RADARY - SOUČASNĚ POUŽÍVANÉ SYSTÉMY

Transkript

1 Katedra Letecké dopravy Fakulta dopravní ČVUT v Praze RADARY - SOUČASNĚ POUŽÍVANÉ SYSTÉMY (semestrální práce z předmětu Letecká radiotechnika) David Přibyla Skupina /2006

2 Obsah: 1 Úvod do problematiky Základní principy radaru Metody snímání prostoru Metody měření vzdálenosti Metody určování úhlových souřadnic objektu Radiolokátory s impulsní modulací Kontinuální metoda vysílání radiolokátoru Minimální dosah radaru maximální dosah radaru Primární radar Obvody pro zpracování signálu Definice přesnosti radaru a rozlišovací schopnost Chyby a omezení Výhody Primární radary v řízení letového provozu Sekundární radar Měření radiální vzdálenosti cíle Měření azimutu cíle Měření výšky cíle Měření rychlosti cíle Používané signály a módy Mód 3/A Mód C Mód S Výhody a nevýhody SSR Současně používané sekundární radary Pasivní sledovací systémy Multilaterace PSS Věra Varianty a přesnosti PSS Věra a jejich využití Některé další aplikace radarů v letectví Meteorologické radiolokátory Letecký palubní povětrnostní radar Radarová detekce mikroporyvu (microburst) a větrného střihu (windshear) Závěr... 34

3 1 Úvod do problematiky Teoretické základy radiolokace byly položeny ve druhé polovině 19. století (A.S.Popov), použití v praxi se však radar dočkal až v průběhu 2. světové války, kdy byl používán jako včasná výstraha před napadením nepřátelskými letouny. První radiolokátory byly tehdy sestrojeny v Anglii a SSSR v roce Vzhledem k ceně radarové technologie bylo její použití do 70. let omezeno na velmi náročné aplikace. Nyní se radary používají s široké škále odvětví a jsou esenciálním prvkem letecké dopravy v její dnešní podobě. RADAR je zkratkou Radio Detection and Ranging. Radiolokace je činnost využívající radar pro zjišťování přítomnosti a polohy objektů, tzv. cílů. V civilním letectví přesněji ve službách řízení letového provozu jsou předmětem našeho zájmu letadla, popřípadě meteoútvary. Radiolokací tedy rozumíme zjišťování objektů v prostoru a určování parametrů jejich pohybu a případně dalších informací prostřednictvím elektromagnetických vln. Radary nalezly velmi široké uplatnění v nejrůznějších aplikacích. Tato práce se zabývá současně využívanými radary se zaměřením na oblast letectví. V prvé části jsou popsány základní obecné principy a funkční podstaty radaru, dále jsou podrobněji rozpracovány radary primární, sekundární a pasivní. Na závěr je zmíněno několik informací o radarech meteorologických, které v letectví také bezesporu nalezly své uplatnění. 1

4 2 Základní principy radaru Podle způsobu jakým radiolokátor plní tyto funkce rozlišujeme radiolokátory aktivní, aktivní s aktivním odpovídačem (SSR), poloaktivní a pasivní. V případě aktivní radiolokace vysílač ozařuje objekty (cíle) elektromagnetickou energií a přijímač zachycuje signál odražený od objektu. Sekundární radar pracuje s aktivním odpovídačem, který je umístěn na objektu. Kromě polohy letadla je tak možno získat další informace podle typu odpovědi. Poloaktivní radiolokátory se od aktivních liší v tom, že ozáření objektu a vyhodnocení odrazu se provádí na různých místech. Pasivní radiolokační systémy jsou převážně vojenskou záležitostí, ale v poslední době úspěšně pronikají i do oblasti civilního letectví. Jedná se o zařízení, které pouze přijímají elektromagnetickou energii vyzařovanou letadly. Pro účely řízení letového provozu se dnes převážně používají tzv. přehledové radary. Tyto přístroje snímají okolní prostor kruhovým pohybem antény ve směru hodinových ručiček. Přehledové radary pro použití v ŘLP se mohou lišit podle role, pro kterou jsou určeny. Je to zejména dosah, tj. maximální vzdálenost, na kterou jsou schopny detekovat letadla a rychlost obnovení informace, daná rychlostí otáčení antény, ale i další parametry o kterých se zmíníme později. Podle toho rozdělujeme radary na traťové a okrskové (případně terminální). Třetím typem radaru je radar pro detekci pohybů na ploše letiště. Přesné přibližovací radary (PAR) se dnes už v civilním letectví téměř nepoužívají. Hlavními taktickými parametry radarů jsou: - Oblast přehledu meze použitelnosti radiolokátoru co do dálky, azimutu a elevačního úhlu - Doba přehledu doba trvání jednoho úplného snímacího cyklu - Počet a druh určovaných souřadnic a přesnost jejich určení - Rozlišovací schopnost - Odolnost vůči rušení Technické parametry jsou: - Pracovní frekvence - Druh použité modulace - Výkon vysílače - Citlivost přijímače - Vyzařovací diagram anténního systému - Počet a druh výstupních zařízení - Schopnost potlačení odezvy od pevných objektů 2

5 2.1 Metody snímání prostoru Moderní radiolokátory mají velice úzký hlavní lalok vyzařovací charakteristiky. Z toho důvodu je nutné, aby anténa prohledávala prostor krytí, což se realizuje většinou mechanickým vychylováním a otáčením antény, méně často pak elektronickým snímáním, kdy je anténní systém nepohyblivý a svazek se vychyluje pomocí vhodného fázování signálů do jednotlivých dílčích zářičů. Snímání prostoru obecně dělíme na jednoduché a složené. Při jednoduchém snímání provádí anténa pohyb kolem jedné osy. Radiolokátory tohoto typu udávají jednu, případně dvě souřadnice (většinou šikmou vzdálenost a azimut). Nejběžnějším typem jednoduchého snímání prostoru je přehledové snímání, kdy se kosekantová charakteristika otáčí v horizontální rovině o 360 anebo v daném směru sektoruje. Počet otáček přehledového radaru se pohybuje od 4 do 30 otáček za minutu (rychlejší otáčení je typické jen pro letištní pojezdové radary SMR) Mezi jednoduché snímání patří dále kuželové snímání, kdy je hlavní anténní paraboloid v klidu a pohybuje se jen primární zářič. Při složeném snímání provádí anténa a tedy i vyzařovací diagram pohyb okolo dvou nebo tří os. To umožňuje zjištění více informací o cíli (šikmá vzdálenost, azimut, elevaci nebo výšku). Zde řadíme snímání spirálové, šroubovicové, pilovité a někdy i snímání, které kombinuje několik uvedených typů snímání dohromady. Šroubovicové snímání vzniká kruhovým pohybem antény v azimutu a pomalým natáčením antény v elevačním úhlu. Obrázek 1: šroubovicové (spirálové) a řádkové (pilovité) snímání prostoru 2.2 Metody měření vzdálenosti Základ radiolokačních metod měření vzdálenosti spočívá v přesném určení časového intervalu mezi vyslaným impulsem a přijatým echem. Měření vzdálenosti se liší u radiolokátorů s kontinuálním vysíláním a radiolokátorů impulsních. Základy jejich činnosti si vysvětlíme později. 3

6 2.3 Metody určování úhlových souřadnic objektu Měření úhlových souřadnic je založeno na přímočarosti šíření elektromagnetických vln a vlastnostech antény. V reálných podmínkách bývá trajektorie zakřivená z důvodů nehomogenity prostředí. To se týká především nepřesnosti určení elevačního úhlu a méně pak ovlivňuje přesnost v horizontální rovině. Další problém je v tom, že reálný radiolokační objekt je tvořen větším množstvím bodových objektů, záření takovým objektem odražené je nesférické a jeho výkonová hustota se prudce mění v závislosti na směru šíření. Tak je vlastně deformovaná směrová charakteristika antény a vznikají chyby určování úhlových souřadnic tzv. úhlový šum. Metody používané na zjišťování úhlových informací o cílech se obyčejně označují podle toho, který parametr přijímaného signálu je použit na vyhodnocení. Rozlišujeme: - Metody amplitudové - Metody fázové - Metody amplitudovo-fázové Obrázek 2: Určení polohy cíle pomocí maximální amplitudy echa 2.4 Radiolokátory s impulsní modulací Impulsní metoda vysílání umožňuje vysílat v době impulsu s velmi vysokým výkonem řádově desítek MW, přičemž střední výkon a ztráta ve vysílači nepřekročí řádově jednotky KW. Základem impulsního radiolokátoru je synchronizační jednotka, která je zdrojem velmi krátkých impulsů. Šířka impulsů se obvykle pohybuje od 50ns do 5ps a jejich opakovací perioda je 100µs až 10ms. Vysílací frekvence musí být z oblasti mikrovln a to taková, aby na jeden impuls připadlo několik vln. Sled impulsů se přes duplexor (elektronický přepínač) 4

7 dostává do směrové antény a vysílá do prostoru. Po odeslání každého pulsu se duplexor na dobu periody mezi pulsy přepíná a anténa slouží k příjmu. Pokud vyslaný rádiový signál narazí na letadlo, odrazí se a po zachycení anténou v režimu příjmu se přes duplexor dostává do přijímače, kde se zesílí, demoduluje a případně jinak upraví. V indikátoru se pak takto přijatý signál vyhodnotí a podle zpoždění signálu a polohy ziskového maxima antény se určí poloha cíle. Impulsní radarové systémy mohou být modifikovány k použití Dopplerova efektu k detekci pohybu objektu. Požadavek pro každý Dopplerův radar je koherence musí existovat přesný rozdíl fází mezi vysílaným signálem a referenční frekvencí, která je využívána ke zjištění posunu přijatého signálu. Pohybující se objekty jsou detekovány pomocí rozdílu fáze mezi cílovým signálem a ruchem okolí. Detekce tohoto typu fáze závisí na koherenci mezi vysílanou frekvencí a referenční frekvencí přijímače. K tomu se používá signál frekvenčního oscilátoru, který je spojený s vysílačem v průběhu vysílaní každého pulsu a mixovaný s odraženým signálem ke zjištění fázových rozdílů. Protože referenční oscilátor má s vysílačem společnou fázi, mohou být odražené signály efektivně porovnávány ve frekvenci a fázi. Fázový rozdíl signálu odraženého od statického objektu v porovnání se signálem vyslaným je stejný a amplituda signálu zůstává stejná. Ta je filtrována a přijímač připouští pouze měnící se amplitudu vracejícího se signálu, která značí pohybující se objekt. Tento signál je pak zobrazován na radarové obrazovce. I když je pulsní vysílání nejběžnější metodou, jsou zde i dva jiné principy, které jsou někdy používány ve speciálních případech. Jsou to princip kontinuálního (nepřerušovaného) vysílání a metoda frekvenční modulace. Všechny tři metody jsou často dále děleny do dalších podkategorií a nebo jsou vzájemně slučovány. 2.5 Kontinuální metoda vysílání radiolokátoru Radiolokátory s spojitým vysíláním se vyznačují poměrně malými vysílacími výkony a jsou často používány jako palubní radiolokátory. Pro vysílání a příjem se používají oddělené antény a porovnává se frekvence vyslaného a přijatého signálu. Radiolokátor se stálou vlnou bez frekvenční modulace Tento typ radiolokátoru se používá především na měření rychlosti a označuje se jako Dopplerův radiolokátor, protože frekvenční rozdíl mezi vyslanou a přijatou vlnou je způsoben Dopplerovým jevem při relativním radiálním pohybu cíle vzhledem k radiolokátoru. Tento 5

8 radar se často používá i v automobilové dopravě k měření rychlostí nebo v meteorologii pro stanovení větru v horních vrstvách atmosféry. Nevýhodou Dopplerova systému je, že nedokáže měřit vzdálenosti, není schopen rozeznat rozdíl mezi dvěma pohybujícími se objekty pokud leží stejným směrem a pohybují se stejnou rychlostí a navíc nevidí statické a nebo pomalu se pohybující objekty, které pulsní radarový systém rozezná. Ke sledování objektu s CW (continuous wave) Dopplerovým radarem potřebujeme znát vzdálenost objektu a k tomu je potřeba jiná metoda. Používáním dvou vysílačů, které operují na dvou odlišných frekvencích (f1 a f2), můžeme změřit vzdálenost pomocí relativního rozdílu fází mezi dvěma Dopplerovými frekvencemi. V těchto systémech je používán mixér ke kombinaci dvou vysílaných frekvencí a k oddělení přijatých frekvencí. To umožňuje používání pouze jedné vysílací a jedné přijímací antény. Namísto použití dvou vysílacích frekvencí, můžeme určit vzdálenost přelaďováním frekvence jednoho vysílače spojitě v čase a tím pokrýt rozsah frekvencí od f1 k f2. Rozdíl mezi odeslanou a přijatou frekvencí je funkce vzdálenosti. V tomto typu radaru je tedy měřena jak rychlost tak i vzdálenost objektu. To už ale je radiolokátor s frekvenční modulací. Radiolokátor s frekvenčně modulovanou stálou vlnou Tento radiolokátor se používá zejména pro měření krátkých vzdáleností, především pak výšky. Ve frekvenčně modulačním principu vyzařuje vysílač vlny jejichž frekvence se plynule zvyšuje a snižuje od fixní referenční frekvence. V jakémkoliv případě se frekvence vracejícího se signálu liší od vysílané frekvence. Velikost tohoto rozdílu je závislá na času který signál potřeboval k cestě k objektu a zpět. Palubní systém vysílá kolmo k zemi a odražený signál se za určitou dobu vrátí. Za tento čas se změní frekvence vysílání frekvenční modulací a ve směšovači se vyhodnotí a zesílí rozdíl obou frekvencí. Rozdíl původní a nové frekvence je závislý na vzdálenosti cíle (výšce letadla) a vyhodnotí se v měřiči frekvence. Tento princip je velmi vhodný pro sledování statických cílů, na druhou stranu se nedá použít pro sledování pohyblivých cílů právě kvůli již zmíněného Dopplerova jevu. 2.6 Minimální dosah radaru Radarová anténa obvykle slouží k vysílání i příjmu. Technicky to umožňuje duplexer, který přepíná funkci antény mezi příjmem a vysíláním. A právě frekvence přepínání duplexeru je kritická pro celý radarový systém. Nejvíce ovlivňuje právě minimální vzdálenost na kterou je radarový systém schopen zachytit objekt. Dvě nejdůležitější hodnoty jsou šířka 6

9 pulsu a doba obnovy. Během vysílání pulsu je zapojen vysílač. Po vyslání pulsu musí být anténa přepojena na přijímač. Počáteční hrana vysílaného pulsu způsobí přepnutí duplexerem na vysílač, což se děje okamžitě. Koncová hrana pulsu způsobí přepnutí na přijímač, avšak tato akce již není okamžitá a toto zpoždění se nazývá doba obnovy. Celkový čas, kdy anténa nemůže přijímat signál, je dán součtem času vysílání pulsu a dobou obnovy. Všechny signály, které se vrátí dříve než je přijímač připojen k anténě nejsou detekovány. Minimální vzdálenost na kterou může být detekován cíl je dána vzorcem Minimální vzdálenost (ft) = ((šířka pulsu (µs) + doba obnovy (µs))/2) x 984 ft. Například minimální vzdálenost pro radarový systém s šířkou pulsu 25 µs a dobou obnovy 0.1 µs je to ( ) x 984 = ,2 feet což je přibližně 2.03 NM. Většina moderních radarových systémů je dnes navrhována s tak malou dobou obnovy, že může být zcela zanedbána. 2.7 maximální dosah radaru Maximální dosah impulsního radarového systému ovlivňuje zejména nosná frekvence, maximální výkon vysílaného pulsu, frekvence opakování pulsu (pulse repetition frequency PRF) a citlivost přijímače. Nosný kmitočet vysílaný radarem je často limitujícím faktorem maximálního dosahu radaru, protože radiové vlny s frekvencí nad MHz jsou výrazně pohlcovány atmosférou. Čím větší je frekvence nosné vlny tím větší musí být vyzářený výkon na udržení stejného maximálního dosahu. Proto radarové systémy velkého dosahu (oblastní primární radary) používají nižší frekvence než radary krátkého dosahu (letištní pojezdové radary). Impulsní výkon ovlivňuje maximální dosah radaru právě z důvodu ztrát způsobených průchodem atmosférou. Radarové systémy vysílají každý puls během doby určené pro vysílání a poté čekají na návrat echa během zbývajícího času určeného pro příjem. Množství pulsů vyslaných během jedné sekundy se nazývá frekvence opakování pulsu (pulse repetition frequency - PRF). Čas mezi začátkem jednoho pulsu a začátkem následujícího se nazývá čas opakování pulsu (pulse repetition time PRT). Vnitřní čas radarového systému je vždy zresetován na nulu po vyslání pulsu. To slouží ke správnému změření doby od vyslání k přijetí odraženého signálu. PRT je pak obzvlášť důležitý při určení maximálního dosahu radaru, protože signál, jehož doba návratu překročí PRT radar vyhodnotí v nesprávné vzdálenosti. Odrazy které se vyhodnotí v takovéto nesprávné vzdálenosti se označují jako Sporné odrazy (Ambiguous returns). Citlivost přijímače ovlivňuje nejmenší možnou energii odraženého signálu, kterou přijímač zachytí a radarový systém ji zpracuje. 7

10 3 Primární radar Systém primárního radaru v největším zjednodušení sestává z vysílače, přijímače a indikátoru. Vysílač vhodně zpracuje energii, která se má vysílat a vyšle ji do stanoveného směru. Informace týkající se vysílané energie jsou taktéž dodávány do indikátoru, kde se používají pro systematizaci. Přijímač má za úkol zjišťovat energii odraženou objektem. Tato odražená energie může být velmi slabá a proto musí být přijímač schopný ji zesílit před předáním do indikátoru. Blok indikátoru poskytuje řídícímu letového provozu informace, které řídící využívá pro vykonávání své činnosti. Hlavní části vysílačů většiny primárních radarů tvoří synchronizátor, modulátor, magnetron a anténa. Modulátor - Nabíjecí tlumivka a umělé vedení, tzv. pulsní linka jsou částí, která je schopna akumulovat energii z vysokonapěťového zdroje a zajistit vhodný tvar a délku vysílacího impulsu. Pulsní linka je elektrickou napodobeninou dlouhého vedení. Je to sérioparalelní kombinace indukčností a kapacit, přesně navržená pro určitý opakovací kmitočet, šířku vysílacího impulsu a požadovaný impulsní výkon. Součástí modulátoru je i výkonový spínač, který nahromaděnou energii ve vhodném okamžiku odvádí do zátěže. V roli výkonového spínače je nejčastěji používán tyratron. Pro impedanční přizpůsobení magnetronu k pulsní lince je použit pulsní transformátor. Magnetron je samooscilující výkonový generátor vysokofrekvenčních kmitů, tzv. elektronka se zkříženými poli. Válcová katoda je obklopena kruhovým anodovým blokem, po jehož obvodu je vytvořen sudý počet rezonančních dutin, štěrbinami vázaných do pracovního prostoru. Celý tento soustředný válcový systém je umístěn v silném magnetickém poli, jehož siločáry jsou rovnoběžné s osou katody. Pravidelné elektronické impulsy ze synchronizační jednotky uvádějí do činnosti modulátor, který přenáší řady impulsů do magnetronu. Opakovací frekvence impulsů je dána synchronizační jednotkou a délka výsledného impulsu konstrukcí modulátora. Impulsy modulátora budí magnetron, který vyrábí vysokofrekvenční energii. Výsledné impulsy jsou přivedeny na anténu, která je vyzařuje v podobě krátkých záblesků elektromagnetické energie do prostoru. 8

11 Obrázek 3: Princip vysílání impulsního primárního radaru Možnosti radaru ve vertikální rovině zobrazuje diagram vertikálního krytí radaru. Základní úlohou indikace vzdušných cílů je poskytnout přehled o vzdušném prostoru bez zobrazení pozemních odrazů tzv. pevných cílů. Za tímto účelem radarové systémy vyzařují pomocí dvou vyzařovacích diagramů. Charakteristika A výšková je směřována nahoru a nastavena tak, aby vylučovala pozemní odrazy. Druhá charakteristika B dálková zajišťuje krytí v malých polohových úhlech (čili v malých výškách). Odrazy od blízkých pevných cílů z charakteristiky B jsou potlačovány na vstupních obvodech přijímače. Daleko a nízko letící letadla jsou tedy zachycována charakteristikou B a letadla letící nízko a blízko pozici radaru zachycuje charakteristika A. Obrázek 4: Typický diagram vertikálního krytí prostoru primárním radarem 9

12 Na přijímací část přehledových radarů pracujících v impulsním režimu jsou kladeny přísné nároky. Energie odražená od cíle je řádu pikowattů. Tak slabý signál je nutné zesílit vysoko nad úroveň šumu na vstupu přijímače, tak aby po amplitudové selekci mohl být užitečný signál oddělen od náhodného šumu. Dnešní přijímače přehledových radarů jsou výhradně zapojeny jako superheterodyny s nízkošumovými vstupními vf předzesilovači. Vstupní šířka pásma těchto přijímačů je volena dostatečně velká k tomu, aby bylo možné nezkresleně přijmout užitečnou informaci, tj. nedeformovaný tvar odražených impulsů a současně aby nebyla natolik velká, že by nárůst šumu na vstupu znehodnotil přijímanou informaci. Za optimální hodnotu je považována převrácená hodnota šířky vysílacího impulsu. Celkový zisk přijímacího řetězu bývá u dnešních primárních přehledových radarů asi 120 db. Pro kontrolu je nutné průběžně ověřovat citlivost přijímací části radaru a kvalitu zpracování vf signálu. Velmi vhodným způsobem je sledování stavu přijímací cesty pomocí měření šumového čísla. Vstupní šumový výkon ideálního přijímače: F id = K T B, kde K je Boltzmannova konstanta, vyjadřující energii přeměněnou na šumové napětí, T je teplota a B je šířka pásma. Vstupní šumový výkon skutečného přijímače: F skut = F K T B, kde: F je šumový činitel, udávající kolikrát větší šumové napětí generuje skutečný přijímač ve srovnání s ideálním. Např.: F = 4, znamená čtyřikrát větší šum než ideální přijímač. Takový poměr nazýváme šumový činitel. Tento poměr se dá vyjádřit i logaritmicky a místo o šumovém činiteli pak hovoříme o šumovém čísle, které vyjadřujeme v db. (Šumovému poměru 4 odpovídá šumové číslo 6 db). Šumové číslo přijímačů dnešních přehledových radarů se pohybuje okolo 2 db. Šumové číslo je automaticky měřeno během závěru každého odběhu, kdy po uplynutí doby určené pro návrat nejvzdálenějších odrazů je před dalším vysílacím impulsem injektován do přijímací cesty testovací šumový impuls a změřena jeho odezva v přijímači. Přijímač obsahuje lineárně a logaritmicky zesilující kanál. Logaritmický kanál je odolnější proti saturaci při příjmu silných signálů a je též vhodný pro snadnější normalizaci úrovně šumu a následnou amplitudovou selekci užitečného signálu, pokud je tento signál na pozadí zvýšeného šumu. Lineární kanál dává lepší výsledky pro ničím nerušený signál. Detekční část obsahuje amplitudový a fázový detektor. Amplitudová detekce je použita ve vzdálenostech a směrech, kde díky zakřivení zemského povrchu nedochází k příjmu pozemních odrazů, ale pouze k detekci objektů pohybujících se ve vzduchu. Fázový detektor je využit pro obvody, které potlačují odrazy od nepohyblivých překážek. Všechny stupně přijímací cesty jsou dnes 10

13 obsazeny výhradně polovodičovými součástkami. Přijímače jsou doplněny obvody pro řízení citlivosti ve vstupní i mezifrekvenční části. Ovládání citlivosti je zpravidla zajišťováno automaticky vyhodnocováním úrovně neužitečného signálu v obvodech pro zpracování signálu. Součástí přijímače jsou i ochrany vstupní části, zabraňující poškození během vysílacího impulsu. Na mezifrekvenční části přijímače jsou připojeny obvody vyhodnocující odchylky vysílaného kmitočtu a generující povely ke korekci ve vysílací části při jeho případné odchylce. Řízení citlivosti přijímačů je realizováno v části pro zpracování signálu. Snímaný prostor je kvantován v směrníku a ve vzdálenosti a pro jednotlivá políčka tohoto polárního rozdělení je vyhodnocen počet impulsů přijatých nad prahem detekce. Tento počet je nazýván míra falešných poplachů ( false alarm rate ). Je-li menší než nastavené číslo, je citlivost příjmu zvýšena, je-li vyšší je citlivost snižována. Na výstupech detektorů přijímací části jsou zapojeny analogově-digitální převodníky, neboť obvody pro zpracování signálu jsou dnes výhradně číslicové. Obrázek 5: Blokové schéma primárního radaru 11

14 3.1 Obvody pro zpracování signálu Signál přijatý, zesíleny a detekovaný radarem během přijímací části odběhu obsahuje kromě užitečných informací i množství nežádoucího signálu. Jsou to především odrazy od pevných překážek, dále pozemní závoj (tzv. clutter), odrazy od oblačnosti (pokud chceme detekovat výhradně letadla) a rušivé signály, zejména asynchronní rušení a rušení stálou vlnou. Jsou používány obvody pro indikaci pohyblivých cílů (moving target indication - MTI). Činnost takového obvodu je založena na tom, že mezi dvěma impulsy, které zasáhnou cíl během pohybu svazku, se cíl přemístí v prostoru a fázový posuv mezi vyslanou a odraženou vlnou bude pro každý odražený impuls rozdílný. U cílů, které se nepohybují bude fázový posuv odražené vlny vždy stejný u všech sousedících přijatých ech. Porovnáme-li nejméně dva po sobě následující odběhy a odečteme napěťovou odezvu fázového detektoru, zjistíme, které cíle jsou pohyblivé a které ne, což bylo objasněno už u Dopplerova principu dříve. Porovnání dvou následujících odběhů probíhá pomocí posuvného registru, jehož jednotlivé stupně odpovídají určitému kvantu dálky. Je porovnáván (odečítán) obsah stupňů odpovídajících stejnému kvantu dálky. Nežádoucím jevem při použití koherentní metody potlačování odrazů od pevných překážek je efekt tzv. slepé rychlosti. Ten nastává v okamžiku, kdy radiální složka rychlosti cíle vyvolá rychlost fázové změny odraženého signálu rovnou opakovacímu kmitočtu nebo jeho násobkům. Potlačení tohoto jevu se dosahuje kmitočtovou diverzitou a zejména změnou opakovacího kmitočtu puls od pulsu, tzv. staggeringem. Další důležitou částí pro zpracování signálu jsou obvody CFAR (CFAR - Constant False Alarm Rate - konstantní míra falešných poplachů. Falešnými poplachy se rozumí šumové špičky, které přesáhly detekční práh), obvody pro rychlý výpočet střední hodnoty šumu s ohledem na míru falešných poplachů. Obvody CFAR se skládají z logaritmického zesilovače a z obvodu pro výpočet střední hodnoty šumu. Obvod CFAR průměruje velikost šumu a převádí ji na stejnosměrnou složku. Na výstupu stačí tuto stejnosměrnou složku odfiltrovat a takto znormalizovanou úroveň šumu oddělovat od užitečného signálu vhodně nastaveným prahem detekce. Obvody CFAR se na výstupu doplňují korelátorem, který je schopen zajistit další pokles falešných poplachů a omezit tak na minimum ztrátu citlivosti způsobovanou těmito obvody. Korelátor je schopen snížit četnost falešných poplachů z hodnoty 10-2 na vstupu na hodnotu 10-6 na výstupu. Obvody CFAR jsou zařazeny jak do cesty amplitudové detekce, tak do cesty fázové detekce. 12

15 3.2 Definice přesnosti radaru a rozlišovací schopnost - Přesnost radaru v dálce je maximální rozdíl mezi zjištěnou a skutečnou polohou letadla. - Přesnost radaru v směrníku je maximální rozdíl mezi zjištěným a skutečným směrníkem cíle. - Rozlišovací schopnost v dálce je nejmenší vzdálenost, při které je radar schopen rozlišit dva různé cíle nacházející se na stejném směrníku. - Rozlišovací schopnost v směrníku je nejmenší úhlový rozdíl, při kterém je radar schopen rozlišit dva různé cíle nacházející se ve stejné vzdálenosti. 3.3 Chyby a omezení Chyba v určení vzdálenosti cíle je u primárního radaru v ideálním případě zatížena efektem měření šikmé vzdálenosti. Snižuje přesnost zejména v blízkosti radaru, je-li vzdálenost svislého průmětu polohy letadla na zemský povrch srovnatelná nebo i menší, než jeho výška, je měřená vzdálenost podstatně odlišná od skutečné vodorovné. S rostoucí vzdáleností rozdíl mezi šikmou a vodorovnou vzdáleností klesá. Omezení v dosahu je dáno technicky opakovacím kmitočtem radaru, prakticky, zejména u radarů s velkým dosahem i radiovým obzorem a citlivostí přijímací cesty. V blízké zóně je detekce cílů vyloučena v tzv. mrtvém kuželu nad anténou. Chyba v určení směrníku je omezena úhlovou šířkou hlavního svazku antény, stejně tak rozlišovací schopnost radaru. Technicky je omezeno rozlišení směrníku nejmenším přírůstkem hodnoty směrníku, tzv. krokem směrníku. Přesnost měření směrníku je zatížena ještě dalšími chybami, jako mechanické vůle v mechanické části snímání směrníku a/nebo chyba převodu analog/číslice ve zdroji úhlové informace. 3.4 Výhody Primární radiolokace nevyžaduje žádná doplňující zařízení na palubách letadel a zjišťuje jejich polohy plně aktivním způsobem. V civilním letectví má taková schopnost význam při nouzových stavech (letadla s výpadkem palubních přístrojů) a ve výjímečných případech poskytování řídících služeb (schopnost detekovat přítomnost neohlášeného provozu v řízených prostorech). Primární radary tedy budou vždy alespoň záložním systémem pro řízení letového provozu právě z důvodu možnosti detekce nekooperujících cílů, což nabývá na důležitosti především s rostoucí hrozbou terorismu. Zároveň jsou dnešní primární radary schopny detekovat význačné jevy počasí a na principu primárních radarů jsou založeny i 13

16 meteorologické radary pro detekci srážkových center ale i střihu větru apod. Součástky moderních primárních radarů jsou konstruovány zcela v pevné fázi (bez jediného vakuového prvku). Moderní přijímače mají nízké šumové číslo, lepší stabilitu a malé rozměry. Elektronické vychylování svazku hlavní antény nahrazuje mechanické otáčení antény. Systémy pro zpracování signálů používají zlepšené metody pro odlišení užitečného signálu na rušivém pozadí. 3.5 Primární radary v řízení letového provozu Oblastní přehledový radiolokátor Oblastní přehledové radiolokátory se používají na řízení provozu mimo letištní okrsek a mimo koncové řízené oblasti. Dosah je obyčejně 280 až 370km, výškové krytí přes 15000m pro objekty s efektivní odrazovou plochou 8m 2 s pravděpodobností zachycení 80% a s pravděpodobností falešného poplachu menší než Impulsní výkon oblastního přehledového radiolokátoru se většinou pohybuje od 1,5MW do 3MW, šířka impulsu je asi 2,5 až 3,5µs a provozní vlnová délka je cca 23cm (pásmo L). Anténa obyčejně provádí 5 až 7 otáček za minutu a rozlišovací schopnost ve vzdálenosti 500m a v azimutu 1,5 až 2. Tyto radiolokátory jsou velmi výkonné a proto jsou obvykle instalovány mimo obydlené oblasti tak, aby optimálně vykrývaly požadovaný prostor. ŘLP ČR používá oblastní přehledový primární radar AVIA CM,který byl nainstalován v lokalitě Písek. Tento radar má dosah 160 NM a také meteorologický kanál s velmi dobrou citlivostí (25 dbz). AVIA 23 pracuje na kmitočtu 1300MHz s opakovacím kmitočtem 525Hz, šířkou vysílacího impulsu 2,8 µs, impulsním výkonem 1MW a 6,5 otáčkami za minutu. Dosah radaru AVIA 23 činí asi 300km. ŘLP ČR dále používá výstup z přehledového radaru Auersberg (Německo) s dosahem 150NM. Přehledový radiolokátor koncové řízené oblasti Přehledové radiolokátory koncových řízených oblastí se používají na řízení letového provozu v TMA (koncová řízená oblast) a CTR (řízený okrsek). Vzhledem k hustšímu provozu a častějším změnám výšky je nutné zabezpečit rychlejší obnovu situace, obvykle po 4 až 6 sekundách a dále je nutná vyšší spolehlivost zachycení objektu. Dosah radaru pro TMA bývá 100 až 150 km a jeho krytí je omezeno do určité výšky, obyčejně 7000 až 10000m. Pro objekty s efektivní odraznou plochou 8m 2 je pravděpodobnost zachycení asi 90% a pravděpodobnost falešného poplachu musí být menší než Impulsní výkon bývá několik stovek kw a délka impulsu je obyčejně 1 až 2µs. Rozlišovací schopnost do dálky je 200 až 14

17 300m a v azimutu 1 až 2. Nejčastěji používaná vlnová délka je v pásmu S (10cm) avšak jsou používány i vlnové délky pásma L (23cm). Obrázek 6: Ostrava Mošnov - TAR RL41 TMA Praha vykrývá radar společnosti Thales TA 10MTD s dosahem 65NM, který také umožňuje zobrazovat bouřková jádra na pracovištích Praha APP a Ruzyně TWR. TMA Brno vykrývá TAR RL64 firmy TESLA s dosahem 65NM a v Ostravě se používá TAR RL41. Terminální radar TA 10 TAR RL64N pracovní kmitočet MHz opakovací kmitočet Hz dosah km šířka vysílacího impulsu...1 µs impulsní výkon kw počet otáček antény...15 ot/min pracovní kmitočet pásmo E (2700MHz až 900 MHz) pulsní výkon...2 x 800 W dosah km šířka vysílacího impulsu...1,1 µs impulsní výkon kw počet otáček antény...15 ot/min Okrskový přehledový radiolokátor Tento radiolokátor se umisťuje na letišti v blízkosti RWY aby se mohly kontrolovat pohyby letadel při přiblížení až téměř k prahu dráhy a letadla odlétávající z letiště. Pro objekty s efektivní odrazovou plochou 15m 2 má okrskový radar předepsané minimální krytí v prostoru od 0,5 do 30 nad horizont a do výšky 3000m a vzdálenosti 46 km. Chyba v určení vzdálenosti nesmí být větší než 3% skutečné vzdálenosti nebo 150m a rozlišovací schopnost 15

18 1% skutečné vzdálenosti nebo 230m podle toho, která hodnota je větší. Poloha v azimutu musí být určená s přesností 2 s rozlišovací schopností 4. Okrskové radary často pracují na vlnové délce 3cm, méně často pak 10cm. Impulsní výkon se pohybuje od desítek po 100kW a šířka impulsu je 1µs. Počet otáček bývá 15 za minutu. Letištní pojezdový radar Letištní přehledový radar (SMR Surface Movement Radar) je určen ke sledování a řízení provozu letadel a dalších mobilních prostředků na letištních provozních plochách a to zejména za podmínek špatné viditelnosti, kdy není možné provoz řídit vizuálně. Typická je vysoká rychlost obnovení informace a až několik desítek otáček za minutu (až 100 a více). Vysoká rozlišovací schopnost do 10m ve vzdálenosti a 0,5 v úhlu. SMR má ale mnohé nedostatky, zejména falešné cíle a maskované cíle, nemožnost jednoznačné identifikace apod. Proto je původní koncepce SMGCS kde SMR hrál dominantní roli nahrazována A-SMGCS kde je SMR již jen jedním z detekčních senzorů a je určen pro detekci nekooperujících cílů. Letištní radar TERMA pracovní kmitočet 9410 MHz opakovací kmitočet Hz dosah...4,5 km šířka vysílacího impulsu...40 nsec impulsní výkon...25 kw počet otáček antény...60 ot/min Přesný přibližovací radiolokátor - PAR Přesný přibližovací radiolokátor se používá k řízení a navádění letadel při přiblížení na přistání. PAR sleduje letadlo v azimutu, elevačním úhlu i vzdálenosti až do prahu VPD a pro efektivní odraznou plochu 15m 2 má krytí v horizontální rovině minimálně o šířce 20 a ve vertikální rovině nejméně 7 do vzdálenosti 17km od antény. Veškeré požadavky na přesné přibližovací radary jsou v Annex 10/I. Přesný přibližovací radar má obvykle dvě antény, jednu pohybující se v horizontální rovině pro zjišťování azimutu a druhou anténu, která se vychyluje ve vertikální rovině a je určena pro zjištění elevace letadla. V obou rovinách se zároveň určuje vzdálenost. Používaná vlnová délka je 3cm, impulsní výkon desítky kw, šířka impulsu pod 1µs a šířka vyzařovacích diagramů je pod 1. Mechanické vychylování se dnes nahrazuje elektronickým vychylováním laloků antén. PAR se dnes již v civilním letectví téměř nepoužívá, jeho využití ale pořád přetrvává ve vojenském letectví, protože může plnit funkci systému přesného přiblížení na přistání v situacích, kde není možné instalovat ILS. 16

19 4 Sekundární radar Sekundární radar je zařízení, které vysílá signál a místo jeho odrazu přijímá a zpracovává odpověď vyslanou cílem. Největšího rozšíření dosáhly sekundární radary v řízení letového provozu. Po druhé světové válce výrazně rostla hustota civilního letového provozu a organizace řídící letový provoz hledaly efektivní nástroj, který by umožnil tento růst zvládnout. Klíčovým požadavkem byla kromě lokalizace cíle i jeho identifikace. Vzniklo několik systémů sekundárního radaru. Tyto pokusy vyústily na přelomu padesátých a šedesátých let 20. století v normu popisující sekundární přehledový radar (SSR, Secondary Surveillance Radar) vydanou mezinárodní organizací pro civilní letectví (ICAO). Sekundární přehledové radary jsou často používány jako doplněk radarů primárních a jejich anténa bývá instalována nad zrcadlem antény primárního radaru (výjimečně se lze setkat s ozařováním zrcadla antény primárního radaru dalšími zářiči použitými pro sekundární radar). Na rozdíl od primárního radaru je nedílnou součástí systému sekundárního radaru i palubní část, odpovídač (transpondér), umístěný na palubách civilních i vojenských letadel. Nevýhoda omezení funkce sekundárního radaru na kooperující cíle je vykoupena příznivější výkonovou bilancí, větším dosahem (až 500 km), nezávislostí funkce na efektivní odrazné ploše cíle a možností přenášet informace mezi cílem a radarem. Systém sekundárního přehledového radaru pracuje na dvojici pevně určených frekvencí v pásmu L. Dotazy vysílá radar (dotazovač, interrogator) na frekvenci 1030 Mhz, odpovídače používají při vysílání odpovědí frekvenci 1090 MHz. Signály jsou vysílány s vertikální polarizací. Výhodou dvou frekvencí je eliminace odrazů od země, budov a obecně všech nekooperujících cílů. Odpovídač přijímá signál a pokud v něm rozpozná dotaz, odpoví signálem obsahujícím požadovaný údaj. Formát dotazu i odpovědi, kódování přenášené informace, použité frekvence a další parametry systému jsou mezinárodně standardizovány a záleží na tzv. módu dotazu/odpovědi. Vzhledem k tomu, že všechny sekundární radary sdílí jediný frekvenční kanál a že všechny odpovídače vysílají odpovědi také na jediné frekvenci, potýká se systém s různými problémy. Část problémů, například potlačení odpovědí vyvolaných dotazem jiného radaru a přijatých postranními laloky antény, lze řešit poměrně snadno. Mnohé další problémy (například překrytí dvou odpovědí - garbling) si vynucují poměrně náročná řešení, která navíc nejsou zcela spolehlivá. Dotazy mohou mít různý průběh (mód) a odpovídače podle něj předávají radaru různé informace. Civilní módy sekundárního radaru jsou označovány písmeny, vojenské módy IFF 17

20 (Identification Friend or Foe) se označují čísly. Původně byly definovány čtyři civilní módy a tři vojenské. Dnes se z těchto módů používají pouze dva civilní (módy A a C) a jeden vojenský (mód 3, shodný s civilním módem A). Ostatní módy se dnes již nepoužívají, protože docházelo k záměnám s dotazy módu A a C (B,D) nebo již nesplňují požadavky na obtížnou lokalizaci bojových letadel a nenapodobitelnost (módy l a 2). S rostoucí hustotou letového provozu roste i četnost kolizí všesměrově vysílaných odpovědí sdílejících jediný kanál. Jako řešení omezení kapacity systému byl systém SSR doplněn adresným módem S Novější vojenské systémy IFF (mód 4, nyní nahrazovaný módem 5) snižují pravděpodobnost lokalizace cíle nepřítelem a kompromitaci kódu. Ideou moderních systémů IFF je využití dlouhého dotazu vysílaného směrovou anténou a minimalizace energie signálu všesměrově vysílané odpovědi. Zatímco dotaz je vysílán směrovou anténou, odpověď je vysílána všesměrově a je tak snáze zachytitelná. Kompromitaci kódu (odposlech a využití kódu nepřítelem) znesnadňuje použití kryptopočítače 4.1 Měření radiální vzdálenosti cíle Výpočet vzdálenosti cíle vychází z naměřeného časového zpoždění mezi náběžnou hranou posledního vysílaného impulsu dotazu a náběžnou hranou prvního impulsu přijaté odpovědi. Změřený čas obsahuje zpoždění odpovídače a dvojnásobek doby šíření signálu od radaru k cíli a zpět. Zpoždění odpovědi odpovídačem je definováno normou a pro módy A, C je 3 ± 0,5 µs (mezi náběžnou hranou impulsu P3 dotazu a náběžnou hranou prvního impulsu odpovědi). Podle též normy je u módu S zpoždění mezi synchronizační reverzací fáze a náběžnou hranou prvního impulsu preambule 128±0,25µs. Na chybě měření radiální (šikmé) vzdálenosti cíle se podílejí především tolerance zpoždění odpovědi odpovídače a chyba určení času příchodu odpovědi.toleranci odpovídače přísluší chyba radiální dálky ±75 m a pro celkovou chybu měření vzdálenosti má dominantní vliv. Rozlišovací schopnost radaru v dálce R je pro cíle s odpovídači pracujícími v módu A nebo C záležitost poněkud dvojznačná. Dva cíle lze rozlišit s jistotou pouze tehdy, jestliže se jejich odpovědi přijaté radarem nepřekrývají. Protože odpovědi v módu A a C trvají 20,3 µs, je takto definovaná rozlišovací schopnost 3,05km. Pokud je vzdálenost cílů menší, dojde k překrytí odpovědí (garbling). Existují možnosti jak dvojici překrytých signálů vyhodnotit (degarbling), ale nejsou zcela spolehlivé. Ve skutečnosti není u sekundárního přehledového radaru rozlišovací schopnost v dálce tak významná, jako u primárních radarů. K rozlišení cílů 18

21 se zde používá odlišných odpovědí odpovídače na dotaz na identitu (mód A), případně adresnost dotazů v módu S. 4.2 Měření azimutu cíle K měření azimutu se využívá směrové charakteristiky antény dotazovače. Používají se metody, které jsou odolné vůči chybějícím odpovědím i kolísání výkonu vysílače. Odpovídač není často v hustém provozu schopen zpracovat všechny dotazy a odpovědi jsou pak vysílány střídavě na dotazy od několika dotazovačů. V extrémních případech může dotazovač zachytit třeba jen jedinou odpověď. Protože norma předepisuje odpovídačům pouze rozmezí vysílaného výkonu, není zaručena jeho časová stabilita a vysílaný výkon může kolísat. Tím je vyloučena možnost určovat polohu cíle podle amplitudy přijaté odpovědi (na rozdíl od primárních radarů). U sekundárních radarů vystupuje do popředí problém vysílání a příjmu postranními svazky antény, které mohou způsobit nejen nejednoznačnost určení azimutu letadla, ale i vyvolat odpovědi odpovídačů nacházejících se mimo sektor okamžitého zájmu (hlavní svazek antény). Tomuto zbytečnému zatížení celého systému se zamezí konstrukcí anténního subsystému sekundárního radaru. Dotazovač musí být kromě hlavní antény s úzkým hlavním svazkem vybaven ještě tzv. potlačovací anténou se širokým diagramem překrývajícím postraní svazky hlavní antény. Zisk této potlačovací antény ve směru postranních laloků hlavní antény je větší než úroveň postranních laloků hlavní antény. V požadovaném sektoru dotazů musí být signál vyslaný hlavní anténou minimálně o 9 db vyšší než anténou potlačovací. Při vysílání dotazu je část impulsů vyslána hlavní a část potlačovací anténou. Odpovídač tak snadno rozpozná, zda přijal dotaz z hlavního nebo z postranního svazku. Na dotazy z postranních laloků dotazovače neodpovídá. Tento systém je označován ISLS (Interrogator Side Lobe Suppression). Na druhou stranu porovnáním amplitudy signálů přijatých hlavní a potlačovací anténou lze eliminovat odpovědi zachycené postranními laloky hlavní antény dotazovače. Tento systém se uplatní zejména při potlačování odpovědí na dotazy jiných dotazovačů a označuje se RSLS (Receiver Side Lobe Suppression). Protože poměr amplitud signálu, přijatého hlavní a potlačovací anténou nezávisí na výkonu odpovídače, je takové určení azimutu tolerantní ke změnám výkonu odpovědi. Již ze dvou přijatých odpovědí lze pak (teoreticky) vypočítat polohu odpovídače a proto také není tento systém citlivý ani na občasné výpadky odpovědí. Nejčastěji se vybírají krajní odpovědi 19

22 blízko bodů, v nichž je amplituda signálu z obou antén stejná (viz obrázek). Tento postup však selhává, je-li zachycena pouze jediná odpověď od jednoho cíle. Obrázek 7: a) směrová charakteristika hlavní a potlačovací antény, b) určení azimutu cíle z hranic oblastí přijatých odpovědí Druhou možností určení azimutu cíle je použití monopulsu, které umožňuje určení azimutu cíle z jediné přijaté odpovědi a výsledky tedy nejsou citlivé na výpadky a nejsou ovlivněny kolísáním výkonu. Monopulsní zpracování je výhodné pro všechny módy sekundárního radaru, pro mód S je nezbytností, neboť od jednoho cíle je často přijata jediná odpověď. Vzhledem k použitému frekvenčnímu pásmu a akceptovatelné velikosti antény mají sekundární radary obvykle v azimutu horší rozlišovací schopnost než radary primární. Přesnost je u systémů bez monopulsního určování azimutu také horší, pro monopulsní systém je pak obvykle výrazně lepší. Důvodem horších vlastností je práce na nižší frekvenci, kdy je při srovnatelných velikostech antén podstatně větší šířka svazku. 4.3 Měření výšky cíle Sekundární radar neumožňuje přímé měření výšky a k určení výšky využívá údaj barometrického výškoměru instalovaného na palubě sledovaného letadla. Údaj o výšce je přenášen v odpovědi na dotaz módu C i jako jedna z možných zpráv módu S. Protože je údaj měřen na palubě letadla, nezávisí jeho přesnost na vzdálenosti letadla od radaru. Odpovídač sekundárního radaru přenáší vždy nadmořskou výšku určenou podle aktuálního barometrického tlaku. Při přepočtu aktuálního tlaku na výšku se používá hodnota standardního tlaku 101,325kPa. Atmosférický tlak kolísá podle meteorologické situace o ±5%. Těmto změnám tlaku odpovídá změna nadmořské výšky asi ±400m. Ačkoliv tato absolutní přesnost měření výšky není příliš vysoká, výrazná část chyby měření barometrického výškoměru je systematická a 20

23 souvisí s klimatickými podmínkami v místě měření. Chyba údajů naměřených dvěma blízkými letadly má značnou část společnou". Protože pro bezpečnost letového provozu je klíčové především zajištění bezpečných vertikálních rozstupů blízkých letadel, nemá tato chyba podstatný vliv na bezpečnost provozu. 4.4 Měření rychlosti cíle Sekundární radar nemůže určovat rychlost cíle podle fáze přijímaného signálu. Vyslaný a přijatý signál jsou nekoherentní, jsou odvozeny od dvou různých místních oscilátorů. Signál každého z oscilátorů má různou odchylku od nominální frekvence a tolerance nosné frekvence signálu vysílaného odpovídačem je pro módy A a C ±3MHz a pro mód S ±l MHz. Rychlost je možné určit pouze nepřímo, výpočtem ze souřadnic naměřených v jednotlivých otáčkách antény radaru. 4.5 Používané signály a módy Existuje několik formátů dotazu. Jednotlivé formáty dotazů odpovídají tzv. módům a odpovídač na ně odpovídá zprávou s daty požadovanými příslušným módem. Odpovídač tedy rozpozná mód dotazu podle časového odstupu dotazových impulsů. 1 IFF 2 IFF, individuální kódy 4 IFF, kryptomód 3/A číslo letu B nevyužívá se (docházelo k záměnám s módy C a A) C barometrická výška letu D nevyužívá se (docházelo k záměnám s módy C a A) S adresný mód s přenosem vyžádaných dat tabulka 1: Seznam módů sekundárního radaru Obrázek 8: 21

24 Pro identifikaci vlastní/cizí (IFF) se dnes u vojenských prostředků NATO používá téměř výlučně mód 4 (Mark 12), protože žádný z nižších" módů nesplňuje požadavek obtížné napodobitelnosti cizími prostředky. Pro zvýšení spolehlivosti systémů IFF připravuje NATO nový mód 5, který také zachovává obtížnou napodobitelnost odpovědí 4.6 Mód 3/A Tento mód se používá pro zjištění čísla letu. Označení 3/A vystihuje totožnost civilního módu A a vojenského módu 3. Číslo letu je tvořeno čtyřmi číslicemi (O 7777, 4096 kombinací) a pro lety nad Evropou je přidělováno centrálně z Bruselu organizací Eurocontrol. Dále existují speciální kódy 7500-únos, 7600 ztráta spojení, 7700 nouze a 7777 pro testovací účely. Dotaz módu 3/A je neadresný a odpovídají na něj všechna letadla ve směru hlavního svazku antény radaru. Dotaz je složen ze třech impulsů jednotné šířky 0,8µs. Krajní impulsy jsou vysílány hlavní anténou a prostřední anténou potlačovací. Obrázek 9: Průběh dotazu módu 3/A Je-li dotaz odpovídačem přijat z hlavního laloku hlavní antény dotazovače, mají impulsy P1 a P3 větší amplitudu než impuls P2. Při úrovni impulsů P1 a P3 alespoň 9dB nad úrovní P2 odpovídač odpovědět musí, protože je ve směru maxima anténního diagramu. Pokud je dotaz přijat s úrovní impulsů P2 větší než jsou úrovně impulsů P1 a P3, prošel dotaz vedlejším lalokem hlavní antény dotazovače a odpovídač odpovědět nesmí, zamezuje se tím tomu, aby odpovídač reagoval na dotazy pocházející z postranních laloků vyzařovací charakteristiky hlavní antény dotazovače. 22

25 Obrázek 10: Potlačení odpovědí na postranní laloky Odpověď módu A přenáší 12 významových bitů s přiděleným kódem letu. Zpráva začíná krajním impulsem Fl, poté následuje polovina pozic impulsů významových bitů, jedna volná pozice, zbylé pozice impulsů významových bitů a zakončovací impuls F2. K přenosu informace se používá amplitudová modulace, logické jedničce odpovídá impuls, logické nule jeho absence. Impuls SPI (Speciál Pilot Identification) za přenášeným kódem je zapínán pilotem na žádost řídicího letového provozu (squawk ident). Při zobrazení je pro tento cíl použita speciální značka a obsluha si tak může na radarovém zobrazení ověřit s kým hovoří, případně provést radarovou identifikaci, pokud to není proveditelné některým standardním způsobem. Obrázek 11: Odpověď módu 3/A 4.7 Mód C Tento mód se používá pro přenos informace o výšce letadla. Přenášený údaj je přebírán z barometrického výškoměru a zaokrouhluje se na stovky stop. Přenášená hodnota se nachází mezi loooft a ft. Sekundární radar provádí podle poměru amplitud signálů přijatých hlavní a potlačovací anténou potlačení odpovědí přijatých postranními laloky. Systém potlačení postranních laloků byl popsán u módu 3/A. Naměřená barometrická výška je kvantována s 23

26 krokem 100 stop a kódována do binárního slova. Binární kód popisující naměřenou výšku je definován tabulkou pro výšky až stop. V praktickém provozu sekundární radar obvykle pravidelně střídá vysílání dotazů A a C (např. AACAAC). Četnost vysílání dotazů je omezena normou na maximální opakovací frekvenci 450Hz 4.8 Mód S Problémy, kterými trpí sekundární radar v módu A a C při rostoucí hustotě letového provozu vedly k definování nového módu - módu S. Tento mód řeší nejslabší místa původního návrhu systému sekundárního radaru, neadresnost (a jí způsobené přetěžování sdíleného kanálu) a absenci kontroly konzistence přijaté odpovědi. K módu S se váží dva typy dotazu. Jedním typem dotazu je adresný dotaz, často označovaný jako dotaz v módu S, a druhým je všeobecný dotaz. Adresný dotaz v módu S má charakter datové zprávy a je vysílán na stejné frekvenci jako módy A a C. Průběh dotazu je navržen tak, aby jej starší odpovídače nepodporující mód S vyhodnotily jako neplatný dotaz a ignorovaly. Průběh signálu se skládá z preambule a dlouhého impulsu s datovou zprávou kódovanou pomocí binární fázové modulace. Preambule dotazu je tvořena dvojicí impulsů s délkou 0,8µs ve vzdálenosti 2µs. Tato dvojice impulsů je vysílána stejnou anténou a odpovídače přijmou oba impulsy se stejnou amplitudou. Zvolená vzdálenost impulsů odpovídá vzdálenosti mezi prvním impulsem vysílaným hlavní anténou a potlačovacím impulsem módů A a C; starší odpovídače vyhodnotí dvojici impulsu jako nekorektní (puls P2 v módech A a C musí mít ve směru hlavního laloku antény amplitudu alespoň o 9dB menší) a neodpoví. Délka impulsu s daty je buď 16,25 nebo 30,25 µs. Pro synchronizaci odpovídače je ve vzdálenosti 1,25µs od náběžné hrany impulsu P6 referenční fázová změna. Po 0,5µs následují jednotlivé datové bity. Logická jednička je reprezentována změnou fáze o 180 a logické nule odpovídá vynechaná fázová změna. Datové bity obsahují kromě zprávy na posledních 24 bitech unikátní identifikaci odpovídače (adresu) a jsou zabezpečena cyklickým kódem. Transpondér odpovídá na dotazy, které obsahují jeho adresu a na dotazy které mají charakter všeobecného dotazu. Formát datové zprávy dotazu i odpovědi se skládá z identifikátoru přenášené informace UF, DF (Uplink Format, Downlink Format, obvykle 5 bitů), samotné přenášené informace a pole pro paritní nebo kombinovanou adresní/paritní informaci. Zpráva může obsahovat 24