Главная | Технология ADS-B | ADS-B изнутри

История развития ADS-B и основные форматы данных

Тэги: 
Тэги: 
Тэги: 
 
Identification Friend or Foe system (IFF)
 
В младые годы военной радиолокации, при обнаружении ВС, возникала проблема - из собственных ли ВВС самолет или из ВВС противника?
 
Robert Watson-Watt
Роберт Ватсон-Ватт, изобретатель системы «свой-чужой» (Robert Watson-Watt,  Identification Friend or Foe system (IFF)) руководил ее развитием для ВВС Великобритании во время 2-ой мировой войны (ВМ-II).
 
Основой системы являлась идея дополнительного запроса от наземного передатчика, путем передачи широковещательного радиосигнала с наземной станции, и получение ответа от транспондера (приемо-передатчика) ВС (ВС - воздушное судно).
 
Запросы системы IFF использовали специальный секретный тип сигнала. "Свой" самолет, оборудованный системой IFF, принимает, распознает и правильно отвечает на эти сигналы. Если ВС неправильно отвечает (или вообще не отвечает) на запрос IFF, система определяет его как вражеское.
 
Как показала практика, радар вообще оказался очень хорошим инструментом для контроля и управления ВС-ми. Если ВС оборудовано транспондером, то оно возвращает как нормальное «радиоэхо» для радара, так и ответ на запрос системы опознавания.
 
В конце Второй Мировой войны, Берлинский воздушный мост в 1949 и война в Корее в 1951 году привели к необходимости дальнейшего усовершенствования системы IFF.
 
Поколение MK10 системы IFF было адаптировано НАТО и дополнилось Функцией Селективной Идентификации (Selective Identification Feature (SIF). В конце концов,  IFF - используемая в системах обороны, SIF - используемая военными для контроля движения траффика ВС (Аir Тraffic Сontrol (ATC) и радар вторичного слежения (Secondary Surveillance Radar (SSR) - используемый гражданскими АТС, стали  одним и тем же, т.е. слились в одну систему.
 
Система IFF MK10 перешла на частоту 1030 Мгц для сигнала запроса, и 1090 Мгц для ответного сигнала, которые используются и по сегодняшний день и продолжают развитие системы контроля траффика ВС типа Радар-Маяк (Air Traffic Control Radar Beacon System (ATCRBS). Система вторичного радарного слежения обеспечивает более точное определение координат ВС. 
 
Эта система в 1960-х была адаптирована для создания бортовой системы предупреждения столкновений ВС (Airborne Collision Avoidance System (ACAS). Все ВС в настоящее время должны быть оборудованы данной системой.
 
Все эти системы используют в своей основе одну технологию, в которой Запросчик передает парные импульсы, которые распознаются транспондером и передаются обратно соответствующим образом.
 
На рис. ниже показано шесть основных режимов IFF. Каждая пара импульсов имеет длительность 0.8 мкс с периодом от 3 до 25 мкс.
 
 
 
Mode 1 – военный режим, используется для индикации роли, миссии или типа ВС (несколько ВС могут выдавать одинаковое значение в этом режиме). Этот режим не используется в мирное время.
Mode 2 – обычно используется для идентификации ВС путем установки одного из 4096 кодов в транспондере еще до взлета ВС. 
Mode 3 – часто называемый сейчас режимом Mode A, используется как гражданскими так и военными ВС. Он обеспечивает до 4096 идентификационных кода и является наиболее часто используемым режимом.
Mode C – используется для получения  получения ATC-ми важной информации о высоте ВС, определенной датчиком давления ВС или радарным высотометром.
Mode B и D – никогда не используются для гражданских ATC, хотя они были изначально определены в спецификациях.
 

Mode 4 – дает 3-х импульсный ответ на закодированный запрос. (только для военных)

Mode 5 – это крипто защищенная версия Mode S и ADS-B GPS. (только для военных) Mode 5 делится на два уровня. Оба уровня закриптованы Enhanced encryption, Spread Spectrum Modulation, и Time of Day Authentication. Уровень 1 аналогичен Mode 4, но дополнен Aircraft Unique PIN. Уровень 2 – это Mode 5 уровень, но включает еще дополнительную информацию такую как Aircraft Position (местоположение самолета) и Other Attributes (другие параметры).

 

Таким образом, на сегодняшний день, гражданскую систему вторичного радара (SSR) называют режимом SSR Mode A/C.
 
Внимательный читатель заметит на рисунке второй меньший импульс сразу после P1. Амплитудой на 9db меньше импульсов P1 и P3,  он предотвращает срабатывание транспондера при приеме с боковых лепестков.
 
В 1980-ые даже при применении IFF, ATCRBS и ACAS было значительное число столкновений в воздухе, что обусловило необходимость улучшения этих систем. Эти улучшения были отражены в технологии Mode S.
 
Система ATCRBS использует импульсы СВЧ как средство коммуникации с ВС.
 
Режим Mode S по прежнему использует частоту запроса 1030 МГц, но вместо передачи пары импульсов, модулирует несущую сигнала используя DPSK для обеспечения большей эффективности и без помех для других запросов режима Mode A/C.
 
Когда транспондер ВС получает запрос, он подтверждает запрос излучением фазово-импульсно модулированного (ФИМ) (англ. Pulse-position modulation, PPM) сигнала на частоте 1090 МГц.
 
Системы Mode S могут генерировать один из 4-х типов запросов:
 
1. Передается узкий импульс P4 без ожидания ответа от ВС, оснащенного транспондером Mode S
 
2. Это запрос "ATCRBS ALL CALL", где запрос содержит импульсы P1, P3 и 0.8 мкс от P4. Импульс P2 для подавления боковых лепестков передается в обычном режиме. В ответ, все ATCRBS транспондеры передают один из 4096 идентификационных кодов для запросов типа Mode A и данные высоты типа Mode C, в то время как транспондеры Mode S не отвечают как все.
 
3. Это запрос “ATCRBS/Mode-S ALL CALL REPLY”. Этот запрос такой же как и в п.2 за исключением того, что P4 теперь имеет длительность 1.6 мкс. Стандартные ATCRBS транспондеры отвечают одним из 4096 кодов или данными о высоте при запросе ATCRBS “ALL CALL”, тогда как транспондеры Mode S отвечают специальным кодом, содержащим идентификацию ВС в виде цифрового адреса (HEX CODE).
 
4. Это "Mode S DISCRETE INTERROGATION". Этот запрос предназначен именно для транспондеров Mode S. Запрос содержит импульсы P1, P2, и P6. В этом случае импульс P2 передается направленной антенной и с той же амплитудой как и импульсы P1 и P3 для эффективного предотвращения ответов  транспондеров ATCRBS. Импульс P6 не импульс как таковой, а блок данных DPSK содержащий либо 56 либо 112 бит сообщения. Этот модулированный блок данных создает сигнал с широким спектром, имеющим хорошую помехозащищенность.
 
При приеме правильного Mode-S цифрового запроса, транспондер ВС через 128 мкс после приема отвечает на частоте 1090 МГц и использует скорость передачи данных 56 бит/сек или 112 бит/сек. Каждый Mode-S запрос содержит 24-х битный уникальный адрес ВС, вместе с 24 битами проверки четности для контроля и коррекции данных.
 
Mode-S в базовом варианте выдает ограниченную информацию, обозначаемую как сквиттер DF0, он несет информацию о высоте полета ВС, сквиттер DF4 для идентификации ВС и сквиттер DF11 для выдачи основной  информации о ВС.
 
Запросы повторяются с частотой 50 Гц (pulse-repetition frequency (PRF)). Транспондеры ВС отвечают с такой же частотой. Как только Запросчик получает ответ, он декодирует Mode A,C или S пакеты и получает информации из каждого пакета. Есть 25 форматов ответа  (пакетов, сквиттеров) от ВС, каждый имеющий конкретное назначение.
 
Основные форматы приведены в таблице 3 ниже. Необходимо отметить что DF0, DF4, DF5, DF11, DF16, DF20, DF21 и DF24 в настоящее время используются в гражданской авиации, DF0 предоставляет информацию для ACAS, а DF17 несет информацию о координатах ВС.
 
 
 
На рис. 13 показан типичный пример пакета Mode-S, состоящий из 2-х отдельных частей: преамбулы, за которой следует блок данных.
Преамбула используется для «пробуждения» приемника запросов и декодера и состоит из 4 импульсов каждый длительностью 0.5 мкс, начинающимися в T0, T0+1 мкс, T0+3.5 мкс и T0+4.5 мкс.
Блок данных состоит из 56 или 112 бит общей длительностью 56 или 112 мкс.
 
 
Рис. 14 показывает содержимое типичного короткого Mode-S пакета (short message reply). Снова есть 8 мкс преамбула, но 56-ти битный блок данных  разделен на три части. Первые 5 бит содержат идентификатор формата, следующие 27 бит – информация слежения и контроля, остальные 27 бит содержат данные четности для обеспечения качества данных. Биты четности вычисляются через CRC основанном на модифицированном полиноме G(x).
 
 
На рис. 15 показано содержание типичного длинного Mode-S пакета (long message reply). Как и в коротком ответе есть 8 мкс преамбула, но блок данных содержит 112 бит, разделенных на 4 части. Снова первые 5 бит содержат идентификатор формата, следующие 27 бит содержат информацию слежения и контроля, далее 56 бит сообщения и снова 24 бита четности. Длинное сообщение DF16 используется для коммуникации между ВС использующих устройства ACAS и TCAS.
 
 
И на рис. 16 ниже показано содержимое типичного расширенного Mode-S пакета. Так же как в коротком пакете есть 8 мкс преамбула, затем 2 бита идентификатора формата, 6 бит коммуникационного кода и затем 80 бит поля сообщения и в конце 24 бита контроля четности.
 
 
Далее см. Squitters
 
 

 

 
 
 

Из фотографий

Комментарии

Clicky

Яндекс.Метрика