Основи радіолокації

Що таке ASR?

Аеродромні оглядові радіолокатори

Аеродромний оглядовий радіолокатор (або оглядовий радіолокатор аеродромний, ОРЛ-А, Airport Surveillance Radar, ASR або Terminal Area Radar, TAR) — це радіолокаційна система управління повітряним рухом, яка використовується у аеропортах. Це первинний радіолокатор середньої дальності дії, який використовується для виявлення повітряних суден і відображення їх присутності та місцеположення в зоні відповідальності аеропорту у повітряному просторі навколо аеропорту. Зазвичай він працює у діапазоні частот від 2 700 до 2 900 МГц (діапазон частот S – або, як його називають в НАТО, діапазон частот E), оскільки на цих частотах поглинання електромагнітних хвиль у зонах із сильними опадами є низьким. Крім цього, використання таких частот дає можливість конструювати антени із високою направленістю при відносно невеликих розмірах і масі.

Надмірність

Через важливість функцій, що виконуються радіолокаторами такого виду, потрібен високий рівень надмірності (резервування) їхніх компонентів так, щоби імовірність відмови була дуже низькою. Крім цього, часто організовується автоматичне переконфігурування системи, під час якої постійно перевіряється працездатність складових частин радіолокатора. У випадку виявлення помилки відповідний модуль, що знаходиться у резерві, підключається у тракт обробки сигналів. Ще однією можливістю є використання модульної структури передавача, щоби у випадку виходу з ладу одного з модулів радіолокатор можливо було б продовжувати використовувати (так зване управління м’якими відмовами, Soft Error Management). Такий передавач є стійким до відмов і продовжує залишатися працездатним навіть у випадку виходу з ладу декількох модулів без суттєвої втрати в дальності дії (див. Рівняння радіолокації на практиці).

Такі модулі передавача можуть бути замінені під час роботи („гаряче підключення“). З цієї причини у аеродромних оглядових радіолокаторах у більшості випадків використовуються пасивні антени. У разі використання активної антени, що обертається, заміна модулю, який вийшов з ладу, можлива тільки після зупинення обертання. У разі ж використання пасивної антени ці модулі доступні для заміни, хоча навіть без такої заміни радіолокатор продовжує працювати, але усього лише із дещо зниженою потужністю. Недолік використання пасивної антени полягає у тому, що й без того слабкі сигнали відлуння зазнають додаткового затухання під час розповсюдження по хвилеводному тракту від антени до приймача.

Аеропорти з дуже інтенсивним повітряним рухом, такі як, наприклад, аеропорт „Франца Йосипа Штрауса“ міста Мюнхена (код ICAO: EDDM), мають навіть два незалежних аеродромних оглядових радіолокатори. З одного боку, для забезпечення надмірності, з іншого боку — для забезпечення взаємного перекриття сліпих зон, відсутність чого спричинила б виникнення провалу у радіолокаційному полі безпосередньо над радіолокатором.

Технічні дані

Щодо технічних характеристик аеродромних оглядових радіолокаторів існують обов’язкові рекомендації Міжнародної організації цивільної авіації (International Civil Aviation Organization, ICAO) та Європейської організації з безпеки аеронавігації EUROCONTROL. Потрібне радіолокаційне покриття аеродромних оглядових радіолокаторів відповідає зоні відповідальності аеропорту, що визначається ECAC (European Civil Aviation Conference, Європейською конференцією цивільної авіації). Ефективна максимальна дальність дії таких радіолокаторів для повітряних суден, що летять на висоті 3 000 футів (близько 1 000 метрів), має бути від 40 морських миль (близько 75 кілометрів) до 60 морських миль (близько 110 кілометрів). При цьому потрібний діапазон висот складає до 10 000 футів (близько 3 000 метрів). Значення дальності дії, які перевищують наведені вище, наприклад, у 80 морських миль, вітаються, але не є обов’язковими. Крім цього, вимога дотримання балансу часу імпульсного радіолокатора обумовлює обмеження по швидкості обертання антени. Чим менше швидкість обертання антени, тим гірше темп оновлення даних. Вимога балансу часу радіолокатора також впливає й на значення його частоти повторення імпульсів, що, у свою чергу, зменшує кількість відбитих від цілі імпульсів. Спричинене цим зниження імовірності виявлення має бути компенсоване іншими заходами, наприклад, значним збільшенням випромінюваної потужності. Для обґрунтування відповідних таким заходам витрат мають існувати вагомі причини, з яких первинний радіолокатор має забезпечувати дальність дії 80 морських миль.

Оптимальна швидкість обертання антени аеродромного оглядового радіолокатора складає від 12 до 15 обертів за хвилину. Цим досягається темп оновлення даних 4 … 5 секунд. Такі значення є задовільними, оскільки під час заходу літака на посадку при підході до аеродрому диспетчер повітряного руху має видавати пілоту коректування курсу, щонайменше, раз на п’ять секунд. У аеродромних оглядових радіолокаторах, як правило, використовуються параболічні дзеркальні антени з косеканс-квадратною діаграмою направленості. У багатьох радіолокаторах застосовуються два рупорні опромінювачі для формування верхнього та нижнього променів антени, що покращує технічні характеристики системи селекції рухомих цілей.

Інформація про висоту польоту

Як правило, аеродромний оглядовий радіолокатор є двокоординатним радіолокатором. Однак такі радіолокатори завжди спрягаються із вторинними оглядовими радіолокаторами (SSR), інформація від яких відображається на їхніх (ASR) індикаторах. Вторинний радіолокатор працює синхронно із первинним. Він забезпечує отримання значень висоти польоту літака, які визначаються на борту барометричним способом. Інформація від обох радіолокаторів поєднується у об’єднувачі відміток процесору обробки радіолокаційних даних і відображається у вигляді літерно-цифрового формуляру поблизу відмітки цілі. У більшості випадків індикатори аеродромних оглядових радіолокаторів мають масштаб відображення із подвоєною дальністю дії первинного радіолокатора. Це дає можливість відображати інформацію, що отримується вторинним радіолокатором для більших дальностей (наприклад, до 120 морских миль).

Вимірювання кута місця первинним радіолокатором і розрахунок на його основі висоти польоту також є можливим, наприклад, за допомогою радіолокатора, показаного на Рисунку 1. В такому радіолокаторі використовується система з трьох рупорних опромінювачів із незалежними приймальними каналами. Кожному значенню кута місця цілі відповідає характерний розподіл потужності сигналів відлуння у кожному приймальному каналі, що дає можливість грубо оцінити висоту польоту.

Електронні мапи

У більшості випадків у радіолокаторах типу ASR інформація про повітряні об’єкти відображається на фоне електронної мапи статичної інформації. До неї відносяться тактичні лінії та межі зони відповідальності, положення перешкод, безпольотні (заборонені) зони, радіомаяки та орієнтирні точки на місцевості. У сучасних радіолокаторах ця інформація зберігається у складі програмного забезпечення комп’ютеру. У разі використання більш старих аналогових радіолокаторів ці дані доводилось зберігати складним способом у спеціальному зовнішньому графічному пристрої на фотографічній плівці, яка сканувалась світловим променем синхронно із розгорткою індикатора радіолокатору.