www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Технология MLAT

Рисунок 1. Принцип функционирования многопозиционной системы MLAT (здесь изображен частный случай трилатерации: три дальности объекта до трех пунктов с известными координатами определяют искомые координаты)

Рисунок 1. Принцип функционирования многопозиционной системы MLAT (здесь изображен частный случай трилатерации: три дальности объекта до трех пунктов с известными координатами определяют искомые координаты)

Технология MLAT

Технология MLAT (от английского Multiateration) представляет собой технологию определения местоположения воздушных объектов на основе измерения расстояний от него до точек, координаты которых известны. В системах управления воздушным движением измерение упомянутых расстояний осуществляется различными радиолокационными методами при помощи устройств, размещенных в этих точках. В отличии от триангуляционных методов, такой подход не предполагает измерения угловых величин. Поэтому его реализация не требует остронаправленных антенн. Поскольку точек, относительно которых выполняются измерения, всегда несколько, то технологию еще иногда называют наземной многопозиционной навигацией.

Принцип функционирования
Измерения, синхронизированные по времени

Объект, координаты которого подлежат измерению, облучается радиолокационным сигналом (метод первичной радиолокации) или сам излучает сигналы по запросу (метод вторичной радиолокации). Эхо-сигнал или сигнал ответчика (в зависимости от используемого метода) принимается стационарным приемником с всенаправленной антенной. Время задержки принятого сигнала является мерой дальности до объекта. Поскольку информация о направлении на объект в такой конфигурации отсутствует, то на основании информации об одной только дальности невозможно определить координаты точки нахождения объекта. Очевидно, что по этим данным можно заключить только то, что объект находится где-то на линии, представляющей собой окружность с радиусом, равным измеренному расстоянию.

Использование второго аналогичного приемника дает дополнительную информацию о местоположении объекта. Относительно него объект также может находиться в любой точке окружности с радиусом, равным измеренному расстоянию уже от второго приемника до объекта. В общем случае две пересекающиеся окружности имеют две точки пересечения. Таким образом, на основании измерений расстояния до объекта в двух разнесенных пунктах можно определить две точки в пространстве, в одной из которых находится определяемый объект. Такой результат не является однозначным. Использование третьего пункта делает информацию однозначной, поскольку три окружности могут пересекаться только в одной точке.

Синхронизация такой системы выполняется по времени излучения запросного (или зондирующего) импульса. Если каждый пункт излучает запросный сигнал, то определение координат объекта является несложной процедурой, похожей на ту, что используется в моностатическом (однопозиционном) радиолокаторе. Математически это будет уравнение с только одной неизвестной величиной, которое может быть легко решено. Если только один центральный пункт излучает запросный сигнал, а остальные работают только на прием, то измерение дальности до объекта становится несколько сложнее, как, например, в бистатическом (двухпозиционном) радиолокаторе. В таком случае в каждом пункте системы нахождению подлежат уже две неизвестные величины: расстояние от передающего пункта до объекта (которое затем является постоянным для каждого приемного пункта) и расстояние от объекта до соответствующего приемного пункта.

Рисунок 2. Система MLAT без синхронизации по времени, также называемая гиперболической навигацией

Рисунок 2. Система MLAT без синхронизации по времени, также называемая гиперболической навигацией

Несинхронизированные по времени измерения

Существует также некая вероятность того, что определяемый объект регулярно передает широковещательные сообщения о себе без какого-либо запроса (например, система ADS-B). В таком случае точное время излучения не известно. Приемники определяют только время приема ими излученных объектом сигналов. Следовательно, не представляется возможным определить время задержки сигнала при прохождении им расстояния между объектом и одним из приемников. Возможным является только измерение разницы времен достижения передним фронтом сигнала антенн двух приемников, расположенных на двух разных позициях. (Время распространения сигналов в кабельных линиях между приемными пунктами и сервером обработки может быть откалибровано и учтено).

Для двух приемных пунктов, различные зависимости разницы между временами прихода сигналов описываются группой гипербол (в отличие от предыдущего варианта построения системы, когда информация о времени задержки позволяла построить вокруг каждого пункта окружность). Каждая такая гипербола описывает возможные положения объекта для одной конкретной разницы времени задержки, то есть, располагая информацией только об одном значении такой разницы, можно заключить, что точка расположения объекта находится где-то на соответствующей гиперболе.

Измерение разницы времени поступления сигнала от объекта в других парах приемных пунктов дает возможность построить гиперболы возможных положений объекта для каждой такой пары. Точка пересечения полученных гипербол и будет искомой точкой нахождения объекта.

Техническая реализация

Несколько частотных диапазонов могут использоваться для применения технологии MLAT на аэродромах для обнаружения движущихся объектов, которые могут стать препятствиями для движения самолетов по территории аэропорта. С этой целью на каждом аэродромном транспортном средстве устанавливается приемопередатчик по аналогии с тем, как это сделано на самолетах. Для уменьшения загрузки полосы частот 1090 МГц, Федеральная авиационная администрация (Federal Aviation Administration, FAA) создала еще один вариант для решений ADS-B, работающих в выделенной полосе частот 978 МГц – Приемопередатчик универсального доступа (Universal Access Transceiver, UAT). Радиостанции UAT 978 могут быть сконфигурированы для обеспечения возможностей ADS-B «Out» и «In» в одном изделии. Система ADS-B «Out» на частоте 978 МГц передает все те же данные сопровождения, что передаются транспондерами расширенного сквиттера (Extended Squitter, ES) на частоте 1090 МГц. Однако на стороне ADS-B «In» дополнительная полоса, обеспечиваемая диапазоном 978 МГц, позволяет гораздо более обширный перечень служб восходящих линий передачи данных. Система ADS-B предоставляет информацию о местоположении самолета (транспортного средства), используя данные, полученные при помощи его навигационной системой (GPS) и передаваемые посредством расширенного сквиттера (ES) в режиме S (1090 МГц) или приемопередатчик универсального доступа (978 МГц). Органы управления аэропортами или организации, уполномоченные FAA, могут подать заявку на выделения до 200 адресов для распределения их по своим транспортным средствам.[1]

Информация о местоположении транспортного средства, таким образом, имеет два независимых источника: приемник GPS, интегрированный в транспондер, и данные, полученные при помощи технологии MLAT. Благодаря этому, для снижения нагрузки на интенсивно используемый диапазон вторичной радиолокации (1090 МГц), приемник GPS отключает бортовую аппаратуру ADS-B когда транспортное средство не находится на рулежной дорожке или на взлетно-посадочной полосе.

Ошибки измерения

Из-за очень большого количества таких приемников на аэродроме ошибки измерения могут быть уменьшены за счет статистической обработки. Ошибки измерения возникают, в большей степени, из-за наличия интенсивных шумов или активных помех, искажающих передний фронт принимаемого сигнала, по которому выполняется измерение времени запаздывания. Кроме этого, на процесс измерения времени могут влиять сигналы, возникшие при многократных переотражениях. Вероятность возникновения таких ошибок измерения снижается с уменьшением измеряемых расстояний. Поэтому для определения местоположения объектов используются только результаты измерений на ближних дальностях.

Источник:

  1. ICAO: Airport Ground Vehicle Automatic Dependent Surveillance – Broadcast (ADS-B) Out Squitter Equipment — 11/14/2011, (онлайн)