Вторинний радар (SSR)Secondary Surveillance Radar, Stevens M.C. Artech House, — це система радарного спостереження, яка використовується в управлінні повітряним рухом (ATC). На відміну від первинного радара, що визначає азимут і відстань до цілі за відбитими радіосигналами, вторинний радар працює з повітряними суднами, оснащеними авіаційним транспондером, який у відповідь на кожен запит передає закодовані дані — ідентифікаційний код, висоту польоту та іншу інформацію залежно від обраного режиму. Вторинний радар заснований на військовій технології ідентифікації «свій — чужий» (IFF), розробленій під час Другої світової війни, і досі сумісний із нею. Сучасними методами вторинного радіолокаційного спостереження є монопульсний вторинний радар (MSSR), Mode S, TCAS та ADS-B.
Огляд
Первинний радар Швидкий розвиток радарних технологій під час Другої світової війни мав очевидне застосування в управлінні повітряним рухом (ATC), оскільки дозволяв здійснювати безперервне спостереження за положенням повітряного руху. Точне знання позицій літаків дозволяло зменшити стандартні процедурні інтервали між ними, що, у свою чергу, забезпечувало значне підвищення ефективності авіатранспортної системи. Цей тип радара (так званий первинний радар) здатен виявляти та повідомляти про положення будь-якого об'єкта, який відбиває його передані радіосигнали, включаючи, залежно від конструкції, літаки, птахів, погодні явища та особливості рельєфу. Для диспетчерського управління це має як переваги, так і недоліки. Цілі не потребують кооперації — достатньо, щоб вони знаходилися в зоні покриття радара і могли відбивати радіохвилі. Водночас радар лише визначає положення об'єкта, але не може його ідентифікувати.
Коли первинний радар був єдиним доступним типом радара, ідентифікацію конкретного літака за радіолокаційним відгуком зазвичай здійснював диспетчер, спостерігаючи за спрямованим поворотом літака. Сьогодні первинний радар і далі використовується службами УПР як резервна або допоміжна система до вторинного радара, хоча її покриття та обсяг інформації є обмеженішими.
Вторинний радар
Потреба в простішій та надійнішій ідентифікації літаків привела до іншої розробки часів війни — системи ідентифікації «свій — чужий» (IFF), створеної для чіткого розрізнення союзних і невідомих літаків. Ця система, яка в цивільному застосуванні стала відома як вторинний радар (SSR), а в США — як ATCRBS, базується на обладнанні на борту літака, відомому як транспондер.
Транспондер — це пара приймач-передавач, що приймає сигнал на частоті 1030 МГц і передає відповідь на 1090 МГц. У відповідь на запит від запитувача (зазвичай, але не обов'язково, розташованого на землі поруч із первинним радаром), транспондер цілі передає закодований сигнал-відповідь із потрібною інформацією.
Як цивільна система SSR, так і військова IFF з часом стали значно складнішими, але залишаються сумісними між собою, зокрема для забезпечення можливості польотів військових літаків у цивільному повітряному просторі. SSR може надавати набагато детальнішу інформацію, наприклад, висоту польоту літака, а також дозволяє обмін даними між повітряними суднами для запобігання зіткненням.
Більшість SSR-систем покладаються на транспондери в Mode S, які передають барометричну висоту літака. Така висота не залежить від налаштувань альтиметра пілота, що запобігає помилковій передачі висоти при неправильному налаштуванні приладу. У разі потреби системи УПР перераховують тискову висоту у справжню, використовуючи власні еталони тиску.
Оскільки основним військовим завданням IFF є надійне розпізнавання союзників, система має захищені (зашифровані) повідомлення для унеможливлення обману противником і використовується на багатьох військових платформах — повітряних, морських та наземних.
Стандарти та технічні характеристики Міжнародна організація цивільної авіації (ІКАО) — це спеціалізована установа ООН із штаб-квартирою в Монреалі, Канада. Вона публікує додатки до Конвенції, і Додаток 10 регламентує Стандарти та Рекомендовану практику для аеронавігаційних телекомунікацій. Його мета — забезпечити сумісність бортових систем літаків з системами УПР у всіх країнах, повітряний простір яких може перетинати літак. Том III, частина 1 стосується цифрових систем обміну даними, включно з функціями передавання даних у Mode S, а том IV описує принципи роботи і сигнали в просторі.ICAO Annex 10, Volume IV
Американська Радіотехнічна комісія з авіації (RTCA) та Європейська організація з обладнання для цивільної авіації (Eurocae) розробляють Мінімальні експлуатаційні вимоги до обладнання як для наземних, так і для бортових пристроїв відповідно до стандартів ІКАО, викладених у Додатку 10. Обидві організації часто працюють спільно і випускають узгоджені документи.
ARINC (Aeronautical Radio, Incorporated) — це організація, керована авіакомпаніями, яка відповідає за форму, габарити та функціонал бортового обладнання. Основна її мета — забезпечити конкуренцію між виробниками шляхом стандартизації розмірів, енергоспоживання, інтерфейсів та продуктивності обладнання, що встановлюється у технічному відсіку літака.
Робота системи Метою вторинного радара є покращення здатності виявляти та ідентифікувати повітряні судна, автоматично надаючи інформацію про ешелон польоту (тискову висоту) літака. Наземна станція SSR передає імпульси запиту на частоті 1030 МГц (постійно в режимах A та C, а вибірково — в Mode S), у процесі обертання антени або її електронного сканування в просторі.
Транспондер літака, що знаходиться в межах прямої видимості, «прислухається» до сигналу SSR і передає відповідь на частоті 1090 МГц із даними про повітряне судно. Тип відповіді залежить від режиму запиту. Літак відображається на екрані радара диспетчера як підписаний значок із зазначенням азимута та відстані.
Літак без активного транспондера все ще може бути виявлений первинним радаром, однак на екрані диспетчера він буде показаний без додаткових даних, які надає SSR. Як правило, для польотів у контрольованому повітряному просторі обов’язково мати справний транспондер, і багато повітряних суден обладнані резервним транспондером для дотримання цієї вимоги.Principles of Mode S Operation and Interrogator Codes
Режими запиту Існує кілька режимів запиту, кожен з яких відрізняється інтервалом між двома переданими імпульсами — P1 та P3.ICAO Annex 10, Volume IV Кожен режим викликає різну відповідь від літака. Третій імпульс, P2, використовується для придушення бокових пелюсток антени, що буде описано нижче. Додаткові військові (IFF) режими сюди не включено — їх описано в статті Ідентифікація «свій — чужий».
РежимІнтервал між P1–P3ПризначенняA8 мксІдентифікаціяB17 мксІдентифікаціяC21 мксВисотаD25 мксНе визначеноS3.5 мксБагатофункціональний
Запит у Mode A викликає відповідь із 12 імпульсів, які кодують ідентифікаційний номер літака. Ці 12 інформаційних імпульсів обрамлюються двома контрольними імпульсами — F1 та F2. Імпульс X не використовується. У Mode C відповідь складається з 11 імпульсів (імпульс D1 не використовується), що вказує висоту польоту літака, згідно з його альтиметром, з кроком у 100 футів. Mode B дає відповідь, подібну до Mode A, і колись використовувався в Австралії. ModeD ніколи не застосовувався на практиці.
Новий режим — Mode S — має інші характеристики запиту. Він починається з імпульсів P1 і P2, що передаються з головного променя антени, щоб уникнути відповіді транспондерів у режимах A і C, а потім слідує довгий імпульс із фазовою модуляцією.ICAO Annex 10, Volume IV
Наземна антена має високу спрямованість, але не може бути побудована без бокових пелюсток. Літаки можуть виявляти запити й із цих бокових напрямків і відповідати на них. Проте такі відповіді неможливо відрізнити від відповідей на запит із основного променя, що може спричинити появу помилкового відображення літака під неправильним азимутом. Щоб уникнути цього, наземна антена має другий, переважно всеспрямований промінь, чутливість якого перевищує чутливість бокових пелюсток, але менша за основний промінь. Третій імпульс — P2 — передається саме з цього другого променя з затримкою 2 мкс після P1. Літак, який виявляє сигнал P2 сильнішим за P1 (тобто перебуває у зоні бокової пелюстки), не відповідає на запит.ICAO Annex 10, Volume IV
Недоліки Ряд проблем описано в публікації ІКАО 1983 року під назвою Secondary Surveillance Radar Mode S Advisory Circular.ICAO Circular 174-AN/110 Secondary Surveillance Radar Mode S Advisory Circular
Mode A
Хоча 4096 різних ідентифікаційних кодів, доступних у відповіді Mode A, може здаватися достатньою кількістю, після резервування деяких кодів для аварійних та інших службових потреб це число значно зменшується. Ідеально, якби літак зберігав один і той самий код з моменту зльоту до посадки, навіть при перетині міжнародних кордонів, оскільки цей код використовується в центрі управління повітряним рухом для відображення позивного літака за допомогою процесу, відомого як зіставлення коду та позивного. Очевидно, що два літаки не повинні мати однаковий код Mode A одночасно, інакше диспетчер отримає неправильний позивний для зв’язку з літаком.ICAO Annex 10, Volume IV
Mode C Відповідь у Mode C надає інформацію про висоту з кроком у 100 футів, що спочатку було достатньо для контролю літаків, розділених щонайменше на 1000 футів. Однак із зростанням завантаженості повітряного простору зросла потреба контролювати, чи не виходять літаки за межі призначеного ешелону. Навіть незначна зміна висоти на кілька футів могла спричинити перехід до наступного інтервалу й відображатися як зміна на 100 футів. Тому виникла потреба в менших інтервалах висоти.
FRUIT Оскільки всі літаки передають відповіді на одній частоті — 1090 МГц, наземна станція також приймає відповіді літаків, які реагують на запити від інших наземних станцій. Такі небажані відповіді називають FRUIT (False Replies Unsynchronized with Interrogator Transmissions — хибні відповіді, не синхронізовані з передачею запиту, або False Replies Unsynchronized In Time). Декілька таких послідовних FRUIT-відповідей можуть накладатися й формувати сигнал, що виглядає як літак, якого насправді немає. Із розширенням авіаперевезень та зростанням кількості повітряних суден у небі обсяг FRUIT також зростає.
Перекриття сигналів (Garble) FRUIT-відповіді можуть накладатися на необхідні відповіді, які приймає наземна станція, що призводить до помилок при зчитуванні даних. Одним із рішень є збільшення частоти запитів у надії, що деякі відповіді будуть вільні від перешкод. Проте цей підхід є саморуйнівним: що більше передається запитів, то більше створюється перешкод для інших користувачів і навпаки.
Синхронне перекриття (Synchronous garble) Якщо траєкторії двох літаків перетинаються на відстані приблизно до двох миль (по похилій) від наземного запитувача, їх відповіді накладаються одна на одну. Це заважає розпізнаванню цілей. У такому випадку диспетчер зазвичай втрачає інформацію про літак, що перебуває далі, — саме тоді, коли є найбільша потреба у точному спостереженні.
Захоплення сигналу (Capture) Поки літак відповідає на один наземний запит, він не може відповісти на інший, що знижує ефективність виявлення. У випадку запиту в Mode A або C відповідь транспондера може займати до 120 мкс, перш ніж він зможе прийняти наступний запит.
Антена
Наземна антена зазвичай має горизонтальну ширину променя 3 дБ, що становить 2,5°, і це обмежує точність визначення азимута літака. Точність можна покращити шляхом багаторазового опитування в процесі сканування літака променем антени. Краще визначення досягається за допомогою методу ковзного вікна — враховується момент початку та завершення отримання відповідей, а центр цих відповідей визначає напрям на літак.