виды кодов ssr в авиации

Как следят за авиалайнером в полете?

Согласно информации веб-сайта FlightRadar24.com, сигналы авиалайнера Airbus A320 авиакомпании EgyptAir, пропавшего над Средиземным морем в четверг, прервались, когда он был на высоте более 11 тысяч метров и летел со скоростью 988 километров в час.

Самолет, выполнявший рейс из Парижа в Каир, пропал сразу после того, как вошел в воздушное пространство Египта.

По словам властей Греции, Airbus A320 совершил два крутых маневра, после чего начал резко терять высоту и рухнул в море.

Транспондеры самолета прекратили передачу данных до совершения этих маневров.

Что же такое транспондеры и как следят за авиалайнерами в полете, попытался разобраться корреспондент Русской службы Би-би-си Павел Аксенов.

Что такое транспондер?

Так называют устройство в самолете, которое автоматически передает информацию в ответ на запрос с земли.

Существует несколько типов ответчиков. Например, бортовой ответчик государственного опознавания, или система «свой-чужой». Однако нас интересует тот, который использует система управления воздушным движением.

Обычный наземный радар, который следит за самолетом по отраженному от него радиосигналу, способен отслеживать расстояние до лайнера и его скорость, но на большом расстоянии ему сложно точно определить высоту.

Источник

СИСТЕМА ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ

Рис.1 Изображение на экране индикатора ПРЛ

Недостатком первичных РЛС является:

— невозможность идентификации самолета;

— невозможность определения высоты полета;

— слабая помехозащищенность. Например, для устранения с экрана индикатора засветов от метеообразований или гидрометеоров требуются специальные методы обработки принимаемых сигналов;

— требуется большая импульсная мощность для обнаружения целей на больших удалениях и пр.

Вторичная информация отображается на экране индикатора наземного ВРЛ (автоматизированной системы ОВД) в формуляре сопровождения (рис.2).

Рис.2 Пример отображения воздушной обстановки на экране индикатора автоматизированной системы ОВД

Антенная система ВРЛ работает в режиме кругового обзора, излучая кодированные сигналы запроса. Сигналы запроса состоят из двух импульсов P₁ и P₃ (рис. 3), временной интервал между импульсами t_к.з. зависит от вида запрашиваемой информации (или номер самолета, или высота или другая информация), а также от принятого стандарта СВР. Импульс Р₂ является импульсом подавления.

Рис.3 Сигнал запроса

Таблица 1 – Запросные кода СВР

Примечание. Благодаря координатному сигналу на экране индикатора ВРЛ отображается отметка самолета. Координатный сигнал состоит из двух импульсов.

Структура ответных сигналов также зависит от применяемого стандарта. В стандарте ИКАО сигнал ответа состоит из координатного кода (F₁, F₂) и информационного кода (рис. 4,а). Информационный код состоит из 12 импульсов, размещаемых в интервале между импульсами координатного кода. Информационные импульсы разбиты на группы (декады) A, B, C и D, каждая из которых содержит по три импульса A₁, A₂, A₄, B₁, B₂, B₄ и т.д. Для размещения информационных импульсов предусмотрено 13 кодовых позиций. Центральная позиция X зарезервирована для использования в перспективных СВР. В коде ответа предусмотрена дополнительная позиция для передачи по требованию диспетчера импульса опознавания SPI (при нажатии на ПУ ответчика кнопки «Опознавание»).

При формировании ответного сигнала с номером рейса, декады A, B, C и D предназначены соответственно для передачи тысяч, сотен, десятков и единиц. Максимальное число, которое может быть записано подобным образом, будет 7777. Количество вариантов кодирования номера рейса 4096.

На рис. 4,б приведен пример ответного сигнала для номера самолета 5273:

C₁ + C₂ + C₄ = 2 0 + 2 1 + 2 2 = 1 + 2 + 4 = 7;

A₁ + A₄ = 2 0 + 2 2 = 1 + 4 = 5.

Рис.4 Структура ответного сигнала в стандарте ИКАО

В стандарте СЭВ сигнал ответа состоит из координатного кода (два импульса), ключевого кода (три импульса) и информационного кода (80 позиций) (рис. 5). По ключевому коду ВРЛ (на рис.5 варианты а и б) определяет вид информации в сигнале ответа (номер самолета или высота и остаток топлива). В информационном коде для передачи каждого символа придается две позиции (метод активной паузы). Для кодирования применяется 4-х разрядный код. Следовательно, если во всех разрядах кодового слова единицы 1111, то это соответствует числу: 2 0 +2 1 +2 2 +2 3 = 15. Таким кодом можно закодировать номера самолета от 00000 до 99999. Высоту можно закодировать до 30000 м с градацией через 10 м. Кроме того, возможна передача отрицательных значений абсолютной барометрической высоты от 0 до 300 м.

Рис.5 Структура ответного сигнала в стандарте СЭВ

В системе СВР частота ВРЛ отличается от частоты ответчика (табл.2). Поэтому сигналы, отраженные от различного рода объектов, в том числе и от метеообразований, не пройдут через приемный тракт ВРЛ. С этой же целью, временной интервал между импульсами координатного кода также отличается от временных интервалов запросных сигналов.

Обобщенная структурная схема ВРЛ и самолетного ответчика приведена на рис.6.

Рис.6 Обобщенная структурная схема ВРЛ и ответчика

Период повторения импульсов синхронизатора (С) выбирается исходя из обеспечения требуемой максимальной дальности действия ВРЛ. Импульсами синхронизируется работа шифратора (Ш), устройства чередования режимов (УЧР), декодера информационного кода (ДКИК), индикатора (И).

Для получения от самолетного ответчика полной информации (и номера, и высоты, и др.) необходимо чередовать запросные коды. Поэтому шифратор Ш формирует запросные коды, чередование которых производится в соответствии с программой устройства УЧР.

Антенна ВРЛ осуществляет обзор воздушного пространства, излучая запросные сигналы высокой частоты (1030 МГц по ИКАО). Синхронно с вращением антенны на экране индикатора вращается линия развертки.

При нажатии на ПУ ответчика кнопки «Опознавание» передача информационного кода не осуществляется.

Таким образом, в системе СВР по положению отметки цели на экране индикатора определяется дальность и азимут самолета, а по формуляру сопровождения – вторичная информация.

Примечание. 1. Вторичные радиолокаторы могут осуществлять работу в совмещенном режимах: «RBS» и «УВД».

2. Преобразование запросных и ответных кодов в радиоимпульсы в СВР производится методом амплитудной манипуляции.

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Обзор

Первичный радар

Быстрое развитие радаров во время войны имело очевидное применение для управления воздушным движением (УВД) в качестве средства обеспечения непрерывного наблюдения за планированием воздушного движения. Точное знание местоположения самолетов позволило бы снизить обычные процедурные стандарты эшелонирования, что, в свою очередь, обещало значительное повышение эффективности системы дыхательных путей. Этот тип радара (теперь называемый первичным радаром ) может обнаруживать и сообщать о местоположении всего, что отражает передаваемые им радиосигналы, включая, в зависимости от его конструкции, летательные аппараты, птиц, погодные и наземные особенности. Для целей управления воздушным движением это как преимущество, так и недостаток. Его цели не должны взаимодействовать, они только должны находиться в зоне его действия и отражать радиоволны, но он только указывает положение целей, но не идентифицирует их. Когда первичный радар был единственным доступным типом радара, корреляция индивидуальных радиолокационных сигналов с конкретным воздушным судном обычно достигалась диспетчером, наблюдающим направленный поворот самолета. Первичный радар до сих пор используется УВД в качестве резервной / дополнительной системы к вторичному радару, хотя его охват и информация более ограничены.

Вторичный радар

Учитывая его главную военную роль в надежной идентификации друзей, IFF имеет гораздо более безопасные (зашифрованные) сообщения для предотвращения «спуфинга» со стороны противника и используется на многих типах военных платформ, включая воздушные, морские и наземные транспортные средства.

Стандарты и спецификации

Американская радиотехническая комиссия по аэронавтике (RTCA) и Европейская организация по оборудованию гражданской авиации (Eurocae) разрабатывают минимальные стандарты эксплуатационных характеристик как для наземного, так и для бортового оборудования в соответствии со стандартами, указанными в Приложении 10 ИКАО. Обе организации часто работают вместе и производят общие документы.

Операция

Целью SSR является улучшение способности обнаруживать и идентифицировать воздушные суда с автоматическим указанием эшелона полета (барометрической высоты) воздушного судна. Наземная станция ВОРЛ передает импульсы запроса на частоте 1030 МГц (непрерывно в режимах A, C и выборочно в режиме S), когда ее антенна вращается или сканируется электроникой в ​​космосе. Транспондер воздушного судна в пределах прямой видимости «прослушивает» сигнал запроса SSR и передает ответ на частоте 1090 МГц, который предоставляет информацию о воздушном судне. Отправленный ответ зависит от режима запроса. Самолет отображается в виде помеченного значка на экране радара диспетчера на измеренных пеленге и дальности. Воздушное судно без работающего транспондера по-прежнему может быть замечено первичным радаром, но будет отображаться диспетчеру без использования данных, полученных с ВОРЛ. Обычно требуется наличие работающего транспондера для полета в контролируемом воздушном пространстве, и многие самолеты имеют резервный транспондер, чтобы гарантировать выполнение этого условия.

Режимы допроса

Запрос в режиме A вызывает 12-импульсный ответ, указывающий идентификационный номер, связанный с этим воздушным судном. 12 импульсов данных заключены в скобки двумя кадрирующими импульсами, F1 и F2. X-импульс не используется. Запрос в режиме C дает ответ из 11 импульсов (импульс D1 не используется), показывающий высоту воздушного судна, указанную его высотомером, с шагом 100 футов. Режим B дал аналогичный ответ режиму A и одно время использовался в Австралии. Режим D никогда не использовался в оперативном режиме.

Новый режим Mode S имеет другие характеристики запроса. Он состоит из импульсов P1 и P2 от главного луча антенны, чтобы гарантировать, что транспондеры в режимах A и C не отвечают, за которыми следует длинный фазомодулированный импульс.

Наземная антенна очень направлена, но не может быть спроектирована без боковых лепестков. Самолет также может обнаруживать запросы, исходящие от этих боковых лепестков, и отвечать соответствующим образом. Однако эти ответы нельзя отличить от предполагаемых ответов от дальнего луча, и они могут вызвать ложную индикацию воздушного судна при ошибочном пеленге. Для решения этой проблемы наземная антенна снабжена вторым, в основном всенаправленным, лучом с усилением, которое превышает усиление боковых лепестков, но не основного луча. Третий импульс P2 передается этим вторым лучом через 2 мкс после P1. Самолет, обнаруживший P2 сильнее, чем P1 (следовательно, в боковом лепестке и неправильном пеленге главного лепестка), не отвечает.

Недостатки

Режим А

Хотя в режиме A доступно 4096 различных идентификационных кодов, ответ может показаться достаточным, но после того, как определенные коды были зарезервированы для экстренных случаев и других целей, их количество значительно сокращается. В идеале самолет должен сохранять один и тот же код от взлета до посадки даже при пересечении международных границ, поскольку он используется в центре управления воздушным движением для отображения позывного самолета с помощью процесса, известного как преобразование кода / позывного. Совершенно очевидно, что один и тот же режим Код не следует давать двум воздушным судам одновременно, поскольку диспетчер на земле может получить неправильный позывной для связи с воздушным судном.

Режим C

Ответ в режиме C обеспечивает приращение высоты 100 футов, что изначально было достаточно для наблюдения за воздушными судами, расположенными на расстоянии не менее 1000 футов. Однако по мере того, как воздушное пространство становилось все более перегруженным, стало важно отслеживать, не выходят ли воздушные суда за пределы заданного эшелона полета. Небольшое изменение на несколько футов может пересечь порог и быть обозначено как следующее увеличение и изменение на 100 футов. Желательны меньшие приращения.

ФРУКТЫ

Поскольку все воздушные суда отвечают на одной и той же частоте 1090 МГц, наземная станция также будет получать ответы от воздушных судов, исходящие от ответов на другие наземные станции. Эти нежелательные ответы известны как FRUIT (ложные ответы, несинхронизированные с передачей запросчика или, альтернативно, ложные ответы, несинхронизированные во времени). Несколько последовательных ответов FRUIT могут объединяться и, по-видимому, указывать на несуществующий самолет. По мере расширения воздушного транспорта и увеличения количества самолетов, занимающих воздушное пространство, количество генерируемых FRUIT также будет увеличиваться.

Искажение

Ответы FRUIT могут перекрываться с желаемыми ответами на наземном приемнике, что вызывает ошибки при извлечении включенных данных. Решение состоит в том, чтобы увеличить частоту запросов, чтобы получать больше ответов, в надежде, что некоторые из них будут свободны от помех. Этот процесс обречен на провал, поскольку увеличение скорости ответа только увеличивает помехи для других пользователей и наоборот.

Синхронное искажение

Если пути двух самолетов пересекаются в пределах наклонной дальности около двух миль от наземного запросчика, их ответы будут перекрываться, и создаваемые помехи затруднят их обнаружение. Обычно диспетчер теряет летательные аппараты с большей дальностью полета как раз тогда, когда диспетчер может быть наиболее заинтересован в их пристальном наблюдении.

Захватывать

Пока самолет отвечает на один наземный запрос, он не может ответить на другой запрос, что снижает эффективность обнаружения. Для запроса в режиме A или C ответ приемоответчика может занять до 120 мкс, прежде чем он сможет ответить на следующий запрос.

Антенна

Наземная антенна имеет типичную горизонтальную ширину луча 3 дБ, равную 2,5 °, что ограничивает точность определения пеленга самолета. Точность можно повысить, выполнив много запросов, когда луч антенны сканирует самолет, а лучшую оценку можно получить, отметив, где ответы начались и где остановились, и приняв центр ответов за направление самолета. Это называется процессом скользящего окна.

Разработки по устранению недостатков

Моноимпульс, что означает одиночный импульс, использовался в военных системах слежения и сопровождения, при которых антенна управлялась так, чтобы следовать за конкретной целью, удерживая цель в центре луча. Ульятт предложил использовать непрерывно вращающийся луч с измерением пеленга везде, где импульс может попасть в луч.

Улучшенная антенна

Проблема с существующей стандартной антенной типа «hogtrough» была вызвана излучаемой к земле энергией, которая отражалась вверх и мешала направленной вверх энергии. Ответ состоял в том, чтобы придать форму вертикальной балке. Это потребовало установки вертикального ряда диполей, подходящих для получения желаемой формы. Вертикальный размер в пять футов был признан оптимальным, и это стало международным стандартом.

Моноимпульсный вторичный обзорный РЛС

Новая система режима S была предназначена для работы с одним ответом от самолета, система, известная как моноимпульс. На прилагаемой диаграмме показан обычный главный или «суммарный» луч антенны SSR, к которому был добавлен «разностный» луч. Для получения суммарного луча сигнал распределяется горизонтально по апертуре антенны. Эта система подачи делится на две равные половины, и эти две части снова суммируются, чтобы получить исходный суммарный луч. Однако две половины также вычитаются, чтобы получить разностный результат. Сигнал, поступающий на антенну в точном нормальном направлении или по направлению направления, будет давать максимальный выходной сигнал в суммарном луче, но нулевой сигнал в разностном луче. Вдали от точки визирования сигнал в суммарном луче будет меньше, но в разностном луче будет ненулевой сигнал. Угол прихода сигнала можно определить путем измерения соотношения сигналов между суммарным и разностным лучами. Неопределенность в отношении визирования может быть устранена, поскольку имеется изменение фазы на 180 ° в разностном сигнале по обе стороны от визирования. Измерения пеленга могут быть выполнены на одном импульсе, следовательно, на моноимпульсе, но точность может быть повышена путем усреднения измерений, выполненных на нескольких или всех импульсах, полученных в ответе от воздушного судна. Моноимпульсный приемник был разработан в начале британской программы Adsel, и эта конструкция широко используется до сих пор. Ответные импульсы режима S намеренно разработаны так, чтобы они были аналогичны ответам в режимах A и C, поэтому один и тот же приемник может использоваться для обеспечения улучшенных измерений пеленга для систем SSR в режимах A и C с тем преимуществом, что частота запросов может быть существенно снижена, тем самым уменьшая помехи другим пользователям системы.

Лаборатория Линкольна использовала возможность отдельного измерения пеленга для каждого ответного импульса, чтобы преодолеть некоторые проблемы искажения, когда два ответа накладываются друг на друга, связывая импульсы с двумя ответами. Поскольку каждый импульс имеет отдельную маркировку с указанием направления, эту информацию можно использовать для расшифровки двух перекрывающихся ответов в режиме A или C. Процесс представлен в ATC-65 «Режим ATCRBS DABS». Этот подход может быть применен и далее, измеряя силу каждого ответного импульса и используя ее также в качестве разграничения. В следующей таблице сравниваются характеристики обычного SSR, моноимпульсного SSR (MSSR) и режима S.

MSSR заменил большинство существующих SSR к 1990-м годам, и его точность обеспечила сокращение минимумов эшелонирования в маршрутных органах УВД с 10 морских миль (19 км; 12 миль) до 5 морских миль (9,3 км; 5,8 миль).

МССР решило многие системные проблемы ССР, так как требовалось внести изменения только в наземную систему. Существующие транспондеры, установленные в самолетах, не пострадали. Несомненно, это привело к задержке режима S.

Режим S

Запрос в режиме S состоит из двух импульсов шириной 0,8 мкс, которые интерпретируются транспондером в режимах A и C как исходящие от бокового лепестка антенны, и поэтому ответ не требуется. Следующий длинный импульс P6 модулируется по фазе с первым изменением фазы через 1,25 мкс, синхронизируя фазовый детектор транспондера. Последующие изменения фазы указывают на бит данных, равный 1, при этом отсутствие изменения фазы указывает на бит значения 0. Эта форма модуляции обеспечивает некоторую устойчивость к искажениям из-за случайного перекрытия импульса от другого наземного запросчика. Запрос может быть коротким с P6 = 16,125 мкс, в основном используемым для получения обновления позиции, или длинным, P6 = 30,25 мкс, если включены дополнительные 56 битов данных. Последние 24 бита содержат как четность, так и адрес воздушного судна. При получении запроса самолет декодирует данные и вычисляет четность. Если оставшаяся часть не является адресом воздушного судна, значит, опрос не предназначался для него, или он был поврежден. В любом случае он не ответит. Если наземная станция ожидала ответа и не получила его, она произведет повторный опрос.

Ответ также имеет четность и адрес в последних 24 битах. Наземная станция отслеживает самолет и использует прогнозируемое положение, чтобы указать дальность и пеленг самолета, чтобы он мог снова опросить и получить обновленную информацию о своем местоположении. Если он ожидает ответа и получает его, он сверяет остаток от проверки четности с адресом ожидаемого воздушного судна. Если это не то же самое, то либо это неправильный самолет, и необходим повторный опрос, либо ответ был искажен из-за помех другим ответом. Система контроля четности имеет право исправлять ошибки, если они не превышают 24 мкс, что включает продолжительность ответа в режиме A или C, наиболее ожидаемого источника помех в первые дни режима S. Импульсы в ответе иметь индивидуальные измерения угла моноимпульса, а в некоторых реализациях также измерения уровня сигнала, которые могут указывать биты, несовместимые с большинством других битов, тем самым указывая на возможное искажение. Тест выполняется путем инвертирования состояния некоторых или всех этих битов (0 меняется на 1 или наоборот), и если проверка четности теперь успешна, изменения становятся постоянными и ответ принимается. В случае неудачи требуется повторный допрос.

Режим S работает по принципу, согласно которому запросы направляются конкретному воздушному судну с использованием уникального адреса этого воздушного судна. Это приводит к единственному ответу с дальностью полета самолета, определяемой временем, затраченным на получение ответа, и моноимпульсом, обеспечивающим точное измерение пеленга. Для допроса воздушного судна необходимо знать его адрес. Для выполнения этого требования наземный запросчик также передает запросы общего вызова, которые бывают двух видов.

В одной форме общий вызов в режиме A / C / S сначала выглядит как обычный запрос в режиме A или C, и транспондер начинает процесс ответа при получении импульса P3. Однако транспондер режима S прервет эту процедуру при обнаружении импульса P4 и вместо этого ответит коротким ответом в режиме S, содержащим его 24-битный адрес. Эта форма опроса общего вызова в настоящее время мало используется, поскольку она будет продолжать получать ответы от уже известных самолетов и вызывать ненужные помехи. В альтернативной форме общего вызова используется короткий запрос в режиме S с блоком данных 16,125 мкс. Это может включать указание на то, что запросчик передает общий вызов с запросом о том, что если воздушное судно уже ответило этому запросчику, то не отвечать снова, поскольку воздушное судно уже известно и в ответе нет необходимости.

Запрос в режиме S может принимать три формы:

Первые пять битов, известные как поле восходящей линии связи (UF) в блоке данных, указывают тип запроса. Последние 24 бита в каждом случае представляют собой комбинацию адреса воздушного судна и контроля четности. Не все перестановки еще были распределены, но показаны те, которые есть:

Аналогичным образом ответ в режиме S может принимать три формы:

Первые пять битов, известные как поле нисходящей линии связи (DF) в блоке данных, указывают тип ответа. Последние 24 бита в каждом случае представляют собой комбинацию адреса воздушного судна и контроля четности. Выделено одиннадцать перестановок.

Транспондер, оборудованный для передачи ответов Comm-B, оснащен 256 регистрами данных по 56 бит каждый. Содержимое этих регистров заполняется и поддерживается из бортовых источников данных. Если наземной системе требуются эти данные, она запрашивает их с помощью системы наблюдения или запроса Comm-A.

В главе 5 тома III Приложения 10 ИКАО перечислено содержание всех распределенных в настоящее время. Для текущего оперативного использования требуется меньшее количество. Остальные регистры предназначены для использования с TCAS и ADS-B. Номера Comm-B Data Selector (BDS) указаны в шестнадцатеричной системе счисления.

Расширенный сквиттер

Начиная с 2009 года ИКАО определила режим работы «расширенного сквиттера »; он дополняет требования, содержащиеся в томах III и IV Приложения 10 ИКАО. В первом издании указаны более ранние версии расширенных сообщений сквиттера:

Версия 0 Расширяет режим Mode S для работы с базовыми обменами ADS-B, добавляя информацию о формате широковещательной передачи информации о трафике (TIS-B), а также информацию о протоколах широковещательной передачи по восходящей и нисходящей линиям связи. Версия 1 Лучше описывает информацию о точности и целостности наблюдения (категория точности навигации, категория целостности навигации, уровень целостности наблюдения), а также дополнительные параметры для ретрансляции TIS-B и ADS-B (ADS-R). Версия 2 Во втором издании представлена ​​еще одна новая версия расширенных форматов и протоколов сквиттера для:

Источник