Seireseadmete võrldus (0)

Eesti Lennuakadeemia
Lennunduse side- ja navigatsioonisüsteemide käitamise eriala
Marie Turmann
Erinevate seiretehnoloogiate võrdlus
Referaat
Juhendaja : Nele Andresen
Ülenurme 2015

Sisukord

Kasutatud lühendid ja tähised 3
Sissejuhatus 4
1 Radarite toimimise põhimõtted 5
2 Teiste seiresüsteemide toimimise põhimõtted 9
3 Seiretehnoloogiate võrdlemine 13
4 Kokkuvõte 15
5 Kasutatud kirjandus 16

Kasutatud lühendid ja tähised

PSR Primary Surveillance Radar , primaarradar
SSR Secondary Surveillance Radar, sekundaarradar
ICAO International Civil Aviation Organization, Rahvusvaheline Tsiviillennunduse Organisatsioon
MLAT Multilateration, multilateratsiooni seire
TDOA Time Difference of Arrival, saabumisaegade erinevus
ADS-B Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, üldsaatega automaatne sõltuv seire
GNSS Global Navigation Satellite System, globaalne satelliitnavigatsioonisüsteem

Sissejuhatus

Lennunduses on seireseadmed olulisel kohal lennunduse ohutuses. Seireseadmeid kasutatakse õhusõidukite jägimiseks. Seiresüsteemide abiga saab teada ka õhusõiduki kiiruse ja kõrguse. Nende abil saavad lennujuhtid varakult teada, kui õhus olevate õhusõidukite vahe peaks liiga väikseks muutuma ja tekib kokkupõrke oht. Seireseadmeid kasutavad ka õhuväed, et avastada õhusõidukeid, mis võivad olla ohuks riigi julgeolekule. Seireseadmed on ka suureks abiks lennumarsruutide planeerimisel ja õhkutõusu/maandumise sujuvamaks muutmisel. Referaadis on kirjeldatud erinevaid radartehnoloogiaid: primaarradar ja sekundaarradar ja teisi seiresüsteeme: multilateratsiooni seire ja üldsaatega automaatne sõltuv seire.

Radarite toimimise põhimõtted

Primaarradar

Primaarradar (PSR) on raadiosignaalidel töötav seiresüsteem. Lühidalt on primaarradar väljakiiratud signaali ja peegeldunud signaali võrdlemisel töötav radar. (ICAO, A Guide to Global Surveillance, 2014; 14)
Primaarradarit kasutatakse lennuobjektide asukoha määramiseks õhus. Primaarradari töö põhimõte sarnaneb kajale. Maa peal on primaaradaril pidevalt pöörlev antenn , mis saadab pidevalt välja tugevaid signaale. Kui need signaalid „põrkavad“ kokku õhusõidukiga, peegelduvad need tagasi. Seire andmete protsessor arvutab välja vastavalt ajale, mis kulub peegeldamiseks, ja suunale, kust signaal tagasi peegeldub, õhusõiduki täpse asukoha. Seireinfo saadetakse otse lennujuhtimiskeskusesse, kus see kajastub lennujuhi tööpositsioonil. (ICAO, A Guide to Global Surveillance, 2014; 14)
Seda radari tüüpi kasutatakse peamisselt militaarstruktuurides (nt Eesti õhuväe allüksuse õhuseiredivisjon avastab väljalülitatud transponderiga õhusõidukeid) ja lennuvälja pinnaseireks. (ICAO, A Guide to Global Surveillance, 2014; 14)
Primaarradari suurimaks eeliseks on mittekooperatiivsete õhusõidukite avastamine. Seetõttu nimetatakse PSR-i ka iseseisvaks seireseadmeks. See tähendab seda, et mitte ükski seireseade ei saa olla nähtamatu lennujuhtimiskesusele. See on ainuke seda tüüpi tehnoloogia hetkel, mis suudab pakkuda sellel tasemel turvalisust ja ohtutust. (ICAO, A Guide to Global Surveillance, 2014; 14)
Joonis 1. Primaarradari tööpõhimõte pildi kujul.Joonis 1. Primaarradari tööpõhimõte pildi kujul. (ICAO, Comparison of Surveillance , 2007; 6)

Sekundaarradar

Seknudaarradar (SSR) on seiresüsteem, mis kasutab maapealseid saatjaid/vastuvõtjaid ja õhusõidukite transpondereid. (MKM, 2015)
Vastupidiselt primaarradarile, sekundaarradaril on vajalik õhusõiduki pardal olev transponder režiimi A/C. Sekundaarradaril on maa pealne antenn, kus on ka pidevalt ringlev osa. Sekundaarradar saadab välja energialaineid, mis õhusõiduk „võtab vastu“ ja saadab tagasi vastuse, kus on 4- kohaline transponderi kood ja õhusõiduki asukoht. Režiimi C korral saadab õhusõiduki transponder peale 4-kohalise koodi ka kõrguse, mis võetakse baromeetrilt rõhu järgi. ( Boccaccio , 2012)
Sekundaarradarid edastavad sagedusi 1030MHz, mille võtavad vastu õhusõidukid, milles on installeeritud vasuvõtjad, mis vastavad 1090 MHz. Seejuures, sekundaarradar ei sõltu transponderist, et määrata õhusõiduki positsioni. SSR selgitab selle ise välja, mõõtes ära kui kaua läheb kiirtel aega, et peegeldada tagasi ja samuti, mis suunas see kiirgus tagasi tuleb. (ICAO, Comparison of Surveillance , 2007; 7-8)
Režiimi A/C on transponder, mis annab informatsiooni identiteedi kohta (Mode A) ja kõrguse kohta (Mode C). Režiimi S transponder on edasiminek režiimi A/C mudelist. Sellel on samad funktsioonid, mis režiimi A/C-l kuid mõndade täiendustega. Mittetäieliku SI- toega režiimi S tranponderi poolt dekodeeritud II-kood SI-koodi sisaldava režiimi S üldpäringu puhul, mida transponder kasutab seejärel üldpäringule vastuse koostemiseks. (MKM, 2015)
Joonis 2. Sekundaarradari tööpõhimõte pildi kujul. (ICAO, Comparison of Surveillance , 2007; 9)

Teiste seiresüsteemide toimimise põhimõtted

Multilateratsiooni seire

Multilateratisooni (MLAT) seiresüsteem on süsteem, mis kasutab õhusõiduki transponderi ülekandeid (A/C režiimi, S-režiimi või automaatse sõltuva seiret,) et arvutada 2D või 3D positsioon. MLAT seireseadmeid saab kasutada maapealseks navigatsiooniks, terminalile lähenemiseks õhus ja marsruutlennuks.
Multilateratsiooni tugineb signaalidele, mis tulevad õhusõiduki transponderist, mille saavad kätte mitmed jaamad maa peal, et positsioneerida õhusõiduk. Multilateratsioon kasutab tehnikat, mida nimetatakse „Time Difference of Arrival“ ehk saabumisaegade erinevus, et luua kujutletavad hüperbooli kujulised pinnad, kus määratakse signaalisaatjate vahemaa . Nende pindade ristumiskohtades positsioneeritaksegi õhusõiduki asukoht.
(ICAO, Comparison of Surveillance , 2007; 14)
Alguses leitakse õhusõidukii asukoht, samal ajal saadab õhusõiduki transponderist infot MLAT jaamadesse, seejärel multilateratsiooni andmete töötlemise jaamad kontrollivad andmeid. Seejärel seire info protsessor edastab selle lennujuhtimiskeskusele. Lennujuhtimiskeskuse ekraanil on näha õhusõiduki nime ja selle kõrgust.
Multilateratsiooni seireseadmete plussideks on kindlasti see, et õhusõidukil ei pea olema lisaseadmeid (peale transponderite). Süsteem on paindlik ja selle maa pealset katet saab kergelt laiendada. Samuti sobib see süsteem kohtadesse, kus on keerulisem maastik (keskkond), kuna maapealseid keskuseid saab paigaldada peaaegu igasse asukohta . Suureks eeliseks on ka see, et seireseadmel pole ühtegi keerlevat osa ja see uuendab andmeid iga sekundi tagant.
(ICAO, A Guide to Global Surveillance, 2014; 16)
Joonis 3. Multilateratsiooni süsteemi tööpõhimõte pildi kujul. (ICAO, Comparison of Surveillance , 2007; 15)

Üldsaatega automaatne sõltuv seire

Üldsaatega automaatne sõltuv seire (ADS-B) on seiremeetod, mille korral õhusõiduk edastab automaatselt, andmesidekanalit kasutades, pardal olevate navigatsiooni- ja asukohamääramisseadmetelt saadavaid andmeid, mille hulka kuuluvad õhusõiduki tunnus, asukoht kindlal ajahetkel ja muud asjakohased andmed.
Õhusõidukid kasutavad globaalset satelliitnavigatsiooni süsteemi (GNSS) et määrata oma asukoht, mille ta edastab koos muu informatsiooniga maapealsetele jaamadele. Maapealsed jaamad töötlevad andmeid ja saadavad need edasi lennujuhtimis süsteemi, kus kuvatakse andmed lennujuhtide ekraanidel. ADS-B’ga varustatud õhusõiduk edastab infot oma positisiooni kohta ja muud vajalikku teavet sekundis korra, ilma sekkumiseta maapealsetelt süsteemidelt.
Lisaks õhusõiduki positsioonile edastab see oma kõrguse, kiiruse, õhusõiduki identiteedi ja muu vajaliku informatsiooni, mida saab pardal olevatest süsteemidest. Kui maapealsed keskused on saanud informatsiooni, siis see analüüsitakse läbi ja saadetakse lennujuhtidele.
ADS-Bi saab kasutada nii maapealsete süsteemidega, kui ka õhus olevate lennujuhtimiskeskuse seire seadmetega.
(ICAO, A Guide to Global Surveillance, 2014; 20)
Joonis 4. Automaatne sõltuv seire tööpõhimõte joonisel. (ICAO, Comparison of Surveillance , 2007; 12)

Seiretehnoloogiate võrdlemine

PSR
SSR (A/C)
MLAT
ADS-B
Õhusõiduki positsiooni jaoks on vaja lisaseadmeid pardal
Ei
Jah
Jah
Jah
Kui pardal pole transponderit?
Saab positsiooni, arvutatud kiiruse vektori
Infot ei saa
Infot ei saa
Kui ADS-B varustatud:
Positsioon, kõrgus (baromeetriline), terviklik positsioon, geom.kõrgus, 24nr kood, Flight ID, kiiruse vektor , objekti tüüp ja muu numbriline info.
Režiimi A/C transponder
Infot ei saa
Saab positsiooni, kõrguse (baromeetrilise), 4 kohalise id koodi, arvutatud kiiruse vektori
Saab positisooni, kõrguse (baromeetrilise), arvutatud kõrguse, 4 kohalise id koodi, arvutatud kiiruse
Režiimi S transponder
Infot ei saa
Saab positsiooni, kõrguse (baromeetrilise), 4 kohalise id koodi, arvutatud kiiruse vektori
Kõik eelnev + 24nr kood, Flight ID, valitud kõrgus, erinevad nurgad, maakiirus, suund, õhukiirus
Suurim pluss
Pole vaja pardal lisavarustust. Kiire info terviklik liikumine.
Tunneb objekti tüübi ja kõrguse ja suuna. Lubab vähem sekkumisi kui primaar .
Kõrge usaldusega, hea uuenduste kiirus. Sobiv maapealseks seireks.
Hea lennujuhtidele, kiire uuendustega (1s vähemalt), positsiooni täpsus.
Suurim miinus
Ei suuda eristada (määrata) sihtmärke, suurt energiakogust on vaja - töötamiseks
Ei saa kasutada maa pealseks seireks.
Madal uuendamise kiirus
Keerukas süsteem, mida hooldada .
Lähtub ainult õhusõidukist ja selle poolt saadetud infost. Ajatempli vead ja GPS katkestused .
Mille baasil
Radar
Radar
Muu
Satelliit

Kokkuvõte

Seireseademetest, on olemas erinevad tehnoloogiad, mis on erinevate baaside alusel välja töödatud. Radarbaasil on primaar- ja sekundaarradarid. Primaarradareid kasutavad näiteks õhuväed, et avastada õhusõidukeid, millel on transponderid välja lülitatud. Sekundaarradareid kasutatakse peamiselt tsiviillennunduses, kuid ka õhuvägedes. Satelliitsüsteemi baasil töötab üldsaatega automaatne sõltuv seire. Seda kasutatakse samuti tsiviillennunduses, kuid see süseem on üks keerukaimaid, kuna kasutab nii maapealseid radareid, kui ka globaalset satelliidisüsteemi. Multilateratsiooni süsteemi toimimiseks, saadab õhusõiduki transponder infot, mille püüavad maapealsed jaamad. Kõikidel süsteemidel on plussid ja miinused, kuid samas kõik on vajalikud ja toimivad hästi.

Kasutatud kirjandus

Boccaccio, J. (10. June 2012. a.). The transition to ADS-B. Allikas: General Aviation News: http://generalaviationnews.com/2012/06/10/the-transition-to-ads-b/
ICAO. (September 2007. a.). Comparison of Surveillance . Allikas: ICAO: http://www.icao.int/APAC/Documents/edocs/cns/gmst_technology.pdf
ICAO. (2014). A Guide to Global Surveillance. (Air Traffic Management) Allikas: International Civil Aviation Organization: http://www.icao.int/NACC/Documents/Meetings/2014/ADSBIMP/ADSBIMPP12.pdf
MKM. (2015). Terminid. Allikas: Majandus- ja Kommunikatsiooniministeerium: http://terminis.mkm.ee/index.php
16