MSSR-Monopulse Secondary Surveillance Radar

Transkript

1 MSSR-Monopulse Secondary Surveillance Radar Vadim Závodný Eldis Pardubice, sro. Pardubice, Czech Republic Thank s to Ing. Dominik Kupčák for technical support 1

2 Přehled Rozdělení systémů Porovnání vlastností PSR/MSSR Historický vývoj Monopulsní zpracování Vlastnosti antény Výkonové bilance v systémech PSR/MSSR Komunikační módy Mechanická koncepce Integrace MSSR do reflektorové antény PSR 2

3 Typy systému rádiového určování polohy Určování vlastní polohy Navigační systémy Satelitní navigační systémy (GPS, GLONASS, GALILEO) Pozemní navigační systémy (LORAN, OMEGA) Letecké navigační systémy (ILS, VOR, ISBN, DME) Určování polohy jiného objektu Radary Primární radary (řízení letového a lodního provozu - ŘLP, mapování, ostraha) Sekundární radary (ŘLP, vyhledávání posádek v nouzi, identifikace) Pasivní radarové systémy (ostraha prostoru, ŘLP) 3 GPS systém FMCW radar PSR,SSR pulsní radar

4 Přehled radarů 4

5 Vlastnosti radaru PSR-MSSR ICAO-International Civil Aviation Organization PSR: RL-2000, ELDIS PSR-Primary Surveillance Radar Detekované cíle nespolupracují Cíle nevyžadují zvláštní vybavení (odpovídač) Detekce odrazu od deště Detekce odrazu od pozemního clutteru Nerozliší dva stejné cíle v detekční oblasti Neurčí výšku cíle Nepříznivá výkonová bilance Pout =24kW P PSR 4 R MSSR-Monopulse Secondary Surveillance Radar Detekované cíle spolupracují Cíle vyžadují zvláštní vybavení (odpovídač) Detekce deště je potlačena (svazek Ω) Detekce odrazu je potlačena (svazek Ω) Cíl udává svou polohu, rychlost, výšku Cíl předává další informace (zprávy) Příznivá výkonová bilance Pout=5kW (50W) MSSR: RL-2000, ELDIS 2 P SSR R 5

6 Historická koncepce PSR+MSSR MSSR: CRS512-Cossor PSR: ASR8 Přijímač Plot extraktor MSSR Letiště Ženeva - Hlavní výhodou je získání informace z odpovídače letadla -číslo letu, letová hladina, technické parametry odpovídače -dlouhý dosah, typicky 200 (256) nmi -celosvětově kompatibilní systém, f out =1030MHz, f in =1090MHz -Parametry i funkčnost definuje a schvaluje organizace ICAO 6

7 Zobrazení cílů MSSR Původní zobrazení Cíl obsahuje informace Číslo letu (4321) Speciální kódy Barometrickou výšku Další info dle modu RL-2000, Eldis Kombinace PSR+MSSR ATC raster scan display 7

8 Rádiové vybavení letadla Malé dopravní letadlo Rádiové vybavení letadla Jde o spolupráci mnoha systému Využití několika nezávislých prostředků Prostředky jsou často zálohovány Využití odlišných kmitočtových pásem Anténa kontrolního odpovídače 8

9 Rádiové vybavení letadla Velké dopravní letadlo Transpondér Řídící jednotka Pilot nastaví a ovládá transpondér 9

10 Historický vývoj MSSR Vznik a nutnost zavedení radarové techniky způsobila 2. sv. válka Během druhé světové války, problém s určením cíle Friend/Foe (přítel nepřítel) Vznikl systém IFF, MkI, MkII, MkIII ( )MHz pro identifikaci cílů 1943 Naval Research Laboratory vyvinula MkV-IFF ( )MHz Odvozený systém MkX(SIF) Selective Identification facility, (Tx:1030; Rx1090) 1952 firma Cossor vytvořila demonstrátor SSR na letišti Heathrow, AN/CPS1 Vznikl odvozený typ Cossor Type 1, prvý SSR radar s malou vertikální apert MkX systém uvolněn vojáky pro civilní použití, mód A : AN/CPS1 Cossor Type 1 SSR

11 Další experimenty Úvahy o novém moderním systému s elektronicky skenovanou anténou vedly firmu Hazeltine Corporation k prototypu E-Scan, který se díky složitosti a ceně neuchytil. Firma Lincoln Laboratory vyvinula systém DABS založený na anténě omidirectional a směrové anténě SSR. Položili základ k vertikálnímu tvarování ant. Diagramu pomocí antén LVA, Large Vertical Aperture E-Scan DABS, experimental antenna 11

12 MSSR-Funkce radaru SLS-SideLobe Suppresion 12

13 Význam monopulsního zpracování Ant. Diagram v oblasti maxima Monopulsní zpracování signálu v systému SSR zpřesňuje určení polohy cíle Pozemní anténa vytváří svazky Sum, Dif, Control (Ω) U přijaté odpovědi od letadla je poměrem amplitudy na výstupu Sum/Dif stanovená zpřesněná poloha cíle Zpřesnění je možné už při jediné detekované odpovědi 13

14 MSSR-Anténní diagramy Ant. Diagramy: Azimut Ant. Diagramy: Elevace MSSR-LVA:CRS-512 CRS 370 Mechanický záklon antény je odvozen od poklesu náběžné hrany v rovině horizontu Typicky bývá -3-6dBi Tvarování anténního diagramu zajišťuje pozemní anténa MSSR Plynulý přechod fáze u svazku DIF (CRS-512) potlačení postranních laloků Zavedení kosekantové ant. Charakteristiky ve verikále LVA, lepší bilance energie 14

15 MSSR-výkonová bilance 15

16 MSSR-výkonová bilance Optimální je, aby obě podmínky vedly ke stejné hodnotě R max. Pokud totiž vyjde například R max1 R max2 budou dotazy přijímány i letadly, jejichž odpovědi už dotazovač nezachytí. Pokud tomu bude naopak, potom budou dotazovače obtěžovány odpověďmi odpovídačů na dotazy jiných dotazovačů, kterých se však nemohou sami zeptat, protože jejich výkon jim nezaručuje potřebný dosah. Hodnoty minimálních přijímaných výkonů P Pmin1 a P Pmin2, potřebných pro správnou funkci dotazovače i odpovídače se označují takto: P Pmin2 MTL (Minimum Triggering Level) P Pmin1 MDL (Minimum Detection Level) Dosah roste s druhou odmocninou vysílaného výkonu (jde o komunikační systém tedy o rádiokomunikační rovnici). 16

17 MSSR-funkce systému SSR (Secondary Surveillance Radar) Aplikace v ATC, pozemní systém je dotazovačem (Interrogator), palubní systém automatickým dpovídačem (Transponder), vojenské módy IFF (Identification Friend Foe) Odpovědi obsahují základní identifikační údaje a aktuální měřené letové parametry IM modulace Uplink 1030 MHz, vert. polarizace Downlink 1090 MHz, vert. polarizace 17

18 MSSR-komunikační módy Mód A = ID odpovídače, resp. číslo letu 18

19 MSSR-komunikační módy Odpověď v módu A Číslo letu tvoří čtyři oktalové cifry ( , tj kombinací pro lety nad Evropou přidělováno Eurocontrolem Speciální kódy: únos ztráta spojení nouze 19

20 MSSR-komunikační módy SPI (Special Pilot Identification) aktivuje pilot na 20 s po žádosti řídícího ATC Mód C = barometrická výška letadla Barometrické měření ve stovkách stop s korekcí Hodnota kódována tzv. Gillhamovým kódem Rozsah až ft. 20

21 MSSR-komunikační módy Odpověď v módu C Gillhamův kód 21

22 MSSR-komunikační módy Mód S (Adresný nebo všeobecný dotaz) Z módu S se vyvinul systém ADS-B (Automatic dependent surveillance-broadcast) 22

23 ADS-B MSSR-komunikační módy DF zdroj dat AA aircraft address ME parametry (poloha z GPS, rychlost, výška z výškoměru) 23

24 MSSR-Eldis, blokové schéma Blokové schéma radaru 24

25 MSSR-Eldis, rf. Části radaru Mechanika zástavby v radaru Technical data Frequency: 1090 MHz Tangential Sensitivity: < -90 dbm Band width: 10MHz ± 2MHz (3dB) Operation temperature0~50 C Interfaces CMS interface :Ethernet 10/100 Trigger inputs :2x optical line Data output interfaces 2x dual optical line LC MM 25

26 MSSR-základní stavební bloky Vysílač 2x5kW Přijímač Sum/Dif/Omega Klíčové prvky radaru jsou zálohované typicky kanál A, kanál B Aktivní kanál pracuje do antény, záložní do umělé zátěže To umožňuje rychlé přepnutí v případě výpadku systému 26

27 Mechanická konstrukce antény 27 Připojení antény do systému zajišťují 3 koaxiální kanály Převod mechanické rotace na statickou část zajišťuje rotační spojka

28 Anténní diagram horizont. rovina 28

29 Anténa, horizontální rozvod Tvary anténních diagramu Monopulsní tvarování svazku zajišťuje horizontální rozvod antény Anténa má 3 výstupy Sum/Dif/Omega které generují 3 rozdílné svazky ve stejném čase Kanály využívají pasívní děliče, díky tomu jsou obousměrné 29

30 Konstrukční uspořádání antény Vnitřní uspořádání anténního děliče Nutnost fázovat rozvod i po instalaci do antény Rozvod tvoří pasívní děliče s odpovídající výkonovou zatížitelností 5kW 30

31 Anténní diagram vertik. rovina Posouzení diagramu Vertikální diagram je tvarován s ohledem na požadované krytí radaru (csc) Strmost náběžné hrany určuje potlačení odrazů od země Důležitá je shoda tvaru diagramu na kmitočtech 1030 a 1090 MHz 31

32 MSSR- zobrazení cílů Mod S poskytuje další informace stavu letadla, označení aj. Zobrazení síle jsou doplněny stopou z trackeru 32

33 MSSR- Základní systémové parametry Parametry systému plně specifikuje norma ICAO To zaručuje celosvětovou kompatibilitu systému Systém je možné testovat nezávislým zařízením, které dlouhodobě vyhodnocuje jeho parametry 33

34 Integrace MSSR do PSR Další možnosti je integrace MSSR do PSR Oba systémy se ovlivňují SSR nesplní parametry ICAO na šíři svazku Preferována je mobilita systému Využití společného reflektoru AN/TPS-79 34

35 Sestava antén primární a sekundární radar 35