Wtórny Radar Dozorowania (SSR) i powiązana terminologia kontroli ruchu lotniczego

Czym jest Wtórny Radar Dozorowania (SSR)?

Wtórny Radar Dozorowania (SSR) to zaawansowany, kooperacyjny system radarowy, fundamentalny dla nowoczesnej kontroli ruchu lotniczego (ATC). W przeciwieństwie do radaru pierwotnego, który pasywnie wykrywa statki powietrzne poprzez analizę odbitych sygnałów radiowych, SSR opiera się na aktywnej współpracy elektronicznej między naziemnymi urządzeniami zapytującymi a transponderami zamontowanymi na statku powietrznym. Takie podejście umożliwia precyzyjne, natychmiastowe pozyskiwanie tożsamości, pozycji i wysokości statku powietrznego oraz dodatkowych danych lotu w zaawansowanych trybach.

SSR znacząco poprawia świadomość sytuacyjną kontrolerów przez przypisywanie każdemu statkowi powietrznemu unikalnego kodu squawk, korelując echa radarowe z planami lotów. Dzięki trybowi S SSR umożliwia selektywne zapytania z użyciem unikalnego 24-bitowego adresu ICAO, wspierając operacje o dużej gęstości ruchu i zaawansowane systemy bezpieczeństwa, takie jak TCAS i ADS-B. SSR stanowi kręgosłup dozorowania przestrzeni kontrolowanej na całym świecie, zapewniając bezpieczeństwo, przepustowość i efektywność w coraz bardziej zatłoczonym niebie.

Kluczowe elementy SSR

Transponder

Transponder to kluczowe urządzenie elektroniczne zainstalowane na statku powietrznym, umożliwiające współpracę dozorową SSR. Po odebraniu zapytania na 1030 MHz z naziemnej stacji, automatycznie nadaje zakodowaną odpowiedź na 1090 MHz. Piloci wprowadzają kody squawk oraz wybierają funkcje (np. IDENT, ALT, STBY) za pomocą panelu w kokpicie. Nowoczesne transpondery trybu S przesyłają unikalny adres statku powietrznego, identyfikację lotu oraz inne dane statusowe, zapewniając globalną interoperacyjność i wspierając systemy bezpieczeństwa, takie jak TCAS i ADS-B.

Urządzenie zapytujące SSR (stacja naziemna)

Urządzenie zapytujące SSR to naziemny system wysyłający zakodowane zapytania za pomocą obrotowej anteny kierunkowej, zazwyczaj współlokowanej z radarem pierwotnym. Odbiera odpowiedzi transponderów, przetwarza je pod kątem identyfikacji statku powietrznego, wysokości i innych parametrów, a następnie integruje te dane z systemami automatyzacji ATC. Zaawansowane urządzenia zapytujące wykorzystują cyfrowe przetwarzanie sygnałów i technikę monopulsową dla zwiększenia dokładności i niezawodności, nawet w zatłoczonej lub zachodzącej na siebie przestrzeni powietrznej.

Tryby SSR: A, C i S

• Tryb A: Odpowiada czterocyfrowym kodem squawk dla identyfikacji.
• Tryb C: Dodaje do odpowiedzi trybu A wysokość ciśnieniową, kodowaną w krokach co 100 stóp.
• Tryb S: Umożliwia selektywne, ukierunkowane zapytania z użyciem unikalnych adresów, ograniczając nakładanie się odpowiedzi i wspierając zaawansowane usługi danych.

Kody squawk

Kod squawk to czterocyfrowa liczba ósemkowa (0000-7777) przydzielana przez ATC każdemu statkowi powietrznemu. Jest kluczowy do korelacji echa radarowego z planem lotu. Specjalne kody awaryjne to m.in.:

Kody squawk są zarządzane dynamicznie podczas przechodzenia statku powietrznego między sektorami ATC, zapewniając jednoznaczną identyfikację w zatłoczonej przestrzeni powietrznej.

Częstotliwości SSR

SSR działa na dwóch międzynarodowo standaryzowanych częstotliwościach UHF:

• 1030 MHz: Zapytania z ziemi do powietrza.
• 1090 MHz: Odpowiedzi transponderów z powietrza do ziemi.

Kanały te są chronione i koordynowane globalnie dla zapewnienia pracy wolnej od zakłóceń, wspierając również systemy takie jak ADS-B i TCAS.

Cechy techniczne i wyzwania

Fruiting

Fruiting występuje, gdy stacja naziemna odbiera poprawne odpowiedzi transponderów na zapytania, których sama nie wysłała, najczęściej z powodu nakładania się zasięgów SSR. Może to prowadzić do pojawienia się fałszywych lub “duchów” na ekranach radarowych. Stosuje się techniki takie jak filtrowanie czasowe, tłumienie odpowiedzi i selektywne zapytania trybu S, aby ograniczyć zjawisko fruitingu.

Garbling

Garbling powstaje, gdy wiele statków powietrznych odpowiada jednocześnie lub niemal jednocześnie, powodując nakładanie się sygnałów w odbiorniku naziemnym. Może to pogorszyć dokładność radaru. Ogranicza się je przez przetwarzanie monopulsowe, rozłożenie w czasie zapytań oraz selektywne adresowanie w trybie S.

Selektywne zapytania trybu S i 24-bitowy adres

Tryb S wprowadza selektywne zapytania: urządzenie zapytujące kieruje je do indywidualnego statku powietrznego za pomocą unikalnego, przydzielanego przez ICAO 24-bitowego adresu. Ogranicza to nakładanie się odpowiedzi i umożliwia przesyłanie dodatkowych danych dozorowych i intencyjnych. Struktura adresu zapewnia jego globalną unikalność, umożliwiając płynne śledzenie lotu i zaawansowane funkcje bezpieczeństwa.

Modulacja pozycji impulsu (PPM)

Sygnały SSR wykorzystują modulację pozycji impulsu (PPM), kodując informacje w precyzyjnym czasie występowania impulsów RF w odpowiedzi. Każda odpowiedź zawiera standardową sekwencję impulsów, których układ reprezentuje kody squawk, wysokość, a w trybie S także dodatkowe dane i detekcję błędów (parzystość).

Raportowanie wysokości

Raportowanie wysokości SSR opiera się na wysokości ciśnieniowej, wyznaczanej z pokładowego wysokościomierza barometrycznego ustawionego na międzynarodowy standard (1013,25 hPa). Wysokość ta jest kodowana w odpowiedziach trybu C i S, wspierając dokładną separację pionową i alarmowanie w przestrzeni o dużym natężeniu ruchu.

Specyfikacja techniczna SSR

Systemy SSR są projektowane do ciągłej, wysokoniezawodnej pracy, z wbudowaną redundancją i zdalną diagnostyką, aby zapewnić bezpieczeństwo i nieprzerwaną dostępność.

SSR monopulsowy

SSR monopulsowy wykorzystuje jednoczesny odbiór na wielu wiązkach antenowych do określenia precyzyjnego namiaru statku powietrznego w jednym obrocie, istotnie poprawiając dokładność kątową i ograniczając błędy wynikające z wielodrożności lub nakładania się odpowiedzi. Technologia ta jest standardem w nowoczesnych instalacjach SSR.

System zapobiegania kolizjom w powietrzu (TCAS)

TCAS to pokładowy system bezpieczeństwa, wykorzystujący SSR (szczególnie tryb S) do monitorowania okolicznych statków powietrznych i zapobiegania kolizjom w powietrzu. Aktywnie zapytuje transpondery w pobliżu oraz analizuje odpowiedzi, dostarczając pilotom w czasie rzeczywistym wskazówki unikania, nakazujące wznoszenie lub zniżanie.

SSR w przestrzeni kontrolowanej

SSR jest obowiązkowy dla większości operacji w przestrzeni kontrolowanej, wspierając wszystkie kluczowe zadania ATC: sekwencjonowanie, wykrywanie konfliktów, przekazywanie oraz integrację z automatycznymi systemami danych lotów. Wymóg trybu S staje się standardem w zatłoczonych regionach, odzwierciedlając kluczową rolę technologii w pojemności i bezpieczeństwie.

Możliwości łącza danych SSR

Transpondery trybu S obsługują łącze danych, umożliwiając wymianę informacji dodatkowych (identyfikacja lotu, prędkość, szybkość pionowa, dane intencyjne) oraz cyfrową komunikację w ramach Controller-Pilot Data Link Communications (CPDLC). Funkcje te są kluczowe dla koncepcji zarządzania przestrzenią powietrzną nowej generacji.

Redundancja i utrzymanie SSR

Nowoczesne instalacje SSR oferują wielopoziomową redundancję (zapasowe nadajniki, odbiorniki, procesory) oraz monitoring zdalny. Wbudowane urządzenia testujące i modułowa konstrukcja umożliwiają szybkie wykrycie i usunięcie usterek, zapewniając nieprzerwaną obserwację ATC.

Ramy regulacyjne i standaryzacyjne

SSR podlega rozbudowanym ramom regulacyjnym i standaryzacyjnym:

• ICAO Załącznik 10, tom IV: Standardy techniczne dla SSR.
• ICAO Doc 4444: Procedury operacyjne ATC i przydzielania kodów SSR.
• FAA Order JO 7110.65: Amerykańskie procedury ATC.
• EASA CS-ACNS: Europejskie standardy techniczne i operacyjne.
• Regulacje radiowe ITU: Międzynarodowe alokacje częstotliwości.

Standardy te są regularnie aktualizowane, aby odpowiadać rozwojowi technologii i potrzebom operacyjnym.

Integracja SSR i radaru pierwotnego

SSR zazwyczaj jest współlokowany i zintegrowany z radarem pierwotnym (PSR), łącząc zalety obu systemów: PSR wykrywa wszystkie cele (także niewyposażone w transpondery), podczas gdy SSR dostarcza precyzyjną identyfikację i wysokość dla wyposażonych statków powietrznych. Ta integracja wspiera wysoką integralność dozorowania i funkcje sieci bezpieczeństwa.

Podsumowanie

Wtórny Radar Dozorowania (SSR) zrewolucjonizował kontrolę ruchu lotniczego, dostarczając dokładny, bieżący dozór, identyfikację oraz dane o wysokości dzięki kooperacyjnej technologii transponderowej. Dzięki zaawansowanym trybom, takim jak tryb S, SSR spełnia wymagania nowoczesnej, intensywnie eksploatowanej przestrzeni powietrznej, płynnie wspierając ATC, sieci bezpieczeństwa oraz komunikację cyfrową nowej generacji. Solidne podstawy regulacyjne, zaawansowanie techniczne i nieustanny rozwój sprawiają, że SSR pozostaje kluczowym elementem bezpiecznego, efektywnego i skalowalnego zarządzania przestrzenią powietrzną na całym świecie.