BRPI1100979A2 - sistema de radar secundÁrio com funcionalidades de visualizaÇço tÍpicas de sistemas de radar primÁrios - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE RADAR SECUNDÁRIO COM FUNCIONALIDADES DE VISUALIZAÇçO TÍPICAS DE SISTEMAS DE RADAR PRIMÁRIOS. A presente invenção refere-se a um radar para o controle de tráfego aéreo civil, que compreende um radar secundário (100) que inclui um transmissor (110) e um receptor (120), e uma antena (500) de um radar secundário, em que o sinal a 1030 MHz que sai do transmissor (110) é enviado e transmitido para o ar pela antena (500), a antena (500) recebendo um sinal de resposta a 1090 MHZ e um sinal a 1030 MHz da reflexão pela aeronave, o sinal a 1090 MHz é enviado para o receptor (120), caracterizado pelo fato de que ele compreende uma unidade de recepção e elaboração de sinal de radar (200), a dita unidade de recepção e elaboração (200) recebendo pela dita antena (500) o sinal de reflexão a 1030 MHz e sendo provida de meios (300, 400) para a elaboração coerente do mesmo a fim de extrair a posição da aeronave.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE RADAR SECUNDÁRIO COM FUNCIONALIDADES DE VISUALIZAÇÃO TÍPICAS DE SISTEMAS DE RADAR PRIMÁRIOS"

A presente invenção refere-se a um sistema de radar secundá- rio, operando integrado na estrutura de um sistema para o controle de tráfe- go aéreo, com funcionalidades de visualização adicionais que são típicas de sistemas de radar primários.

Mais precisamente, a presente invenção refere-se a um radar secundário, que compatível com os padrões ICAO ("Organização de Aviação Civil Internacional: Anex 10 vol. 4 emenda 77"), ao qual é conectada uma unidade de elaboração (ou seja, uma unidade de processamento), a qual é capaz de processar um sinal de 1030 MHz refletido pelas aeronaves e calcu- lar uma posição 2D da mesma. A invenção adicionalmente refere-se à mes- ma unidade de elaboração adaptada para ser usada com qualquer radar se- cundário.

A invenção se origina da observação das arquiteturas típicas, descritas na bibliografia do campo de aplicação, dos radares "primário" e "secundário". Deve ser mencionado que ambos os tipos de radar estão nor- malmente presentes tanto nas áreas de aeroportos como nos sistemas de defesa fixa e móvel. Isto porque, no campo de aviação civil, o radar secun- dário trabalha na base de um princípio cooperativo com as aeronaves, ou seja, o mesmo transmite para elas um código de interrogação e recebe das mesmas um código de resposta que pode ter vários significados: identidade, altitude, etc. O radar primário transmite em vez disso um sinal e recebe o mesmo como refletido pela estrutura metálica das aeronaves. O sinal rele- vante para o radar secundário contém todo o conteúdo de informação para o controle do tráfego aéreo e o sinal relevante para o radar primário. No caso de falha do respondente da aeronave, o mesmo garante em qualquer caso o conhecimento da posição da mesma.

No campo militar o radar primário está normalmente ativo, o qual fornece a posição e o radar secundário é ativado exclusivamente para o co- nhecimento da identidade, Para os Inventores não são conhecidas soluções que permitam o uso de um único radar como radar primário e secundário, para deste modo fornecer uma solução econômica e segura para o controle de tráfego aéreo.

É objetivo da presente invenção fornecer um radar secundário no qual sejam integradas as funcionalidades de um radar primário, o que resolve os problemas e supera as vantagens da técnica anterior.

É objeto da presente invenção um radar para o controle de trá- fego aéreo civil, que compreende um radar secundário que inclui um trans- missor e um receptor, e uma antena de um radar secundário, em que o sinal a 1030 MHz que sai do transmissor é enviado e transmitido para o ar pela antena, a antena recebe um sinal de resposta a 1090 MHZ e um sinal a 1030 MHz da reflexão pela aeronave, o sinal a 1090 MHz é enviado para o receptor, caracterizado pelo fato de que o mesmo compreende uma unidade de recepção e elaboração de sinal de radar, em que a dita unidade de re- cepção e elaboração recebe pela dita antena o sinal de reflexão a 1030 MHz e é provido de meios para a elaboração coerente do mesmo a fim de extrair a posição da aeronave.

Preferencialmente de acordo com a invenção, o dito radar se- cundário compreende um circulador de RF conectado diretamente a antena, o qual classifica e encaminha os ditos sinais recebidos a 1090 MHz e 1030 MHz respectivamente para o receptor e para a unidade de recepção e elabo- ração.

Preferencialmente de acordo com a invenção, a unidade de re- cepção e elaboração compreende meios de elaboração de sinal que rece- bem a partir do dito radar secundário um sinal de referência a 1030 MHz, tirado do transmissor, um sinal que é uma amostra do impulso que é trans- mitido, a fim de executar uma elaboração coerente do sinal refletido a 1030 MHz, bem como uma placa digital de elaboração que troca um ou mais si- nais de sincronização com o dito radar secundário.

A invenção será descrita agora para fim de ilustração, mas não para fim de limitação, com referência particular às figuras dos desenhos em anexo, em que: a figura 1 mostra um esquema base do radar secundário com a unidade de elaboração "primária" adicional;

afigura 2 mostra um esquema de uma modalidade do radar de acordo com a invenção.

A invenção consiste em adicionar a um radar secundário uma unidade de recepção e elaboração de 1030 MHz através da qual se obtém um canal adicional passivo de vigilância.

Como é conhecido, o radar secundário transmite exatamente um sinal a 1030 MHz de acordo com o padrão como definido no documento já citado. Este sinal é em seguida recebido pela mesma antena do radar se- cundário após a reflexão pela estrutura metálica da aeronave. A antena e o transmissor do radar secundário serão, portanto, utilizados tanto para o uso- padrão como para emitir sinais a 1030 MHz que não são reconhecíveis pelos transponders usuais. Estes sinais, uma vez refletidos pelas estruturas metá- licas da aeronave, alcançarão a antena e serão processados pela dita uni- dade que irá extrair dos mesmos a distância e posição angular a partir do radar.

A figura 1 representa em uma forma sintética o diagrama de blo- cos de realização do sistema 1000 da invenção o sistema é composto por um radar secundário 100 e uma unidade 200 que realiza as funções de radar primário.

O sinal a 1030 MHz, que sai do transmissor 110, através de um circulador de RF 130, é enviado e transmitido para o ar pela antena 500. O mesmo sinal, refletido pelas aeronaves, voltará na antena 500 do radar se- cundário, e, através do circulador 130, alcançará o filtro 300 a 1030 MHz que deixará que o sinal passe para uma unidade de elaboração 400 do radar primário.

A parte remanescente do sinal recebido, a 1090 MHz, é usada como usualmente pelo receptor 120 do radar secundário e é processada para extrair a informação sobre a posição e os conteúdos de informação das respostas das aeronaves para as interrogações do radar secundário.

Os dois sinais elaborados pelas partes primária 300, 400 e se- cundária 100 são em seguida tornados disponíveis para um processamento combinado a jusante para obter dados com alta confiabilidade e qualidade.

Uma forma possível de realizar a invenção, usando um radar se- cundário existente, é descrita daqui em diante e representada na figura 2.

O modo de operação compreende a transmissão de interroga- ções SSR (possivelmente integradas por emissões PSR interligadas a elas) usando a mesma freqüência de transmissão do radar secundário, e o canal de transmissão de alto ciclo de serviço que está presente no transmissor 110 do radar secundário. A partir do mesmo transmissor 110, o sinal de referên- cia a 1030 MHz é retirado, o qual será usado para o batimento no estágio de recepção para a conversão para IF no elemento misturador 202.

O sinal PSR adicional possível transmitido será constituído por uma seqüência de impulsos com codificação Barker, para garantir aproxima- damente 22 dB de relação pico/lóbulo. Este sinal é concebido de forma a não constituir distúrbio ou interferência com os sinais usualmente usados para fins operacionais para controlar o tráfego aéreo.

Para garantir a coerência entre impulsos transmitidos pelo radar secundário 100 e recebidos pelo radar primário 200, é usado um oscilador coerente 201 que é fechado por um sinal que é uma amostra do impulso que é transmitido, detectado por um acoplador 101. O sinal 203 obtido deste mo- do a 30 MHz é em seguida misturado no misturador 202 com um sinal de referência a 1030 MHz para obter uma freqüência a 1060 MHz para ser usa- do no filtro 204. Esta freqüência de 1060 MHz é usada no misturador adicio- nal 205 para converter o sinal de 1030 MHz vindo da antena em um sinal na freqüência intermediária igual a 30 MHz. Este sinal a 1030 MHz vem primei- ro da antena 500, passa o circulador 130, o filtro, um circuito de proteção 207 e um sinal de detecção de baixo ruído 208.

Desta forma, pode ser realizada uma elaboração baseada na fa- se (elaboração colaborativa).

Um módulo 210 RF/IF realiza o batimento mencionado acima, por meio de um bloco 209 de amplificação e detecção de fase, que gera os componentes com I e Q de baixa freqüência em quadratura. Adicionalmente, neste bloco 209, controle automático de ganho é realizado por meio de si- nais de controle que vem da placa digital 211.

Nesta placa digital, duas funções de elaboração de sinal e extra- ção de rastro são realizadas. A placa 211 irá gerenciar a geração de sinais de sincronização necessários para o funcionamento de várias partes descri- tas e em particular para o sinal de detecção de baixo ruído 208 ("STC"). O sinal do radar, depois da conversão A/D 212, e subsequente elaboração de radar MTI, é elaborado pelo extrator 213 e gera os dados associados a cada alvo, dados que são úteis para obter os rastros após a combinação com os dados do radar secundário vindo da unidade de elaboração 140.

No sistema de acordo com a invenção, o funcionamento do ra- dar secundário será modificado apenas para a temporização das interroga- ções, ao passo que seus algoritmos e características operacionais não serão alterados ou no máximo de uma forma mínima nas funções de controle das seções de interface com o processador do radar primário 20.

Um painel de controle integrado é uma otimização adicional do sistema (nos sistemas fornecidos atualmente, são utilizados painéis de con- trole separados).

Também é possível incluir nesta arquitetura a função de combi- nação/rastreamento, para ser hospedada no processador do radar secundá- rio 140 ou no processador do radar primário 213, portanto independente do primário ou secundário, dadas as amplas margens na disposição em ambos os casos para os recursos de cálculo.

O sistema de acordo com a invenção permite, portanto, ter duas informações importantes usando um único radar secundário ao qual é co- nectada uma unidade de elaboração específica. O radar secundário sempre trabalha exatamente como se estivesse sem esta unidade de elaboração, exceto pelo fato de que no presente caso o sinal refletido pela aeronave é utilizado a fim de obter uma informação de posição que seja consistente com os padrões atuais de controle de tráfego aéreo. Deste forma, mesmo se a resposta que chega da aeronave (transponder com defeito, ou resguardado para uma manobra ou outros) não for recebida corretamente pelo radar se- cundário, pode-se sempre ter a informação sobre a posição da aeronave, com características qualitativas que são suficientes para o uso no controle de tráfego aéreo.

No sistema de acordo com a invenção, se o radar secundário for quebrado, pode ser tirado partido do eco que vem da aeronave para obter a informação de posição da aeronave. Ao contrário, se o módulo que realiza as funções de radar primário quebrar, a funcionalidade e operacionalidade do radar secundário são mantidas sem mudanças. Portanto, se tem o efeito sinérgico da confiabilidade do sistema. Além disso, mesmo se o transponder não funcionar adequadamente, se tem sucesso na identificação da posição da aeronave (que é extremamente importante se esta falha ocorrer em uma fase crítica do voo).

Além disso, atualmente um radar secundário utiliza uma antena que permite o cálculo da posição angular do alvo por meio de algoritmos de estimativa monopulso (ou seja, de rede combinatória dos elementos de an- tena para obter sinais na recepção (no estágio de recepção) que são decor- relacionados e utilizáveis juntos para melhorar a precisão da identificação angular). Esta determinação de direção é integralmente aplicada ao canal de recepção do redar primário (módulo de radar primário), e, portanto, também no caso de elaboração de radar primário, podem ser obtidas precisões com- paráveis.

O sistema de acordo com a invenção é classificado no segmento de baixo custo de sistemas de vigilância de tráfego aéreo, um segmento que hoje é coberto por outros tipos de sistemas.

A solução particular de acordo com a invenção, na estrutura de uma licitação competitiva com exigências específicas, não apenas permite ter a disposição um produto que cobre, e em alguns aspectos excede os de- sempenhos exigidos, mas que é inquestionavelmente competitivo, graças a uma arquitetura compacta que, com o uso de um único sistema, cobre as funcionalidades antigamente realizadas em uma forma mais complexa e consequentemente mais dispendiosa.

O benefício em termos de custos fica evidente no fornecimento de sistemas compactos no caso em que desempenhos extremos em termos de cobertura primária não são exigidos e as exigências principais são a transportabilidade (a solidez representa um papel central a este respeito), a facilidade de instalação e uso (a antena comum e a ausência de guias de onda torna este processo extremamente simples e rápido), uma manutenção fácil (permitida, por exemplo, pelo uso de módulos de encaixe com extração frontal).

O custo recorrente com relação a um sistema tradicional é quase incomparável, mas a comparação é adicionalmente desequilibrada se os custos de ciclo de vida útil também são incluídos, o que é um benefício para a firma e também é vantajoso para o cliente.

Em um sistema padrão ATC para controlar tráfego aéreo, que é constituído por um radar primário e um secundário, pode-se estimar uma redução de custos dos sensores de aproximadamente um milhão de euros e uma redução não negligenciável nos custos de manutenção.

As modalidades preferenciais foram descritas acima e algumas modificações desta invenção foram sugeridas, mas deve ser entendido que os indivíduos versados na técnica podem fazer variações e mudanças, sem se afastar do escopo de proteção relacionado, como definido pelas reivindi- cações a seguir.

Claims (3)

1. Radar para o controle de tráfego aéreo civil, que compreende um radar secundário (100) que inclui um transmissor (110) e um receptor (120), e uma antena (500) de um radar secundário, em que o sinal a 1030 MHz que sai do transmissor (110) é enviado e transmitido para o ar pela an- tena (500), a antena (500) recebe um sinal de resposta a 1090 MHZ e um sinal a 1030 MHz da reflexão pela aeronave, o sinal a 1090 MHz é enviado para o receptor (120), caracterizado pelo fato de que o mesmo compreende uma unidade de recepção e elaboração de sinal de radar (200), a dita unida- de de recepção e elaboração (200) recebendo pela dita antena (500) o sinal de reflexão a 1030 MHz e sendo provida de meios (300, 400) para a elabo- ração coerente do mesmo a fim de extrair a posição da aeronave.

2. Radar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito radar secundário (100) compreende um circulador de RF (130) conectado diretamente a antena (500), o qual classifica e encaminha os ditos sinais recebidos a 1090 MHz e 1030 MHz respectivamente para o receptor (120) e para a unidade de recepção e elaboração (200).

3. Radar, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de recepção e elaboração (200) compreende meios de elaboração de sinal que recebem a partir do dito radar secundário (100) um sinal de referência a 1030 MHz, tirado do transmissor (110), um sinal que é uma amostra do impulso que é transmitido, a fim de executar uma elaboração coerente do sinal refletido a 1030 MHz, bem como uma pla- ca digital de elaboração (211) que troca um ou mais sinais de sincronização com o dito radar secundário (100).