Fałszywe zobrazowania

O listkach bocznych pisałem przy okazji omawiania anten. Większe lub mniejsze, ale niestety istnieją i przez nie radar nadaje i odbiera sygnały takie, jakie nadaje i odbiera listkiem głównym anteny. Różnica polega na tym, że w listku głównym zawarta jest największa część mocy generowanej przez nadajnik radaru. Radar pierwotny nadaje słabe sygnały w listkach bocznych, które po odbiciu od obiektów są ekstremalnie słabe, tak słabe, że jest mało prawdopodobna ich detekcja przez odbiornik radaru.

W przypadku radaru wtórnego, sytuacja jest mniej korzystna. Sygnał zapytania generowany przez interrogator przebywa drogę tylko w jedną stronę, sygnał odpowiedzi odbierany na ziemi jest silnym sygnałem generowanym przez transponder, dlatego interrogator jest w stanie uaktywnić transponder wysyłając sygnał listkami bocznymi i w następstwie odbierać listkami bocznymi odpowiedzi. Linia podstawy czasu na ekranie wskaźnika panoramicznego cały czas przyjmuje położenie kątowe zgodne z położeniem listka głównego anteny. Sygnały odpowiedzi odebrane listkami bocznymi będą powodować wyświetlanie dodatkowych, fałszywych znaczników na wielu azymutach.

Kompensacja listków bocznych w sygnale zapytania

kompensacja listków bocznych

ISLS (ang. Interrogation Side Lobe Suppression) jest techniką mającą na celu eliminowanie odpowiedzi z kierunków innych niż ten, który przyjmuje listek główny charakterystyki anteny interrogatora. Rozwiązanie jest proste i polega na nadawaniu dodatkowego impulsu (oznaczanego symbolem P2) przez dodatkową antenę o charakterystyce w zasadzie bezkierunkowej, a przynajmniej mniej kierunkowej, niż charakterystyka anteny głównej interrogatora, ale o takim kształcie, że obejmuje ona wszystkie listki boczne anteny głównej (patrz rysunek). Impulsy P1 i P3 są silne w listku głównym, a słabe w listkach bocznych. Z opóźnieniem 2 µs po impulsie P1 emitowany jest dodatkowy impuls P2. Transponder porównuje amplitudy odebranych impulsów P1 i P2. Kształty charakterystyk anten głównej i dodatkowej powodują różnicowanie amplitud impulsów. Jeżeli transponder odbierze impuls P1 listkiem głównym, to jego amplituda będzie większa od impulsu P2, w konsekwencji transponder wygeneruje sygnał odpowiedzi, natomiast jeśli impuls P1 będzie mniejszy od impulsu P2 to znaczy, że transponder odebrał zapytanie wysłane w listku bocznym i konsekwencji zignoruje je. Ażeby transponder działał niezawodnie, impuls P1 powinien być większy od P2 o więcej niż 9 dB, jeżeli jest większy o mniejszą wartość, prawdopodobieństwo wygenerowania odpowiedzi stopniowo maleje ze 100% do 0 w przypadku, gdy amplitudy P1 i P2 zrównają się. Oczywiście jest to wadą opisanej techniki, dlatego wspierana jest ona kompensacją listów bocznych w czasie odbioru sygnałów odpowiedzi (ang. RSLS – Receive Side Lobe Suppression) oraz ulepszoną kompensacją listków bocznych w sygnale zapytania (IISLS – Improved ISLS).

FRUIT - brak synchronizacji między sygnałami zapytania i odpowiedzi

Radar wtórny oblicza odległość do celu na podstawie pomiaru czasu między wysłaniem impulsu P3 (końca tego impulsu), a odebraniem impulsu F1 (czoła impulsu). Zasada ta jest jednak oparta na założeniu, że odpowiedź ograniczona impulsami F1, F2 została zainicjowana ostatnim zapytaniem impulsami P1, P3 tego radaru. Antena transpondera jest jednak prostym dipolem, czyli w zasadzie bezkierunkowa, dlatego w przypadku, gdy w granicach zasięgu pracuje kilka interrogatorów, sygnał odpowiedzi zainicjowany zapytaniem jednego z nich będzie odbierany przez wszystkie inne, a nie tylko ten, który pytał.

Dla ułatwienia rozważań załóżmy, że w granicach zasięgu transpondera pracują tylko dwa interrogatory SSR1 i SSR2, będące niezależnymi jednostkami bez jakiejkolwiek synchronizacji pracy między nimi. Zapytanie pierwszego (SSR1) inicjuje odpowiedź transpondera, która jest odbierana przez oba urządzenia naziemne. W czasie, gdy odpowiedź jest „w drodze” do radaru SSR2, wysyła on zapytanie. Za moment odpowiedź dociera do niego, i SSR2 oblicza odległość, biorąc za podstawę momenty wysłania zapytania i właśnie otrzymanej odpowiedzi. Ale przecież ta odpowiedź została wysłana przez transponder zanim SSR2 wygenerował zapytanie, bo jest odpowiedzią na zapytanie SSR1. W rezultacie obliczona odległość nie odpowiada rzeczywistej, jest mniejsza. A ponieważ częstotliwości powtarzania urządzeń SSR1 i SSR2 różnią się, w każdym okresie powtarzania obliczana odległość będzie inna. Zobrazowanie na wskaźniku panoramicznym nie będzie regularnym znacznikiem lecz grupą przypadkowo rozsianych w odległości pojedynczych odpowiedzi, czyli reasumując otrzymamy „kaszę”. Zjawisko to nazwano akronimem FRUIT (False Replies Unsynchronized with the Interrogator Transmissions). Niesynchroniczne odpowiedzi można usunąć ze wskaźnika za pomocą tzw. de-FRUITerów, ale informacja w nich zawarta jest bezpowrotnie tracona.

Sytuacja jest jeszcze gorsza w przypadku pracy interrogatorów z przeplotem modów. SSR2 może na przykład wysłać zapytanie w modzie A i po chwili odebrać odpowiedź w modzie C. Oczywiście w takim przypadku „zgłupieje” dekoder. Taka odpowiedź może być nawet odrzucona, co zresztą i tak nie ma już wielkiego znaczenia.

Garbling

garbling

Definicję rozróżnialności w odległości podałem już wcześniej. Podobnie jak w przypadku radaru pierwotnego, również przy zastosowaniu radaru wtórnego dwa cele lecące blisko siebie mogą być zobrazowane na wskaźniku w postaci jednego znacznika. W tym przypadku jednak problem jest poważniejszy, ponieważ sygnały odpowiedzi są długimi ciągami impulsów zawierającymi zakodowaną informację. Jeżeli dwie odpowiedzi od dwóch różnych samolotów w drodze do interrogatora nałożą się na siebie, nie będą mogły być prawidłowo rozkodowane, będą pogmatwane, po angielsku: garbled. Stąd nazwa tego niekorzystnego zjawiska.

Jeżeli dwie odpowiedzi nie nakładają się na siebie, to są odseparowane w czasie przynajmniej o czas trwania jednej z nich, czyli 20,3 µs zakładając, że nie będzie transmisji impulsu SPI. Minimalna różnica odległości dwóch celów powinna wynosić 20,3 * 300/2 = 3045 metrów, ponieważ sygnał o czasie trwania 1 µs zajmuje w przestrzeni 300 metrów, a podzielnik 2 wynika z podwójnej drogi sygnałów w radiolokacji, czyli do celu i z powrotem. Jeżeli będzie mniejsza, impulsy obu odpowiedzi wymieszają się, impulsy ramek mogą nie być prawidłowo rozpoznane i informacje zawarte w odpowiedziach będą błędnie zdekodowane, co oczywiście jest równoznaczne z ich utratą. Pojawią się również problemy z automatycznym śledzeniem tras samolotów (ang. Track Jitter), czyli zrywanie tras.

Przy dużym natężeniu ruchu powietrznego w pobliżu lotnisk, występowanie garblingu jest bardzo prawdopodobne. Nie można z nim walczyć przy użyciu jakichś specjalnych technik. Jedynym rozwiązaniem jest zapytywanie samolotów w sposób selektywny tak, aby tylko jeden w danym czasie odpowiadał. Umożliwia to praca systemu w niedawno wprowadzonym rodzaju pracy, zwanym modem S (ang. Selective). Dzięki kodowaniu odpowiedzi w 24 impulsach, do dyspozycji jest 16777216 kodów, czyli o wiele więcej niż samolotów na świecie, każdemu więc można przydzielić indywidualny kod już w czasie jego budowy, a interrogatory pracujące w tym modzie, mają zdolność zapytywania tylko jednego, wybranego samolotu.

Przesłanianie anteny

Antena transpondera jest prostym dipolem umieszczonym najczęściej na kadłubie samolotu. Podczas manewrowania może się zdarzyć, że skrzydła znajdą się na linii między anteną transpondera, a anteną interrogatora i kontakt między urządzeniami zostanie zerwany. Zjawisko to nazywa się przesłanianiem albo zasłanianiem anteny (ang. SSR Antena Shadowing). Aby mu przeciwdziałać, nowoczesne samoloty mają przynajmniej dwie anteny, jedna instalowana na, a druga pod kadłubem, które działają albo na zmianę, albo ta, która odbierze silniejszy sygnał zapytania emituje sygnał odpowiedzi, ponieważ ma lepszy kontakt z anteną interrogatora.