Основы радиолокации

Что такое ASR?

Аэродромные обзорные радиолокаторы

Аэродромный обзорный радиолокатор (Airport Surveillance Radar, ASR или Terminal Area Radar, TAR) — это радиолокационная система управления воздушным движением, используемая в аэропортах. Это первичный радиолокатор средней дальности действия, используемый для обнаружения воздушных судов и отображения их присутствия и местоположения в зоне ответственности аэропорта в воздушном пространстве вокруг аэропорта. Обычно он работает в диапазоне частот от 2 700 до 2 900 МГц (Е-диапазон), поскольку на этих частотах поглощение электромагнитных волн в зонах с сильными осадками является низким. Кроме того, использование таких частот дает возможность конструировать антенны с высокой направленностью при относительно небольших размерах и массе.

Избыточность

Из-за важности функций, выполняемых радиолокаторами такого вида, требуется высокий уровень избыточности (резервирования) их компонентов так, чтобы вероятность отказа была очень низкой. Кроме этого, часто организуется автоматическая реконфигурация системы, при которой постоянно проверяется работоспособность составных частей радиолокатора. В случае обнаружения ошибки соответствующий модуль, находящийся в резерве, подключается в тракт обработки сигналов. Еще одной возможностью является использование нескольких модульной структуры передатчика, чтобы в случае выхода из строя одного из модулей радиолокатор можно было бы продолжать использовать (так называемое управление мягкими отказами, Soft Error Management). Такой передатчик является отказоустойчивым и продолжает оставаться работоспособным даже при выходе из строя нескольких модулей без существенной потери в дальности действия (смотри Уравнение радиолокации на практике).

Такие модули передатчика могут быть заменены во время работы («горячее подключение»). По этой причине в аэродромных обзорных радиолокаторах в большинстве случаев используются пассивные антенны. При использовании вращающейся активной антенны замена вышедшего из строя модуля возможна только после остановки вращения. При использовании же пассивной антенны эти модули доступны для замены, хотя даже без этого радиолокатор продолжает работать, но всего лишь с несколько сниженной мощностью. Недостаток использования пассивной антенны заключается в том, что и без того слабые эхо-сигналы испытывают дополнительное затухание при распространении по волноводному тракту от антенны к приемнику.

Аэропорты с очень интенсивным воздушным движением, такие как, например, аэропорт «Франца Иосифа Штрауса» города Мюнхена (код ICAO: EDDM), имеют даже два независимых аэродромных обзорных радиолокатора. С одной стороны, для обеспечения избыточности, с другой стороны — для обеспечения взаимного перекрытия слепых зон, отсутствие чего привело бы к возникновению провала в радиолокационном поле непосредственно над радиолокатором.

Технические данные

В отношении технических характеристик аэродромных обзорных радиолокаторов существуют обязательные рекомендации Международной организации гражданской авиации (International Civil Aviation Organization, ICAO) и Европейской организации по безопасности аэронавигации EUROCONTROL. Требуемое радиолокационное покрытие аэродромных обзорных радиолокаторов соответствует зоне ответственности аэропорта, определяемой ECAC (European Civil Aviation Conference, Европейская конференцией гражданской авиации). Эффективная максимальная дальность действия таких радиолокаторов для воздушных судов, летящих на высоте 3 000 футов (около 1 000 метров), должна быть от 40 морских миль (около 75 километров) до 60 морских миль (около 110 километров). При этом требуемый диапазон высот составляет до 10 000 футов (около 3000 метров). Значения дальности действия, превышающие приведенные выше, например, в 80 морских миль, приветствуются, но не являются обязательными. Кроме этого, требование соблюдения баланса времени импульсного радиолокатора обусловливает ограничения по скорости вращения антенны. Чем меньше скорость вращения антенны, тем хуже темп обновления данных. Требования баланса времени радиолокатора также влияют и на значение его частоты повторения импульсов, что, в свою очередь, уменьшает количество отраженных от цели импульсов. Вызванное этим снижение вероятности обнаружения должно быть компенсировано другими мерами, например, значительным увеличением излучаемой мощности. Для обоснования соответствующих таким мерам затрат должны существовать веские причины, по которым первичный радиолокатор должен обеспечивать дальность действия 80 морских миль.

Оптимальная скорость вращения антенны аэродромного обзорного радиолокатора составляет от 12 до 15 оборотов в минуту. Этим достигается темп обновления данных 4 … 5 секунд. Такие значения являются удовлетворительными, поскольку во время захода самолета на посадку при подходе к аэродрому диспетчер воздушного движения должен выдавать пилоту корректировку курса, как минимум, раз в 5 секунд. В аэродромных обзорных радиолокаторах, как правило, используются параболические зеркальные антенны с косеканс-квадратной диаграммой направленности. Во многих радиолокаторах применяются два рупорных облучателя для формирования верхнего и нижнего лучей антенны, что улучшает технические характеристики системы селекции движущихся целей.

Информация о высоте полета

Как правило, аэродромный обзорный радиолокатор является двухкоординатным радиолокатором. Однако такие радиолокаторы всегда сопрягаются со вторичными обзорными радиолокаторами (SSR), информация от которых отображается на их (ASR) индикаторах. Вторичный радиолокатор работает синхронно с первичным. Он обеспечивает получение значений высоты полета самолета, которые определяются на борту барометрическим способом. Информация от обоих радиолокаторов объединяется в объединителе отметок процессора обработки радиолокационных данных и отображается в виде буквенно-цифрового формуляра вблизи отметки цели. В большинстве случаев индикаторы аэродромных обзорных радиолокаторов имеют переключаемый масштаб отображения с удвоенной дальностью действия первичного радиолокатора. Это дает возможность отображать информацию, получаемую вторичным радиолокатором для больших дальностей (например, до 120 морских миль).

Измерение угла места первичным радиолокатором и расчет на его основании высоты полета также является возможным, например, при помощи радиолокатора, показанного на Рисунке 1. В таком радиолокаторе используется система из трех рупорных облучателей с независимыми приемными каналами. Каждому значению угла места цели соответствует характерное распределение мощности эхо-сигналов в каждом приемном канале, что дает возможность грубо оценить высоту полета.

Электронные карты

В большинстве случаев в радиолокаторах типа ASR информация о воздушных объектах отображается на фоне электронной карты статической информации. К ней относятся тактические линии и границы зоны ответственности, положение препятствий, бесполетные (запрещенные) зоны, радиомаяки и ориентирные точки на местности. В современных радиолокаторах эта информация хранится в составе программного обеспечения компьютера. При использовании более старых аналоговых радиолокаторов эти данные приходилось хранить сложным способом во внешнем графопостроителе на фотографической пленке, которая сканировалась световым лучом синхронно с разверткой индикатора радиолокатора.