www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Luchthavenradar

Figuur 1: ASR-NG luchthavenradar op het testterrein van de firma Hensoldt bij Ulm.
(© 2016 Hensoldt GmbH)

Figuur 1: ASR-NG luchthavenradar op het testterrein van de firma Hensoldt bij Ulm.
(© 2016 Hensoldt GmbH)

Wat is een ASR?

Luchthavenradar

Een luchthavenradar is een speciale primaire radar met een gemiddeld bereik die op luchthavens wordt gebruikt. De Engelse termen worden vaak gebruikt voor dit type radar: Airport Surveillance Radar, ASR, of, minder gebruikelijk, Terminal Area Radar, TAR. Het is een speciale primaire radar voor de middellange afstand die op vliegvelden wordt gebruikt om de luchtverkeersleider een overzicht te geven van alle vliegtuigbewegingen die in zijn controlegebied plaatsvinden. Hij werkt gewoonlijk in het frequentiebereik van2 700 tot 2 900 MHz (S-band), aangezien dit frequentiebereik slechts in geringe mate wordt verzwakt door absorptie in gebieden met zware regenval. Tegelijkertijd is dit frequentiebereik nog hoog genoeg om het gebruik van sterk gefocuste antennes met relatief kleine afmetingen en een lager gewicht mogelijk te maken.

Redundantie

Gezien het belang van de functie is een hoge redundantie van alle componenten vereist, zodat de kans op falen zeer klein blijft. Bovendien wordt de automatische herconfiguratie vaak georganiseerd door de permanente controle van de gereedheid van de modules. In geval van een storing worden de modules die op dat moment in gebruik zijn, automatisch in het signaalverwerkingspad geschakeld, naast de modules die in reserve worden gehouden. Een andere mogelijkheid is om een groot aantal identieke modules in de zender te gebruiken, zodat de radar kan blijven worden gebruikt als een van de modules uitvalt (Soft Error Management). Deze zender is fouttolerant en kan meerdere storingen van deze modules aan zonder significant verlies van bereik (zie toepassing van de basisradarvergelijking).

Deze modules kunnen ook tijdens de werking worden gewijzigd, zelfs wanneer er spanningen worden aangelegd. Om deze reden gebruikt een luchtbewakingsradar in de meeste gevallen een passieve antenne, omdat bij een draaiende actieve antenne deze verandering alleen zou kunnen worden doorgevoerd als de antennedraaiing is uitgeschakeld. Met een passieve antenne zijn al deze modules toegankelijk, hoewel de radar blijft werken, zij het met iets minder vermogen. Het nadeel van de passieve antenne is echter dat zelfs de zeer zwakke echosignalen onderhevig zijn aan deze sterke lijnverliezen die worden veroorzaakt door de lange golfpijpverbindingen van de zender/ontvanger naar de antenne.

Vliegvelden met zeer veel luchtverkeer, zoals het vliegveld „Franz Josef Strauß” van München (ICAO-code: EDDM), hebben zelfs twee onafhankelijke luchthavenradars. Dit is gedeeltelijk om redenen van redundantie, maar ook vanwege de onderlinge overlapping van de dode trechter, die anders een gat in de verkenning vlak boven de radarlocatie zou betekenen.

Technische gegevens

Voor de technische gegevens van een luchthavenradar zijn er bindende aanbevelingen van de Internationale Burgerluchtvaartorganisatie (ICAO) en de Europese Organisatie voor de Veiligheid van de Luchtvaart EUROCONTROL. De vereiste radardekking van de radar is in overeenstemming met de grenzen van de jurisdictie van een luchtvaartterrein zoals gedefinieerd door ECACEuropäische Zivilluftfahrt-Konferenz (ECAC). Het effectieve bereik van deze radars voor vliegtuigen die op een hoogte van 3 000 voet (≙ ongeveer 1 000 m) vliegen zou derhalve meer dan 40 (≙ ongeveer 75 km), tot 60 zeemijlen (≙ ongeveer 110 km) moeten bedragen. In het hoogtebereik daarentegen is slechts tot 10 000 voet (≙ ongeveer 3 000 m) nodig. Een groter bereik tot bijvoorbeeld 80 zeemijl is welkom, maar niet noodzakelijk. Integendeel, als gevolg van de tijdbalans van een pulsradar moeten dan compromissen worden gesloten met de rotatiesnelheid. Door de langzamere rotatie verslechtert de snelheid waarmee gegevens worden vernieuwd. Dit tijdsevenwicht beïnvloedt ook de grootte van de te gebruiken pulsherhalingsfrequentie, waardoor het aantal treffers afneemt. Het daaruit voortvloeiende verlies aan detectiewaarschijnlijkheid moet worden gecompenseerd door andere maatregelen, zoals aanzienlijk grotere reserves in het zendvermogen. Om deze inspanning te rechtvaardigen moeten er aanzienlijke redenen zijn waarom het bereik van 80 NM door de primaire radar moet worden bereikt.

De rotatiesnelheid van de antenne bedraagt 12 tot 15 omwentelingen per minuut. Dit resulteert in een gegevensvernieuwing van 4 tot 5 seconden. Aangezien de luchtverkeersleider de piloot tijdens een radargestuurde nadering van het luchtvaartterrein ten minste om de 5 seconden een koersaanwijzing moet geven, wordt deze timing gewaarborgd door de rotatietijd van de antenne. Een ASR maakt gewoonlijk gebruik van een parabolische reflectorantenne met een cosecant kwadraatpatroon. Veel radars maken gebruik van twee hoornradiatoren om de hoge en lage stralen te scheiden, wat de mogelijkheden voor onderdrukking van vaste doelen of detectie van bewegende doelen (MTI of MTD) vergroot.

Vlieghoogte

Uit kostenoverwegingen is een luchthavenradar meestal alleen een 2D-radar. Hij is echter altijd gekoppeld aan een secundaire radar waarvan de identificatie van de doelen ook wordt weergegeven op de beeldschermen van de primaire radar. De secundaire radar geeft ook een hoogte-indicatie, die barometrisch aan boord van het vliegtuig wordt bepaald. Beide gegevens worden gecombineerd in de plotextractor van de radargegevensverwerking en alfanumeriek op het scherm weergegeven in een gegevensblok naast de doelaanduiding. De secundaire radar is eveneens een verkenningsradar (Secondary Surveillance Radar, SSR), die in wezen synchroon werkt met de primaire radar. In de meeste gevallen hebben de waarnemingsapparaten van de SSR een schakelbare schaal met een bereik dat tweemaal zo groot is als dat van de primaire radar en kunnen zij dus ook de informatie van de secundaire radar voor grotere afstanden weergeven (bij voorbeeld tot 120 NM).

Een elevatiehoekmeting door de primaire radar en een daarop gebaseerde berekening van een vlieghoogte is ook mogelijk, bijvoorbeeld met de radar die in figuur 1 is afgebeeld. Deze radar maakt gebruik van een systeem van drie hoornzenders, elk met een onafhankelijk ontvangstkanaal. Elke elevatiehoek resulteert in een karakteristieke vermogensverdeling van de echosignalen in deze ontvangstkanalen, die bruikbaar zijn voor een ruwe berekening van een hoogte.

Elektronische kaartgegevens

In de meeste gevallen kunnen luchthavenradars elektronisch kaartmateriaal op het radarscherm weergeven. Dit omvat tactische lijnen en bevoegdheidsgrenzen, posities van hindernissen, no-fly zones, radiobakens of markante punten op het terrein. Met moderne radars worden deze kaarten als een bestand in de computer opgeslagen. Bij oudere analoge radarinstallaties moest dit kaartmateriaal via een ingewikkelde procedure worden opgeslagen in een externe kaartvideotoestel op een fotografisch te scannen beeldplaat, die werd gescand met een lichtstraal die synchroon bewoog met de schermafbuiging.