Sekundärradar (SSR) und Begriffe der Flugsicherung

Was ist Sekundärradar (SSR)?

Der Sekundärradar (SSR) ist ein fortschrittliches, kooperatives Radarsystem und bildet das Fundament der modernen Flugsicherung (ATC). Im Gegensatz zum Primärradar, das Flugzeuge passiv durch Analyse reflektierter Funksignale erfasst, basiert SSR auf aktiver elektronischer Kooperation zwischen bodengestützten Abfragegeräten und im Flugzeug installierten Transpondern. Dieses Verfahren ermöglicht eine präzise, zeitnahe Erfassung von Identität, Position und Höhe des Flugzeugs sowie zusätzlicher Flugdaten in erweiterten Modi.

SSR verbessert das Lagebewusstsein der Lotsen erheblich, indem jedem Flugzeug ein eindeutiger Squawk-Code zugewiesen wird, der Radardaten mit Flugplänen verknüpft. Mit Mode S ermöglicht SSR selektive Abfragen mithilfe einer eindeutigen 24-Bit-ICAO-Adresse und unterstützt damit hochdichte Operationen und moderne Sicherheitssysteme wie TCAS und ADS-B. SSR ist das Rückgrat der Überwachung im kontrollierten Luftraum weltweit und gewährleistet Sicherheit, Kapazität und Effizienz in immer dichter werdendem Luftraum.

Hauptkomponenten des SSR

Transponder

Ein Transponder ist ein wesentliches elektronisches Gerät im Flugzeug, das die kooperative Überwachung des SSR ermöglicht. Nach Empfang der 1030-MHz-Abfragen von Bodenstationen sendet er automatisch codierte Antworten auf 1090 MHz. Piloten geben Squawk-Codes ein und wählen Funktionen (z. B. IDENT, ALT, STBY) über ein Bedienfeld im Cockpit. Moderne Mode-S-Transponder übertragen eindeutige Flugzeugadressen, Flugidentifikation und weitere Statusdaten, sorgen für weltweite Interoperabilität und unterstützen Sicherheitssysteme wie TCAS und ADS-B.

SSR-Abfragegerät (Bodenstation)

Das SSR-Abfragegerät ist das bodengestützte System, das codierte Abfragen über eine rotierende Richtantenne aussendet, meist gemeinsam mit dem Primärradar aufgestellt. Es empfängt Transponderantworten, verarbeitet sie zur Flugzeugidentifikation, Höhenangabe und weiteren Parametern und integriert diese Daten in die ATC-Automatisierungssysteme. Fortschrittliche Abfragegeräte nutzen digitale Signalverarbeitung und Monopuls-Verfahren für erhöhte Genauigkeit und Zuverlässigkeit, auch in stark frequentiertem oder überlappendem Luftraum.

SSR-Modi: A, C und S

• Modus A: Antwortet mit dem vierstelligen Squawk-Code zur Identifikation.
• Modus C: Ergänzt die Mode-A-Antwort um die Druckhöhe, codiert in 100-Fuß-Schritten.
• Modus S: Ermöglicht selektive, gezielte Abfragen durch eindeutige Adressen, reduziert Antwortüberlappungen und unterstützt erweiterte Datendienste.

Squawk-Codes

Ein Squawk-Code ist eine vierstellige Oktalzahl (0000-7777), die von der Flugsicherung jedem Flugzeug zugewiesen wird. Er ist entscheidend für die Verknüpfung von Radardaten mit Flugplänen. Besondere Notfallcodes sind:

Squawk-Codes werden dynamisch verwaltet, wenn Flugzeuge zwischen Kontrollsektoren wechseln, um eine eindeutige Identifikation im dichten Luftraum sicherzustellen.

SSR-Frequenzen

SSR arbeitet auf zwei international standardisierten UHF-Frequenzen:

• 1030 MHz: Boden-zu-Luft-Abfragen.
• 1090 MHz: Antworten der Flugzeugtransponder zur Bodenstation.

Diese Kanäle sind weltweit geschützt und koordiniert, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten und zusätzliche Systeme wie ADS-B und TCAS zu unterstützen.

Technische Merkmale und Herausforderungen

Fruiting

Fruiting tritt auf, wenn eine Bodenstation gültige Transponderantworten von Abfragen empfängt, die sie selbst nicht ausgesendet hat, oft aufgrund überlappender SSR-Abdeckungsbereiche. Dies kann zu falschen (Geister-)Zielen auf dem Radarschirm führen. Zeitbasierte Filterung, Antwortunterdrückung und selektive Abfrage in Mode S helfen, Fruiting zu minimieren.

Garbling

Garbling entsteht durch gleichzeitige oder nahezu gleichzeitige SSR-Antworten mehrerer Flugzeuge, wodurch sich Signale am Bodenempfänger überlagern. Dies kann die Genauigkeit des Radars beeinträchtigen. Abhilfen sind Monopulsverarbeitung, zeitlich gestaffelte Abfragen und selektive Adressierung in Mode S.

Selektive Abfrage & 24-Bit-Adresse (Mode S)

Mode S führt die selektive Abfrage ein: Das Abfragegerät adressiert einzelne Flugzeuge über eine eindeutige, von der ICAO vergebene 24-Bit-Adresse. Dies reduziert Antwortüberlappungen und ermöglicht die Übertragung zusätzlicher Überwachungs- und Absichtsdaten. Die Adressstruktur garantiert weltweite Eindeutigkeit und unterstützt eine nahtlose Flugverfolgung und erweiterte Sicherheitsfunktionen.

Pulspositionsmodulation (PPM)

SSR-Signale verwenden Pulspositionsmodulation (PPM), wobei Informationen in der genauen zeitlichen Anordnung der HF-Pulse innerhalb einer Antwort codiert werden. Jede Antwort enthält eine standardisierte Pulssequenz; bestimmte Anordnungen repräsentieren Squawk-Codes, Höhenangaben und – bei Mode S – zusätzliche Daten und Fehlererkennung (Parität).

Höhenübermittlung

SSR-Höhenübermittlung basiert auf der Druckhöhe, die aus dem barometrischen Höhenmesser des Flugzeugs bei internationaler Standard-Einstellung (1013,25 hPa) abgeleitet wird. Diese Höhe wird in Mode-C- und Mode-S-Antworten codiert und ermöglicht eine präzise vertikale Staffelung und Warnungen im dichten Luftraum.

Technische Spezifikationen des SSR

SSR-Systeme sind für den kontinuierlichen, hochzuverlässigen Betrieb ausgelegt, mit eingebauter Redundanz und Fernüberwachung zur Sicherstellung von Sicherheit und Verfügbarkeit.

Monopuls-SSR

Monopuls-SSR verwendet den gleichzeitigen Empfang in mehreren Antennenkeulen, um die Flugzeugrichtung in einem einzigen Durchlauf präzise zu bestimmen. Dies erhöht die Winkelgenauigkeit erheblich und reduziert Fehler durch Mehrwegeausbreitung oder überlappende Antworten. Diese Technologie ist Standard bei modernen SSR-Anlagen.

Kollisionswarnsystem (TCAS)

TCAS ist ein an Bord befindliches Sicherheitssystem, das SSR (insbesondere Mode S) nutzt, um umliegende Flugzeuge zu überwachen und Kollisionen zu verhindern. Durch aktive Abfrage umliegender Transponder und Analyse der Antworten gibt TCAS den Piloten in Echtzeit Ausweichanweisungen, um Steigen oder Sinken anzuordnen.

SSR im kontrollierten Luftraum

SSR ist für die meisten Flüge im kontrollierten Luftraum vorgeschrieben und unterstützt alle Kernaufgaben der Flugsicherung: Sequenzierung, Konflikterkennung, Sektorübergabe und Integration mit automatisierten Flugdaten-Systemen. Mode-S-Anforderungen sind in verkehrsreichen Regionen zunehmend Standard und spiegeln die entscheidende Rolle der Technologie für Kapazität und Sicherheit wider.

SSR-Datenlink-Funktionen

Mode-S-Transponder unterstützen den Datenlink und ermöglichen den Austausch zusätzlicher Informationen (Flugidentifikation, Geschwindigkeit, Vertikalgeschwindigkeit, Absichtsdaten) sowie digitale Kommunikation für Controller-Pilot Data Link Communications (CPDLC). Diese Fähigkeiten sind zentral für Konzepte des zukünftigen Luftraummanagements.

SSR-Redundanz und Wartbarkeit

Moderne SSR-Anlagen verfügen über mehrere Redundanzebenen (doppelte Sender, Empfänger, Prozessoren) und Fernüberwachung. Eingebaute Testeinrichtungen und modulare Bauweise ermöglichen eine rasche Fehlererkennung und -behebung, was eine unterbrechungsfreie Überwachung durch die Flugsicherung sicherstellt.

Regulatorischer und normativer Rahmen

SSR unterliegt einem umfassenden regulatorischen und normativen Rahmen:

• ICAO Annex 10, Band IV: Technische Standards für SSR.
• ICAO Doc 4444: Betriebliche Verfahren für ATC und SSR-Codes.
• FAA Order JO 7110.65: US-Verfahren für die Flugsicherung.
• EASA CS-ACNS: Europäische technische und betriebliche Standards.
• ITU-Funkreglement: Internationale Frequenzzuweisungen.

Diese Standards werden regelmäßig an technische und betriebliche Entwicklungen angepasst.

Integration von SSR und Primärradar

SSR ist typischerweise gemeinsam mit dem Primärradar (PSR) installiert und integriert und verbindet die Stärken beider Systeme: PSR erkennt alle Ziele (auch nicht-kooperative), während SSR präzise Identifikation und Höhenangabe für ausgerüstete Flugzeuge liefert. Diese Integration gewährleistet eine hochintegrative Überwachung und Sicherheitsnetze.

Zusammenfassung

Der Sekundärradar (SSR) hat die Flugsicherung revolutioniert, indem er durch kooperative Transpondertechnologie präzise, aktuelle Überwachungs-, Identifikations- und Höhendaten bereitstellt. Mit fortschrittlichen Modi wie Mode S erfüllt SSR die Anforderungen des modernen, dichten Luftraums und unterstützt nahtlos ATC, Sicherheitsnetze und digitale Kommunikation der nächsten Generation. Seine solide regulatorische Basis, technische Raffinesse und fortlaufende Weiterentwicklung machen den SSR weltweit zu einem unverzichtbaren Bestandteil eines sicheren, effizienten und skalierbaren Luftraummanagements.