurocat2000 realizované funkciou APR – Automatic Position Reporting), alebo priamo od pilota − dát prostredia, ktoré sa použijú pre určenie trajektórie, vrátane meteo informácie (správy o výškovom vetre) − vstupov používateľov, napr. navigačné obmedzenia – zmena trate, manuálne aktualizácie napr. zmena CFL, zadanie vzletu a pod. Poznámka: Aj napriek tendencii zvyšovania automatizácie je stále potrebná pozícia operátorov pre opravy prijatých správ – (správy „neprejdú“ syntaktickou a sémantickou kontrolou); takisto v samotnej fáze letu je potrebné zadávať reálne údaje o lete, čiže zabezpečiť technické prostriedky napr. pre interakciu riadiaceho letovej prevádzky so systémom.

8. Ďakujem za pozornosť Máte nejaké otázky ??