ES2938853T3

ES2938853T3 - Meta radar secundario

Info

Publication number: ES2938853T3
Application number: ES21166308T
Authority: ES
Inventors: Philippe Billaud; Sylvain Colin; Philippe Joly
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2023-04-17
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: EP3896484A1; KR20210128352A; US11681035B2; FR3109451B1; CA3115159A1; BR102021007002A2; FR3109451A1; JP2021170000A; EP3896484B1; CN113534134A; US20210325527A1

Abstract

El radar comprende una antena que tiene un diagrama de radiación que forma un canal suma SUM, un diagrama de radiación que forma un canal diferencia DIFF y un diagrama que forma un canal de control CONT, estando asociada una primera cadena de transmisión y recepción (4) al canal SUM y una segunda estando asociada la cadena de transmisión y recepción (4') al canal CONT, estando asociado un canal de recepción (4") al canal DIFF. Cada cadena de transmisión y recepción (4, 4') es capaz de transmitir y recibir simultáneamente, comprendiendo la cadena de transmisión (401) el filtrado (4A, 4B) filtrando las señales transmitidas a 1090 MHz y la cadena de recepción (402) comprendiendo el filtrado (4C , 4D) filtrar las señales transmitidas a 1030 MHz de tal forma que dichas cadenas operen independientemente unas de otras; (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Meta radar secundario

La presente invención pertenece al ámbito del control del tráfico aéreo (ATC).

En la actualidad, el control del tráfico aéreo se basa principalmente en el radar secundario, cuya fiabilidad de detección está ampliamente reconocida, el radar secundario proporciona una vigilancia síncrona de las aeronaves según los protocolos SSR y Modo S. Además, la recepción asíncrona de los emisores de mensajes espontáneos (squitters) ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast), destinados a proporcionar la evitación de colisiones (TCAS: Traffic alert and Collision Avoidance System (Sistema de Alerta de Tráfico y Evitación de Colisiones)) a bordo de la aeronave, se opera a nivel de ATC en tierra proporcionando así parte del sistema de vigilancia cooperativa.

Esta vigilancia puede combinarse con la vigilancia de tipo IFF (Identification Friend or Foe, (Identificación Amigo o Enemigo)), con interrogadores IFF que identifican las aeronaves según diversos protocolos militares.

Dentro de una misma estructura que agrupa estos sensores, la utilización operativa de estas diferentes actividades requiere el funcionamiento simultáneo de:

• la escucha sincronizada del radar secundario y del interrogador IFF si se utiliza este último, ya que estos modos tienen una limitación de tiempo de iluminación sobre el blanco para garantizar separadamente en el tiempo:

^ola vigilancia ATC tanto para blancos SSR como en Modo S con dos a tres registros BDS (commB Data Selector) por aeronave a recuperar por turno, normalmente requeridos por el usuario;

^ola posible identificación IFF con protocolos cuya principal protección militar consiste en proporcionar un retraso variable significativo a la respuesta, además de la duración relacionada con el alcance, y que por lo tanto requiere intrínsecamente un largo tiempo para iluminar el blanco;

• la escucha asíncrona de squitters civiles en ADS-B o squitters militares en modo 5 :

^oque está especialmente contaminada por las emisiones de interrogación de los modos síncronos, que son numerosas en particular en el modo S (al menos de 2 a 3 interrogaciones por aeronave);

^oque tiene una baja tasa de detección y descodificación en presencia de muchos blancos debido a la falta de selectividad en acimut porque la escucha asíncrona es omnidireccional por naturaleza.

A título de ejemplo, considerando 1200 aeronaves por vuelta de antena con una extracción de dos BDS por blanco y una tasa de reinterrogación del orden de 1,5 (vinculada a diversos factores externos como la distorsión de la respuesta, la tasa de ocupación del transpondedor, la evolución del blanco,.), es decir, 3600 interrogaciones de = 20 ps (duraciones tomadas del Anexo 10 del vol IV de la OACI), creamos una duración de distorsión debida únicamente a las interrogaciones sincrónicas del orden de 140 ps para las respuestas largas en modo S, es decir, 504 milisegundos contaminados por cada vuelta de antena de 4 segundos, lo que corresponde aproximadamente al 13% del tiempo de escucha. Debido a su funcionamiento síncrono, un radar secundario no requiere ningún aislamiento entre su cadena de transmisión y su cadena de recepción, ya que funcionan en momentos diferentes, y como resultado la fuga de transmisión suele estar a un nivel en la cadena de recepción cercano a la respuesta más fuerte que normalmente se espera de una aeronave, lo que hace imposible la escucha simultánea durante la duración de la interrogación. Así, en los radares existentes, la perturbación de las emisiones síncronas limita necesariamente la tasa de detección de los squitters ADS-B a menos del 87% (este máximo no tiene en cuenta todas las demás posibilidades de no detección vinculadas al entorno, como la distorsión de la respuesta con el squitter ADS-B, la multitrayectoria, ...).

Además, una antena de radar secundaria en ATC está diseñada para el funcionamiento síncrono con blancos en el plano de la normal al panel principal de la aeronave, por lo que su cobertura de radio eléctrica de 360 grados, necesaria para la escucha asíncrona, tiene limitaciones que se tratarán con más detalle a continuación.

Para evitar estas dificultades, el estado de la técnica, que puede encontrarse por ejemplo en los documentos FR 3 019 905 A1 y FR 2658 967 A1, mantiene separadas estas diferentes actividades con el fin de garantizar el máximo rendimiento adaptando la arquitectura a las especificidades de cada actividad. Así, la recepción ADS-B convencional suele consistir en dos antenas de 180° espalda con espalda con dos receptores independientes para proporcionar una mejor detección que una sola antena omnidireccional de 360°, que están separadas de la antena del radar cuando se encuentran en el mismo sitio. Además, la identificación IFF se realiza la mayoría de las veces a expensas de la Vigilancia en Modo S en la torre de antena y en el sector afectado por la identificación IFF debido a la falta de tiempo de iluminación para realizar ambas simultáneamente en el acimut requerido para la identificación IFF.

En consecuencia, la realización de todas estas actividades de seguimiento e identificación conlleva importantes costes de implantación y mantenimiento. En particular, hay que tener en cuenta los costes de adquisición, infraestructura, propiedad y red.

Uno de los objetivos de la invención es conseguir un sistema de vigilancia e interrogación integrado y de bajo coste con un rendimiento casi comparable al de los sistemas autónomos. Para ello, la invención tiene por objeto un radar secundario que comprende una antena que tiene un patrón de radiación que forma un canal de suma denominado SUM, un patrón de radiación que forma un canal de diferencia denominado DIFF y un patrón que forma un canal de control denominado CONT, una primera cadena de transmisión y recepción asociada al canal SUM y una segunda cadena de transmisión y recepción asociada al canal CONT, una cadena de recepción asociada al canal DIFF, radar en el que:

• cada una de dichas cadenas de transmisión y recepción es capaz de transmitir y recibir simultáneamente, comprendiendo la cadena de transmisión un filtrado para filtrar las señales transmitidas a 1090 MHz y comprendiendo la cadena de recepción un filtrado para filtrar las señales transmitidas a 1030 MHz, y estando dicha cadena de recepción asociada con el canal DIFF que comprende un filtrado para filtrar las señales transmitidas a 1030 MHz, de modo que dichas cadenas operen independientemente entre sí, permaneciendo inalterado el nivel de señal en recepción durante una transmisión de interrogación sincrónica;

• los medios de procesamiento incluyen una adaptación de las bandas de frecuencia de recepción a las características de cada uno de los protocolos de transacción utilizados;

• dichas cadenas de recepción de los canales SUM, DIFF y CONT, respectivamente, pueden funcionar en escucha simultánea síncrona y asíncrona de las señales recibidas de los blancos en los patrones SUM, DIFF y CONT, respectivamente, siendo dicha escucha síncrona y asíncrona independientes entre sí, permaneciendo inalterado el nivel de la señal en recepción durante una transmisión síncrona de interrogación

En una realización particular, dicho patrón CONT se compone de un patrón de radiación hacia adelante que forma un canal denominado CONT_Front y un patrón de radiación hacia atrás que forma un canal denominado CONT_Back, el procesamiento separado de dichos patrones CONT_Front y CONT_Back se realiza de tal manera que cada una de dichas cadenas de transmisión y recepción se aplica al canal CONT_Front y al canal CONT_Back.

Dicho radar comprende, por ejemplo, un kit de extensión del patrón de radiación del canal CONT_Back dispuesto en la parte trasera de dicha antena, comprendiendo dicho kit tres parches radiantes:

• un primer parche para rellenar el orificio de detección de elevación llamado cono de silencio;

• un segundo parche para rellenar el orificio de detección en el acimut de 90°;

• un tercer parche para rellenar el orificio de detección en el acimut de -90°.

Cada una de dichas cadenas de transmisión incluye, por ejemplo, filtrados dedicados para el rechazo de señales espurias transmitidas a 1090 MHz.

Cada una de dichas cadenas de recepción incluye, por ejemplo, filtrados dedicados para el rechazo de señales espurias a 1030 MHz procedentes del canal de transmisión.

En caso de que tenga la misión de vigilancia ATC, dicho radar realiza, por ejemplo, escuchas simultáneas en dichos patrones separadamente de los squitters ADS-B e independientes de las transacciones síncronas.

En caso de que se le encomiende la identificación IFF, dicho radar realiza, por ejemplo, detecciones IFF síncronas, independientemente de las transacciones SSR y Modo S síncronas.

En caso de que tenga la misión de la identificación IFF, dicho radar realiza, por ejemplo, escuchas simultáneas en dichos patrones separadamente de los squitters de nivel 2 Modo 5, independientemente de las transacciones síncronas.

En un caso en el que tiene la tarea de vigilar el medio aéreo (25), dicho radar realiza por ejemplo una escucha simultánea de dichos patrones separadamente de cualquier tipo de respuestas secundarias, independientemente de las operaciones sincrónicas.

Dicho radar transmite sucesivamente según periodos de interrogaciones no selectivas, denominados "All Call", y periodos de interrogaciones selectivas, denominados "Roll Call", comenzando las interrogaciones selectivas por ejemplo en los periodos de interrogaciones no selectivas.

Como dicho radar transmite sucesivamente según periodos de interrogaciones no selectivas, denominados "All Call", y periodos de interrogaciones selectivas, denominados "Roll Call", la escucha no selectiva iniciada durante los periodos "All Call" continúa, por ejemplo, en los periodos "Roll Call".

Otras características y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción, que se hace con referencia a los dibujos anexos que muestran:

La figura 1a, un sinóptico de un ejemplo de realización de un radar secundario convencional;

La figura 1b, un sinóptico de un ejemplo de radar según la invención;

La figura 2a, posibles etapas para la implementación de la invención;

La figura 2b, un ejemplo de secuencia de transacciones ejecutadas por un radar según la técnica anterior; La figura 2c, un ejemplo de la secuencia de transacciones ejecutadas por un radar según la invención; La figura 3, una ilustración de una de las etapas anteriores;

La figura 4a, una presentación de las ganancias de 3 patrones SUM, CONT_Front y CONT_Back de la antena en función del acimut /-180°;

La figura 4b, una presentación de la contribución de la extensión del patrón CONT_Back en acimut según la invención;

La figura 4c, una presentación de las ganancias de 3 patrones SUM, CONT_Front y CONT_Back de la antena en función de la elevación de -60° a 180° ;

La figura 4d, una presentación de la contribución de la extensión del patrón de elevación CONT_Back según la invención;

La figura 5, una gestión de transacciones no selectivas y selectivas según la técnica anterior;

La figura 6, un ejemplo de gestión de transacciones no selectivas y selectivas en un radar según la invención; La figura 7, otro ejemplo de gestión de transacciones en un radar según la invención;

La figura 8a, presenta el sinóptico de un kit de extensión del patrón CONT_Back para una antena secundaria ATC;

La figura 8b, presenta el principio de la implementación del kit de extensión del patrón CONT_Back en una antena secundaria ATC.

Con el fin de reducir los diversos costes mencionados en la introducción, la presente invención propone un único sistema, que se denominará Meta Sensor Secundario Full Duplex, que agrupa todas las actividades de los sensores terrestres:

• Radar secundario convencional: proporciona vigilancia sincrónica de aeronaves utilizando protocolos SSR y Modo S;

• Interrogador IFF para la identificación de aeronaves según los protocolos Modo 4 y Modo 5;

• Receptor asíncrono de squitter ADS-B (DF17/18) extendido;

• Receptor asíncrono de squitter Modo 5 nivel 2 ;

utilizando la misma estructura aérea (torre, antena, motorización, junta rotativa, cables, ...) y la misma infraestructura. El enfoque de la solución aportada por la invención es por tanto, en un contexto de recursos comunes a estas diferentes actividades dentro del meta sensor secundario, explotar las especificidades de estas actividades para ortogonalizarlas. Se entiende por hacer ortogonales, hacerlas independientes entre sí y, por tanto, obtener el mismo rendimiento de cada una de ellas tanto si funcionan solas como si se activan todas simultáneamente.

De este modo, el meta sensor garantiza:

• la transmisión y recepción simultáneas de las diferentes señales, garantizando la total independencia entre las tareas de transmisión y recepción mediante la explotación del aspecto de doble frecuencia característico de un radar secundario (transmisión a 1030 MHz y recepción a 1090 MHz), tal funcionamiento simultáneo de transmisión y recepción se denominará "full duplex";

• un filtrado adaptado a las características de cada protocolo utilizado, es decir, que sólo permite tratar la banda de frecuencias que contiene la señal útil, como se ilustra en la figura 1b descrita a continuación;

• una escucha síncrona simultánea en Vigilancia ATC (en SSR y Modo S) con Identificación IFF (en modos militares encriptados)

• una escucha asíncrona en los diferentes patrones de antena físicamente disponibles, en función de la arquitectura aérea, sino también la mejora de las características de radiación del radar sólo para la escucha asíncrona con el fin de garantizar una mejor cobertura a gran elevación, así como una escucha temporal de casi el 100% en acimut.

El funcionamiento en “full duplex” según la invención permite por tanto:

• garantizar la escucha asíncrona (squitters ADS-B o modo 5 nivel 2) sin sufrir perturbaciones debidas a las emisiones síncronas;

• dentro del propio protocolo del Modo S, optimizar la duración de las secuencias de operaciones selectivas (en los denominados periodos Roll Call - RC) y reducir así el tiempo límite de iluminación de los blancos, no sólo pero especialmente sensible en el caso de los radares de alta velocidad de rotación, típicamente 4 segundos por vuelta de antena convencional en una configuración aeroportuaria, por ejemplo (véase la figura 6);

• independientemente de la optimización RC, la detección de los blancos en cuanto entran en el radio de acción del radar sin perturbar su funcionamiento operativo, es decir, sin modificar la duración de los periodos All Call dedicados a este fin (véase la figura 7), lo que permite bloquear antes estos blancos entrantes para suprimir las respuestas DF11 que generan tras las interrogaciones UF11 de este radar

^olo que consume innecesariamente su potencial de respuesta;

^oesto crea contaminación que estas respuestas constituyen para otros radares, especialmente los que están más cerca del blanco;

El filtrado adaptado a cada protocolo utilizado permite disponer de una banda de análisis a nivel del receptor tan amplia como sea necesario, que se completa con estos filtrados adaptados a la banda de señal útil de cada protocolo (es decir, tanto el espectro de su modulación como su estabilidad en frecuencia de la portadora del transpondedor), lo que permite reducir el nivel de ruido, y por tanto permite disminuir el umbral de detección para procesar señales más débiles y así mejorar aún más el alcance;

La escucha asíncrona independiente, es decir, la escucha simultánea en los tres o cuatro patrones de una antena ATC convencional permite:

• procesando los patrones SUM, DIFF, CONT_Front y CONT_Back independientemente en la recepción),

^ogarantizar una cobertura temporal de la escucha asíncrona del orden del 75% a media distancia (véase la figura 4a),

^odetectar mejor los "squitters" simultáneos explotando su diferencia de marcación, si existe, para reducir la tasa de superposición de las respuestas bastante largas (120 js ) que inducen la no detección de estos "squitters",

• además, completando el patrón de radiación de la antena secundaria ATC del Radar en su operación de detección asíncrona para garantizar :

^ola cobertura en el cono de silencio (Cos) (véase la figura 4d);

^oel 100% de cobertura temporal sobre la distancia máxima en ADS-B y como en IFF (véase la Figura 4b).

Las características y ventajas de la invención anterior se describen a continuación con ayuda de las figuras.

La figura 1a muestra, para que quede constancia, un sinóptico de un radar de vigilancia ATC convencional para el que sólo se espera funcionamiento en Modo Síncrono S y SSR. Las cadenas de transmisión 401 y recepción 402 tienen el aislamiento justo para garantizar la no destrucción en caso de TOS infinita en la salida de la bahía de proceso. Los patrones CONT_Front y CONT_Back de la antena secundaria ATC se fusionan en la antena 1,2 (patrón CONT) ya que todas las señales que no se encuentran en el eje exacto de la antena, el de SUM, son simplemente rechazadas tanto si proceden de delante como de detrás.

La figura 1b muestra un sinóptico de un dispositivo según la invención. Con la arquitectura propuesta, se obtienen las propiedades del Meta-Sensor Secundario Full Duplex descritas anteriormente. En particular, esta arquitectura garantiza el funcionamiento simultáneo de los distintos protocolos secundarios sin apenas influencia de unos sobre otros. De este modo, se garantiza que cada protocolo, al funcionar simultáneamente con los demás protocolos, tenga el mismo rendimiento alcanzable en la estructura de antenas del sensor con los demás protocolos inactivos. La arquitectura mostrada en la Figura 1b es una evolución de la arquitectura convencional de radar secundario mostrada en la figura 1a. Parte de la descripción siguiente describe los componentes ya presentes en el radar convencional de la figura 1a, con elementos adicionales resaltados con líneas más gruesas.

En su uso habitual, el radar secundario funciona en modo síncrono, es decir, transmite una interrogación y espera una respuesta coherente con ella, lo que le permite localizar por medición (en acimut y distancia) e identificar (típicamente por la dirección en protocolo Modo S) el blanco.

Para realizar esta tarea de forma eficaz, el radar está equipado con una antena 1 que tiene varios patrones 11, 12, 13, 14, cuyas funciones son clásicamente:

• un patrón de suma 11, en lo sucesivo denominado SUM, para interrogar y detectar la respuesta sincrónica del blanco;

• un patrón de diferencias 12, denominado DIFF, para localizar con precisión el blanco en el haz SUM;

• un patrón de control, señalado CONT (véase la figura 1a), que puede separarse ventajosamente en dos patrones en el marco de una opción de la invención (ésta puede así preverse considerando el tratamiento separado de los 3 ó 4 patrones de la antena):

° un primer patrón de control 13, denominado CONT_Front, para bloquear y rechazar las respuestas de los blancos orientados hacia la antena no presentes en el haz principal de SUM ;

° un segundo patrón de control 14, denominado CONT_Back, para bloquear y rechazar las respuestas de los blancos situados en la parte posterior de la antena (por lo tanto, necesariamente no presentes en el haz SUM principal).

A continuación, consideramos esta configuración utilizando los patrones CONT_Front y CONT_Back, aunque se puede realizar un tratamiento separado de estos dos patrones. La referencia al canal CONT puede incluir los canales CONT_Front y CONT_Back como se muestra en el ejemplo de la Figura 1b.

Una junta giratoria 2 y cables de bajada de antena, para una antena giratoria, proporcionan:

• el acoplamiento RF de las señales de 1030 MHz transmitidas y 1090 MHz recibidas independientemente para los cuatro patrones (SUM, DIFF, CONT_Front y CONT_Back) entre las partes giratoria y fija del radar;

• la difusión de la posición en acimut 201 del eje del lóbulo principal de la antena.

Un duplexor 3 realiza el acoplamiento de RF entre las señales transmitidas a 1030 MHz y recibidas a 1090 MHz independientemente para los cuatro patrones. Para ello, el duplexor 3 dispone de un circulador asociado a cada canal. En el ejemplo de la Figura 1b, tres circuladores 311, 313, 314 desacoplan la transmisión de 1030 MHz y la recepción de 1090 MHz de los canales SUM, CONT_Front y CONT_Back respectivamente. En funcionamiento puramente síncrono, la escucha tiene lugar sólo en el lóbulo principal del radar, es decir, en los canales SUM y DIFF después de la fase de transmisión en los canales SUM y CONT. Como el canal DIFF es un canal sólo de recepción, el circulador 312 funciona en una sola dirección, encaminando sólo las señales de recepción de la antena (el circulador es opcional, su uso en DIFF es sólo para equilibrar las señales entre SUM y DIFF para la medida de desviación). En modo síncrono, la escucha en el canal CONT sólo sirve para rechazar las respuestas recibidas con más energía en el patrón CONT que en el patrón SUM.

Los filtros 311', 313', 314' están dispuestos aguas arriba de los circuladores en los canales SUM, CONT_Front y CONT_Back. Estos filtros se utilizan principalmente aguas abajo en la transmisión filtrando los armónicos de las señales transmitidas. Estos mismos filtros también se utilizan en recepción para proteger las frecuencias fuera de la banda útil del radar secundario (es decir, en el rango de 1020 a 1100 MHz).

Por lo tanto, los canales SUM y CONT realizan la transmisión y la recepción. Por razones de legibilidad, en la figura 1b (y en la figura 1a) sólo se muestran los circuitos de emisión y recepción 4 del canal SUM (los circuitos son los mismos para el canal CONT, o los canales CONT_Front y CONT_Back):

• la arquitectura de los circuitos de transmisión y recepción 4' del canal CONT (Figura 1a) y CONT_Front / CONT_Back (Figura 1b) es análoga a la de SUM respectivamente.

• los circuitos de 4" del canal DIFF no se muestran y son idénticos a los de la recepción SUM.

Una gestión espacio-tiempo 5 que garantiza la gestión en tiempo real de los periodos de interrogación y de escucha asociados para los diferentes protocolos secundarios: IFF, SSR y Modo S. Procesamiento de señales específico del protocolo utilizando las señales de los distintos patrones SUM, DIFF, CONT_Front y CONT_Back por separado.

Siempre refiriéndonos a la figura 1b, se describe ahora la parte de transmisión y recepción 4 asociada al canal SUM situado entre el circulador 311 del duplexor y la gestión espacio-temporal 5 y el procesamiento de señal 6. Esta parte transmisora/receptora 4 tiene adaptaciones específicas a la invención. En particular, la cadena de transmisión SUM 401, que transmite a 1030 MHz, incorpora un filtrado adicional 4A, 4B dedicado a la reducción del ruido de transmisión, más concretamente al rechazo de las señales espurias a 1090 MHz, de modo que el nivel de ruido residual, tras el acoplamiento 311, se sitúe en el nivel de ruido del receptor. La cadena de transmisión comprende un primer amplificador 8 que realiza una primera amplificación, seguido de un primer filtro 4A. A continuación, un segundo amplificador 8', un amplificador de potencia, entrega la señal de transmisión, que es seguida por el segundo filtro 4B.

La cadena de recepción SUM 402, que funciona a 1090 MHz, comprende típicamente un amplificador de bajo ruido 9 y un convertidor analógico-digital (ADC) 9'. También incluye adaptaciones específicas de la invención, en cuanto a la cadena de transmisión, en particular un filtrado suplementario 4C, 4D dedicado al rechazo de las señales espurias a 1030 MHz, procedentes del canal de transmisión, para que el nivel de acoplamiento en el circulador (o debido a la TOS de la antena) y el solapamiento en banda de base estén al nivel del ruido del receptor. En particular, el canal de recepción tiene un filtro 4C en la entrada, aguas arriba del amplificador de bajo ruido 9. Este filtro, de tipo paso banda, está destinado a:

• seleccionar las señales de recepción en la banda de frecuencias en torno a 1090 MHz ;

• rechazar muy fuertemente la banda de frecuencias en torno a 1030 MHz procedente de la cadena de transmisión.

La disposición mostrada en la figura 1b es un ejemplo particular de una implementación con un oscilador local (OL) 10, que oscila a 1030 MHz, compartido entre el canal de transmisión 401 y el canal de recepción 402.

En el trayecto de transmisión, aguas arriba del primer amplificador 8, la señal de transmisión es modulada por un modulador 12 a la frecuencia del oscilador local 10, 1030 MHz. Se inserta un filtro 4E entre el oscilador y el modulador para filtrar el ruido a 1090 MHz. En el canal de recepción, antes de la conversión A/D 9', la señal recibida se mezcla con la señal del oscilador local mediante un mezclador 11 y, a continuación, se filtra mediante un filtro paso banda 13. A la salida del ADC 9' se coloca un filtro 4D para filtrar la señal a 1030 MHz.

El canal DIFF que funciona únicamente en recepción comprende una cadena de recepción similar a la cadena de recepción 402 del canal SUM, en particular comprende el filtrado 4C, 4D que filtra las señales transmitidas a 1030 MHz. El conjunto de las cadenas de transmisión y/o recepción SUM, DIFF y CONT, funcionan independientemente entre sí.

Los cuatro patrones de la antena ATC civil se procesan por separado, lo que requiere un receptor de 4 canales (o de 3 canales si CONT_Front y CONT_Back se suman en un canal CONT como es habitual y se ilustra en la Figura 1a).

Cada procesamiento de señales 6, antes de cualquier descodificación de respuestas, adapta independientemente su banda de análisis a las características del protocolo cuyas respuestas detecta. Este filtrado, adaptado a cada protocolo utilizado, permite obtener un mejor rendimiento al reducir el nivel de ruido, lo que permite bajar el umbral de detección de forma independiente para cada protocolo con el fin de procesar las señales más débiles.

La figura 2a ilustra las etapas para poner en práctica la invención. Para ello son necesarias al menos dos etapas.

La primera etapa 21 permite la transición de un radar secundario Modo S convencional a un Meta Sensor Secundario Full Duplex según la invención. En esta etapa 21, se realiza la ortogonalización de los diferentes protocolos y la adaptación del radar a la recepción asíncrona. La ortogonalización consiste en hacer que el tratamiento de los protocolos sea totalmente independiente. En la práctica, se realiza una ortogonalización de los protocolos:

• En el nivel 211 de la cadena de recepción de 1090 MHz, por rechazo de las interrogaciones de 1030 MHz en el nivel de ruido de 1090 MHz de esta cadena, como ilustran los filtros 4C, 4D de la Figura 1b ;

• En el nivel 212 de la cadena de transmisión de 1030 MHz, por rechazo de la señal de transmisión de 1090 MHz por debajo del ruido de recepción de 1090 MHz, como ilustran los filtros 4A, 4B de la figura 1b ;

• En el extremo receptor, adaptando las bandas de análisis (BeamWidth_BW) a las características de los protocolos utilizados, de forma que:

^oBW_IFF > BW_SSR > BW_MS > BW_ADS-B, donde BW_IFF, BW_SSR, BW_MS y BW_ADS-B representan los anchos de banda IFF, SSR, Modo S y ADS-B respectivamente.

• A través de la escucha asíncrona simultánea:

^oen tantos patrones independientes como sea posible en un radar secundario,

^ocomo opción 214, se pueden procesar por separado los patrones CONT_Front y CONT_Back, ^ocomo opción adicional 215, un kit de extensión del patrón CONT_Back sólo para recepción para proporcionar una gran elevación y una cobertura RF acimutal completa de 360°.

En la segunda etapa 22, se realiza la explotación operativa de la ortogonalización de los protocolos:

• En el ámbito del control del tráfico aéreo civil 23, o vigilancia ATC :

^oPor escucha asíncrona simultánea en los tres o cuatro patrones por separado de los squitters ADS-B, independientemente de las actividades síncronas;

^oPor optimización de la duración de las secuencias de transacciones selectivas, sin otra restricción importante que el no solapamiento de los periodos de escucha para evitar la "distorsión de la respuesta" y el no solapamiento de las interrogaciones por naturaleza debido a la unicidad del transmisor, con periodos de escuchas selectivas simultáneos con periodos de transmisiones selectivas;

• En el ámbito del control del tráfico aéreo militar 24, o identificación IFF :

^oPor el interrogador IFF que realiza sus operaciones de identificación con la única restricción del acceso al recurso común de transmisión con monitorización SSR/Modo S;

^oPor la escucha simultánea en los tres o cuatro patrones por separado de los squitters de nivel 2 Modo 5, independientemente de las actividades sincrónicas;

• En el ámbito del control del medio aéreo 25:

^oPor la escucha simultánea simultáneamente en los tres o cuatro patrones por separado cualquier tipo de respuesta secundaria (incluida la FRUIT Respuesta falsa no sincronizada en el tiempo), independientemente de las actividades síncronas.

Las Figuras 2b y 2c ilustran la secuencia de las interrogaciones IFF y SSR/Modo S para un radar de la técnica anterior y para un radar según la invención, respectivamente. Así pues, la figura 2b ilustra el funcionamiento habitual, según el estado de la técnica, mediante un ejemplo de secuenciación de tres períodos sucesivos:

• Periodo N+2: AC (All Call) dedicada a las transacciones SSR y Modo S no selectivas;

• Períodos N+3: RC (Roll Call) dedicado a las transacciones selectivas en modo S;

• Periodo N+1: IFF dedicado al modo militar.

Si el tiempo de iluminación sobre un blanco lo permite, el radar puede, en el mejor de los casos, intercalar los periodos según la secuenciación anterior e ilustrada en la figura 2b. Si el tiempo de iluminación no lo permite, es decir, a alta velocidad de rotación de la antena (el caso más común), el radar realiza identificaciones IFF militares en detrimento de la vigilancia civil, ya que los tres periodos no caben en el tiempo de iluminación.

La figura 2c ilustra un ejemplo de funcionamiento según la invención. En este caso, las transacciones pueden solaparse de un periodo a otro y, en particular, las identificaciones IFF pueden extenderse a los periodos N+2 y N+3. En efecto, el radar según la invención ejecuta las transacciones IFF a su propio ritmo (que difiere completamente del de las transacciones SSR y modo S) independientemente de los periodos AC y RC aún dedicados a los modos SSR y modo S. Esta ortogonalización funcional (véase la figura 2a) explota el aislamiento RF de la transmisión y la recepción (véase la figura 1b) que permite a la vez:

• La detección IFF a pesar de las numerosas emisiones en modo S (véanse los periodos N+1 y N+3 en la Figura 2c);

• sino también la detección Modo S a pesar de algunas emisiones IFF (véanse los periodos N+1 y N+2 en la Figura 2c).

Esto permite simultanear la identificación militar IFF y la vigilancia civil, incluso para radares de alta velocidad.

La figura 3 ilustra un ejemplo de operación operativa, según la etapa 23 descrita anteriormente, optimizando una vigilancia ATC. Este ejemplo de funcionamiento se ilustra en relación con tres aeronaves 31, 32, 33 en el entorno de un radar según la invención. La escucha de los squitters ADS_B se realiza simultáneamente en el patrón SUM, el patrón DIFF, el patrón CONT_Front y el patrón CONT_Back del radar. Esta escucha simultánea evita el solapamiento de respuestas asíncronas de blancos situados en sitios diferentes y mejora así su detección y descodificación. Las aeronaves emiten respuestas ADS-B de forma asíncrona y omnidireccional. La respuesta de una primera aeronave 31 se recibe así en el patrón SUM, la respuesta de una segunda aeronave 32 se recibe así en el patrón CONT_Front y la respuesta de una tercera aeronave 33 se recibe así en el patrón CONT_Back. La recepción ADS-B independiente por patrón de antena garantiza la detección, en este ejemplo, de estos 3 squitters aunque sean temporalmente simultáneos.

La Figura 4a muestra las ganancias de los patrones de una antena secundaria ATC convencional de la Figura 1a en función del acimut. Concretamente, la figura 4a cuantifica la amplitud de las señales recibidas de un mismo blanco en función de su acimut con respecto al eje 40 de la antena del radar, en un gráfico de 360° (+/-180° con respecto a la antena). En el funcionamiento síncrono del radar, el patrón dominante es el SUM, que garantiza la transmisión de las interrogaciones útiles y la recepción de las respuestas útiles, mientras que el papel de los patrones CONT_Front y CONT_Back se limita a garantizar que sean superiores a los lóbulos laterales del patrón SUM, es decir, una ganancia relativa, con el fin de evitar falsas detecciones de radar (las que no están en el eje). Por el contrario, en la recepción asíncrona de los squitters ADS-B e IFF, el papel de CONT_Front y CONT_Back es preponderante: su ganancia absoluta define el alcance del receptor ADS-B y su cobertura sobre 360° refleja la tasa de escucha temporal de los squitters. A medio alcance ADS-B, la tasa de escucha temporal conseguida por CONT_Front y CONT_Back se sitúa en el 75%, lo que es consecuencia del diseño convencional de la antena secundaria ATC para la que:

• en su plano principal, es decir, a 90° y -90° en acimut, la radiación es nula, lo que no penaliza el funcionamiento síncrono del radar que es normal al plano de esta antena,

• en el eje de la antena, la ganancia CONT_Front se atenúa deliberadamente en modo síncrono: esta caída de la ganancia CONT_Front es deliberada para garantizar un corte acimutal claro en el haz del radar en modo síncrono.

Asimismo, la escucha en SUM (o incluso en DIFF), además de la escucha en CONT_Front, proporciona aproximadamente un 5% de cobertura temporal, al rellenar la caída de ganancia del patrón CONT_Front en la normal al plano de la antena. En general, la escucha asíncrona independiente, es decir, simultánea, en los dos o tres patrones de antena (SUM, CONT o SUM, CONT_Front, CONT_Back) garantiza una cobertura temporal de la escucha asíncrona del orden del 80% a medio alcance en ADS-B, pero se mantiene en menos del 50% a máximo alcance en ADS-B.

La figura 4b muestra el complemento de radiación 41 en azimut del patrón CONT_Back según la invención. El objetivo es garantizar que la radiación en recepción a 1090 MHz se encuentre a un nivel equivalente en toda la cobertura de CONT, de modo que la recepción de los squitters ADS-B e IFF esté garantizada en el rango máximo en ADS-B e IFF con una tasa de escucha temporal del 100%

La Figura 4c muestra las ganancias de los patrones de una antena secundaria ATC convencional de la Figura 1a en función de la elevación. Los patrones de SUM, CONT_Front y CONT_Back se muestran para sus respectivos acimuts máximos:

• normalmente, el patrón SUM tiene un máximo (véase la figura 4a) del orden de 15 a 20 dB superior a CONT_Front,

• la fuga 42 en el patrón SUM del panel frontal, opuesto a la normal al plano de la antena, suele ser -35dB inferior.

Se observa que, por diseño, una antena secundaria ATC tiene una caída de ganancia muy grande a gran elevación, es decir, por encima de 50° de elevación. Como resultado, los radares secundarios normalmente no detectan en el Cono del Silencio (CoS) a partir de 45° de elevación. El ADS-B integrado con el radar que utiliza la misma antena tiene el mismo tipo de CoS.

La figura 4d muestra el complemento de radiación 43 en elevación del patrón CONT_Back según la invención. El objetivo es asegurar la radiación de recepción a 1090 MHz incluso a elevaciones muy altas (>85°) permitiendo la recepción de los squitters ADS-B e IFF mediante el aumento del patrón CONT_Back hacia elevaciones altas.

Las figuras 5 y 6 ilustran las ventajas de la invención con respecto a la secuenciación de las operaciones selectivas y no selectivas. Más concretamente, la figura 5 muestra una secuenciación habitual con un radar según la técnica anterior y la figura 6 muestra una secuenciación optimizada con un radar según la invención, en relación con la segunda etapa 22 descrita frente a la figura 2a.

En la Figura 5, los periodos de las transacciones no selectivos "All Call" (AC) y selectivos "Roll Call" (RC) se suceden a un ritmo de 51, 52. A modo de ejemplo, la figura 5 muestra cuatro periodos sucesivos de orden m, m+1, m+2 y m+3 durante un tiempo de iluminación del lóbulo de la antena del radar y que corresponden sucesivamente a los periodos AC y RC. Estos periodos AC y RC están separados, al igual que las fases de transmisión y recepción que contienen.

La temporización 61,62 de las interrogaciones AC, RC mostradas en la Figura 6 y correspondientes a un radar según la invención es diferente. Los periodos de RC son más cortos. En particular, la invención permite ventajosamente optimizar la duración de las secuencias de transacciones selectivas, al tener la posibilidad de realizar transmisiones selectivas o no selectivas durante las fases de escucha selectiva o no selectiva. Más concretamente, la invención permite:

• reducir la duración de los periodos de RC,

• intercalar periodos AC y RC, (la escucha selectiva RC comienza en periodos AC),

y ampliar así el límite del tiempo de iluminación de un blanco: el lóbulo de antena abarca ahora siete fases AC o RC (m a m+6).

La figura 7 muestra otra posibilidad de secuenciación de los periodos AC y RC para un radar según la invención. La secuencia de los periodos AC y RC es, por ejemplo, la misma que en el caso de la figura 5. Con el fin de gestionar las aeronaves antes de que entren en la cobertura operativa del radar, la escucha no selectiva 71, iniciada durante el periodo AC, continúa durante el inicio de la fase de operaciones selectivas RC comenzando necesariamente con las interrogaciones (modo síncrono), así sin pérdida de tiempo de iluminación para los blancos presentes en la cobertura operativa.

El objetivo aquí, independientemente de la optimización de los periodos RC anteriores (véase la Figura 6), es detectar blancos que están fuera del alcance operacional pero dentro del alcance de radio del radar para reducir las respuestas DF11 que estos blancos generan como resultado de las interrogaciones del radar,

• consumiendo innecesariamente su potencial de respuesta;

• contaminando otros radares con estas respuestas, especialmente los más cercanos a los blancos.

La figura 8a muestra la sinopsis de un kit de extensión 215 del patrón CONT_Back en recepción a 1090 MHz (véase la figura 2a) tanto en acimut (alrededor de -90° y 90°) como en elevación más allá de 50° de elevación en la configuración de antena de 3 patrones presentados a título de ejemplo. Este kit 215 se añade a la estructura convencional de la antena 1 compuesta por:

• en la parte delantera de un conjunto 80 de N columnas de dipolos radiantes P (que forman los patrones SUM, DIFF y CONT_Front),

• en la parte posterior de una columna 90 de P dipolos radiantes, formando el patrón CONT_Back.

Un circuito de distribución 800, bien conocido por los expertos en la materia, distribuye las señales a los canales SUM, DIFF y CONT (CONT_Front y CONT_Back).

Este kit de extensión del patrón CONT_Back está destinado a rellenar los orificios de detección ilustrados en particular en las figuras 4a a 4d, como se describe a continuación.

Para no perturbar el funcionamiento síncrono del radar, la extensión 215 del patrón se limita a la necesidad, es decir, a la recepción de los squitters ADS-B e IFF. Está situado frente al panel frontal, es decir, en CONT_Back, como se muestra en el ejemplo de realización de la Figura 8b. La parte radiante del kit de extensión se divide en 3 parches direccionales 81, 82, 83 en un plano (con un lóbulo del orden de /-35° por ejemplo):

• uno 81 para llenar el cono de silencio con una inclinación en elevación del orden de 110° en su plano direccional y 180° en acimut,

• un segundo 82 para rellenar el orificio de detección derecho en acimut 90° en su plano direccional con una inclinación de elevación del orden de 0°,

• un tercero 83 para rellenar el orificio de detección izquierdo en acimut -90° en su plano direccional con una inclinación en elevación del orden de 0°.

El encaminamiento de las señales entre el circuito de distribución de la columna 90 (CONT_Back clásico) y los tres parches 81, 82, 83 se realiza clásicamente mediante un conjunto de circuladores, acopladores y sumadores.

La figura 8b muestra un posible posicionamiento de estos elementos radiantes 81, 82, 83 según la invención en una antena secundaria ATC 1 convencional. Los parches "derecho" 82 e "izquierdo" 83 están situados cada uno en un extremo posterior del plano de la antena. El parche 81 asignado al cono de silencio se coloca en el centro, en la parte trasera del plano de la antena.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Radar secundario que comprende una antena (1) con un patrón de radiación que forma un canal de suma denominado SUM, un patrón de radiación que forma un canal de diferencia denominado DIFF y un patrón que forma un canal de control denominado CONT, estando una primera cadena de transmisión y recepción (4) asociada al canal SUM y estando una segunda cadena de transmisión y recepción (4') asociada al canal CONT, estando una cadena de recepción (4") asociada al canal DIFF, caracterizado porque:

- cada una de dichas cadenas de transmisión y recepción (4, 4') es capaz de transmitir y recibir simultáneamente, comprendiendo la cadena de transmisión (401) un filtrado (4A, 4B) que filtra las señales transmitidas a 1090 MHz y comprendiendo la cadena de recepción (402) un filtrado (4C, 4D) que filtra las señales transmitidas a 1030 MHz, y estando dicha cadena de recepción (4") asociada al canal DIFF que comprende un filtrado (4C, 4D) que filtra las señales transmitidas a 1030 MHz de manera que dichas cadenas funcionan independientemente unas de otras, permaneciendo inalterado el nivel de señal en recepción durante una transmisión síncrona de interrogación;

- los medios de procesamiento (6) comprenden una adaptación de las bandas de frecuencia en recepción a las características de cada uno de los protocolos de transacción utilizados;

- dichas cadenas de recepción de los canales SUM, DIFF y CONT, respectivamente, pueden funcionar en escucha simultánea síncrona y asíncrona de las señales recibidas de los blancos en los patrones SUM, DIFF y CONT, respectivamente, siendo dicha escucha síncrona y asíncrona independientes entre sí, permaneciendo inalterado el nivel de la señal en recepción durante una transmisión síncrona de interrogación

2. Radar secundario según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho patrón CONT se compone de un patrón de radiación hacia delante que forma un canal denominado CONT_Front y un patrón de radiación hacia atrás que forma un canal denominado CONT_Back, realizándose un procesamiento separado de dichos patrones CONT_Front y CONT_Back de tal manera que cada una de dichas cadenas de transmisión (401) y recepción (402) se aplica en el canal CONT_Front y en el canal CONT_Back.

3. Radar secundario según reivindicación 2, caracterizado porque comprende un kit de extensión del patrón de radiación del canal CONT_Back dispuesto en la cara posterior de dicha antena (1), comprendiendo dicho kit tres parches radiantes:

- un primer parche (81) para rellenar el orificio de detección en elevación conocido como cono de silencio; - un segundo parche (82) para rellenar el orificio de detección en el acimut de 90°;

- un tercer parche (83) para rellenar el orificio de detección en el acimut de -90°.

4. Radar secundario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada una de dichas cadenas de transmisión comprende filtros (4A, 4B) dedicados al rechazo de señales espurias transmitidas a 1090 MHz.

5. Radar secundario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada una de dichas cadenas de recepción comprende filtros (4C, 4D) dedicados al rechazo de señales espurias a 1030 MHz, procedentes del canal de transmisión.

6. Radar secundario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, teniendo como misión la vigilancia ATC (23), realiza escuchas simultáneas sobre dichos patrones de forma separada de los squitters ADS-B e independiente de las transacciones síncronas.

7. Radar secundario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, teniendo como misión la identificación IFF, realiza detecciones IFF síncronas, independientemente de las transacciones en SSR y Modo S síncronas.

8. Radar secundario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, teniendo como misión la identificación IFF, realiza escuchas simultáneas en dichos patrones por separado de los squitters Modo 5 de nivel 2, independientemente de las transacciones síncronas.

9. Radar secundario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, teniendo como misión el control del medio aéreo (25), realiza escuchas simultáneas sobre dichos patrones separadamente de cualquier tipo de respuestas secundarias, independientemente de las transacciones síncronas.

10. Radar secundario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho radar transmite sucesivamente según periodos de interrogación no selectivos, denominados "All Call", y periodos de interrogación selectivos denominados "Roll Call", comenzando las interrogaciones selectivas (63) en los periodos de interrogación no selectivos.

11. Radar secundario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho radar transmite sucesivamente según periodos de interrogación no selectivos, denominados "All Call", y periodos de interrogación selectivos denominados "Roll Cali", iniciando la escucha no selectiva (71) durante los periodos "All Cali" continuando en los periodos "Roll Call".