Dosavadní stav techniky

V současné době jsou ADS-B/MLAT (Automatic Dependent Surveillance Broadcast/MultiLATeration) pozemní stanice instalovány jako součást dvou typů systémů.

Jeden typ systému je systém letištní, který bývá součástí ASMGCS (Advanced Surface Movement Guidance and Control System). Význam letištního ADS-B/MLAT systému je vtom, že doplňuje a zálohuje funkci pojezdového radaru SMR (Surface Movement Radar), který je založen na principu klasického primárního radaru. V tomto systému se využívá hlavně techniky multilaterace, to znamená určení polohy z rozdílu času příchodu odpovědi palubního transpondéru na různé přijímací stanice systému. Přesnost určení polohy pak závisí na geometrii umístění pozemních stanic. Většinou není velký problém stanice rozmístit tak, aby byla 2D poloha určována s dostatečnou přesností. Nedostatkem MLAT letištního systému je principiálně větší chyba určování výšky. Rada uživatelů požaduje spolehlivé měření výšky přistávajícího letadla tak aby systém mohl sloužit i pro navádění na přistání. Aby mohl MLAT letištní systém měřit výšku přistávajícího letadla s dostatečnou přesností, vzniká specifický nárok na rozmístění jeho stanic. V požadovaných přesnostech pro měření výšky je nutno zajistit v každém okamžiku sledování cíle jeho spolehlivou viditelnost alespoň pro čtyři přijímací stanice, navíc v konfiguraci vhodné pro měření výšky, například trojúhelník či n-úhelník s nutností další střední stanice blízko těžiště. Tuto kombinaci je nutno opakovat podle terénního profilu. Střední stanice je klíčová pro měření výšky, při jejím výpadku se chyba měření výšky může blížit nekonečnu podle rozložení vzdáleností k ostatním stanicím. Výpadkem se nerozumí pouze technická závada, ale i potlačení diagramu přijímacích MLAT antén v zenitu, které způsobí zvýraznění odrazů proti přímému signálu. Nedostatkem MLAT systému je tedy neexistence možnosti jednoduše doplnit takovýto systém o přesné měření výšky (nepovažujeme-li doplnění přesného přistávacího radaru za jednoduché řešení).

Druhý typ systému je systém pro pokrytí rozsáhlého území. Zde se již začíná prosazovat technologie ADS-B, kdy letadlo vysílá zprávu o své poloze, kterou určí pomocí satelitního navigačního systému (GNSS), pozemním přijímacím stanicím. Tato technologie má ale nedostatek ve skutečnosti, že v případě, že je vysílána úmyslně či neúmyslně nesprávná poloha, nedokáže samostatná ADS-B pozemní stanice tuto nesprávnou polohu ověřit. Ověření může být provedeno přidáním minimálně dvou dalších stanic a použitím techniky multilaterace.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky řeší pasivní zaměřovač pro zabezpečení a zvýšení přesnosti ADS-B/MLAT systémů podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá zejména v tom, že sestává ze čtyř-prvkové vodorovné lineární anténní řady pro měření úhlu azimutu a čtyř-prvkové svislé lineární anténní řady pro měření úhlu elevace, přičemž anténní řada pro měření úhlu azimutu je připojena na koherentní čtyř-kanálový ADS-B přijímač azimutu a anténní řada pro měření úhlu elevace je připojena na koherentní čtyř-kanálový ADS-B přijímač elevace, přičemž koherentní čtyř-kanálové ASD-B přijímače jsou propojeny s GNSS anténou a počítačem. Díky schopnosti změřit azimut aelevaci přijímané ADS-B zprávy nezávislou metodou na pozemní přijímací stanici lze následným výpočtem ověřit zaprvé, zda směr, ze kterého zpráva přichází, odpovídá

- 1 CZ 33809 U1 poloze, která je v přijímané ADS-B zprávě uvedena a zadruhé, zda elevace, ze které je zpráva přijímána odpovídá výšce, která je také uvedena v přijímané zprávě. Dosažitelná přesnost měření úhlu elevace tohoto nového jedno-pozičního řešení přináší možnost zvýšit přesnost určování výšky n-pozičního MLAT systému měřením úhlu elevace, tj. dodat MLAT systému informaci o elevační rovině, na které se cíl nachází a umožnit 3D MLAT systému ignorovat nepřesně zjištěnou výšku cíle získanou metodou měření časových rozdílů příchodu signálu na jeho jednotlivé stanice.

Je vhodné, když jeden z krajních prvků lineární anténní řady je v dané řadě referenční a je připojen na kanál č. 1 koherentního čtyř-kanálového ASD-B přijímače.

Důležité je, aby rozteče prvků lineární anténní řady pro měření úhlu azimutu byly shodné s roztečí prvků lineární anténní řady pro měření úhlu elevace.

Je výhodné, když osa sektoru měření úhlu azimutu je tvořena rovinou kolmou na lineární anténní řadu pro měření úhlu azimutu a osa sektoru měření úhlu elevace je tvořena rovinou kolmou na lineární anténní řadu pro měření úhlu elevace, přičemž lineární řada pro měření úhlu azimutu je kolmá na lineární řadu pro měření úhlu elevace.

Je účelné, když výstup koherentního čtyř-kanálového ASD-B přijímače azimutu a výstup koherentního čtyř-kanálového ASD-B přijímače elevace jsou připojeny do počítačové sítě (LAN).

Objasnění výkresu

Obr. č. 1 znázorňuje komponentové schéma pasivního zaměřovače pro zabezpečení a zvýšení přesnosti ADS-B/MLAT systémů dle tohoto technického řešení.

Příklad uskutečnění technického řešení

Pasivní zaměřovač pro zabezpečení a zvýšení přesnosti ADS-B/MLAT systémů na Obr. č. 1, sestává ze čtyř-prvkové vodorovné lineární anténní řady 1 pro měření úhlu azimutu ačtyřprvkové svislé lineární anténní řady 2 pro měření úhlu elevace, přičemž anténní řada 1 pro měření úhlu azimutu je připojena na koherentní čtyř-kanálový ADS-B přijímač 4 azimutu a anténní řada 2 pro měření úhlu elevace je připojena na koherentní čtyř-kanálový ADS-B přijímač 5 elevace, přičemž koherentní čtyř-kanálové ASD-B přijímače 4, 5 jsou propojeny s GNSS anténou 3 a počítačem 6.

Čtyř-kanálový koherentní přijímač 4 azimutu pracuje na kmitočtu 1090 MHz a čtyř-kanálový koherentní přijímač 5 elevace pracuje na kmitočtu 1090 MHz.

Jeden z krajních prvků lineární anténní řady 1, 2 je v dané řadě referenční a je připojen na kanál č. 1 koherentního čtyř-kanálového ASD-B přijímače 4, 5. Rozteče prvků lineární anténní řady 1 pro měření úhlu azimutu jsou shodné s roztečí prvků lineární anténní řady 2 pro měření úhlu elevace. Rozteče dalších prvků dané anténní řady 1, 2 vůči referenčnímu jsou stanoveny tak, aby byly v poměru celých nesoudělných čísel. Prvky jsou vůči referenčnímu prvku vzdálené v poměru Μ², M/N a N², kde M a N jsou celá nesoudělná čísla a platí Μ < N. Obě anténní řady 1, 2 jsou tvořeny prvky, ležícími na přímkách. Tyto přímky jsou vzájemně kolmé. Osa sektoru měření úhlu azimutu je tvořena rovinou kolmou na lineární anténní řadu 1 pro měření úhlu azimutu a osa sektoru měření úhlu elevace je tvořena rovinou kolmou na lineární anténní řadu 2 pro měření úhlu elevace, přičemž lineární řada 1 pro měření úhlu azimutu je kolmá na lineární řadu 2 pro měření úhlu elevace.

-2CZ 33809 U1

Výstup koherentního čtyř-kanálového ASD-B přijímače 4 azimutu a výstup koherentního čtyřkanálového ASD-B přijímače 5 elevace jsou připojeny do počítačové sítě (LAN).

Základní ADS-B systém je jednokanálový (stačí mu jedna všesměrová anténa) a pouze zobrazuje polohu, kterou cíl vydává v informaci a identifikaci o sobě. MLAT systém vyžaduje k určení 3D polohy cíle síť jednokanálových přijímacích stanic se specifickou geometrií poloh. Tato stanoviště jsou navíc od sebe vzdálena typicky jednotky až desítky km.

Ctyř-kanálový zaměřovač azimutu a čtyř-kanálový zaměřovač elevace je kromě příjmu informace od ADS-B cíle také schopen zjistit směr, ze kterého ADS-B cíl vysílá. Zaměřovač je situován na jednom pozemním stanovišti.

V případě potřeby může být systém měření elevace, resp. azimutu využit samostatně, díky výstupnímu formátu jeho přijímačů a jejich navržené architektuře.

Zařízení může být použito kdekoliv, kde vznikne potřeba zobrazovat nebo vyhodnocovat leteckou situaci, zejména tam, kde současná technická řešení jsou pro uživatele příliš nákladná a komplikovaná pro instalaci. Potenciálními uživateli integrovaného přijímacího zařízení pro pasivní sledování leteckého provozu dle tohoto technického řešení jsou především správy letišť a jiné subjekty, operující na letišti.

Pasivní zaměřovač pro zabezpečení a zvýšení přesnosti ADS-B/MLAT systémů poskytne nezávislý zdroj informace o vzdušném prostoru, zvýší užitné vlastnosti současných pasivních přehledových systémů (např. ADS-B, MLAT) prostřednictvím validace směru příchodu signálu a dále zvýší přesnost MLAT systémů nezávislým měřením elevace cíle. Výstupní formát zaměřovače (ASTERIX) je vhodný pro zavedení do systémů zobrazení vzdušné situace.

Zařízení výrazně přispěje k překonávání technických úskalí zavádění systému ADS-B jako hlavní navigační technologie budoucnosti a zvýší jeho integritu. Těmito úskalími jsou především rušení (jamming) příjmu satelitního navigačního signálu palubními prostředky a úmyslné podvrhování nesprávné polohy letadla v ADS-B zprávách (spoofing). V obou těchto případech vysílá cíl nesprávnou informaci o své poloze, což muže způsobit vážné potíže při řízení letového provozu. Dojde totiž k situaci, kdy řídící letového provozu na svém monitoru vzdušné situace vidí letadlo, které ve skutečnosti na zobrazovaném místě není. Může tak nesprávně vyhodnotit situaci a svými pokyny ohrozit bezpečnost letového provozu.

Průmyslová využitelnost

Pasivní zaměřovač je určen ke sledování leteckého provozu prostřednictvím příjmu a dekódování zpráv vysílaných leteckými palubními odpovídači a k současnému plnění dalších funkcí, požadovaných a/nebo obvyklých při monitorování a řízení vzdušné situace.

Technické řešení dále najde uplatnění především v oblasti monitorování pohybu letadel na ploše letiště a v jeho okolí. Umožňuje vybudovat levné náhrady přehledových systémů. Kromě základního zpracování (vizualizace) mohou být výstupní informace ze zařízení použity i pro zpracování metodou multilaterace. Přesné časové značkování vydávaných informací je tedy důležité při jejich dalším zpracování.