magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Radartechnika lid kep

A radar elveinek és főbb jellemzőinek áttekintése során eddig főleg a felderítési, az irány,- távolság- és sebességmérési funkciókat hangsúlyoztuk. Ezúttal egy olyan rendszerről kísérelünk meg legalább vázlatos képet adni, amely a fenti adatokon kívül a repülőeszközök azonosítására és még számos repülési információ lekérdezésére teszi képessé a földi radarállomást.

 

 


Eddig a „klasszikus” radarokkal foglalkoztunk, amelyek olyan célfelderítési technikát valósítanak meg, amelyhez nem szükséges a céltárgy „együttműködése”. A célt maga a radar „világítja meg” saját impulzusaival, és ennek visszaverődéseit észlelve méri annak felszínre vetített pozícióját, magasságát, távolságát vagy sebességét. Ez a „klasszikus” primer radar (mindaz, amivel eddig foglalkoztunk), mivel itt a céltárgy passzív, a jelenlétén és radarhullám-visszaverő képességén (radarkeresztmetszetén) kívül semmivel nem járul hozzá az információszerzéshez.

Az SSR-rendszer

A radartechnikát a háborús igények hozták létre, éppen az idegen harci járművek (repülőgépek, hajók) primer radarokkal is elvégezhető felderítésére. Ezzel természetesen a baráti repülőgépek is láthatókká váltak, és hamar kiderült, hogy a radartechnológia a saját repülőgépek forgalmi és hadműveleti irányításánál is használható. Ehhez egyértelműen felismerhetővé kell tenni a baráti repülőgépeket. Ha ezek egy „transzpondernek” nevezett jeladóval vannak felszerelve, az őket érő radarsugár reflektálásán kívül aktív eszközzel is kell egy válasz-jelcsomagot küldeniük. Ez kódolt információt tartalmaz (például a repülőgép azonosítókódját, repülési magasságát, esetleg adatokat a fedélzeten fellépő esetleges üzemzavarokról). Az ilyen rendszer a „másodlagos felderítő radar” (Secondary Surveillance Radar – SSR), amely a katonai alkalmazásokon kívül a polgári repülésben is jelentős szerepre tett szert.
Az SSR-rendszerben az adó egy „kérdező” (interrogátor) funkciót is ellát, amely egy „uplink”-frekvenciára modulált, egyszerű impulzuskombinációval válaszadásra „szólítja fel” azt a repülőgépet, aminek a jelenlétét a primer radarfunkciókkal észlelte. A repülőeszközben elhelyezett transzponder dekódolja ezt a „kérdést”, annak tartalma szerint választáviratot állít össze, és azt a lefelé irányuló (downlink) frekvenciára modulálva visszasugározza. Ezt a vevő erősíti és demodulálja, szűri a „torlódó” vagy zavart jelcsomagokat, végül a dekódolt információt a célponttal társítva megjeleníti. A kommunikáció protokollját a Nemzetközi Polgári Repülésügyi Szervezet (International Civil Aviation Organization – ICAO) definiálja a polgári repülés számára. A kérdések választéka végtelenül egyszerű: a legfontosabb a „Ki vagy?” kérdés, amelyre a repülőgép transzpondere a repülőgép saját azonosítókódjával válaszol. Egy másik kérdés: „Milyen magasan repülsz?”, amellyel a kétdimenziós radarok felszínre vetített helyzetadatait egészíti ki a repülőgép által mért saját (barometrikus vagy radaros elven mért) magasságadattal, amely létfontosságú információ a légi irányítás részére. Nyilvánvaló, hogy ez a megoldás a radar és a repülőgépen elhelyezett transzponder közötti teljes együtt-működésre épül. Ez katonai környezetben egyszerűbb, mert rendszerint ugyanaz a cég szállítja a radart és a transzpondereket. A polgári repülésben viszont csak egy világszabvány alkalmazása jelenthet megoldást, amelyet az ICAO szabvány 10. függeléke (ICAO Annex 10) foglal össze. Ennek IV: fejezete definiálja az SSR rendszerét. A világ összes SSR-radarja csupán két vivőfrekvenciát használ: az 1030 MHz-et a kérdezőjelre (uplink), és az 1090 MHz-et a válaszjelre (downlink). Ennél több frekvencia nem is használható, mivel egy polgári repülőgép útja során számos légi irányítási körzeten haladhat át, és bármelyik földi radarnak bármelyik transzponderrel kompatibilisnek kell lennie.

Az SSR valós környezetben

A kérdés-válasz protokoll problémája, hogy a földi radar olyan válaszjeleket is vesz, amelyeket nem a saját kérdezőkódja kezdeményezett. Ebből származik az egyszerű SSR egyik lényeges hibája, a FRUIT. Ez egy mozaikszó (feloldása magyarul: „időben nem szinkronizált, hamis válaszok” vagy: „a kérdezőjellel nem szinkronizált hamis válaszok”, de a rövidítésben egy kis „radaros humor” is lapul, mert a FRUIT- (gyümölcs-) jelek a radarernyőn egy kettévágott – valójában inkább egy kettévágott és már megrágott) narancsra emlékeztetnek. A földi radarba ennek elkerülésére „gyümölcsmentesítőt” (defruiter) építenek, amelynek működése azon alapul, hogy ha egy transzpondert megtalál egy földi radar kérdezőjele, legalább 20…30 válaszjelet küld vissza. Ezeket a válaszokat a vevő tárolja, és a válaszok összehasonlításával szűri ki (a további részleteket hely hiányában mellőznünk kell).
Az egyszerű SSR egy másik alapvető problémája, hogy a légiforgalom növekedtével a repülőgépek gyakran vannak nagyon hasonló radarpozícióban az azimut- és távolságadatokat tekintve, különbség csupán a magasságukban van. Nem részletezett számítások szerint, ha két gép kölcsönös távolsága kisebb 1,7 tengeri mérföldnél (≈3150 m), a két repülőgép válaszüzenetei átfedik egymást, és dekódolásuk megnehezül vagy lehetetlenné válik. A legsúlyosabb a helyzet, ha a két repülőgép azimutja nagyon közel esik egymáshoz (közel azonos irányban látszanak), és mindkét gép transzpondere ugyanarra az interrogátorüzenetre válaszol. Ezt a szituációt „garbling” néven emlegeti a szakirodalom (értelemszerű magyar fordításába beletört a bicskám – A szerk.) „Aszinkron garbling” az az állapot, amikor a két válaszjel nem azonos periodicitású – ekkor a válaszjelek – megfelelő algoritmussal – szétválaszthatók. Ha viszont a két átlapolódó válaszjel periodicitása is azonos (szinkron garbling), ez nem lehetséges. Ekkor a válaszjelek dekódolását le kell tiltani.

abra

Egy modern transzponder kezelőfelülete a grafikus képernyőn

Az SSR egyszerű, mint a faék

Az SSR-rendszernél a földi állomás egy Mode A-kóddal kéri a repülőgépet, hogy válaszoljon. Ez csupán két impulzusból áll, amelyek között időkésleltetés fejezi ki, hogy mi a lekérdezés tárgya. A választáviratok négyjegyű, oktális (nyolcas számrendszerbeli, 12 bites) számkódok, amelyek jelentése attól függ, mi volt a kérdés (a 7700 kód például a Mode 3/A kérdésre válaszolva általános légi vészhelyzetet, a Mode C üzemmódban viszont 20,000 láb (≈6000 m) magasságot jelent). A választávirat kódolása is egyszerű: az üzenetet két, egymástól 20,3 µs-mal elválasztott impulzus „keretezi” – ezek mindig jelen vannak, és nem hordoznak válaszinformációt. A köztük levő idő 13 impulzusnyi időszakra van felbontva, amelyben először az üzenet első hat impulzusa (vagy impulzushiánya, az 1 vagy 0 értékű biteknek megfelelően) foglal helyet, majd egy impulzusperiódusnyi szünet után hasonlóképpen átküldik a második 6 bitet is. Ezt követi a második keretező impulzus, végül 4,35 µs-mal késleltetve egy olyan impulzus (Special Purpose Identification – SPI), aminek a jelenléte attól függ, hogy a pilóta megnyomott-e egy bizonyos gombot a műszerfalán. Mivel a konstrukció nem teszi lehetővé az SPI-impulzus automatizált előállítását, ez a pilóta személyes közreműködését igényli, ezért fontos másodlagos információkat szállíthat (a pilóta jelen van, él, együttműködik stb.).

Az SSR Mode S: a továbbfeljesztett azonosítási rendszer

Az egyszerű SSR-rendszert – hibáinak kiküszöbölésére – továbbfejlesztették: ez a Mode S-rendszer. Mivel a régi rendszer csupán 12 bitnyi információt visz át, egy Mode A-kérdésre is csak 212 = 4096-féle választávirat érkezhet, ami a mai zsúfolt légiforgalomban már nem elég a biztonságos azonosításhoz. A Mode S szelektív és egyedi kérdések felküldését teszi lehetővé, az alkalmazott 24 bites cím a jármű világegyedi azonosítását teszi lehetővé. Paritásellenőrző mechanizmussal növeli az adatbiztonságot, továbbá a korábban 100 láb (≈30 m) felbontású magasságadatok helyett 25 láb (≈7,5 m) felbontásúakat tartalmaz.

 

Készítette Tóth Ferenc
www.radartutorial.eu weblap (szerző: Christian Wolff) fordításával, átdolgozásával és bővítésével a GNU Free Documentation License és a Creative Commons „Nevezd meg – Így add tovább 4.0” licence alapján.

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

 8. rész