MSSR-Monopulse Secondary Surveillance Radar Vadim Závodný Eldis Pardubice, sro. Pardubice, Czech Republic
[email protected]
Thank‘s to Ing. Dominik Kupčák for technical support
1
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
Typy systému rádiového určování polohy Určování vlastní polohy
Určování polohy jiného objektu
Navigační systémy
Radary
• Satelitní navigační systémy (GPS, GLONASS, GALILEO) • Pozemní navigační systémy (LORAN, OMEGA) • Letecké navigační systémy (ILS, VOR, ISBN, DME)
• 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
Přehled radarů
4
Vlastnosti radaru PSR-MSSR ICAO-International Civil Aviation Organization
PSR-Primary Surveillance Radar • • • • • • • PSR: RL-2000, ELDIS
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
PPSR 4 R MSSR-Monopulse Secondary Surveillance Radar
MSSR: RL-2000, ELDIS
• • • • • • •
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)
PSSR 2 R
5
Historická koncepce PSR+MSSR MSSR: CRS512-Cossor
PSR: ASR8 Přijímač
Plot extraktor
Letiště Ženeva MSSR
- Hlavní výhodou je získání informace z odpovídače letadla -číslo letu, letová hladina, technické parametry odpovídače -dlouhý dosah, typicky 200 (256) nmi -celosvětově kompatibilní systém, fout=1030MHz, fin=1090MHz -Parametry i funkčnost definuje a schvaluje organizace ICAO
6
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
7 ATC raster scan display
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
8 Anténa kontrolního odpovídače
Rádiové vybavení letadla
Velké dopravní letadlo
Transpondér
Řídící jednotka Pilot nastaví a ovládá transpondér
9
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 (157-187)MHz pro identifikaci cílů 1943 Naval Research Laboratory vyvinula MkV-IFF (950-1150)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. 1954 MkX systém uvolněn vojáky pro civilní použití, mód A
10 1952: AN/CPS1
Cossor Type 1 SSR
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
MSSR-Funkce radaru SLS-SideLobe Suppresion
12
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
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
MSSR-výkonová bilance
15
MSSR-výkonová bilance
Optimální je, aby obě podmínky vedly ke stejné hodnotě Rmax. Pokud totiž vyjde například Rmax1 Rmax2 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 PPmin1 a PPmin2, potřebných pro správnou funkci dotazovače i odpovídače se označují takto: PPmin2 MTL (Minimum Triggering Level) PPmin1 MDL (Minimum Detection Level)
16 Dosah roste s druhou odmocninou vysílaného výkonu (jde o komunikační systém tedy o rádiokomunikační rovnici).
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
MSSR-komunikační módy Mód „A“ = ID odpovídače, resp. číslo letu
18
MSSR-komunikační módy Odpověď v módu „A“
Číslo letu tvoří čtyři oktalové cifry (00008 – 77778 , tj. 4096 kombinací – pro lety nad Evropou přidělováno Eurocontrolem Speciální kódy:
75008 - únos 76008 – ztráta spojení 77008 - nouze
19
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 -1000 až 126750 ft.
20
MSSR-komunikační módy Odpověď v módu „C“
Gillhamův kód 21
MSSR-komunikační módy Mód S (Adresný nebo všeobecný dotaz)
Z módu S se vyvinul systém ADS-B (Automatic dependent surveillance-broadcast)
22
MSSR-komunikační módy ADS-B
DF – zdroj dat AA – aircraft address ME – parametry (poloha z GPS, rychlost, výška z výškoměru)
23
MSSR-Eldis, blokové schéma Blokové schéma radaru
24
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
25 Data output interfaces 2x dual optical line LC MM
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
Mechanická konstrukce antény
27 • •
Připojení antény do systému zajišťují 3 koaxiální kanály Převod mechanické rotace na statickou část zajišťuje rotační spojka
Anténní diagram horizont. rovina
28
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
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
Anténní diagram vertik. rovina
Posouzení diagramu
31 • • •
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
MSSR- zobrazení cílů
32 • •
Mod S poskytuje další informace stavu letadla, označení aj. Zobrazení síle jsou doplněny stopou z trackeru
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
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
Sestava antén primární a sekundární radar
35
www.eldis.cz
