Διπλωματική Εργασία των φοιτητών του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: Τηλεπικοινωνιών και Τεχνολογίας Πληροφορίας (Τ.&Τ.Π.) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Εργαστήριο Θεωρητικής Ηλεκτροτεχνίας & Παραγωγής Β' Διπλωματική Εργασία των φοιτητών του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Ναθαναήλ Νίκος Μάνος Δημήτριος Αριθμός Μητρώου:5711-5684 Θέμα «Διάταξη Αεροσκάφους για Δευτερεύον Ραντάρ Διερεύνησης» Επιβλέπων Αντωνακόπουλος Θεόδωρος Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Οκτώβριος 2009

ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «Διάταξη Αεροσκάφους για Δευτερεύον Ραντάρ Διερεύνησης» Των φοιτητών του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Ναθαναήλ Νίκου του Χριστάκη Μάνου Δημήτριου του Εμμανουήλ Αριθμός Μητρώου:5711-5684 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις 23/10/2009 Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Καθηγητής Θεόδωρος Αντωνακόπουλος Καθηγητής Νικόλαος Φακωτάκης 1

Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «Διάταξη Αεροσκάφους για Δευτερεύον Ραντάρ Διερεύνησης» Φοιτητές: Ναθαναήλ Νίκος Δημήτριος Μάνος Επιβλέπων: Θεόδωρος Αντωνακόπουλος Περίληψη Σκοπός αυτής της Διπλωματικής είναι η μοντελοποίηση ενός συστήματος δευτερεύοντος ραντάρ διερεύνησης (SSR) μέσω υπολογιστή, η υλοποίησή του με την χρήση κατάλληλου εξοπλισμού και ο έλεγχός του μέσω γραφικού περιβάλλοντος διεπαφής του χρήστη. Η διαδικασία διαιρέθηκε σε τρεις φάσεις: α) Μοντελοποίηση του συστήματος μέσω του προγραμματιστικού περιβάλλοντος του Matlab θεωρώντας την ύπαρξη δύο αεροσκαφών εντός της εμβέλειας του ραντάρ. β) Υλοποίηση του συστήματος μέσω του εργαστηριακού περιβάλλοντος του LabView, θεωρώντας την ύπαρξη ενός αεροσκάφους. Για την υλοποίηση χρησιμοποιήθηκε εξοπλισμός της National Instruments και δυο κεραίες για την εκπομπή και τη λήψη. γ) Δημιουργία του γραφικού περιβάλλοντος διεπαφής χρήστη (GUI) μέσω του Matlab. 2

Περιεχόμενα 1. Γενικό Λειτουργικό Διάγραμμα SSR Συστήματος...6 2.Εισαγωγή στο αντικείμενο της Διπλωματικής 2.1 Πρωτεύον Ραντάρ...7 2.2 Δευτερεύον Ραντάρ...7 2.3 Τρέχουσες και Μελλοντικές Κατευθύνσεις... 12 3. Αρχή Λειτουργίας του Συστήματος SSR 3.1 Χαρακτηριστικά της Κεραίας Εδάφους του SSR... 13 3.2 Σήματα Ερώτησης του Σταθμού Εδάφους... 14 3.3 Σήματα Απάντησης του Πομποδέκτη του Αεροσκάφους... 15 3.4 Προβλήματα του Συστήματος SSR... 18 3.5 Μονοπαλμικό Ραντάρ... 20 4. Σύστημα Ερώτησης Απόκρισης 4.1 Γεννήτρια Ερωτήσεων... 23 4.2 Πομπός 4.3 Δέκτης 4.1.1 Προγράμματα Διαπλοκής Ερωτήσεων... 23 4.1.2 Προδιαγραφές Παλμοσειρών Ερωτήσεων... 23 4.1.3 Συχνότητα Επανάληψης Ερωτήσεων Πομπού Εδάφους... 24 4.1.4 Η Χρήση του Διακόπτη Ραδιοσυχνότητας... 25 4.1.5 Σήματα Σκανδαλισμού για Εξωτερική Χρήση... 25 4.2.1 Έλεγχος Συχνότητας... 25 4.2.2 Στάδιο Ισχύος Εξόδου... 26 4.3.1 Εύρος Ζώνης του Δέκτη... 27 4.3.2 Ανίχνευση Παλμών... 27 4.3.3 Χρονικός Έλεγχος της Απολαβής... 28 4.3.4 Καταστολή των Πλευρικών Λοβών στο Δέκτη (ISLS)... 28 5. Αποκωδικοποιητής Απάντησης 5.1 Ανίχνευση Παλμών... 29 5.2 Ανίχνευση Αγκυλών... 30 5.3 Ειδικές Στρατιωτικές Απαντήσεις... 31 5.4 Καθορισμός του Τύπου Ερώτησης και Μέτρηση της Απόστασης... 32 5.5 Ελαχιστοποίηση των FRUIT Απαντήσεων... 32 3

6. Πομποδέκτης Αεροσκάφους 6.1 Ευαισθησία του Δέκτη... 33 6.1.1 Καθυστέρηση Απάντησης και Διαφορά Καθυστέρησης (jitter)... 33 6.1.2 Καταστολή Απαντήσεων... 33 6.1.3 Ισχύς Πομπού... 34 6.1.4 Ρυθμός Τυχαίων Διεργασιών... 34 6.1.5 Απαντήσεις σε Ερώτηση Τύπου C... 34 6.1.6 Εγκατάσταση Διπλής Κεραίας... 34 6.2 Συχνότητα Απάντησης... 35 6.2.1 Ισχύς Εκπομπής και Ευαισθησία Δέκτη... 36 6.2.2 Σφάλματα Παλμών Απάντησης... 37 6.2.3 Καθυστέρηση Απάντησης... 38 7. Πολυόδευση και Παρεμβολή 7.1 Πολυόδευση... 40 7.1.1 Σήματα Πολυόδευσης στο ίδιο Κάθετο Επίπεδο... 40 7.1.2 Μικρή Οριζόντια Γωνία μεταξύ των Σημάτων Πολυόδευσης... 41 7.1.3 Μεγάλη Οριζόντια Γωνία μεταξύ Σημάτων Πολυόδευσης... 43 7.2 Είδη Παρεμβολής... 44 7.2.1 Ανεπιθύμητα Σήματα... 44 7.2.2 Απώλειες Επιθυμητών Σημάτων... 45 8. Σχεδιασμός του Συστήματος 8.1 Εξίσωση Ραντάρ για το Δευτερεύον Ραντάρ Διερεύνησης... 46 8.2 Κανονισμοί Ισχύος Άνω και Κάτω Ζεύξης... 47 8.3 Πιθανότητες Απάντησης και Ανίχνευσης... 48 8.3.1 Πιθανότητα Απάντησης του Πομποδέκτη του Αεροσκάφους... 48 8.3.2 Πιθανότητα Ανίχνευσης... 48 8.4 Συχνότητα Επανάληψης Παλμών Εκπομπής... 48 8.5 Σύζευξη μεταξύ Πρωτεύοντος και Δευτερεύοντος Ραντάρ... 49 9. Ερώτηση Τύπου S 9.1 Λόγοι Ανάπτυξης... 50 9.2 Μορφές Σημάτων Ερώτησης... 51 9.3 Μορφή Απαντήσεων... 53 10. Σύμβουλος Κυκλοφορίας και Σύστημα Αποφυγής Συγκρούσεων... 54 4

10.1 Απειλητική Κυκλοφορία και Απόφαση Συμβουλής... 55 11. Προσομοιώσεις Α) Βασικά Δεδομένα και Υπολογισμοί... 56 Β) Μοντελοποιήσεις... 57 12.Παραρτήματα Β1. Μοντέλο SSR 2 Αεροσκαφών στο Matlab... 57 Β1.1 Λειτουργικό Διάγραμμα Secondary Surveillance Radar... 58 Β1.2 Λειτουργικό Διάγραμμα transponder_plane (1 ή 2)... 61 Β1.3 Λειτουργικό Διάγραμμα της Άνω Ζεύξης... 65 Β1.4 Λειτουργικό Διάγραμμα της Κάτω Ζεύξης... 66 Β1.5 Μετρήσεις στον Παλμογράφο... 67 Β1.5.1 Λειτουργία χωρίς Επικάλυψη... 68 Β1.5.2 Λειτουργία με Ασύγχρονη Επικάλυψη... 70 Β1.5.3 Λειτουργία με Σύγχρονη Επικάλυψη... 72 Β2. Υλοποίηση στο LabView, Περιγραφή του Εξοπλισμού... 74 Β2.1 Υλοποίηση Πομπού του Αεροσκάφους... 75 Β2.2 Υλοποίηση του Καναλιού Μετάδοσης... 79 Β2.3 Υλοποίηση Δέκτη του Σταθμού Εδάφους... 79 Β2.4 Μετρήσεις: Β2.4 α) Μετρήσεις Λαμβανόμενου Σήματος για Διαφορετικές Τιμές Ισχύος Εκπομπής... 84 Β2.4 β)μετρήσεις για την Εκτίμηση της Σκοπιμότητας Χρήσης Συστήματος Αυτομάτου Ελέγχου Κέρδους (AGC)... 90 Β2.4 γ)μετρήσεις για την Εύρεση του Ποσοστού Επιτυχούς Αποκωδικοποίησης της Λαμβανόμενης Απάντησης... 92 Β3. Γραφική Διεπαφή Χρήστη (GUI) στο Matlab... 95 Παράρτημα Α: Τεχνικά Χαρακτηριστικά... 107 Παράρτημα Β: Κωδικοποίηση Gillham... 114 Παράρτημα Γ: Ακρωνύμια... 124 13. Βιβλιογραφία... 128 5

1. Γενικό Λειτουργικό Διάγραμμα SSR Συστήματος Παρακάτω παρουσιάζετε το γενικό λειτουργικό διάγραμμα ενός SSR συστήματος. Αρχικά μελετώνται οι αρχές λειτουργίας του αλλά και οι χρήσεις του στην σύγχρονη πολιτική και στρατιωτική αεροπορία. Στη συνέχεια αναλύονται λεπτομερειακά τα επιμέρους στοιχεία από τα οποία αποτελείται ένα δευτερεύον ραντάρ διερεύνησης, τα προβλήματα που εμφανίζονται στο δευτερεύον ραντάρ διερεύνησης και πως αυτά μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση του. 6

2. Εισαγωγή στο Αντικείμενο της Διπλωματικής Το αντικείμενο της Διπλωματικής εμπίπτει στον τομέα των συστημάτων ραδιοανίχνευσης και εντοπισμού, από την αγγλική Radio Detection And Ranging, ακρωνύμιο της οποίας αποτελεί ο όρος RADAR. 2.1 Πρωτεύον Ραντάρ Ο όρος ραντάρ έχει επικρατήσει να χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει το πρωτεύον ραντάρ. Αναπτύχθηκε κυρίως κατά τη διάρκεια του Β Παγκοσμίου Πολέμου και αποτέλεσε το πρώτο επιχειρησιακό ραντάρ. Το πρωτεύον ραντάρ εκπέμπει έναν παλμό υψηλής ισχύος με ενέργεια ραδιοσυχνότητας από μια περιστρεφόμενη κεραία η οποία αν προσκρούσει στην επιφάνεια ενός αεροσκάφους ένα μικρό μέρος της ανακλάται πίσω προς την κεραία. Όταν το αεροσκάφος ανιχνευθεί, η απόστασή του μπορεί να καθοριστεί μετρώντας τον χρόνο που έχει μεσολαβήσει μεταξύ της εκπομπής και της επακόλουθης λήψης του ανακλώμενου σήματος καθώς η ταχύτητα του ραδιοκύματος είναι γνωστή, ενώ το αζιμούθιο του αεροσκάφους υποδεικνύεται από την κατεύθυνση της κεραίας την στιγμή της ανίχνευσης του αεροσκάφους. Όπως κάθε σύστημα, έτσι και το πρωτεύον ραντάρ έχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημά του είναι ότι για τη λειτουργία του δεν απαιτεί κάποιο ειδικό αεροσκάφος, αρκεί αυτό να έχει μια επιφάνεια ικανή να μπορεί να ανακλάσει ένα μέρος του προσπίπτοντος ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Το σημαντικότερο όμως μειονέκτημά του είναι όμως ότι δεν μπορεί να μας δώσει πληροφορίες για την ταυτότητα του ιπτάμενου ίχνους π.χ. φίλιο ή εχθρικό αεροσκάφος. Σημαντικό επίσης μειονέκτημά του είναι ότι ανιχνεύει και ανακλάσεις λόγω βροχής, λόγω εδάφους ή ακόμα και λόγω πουλιών, αυτές οι εξωγενείς ανακλάσεις δυσκολεύουν την διάκριση της ωφέλιμης ανάκλασης από το αεροσκάφος μέσα από το προκύπτον συνονθύλευμα σημάτων επιστροφής. Τέλος, σημαντικό μειονέκτημά του είναι ότι δεν μπορεί να διακρίνει ένα αεροσκάφος από ένα άλλο σε κοντινή απόσταση και στις περισσότερες περιπτώσεις δεν μπορεί να καθορίσει το ύψος με ικανοποιητική ακρίβεια. 2.2 Δευτερεύον Ραντάρ Τα μειονεκτήματα του πρωτεύοντος ραντάρ ήρθε για να επιλύσει το δευτερεύον ραντάρ ή δευτερεύον ραντάρ διερεύνησης (SSR ή ATCRBS για τις Η.Π.Α.). Το σύστημα δευτερεύοντος ραντάρ διερεύνησης έχει δύο εκδοχές, το IFF και το SSR σύστημα. Το IFF προηγήθηκε χρονικά και χρησιμοποιείται από την Πολεμική Αεροπορία ενώ το SSR αποτελεί απόγονο του IFF και χρησιμοποιείται στην Πολιτική Αεροπορία. Τα δύο συστήματα είναι συμβατά σήμερα. To IFF, ακρωνύμιο του Identification Friend or Foe (αναγνώριση φίλου ή εχθρού), είναι ένα σύστημα ραντάρ που αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια του Β Παγκοσμίου Πολέμου και έλυσε το πρόβλημα της αναγνώρισης του ιπτάμενου ίχνους. Μέχρι τότε το πρωτεύον ραντάρ αναγνώριζε απλά την ύπαρξη του ιπτάμενου ίχνους χωρίς να μπορεί να εξακριβώσει την ταυτότητά του. Το δευτερεύον ραντάρ απαιτεί κάθε αεροσκάφος να φέρει έναν ειδικό πομποδέκτη (transponder). Ο Σταθμός Εδάφους του SSR εκπέμπει παλμούς ραδιοσυχνότητας από μια περιστρεφόμενη κεραία με τον ίδιο τρόπο όπως το πρωτεύον ραντάρ αλλά σε πολύ χαμηλότερα επίπεδα ισχύος. Αυτό συμβαίνει γιατί η ισχύς που απαιτείται πρέπει να είναι επαρκής για να αντισταθμίσει τις απώλειες μόνο της άνω ζεύξης ενώ το πρωτεύον ραντάρ πρέπει να αντισταθμίσει τις απώλειες και της άνω και της κάτω ζεύξης. Έτσι ενώ το SSR εκπέμπει παλμούς ισχύος μερικών εκατοντάδων Watts, το PSR εκπέμπει παλμούς ισχύος μερικών εκατοντάδων ή και μερικών χιλιάδων kw. Μετά τη λήψη από το αεροσκάφος του σήματος από το Σταθμό Εδάφους, ο πομποδέκτης του αεροσκάφους εκπέμπει την απάντησή του σε διαφορετική συχνότητα. Η χρήση διαφορετικής συχνότητας αποτρέπει την παρεμβολή της απάντησης από πιθανές ανακλάσεις λόγω βροχής, πουλιών ή εδάφους. Η απόσταση 7

και το αζιμούθιο του αεροσκάφους προσδιορίζονται από την χρονική καθυστέρηση μεταξύ εκπεμπόμενου και ληφθέντος σήματος καθώς και από την κατεύθυνση της κεραίας αντίστοιχα, όπως και στο PSR. Το κύριο πλεονέκτημα του SSR είναι ότι μπορεί να εξάγει επιπλέον πληροφορίες από το αεροσκάφος. Αυτό συμβαίνει καθώς τα δεδομένα μεταφέρονται κωδικοποιημένα πάνω στις ζεύξεις (άνω και κάτω) και έτσι μπορούν να εισαχθούν σε αυτά πρόσθετες πληροφορίες. Το δευτερεύον ραντάρ είναι λοιπόν ενεργό ραντάρ σε αντίθεση με το πρωτεύον ραντάρ που είναι παθητικό. Μπορεί να επικοινωνεί με το αεροσκάφος ζητώντας του πληροφορίες όπως ταυτότητα και ύψος. Η ύπαρξη του πομποδέκτη επί του αεροσκάφους επιτρέπει την προσθήκη στη λειτουργία του ραντάρ μιας στοιχειώδους ζεύξης δεδομένων. Ο Σταθμός Εδάφους του SSR κωδικοποιεί την μετάδοσή του εκπέμποντας παλμούς οι οποίοι ανάλογα με την μεταξύ τους απόσταση καθορίζουν και την ερώτηση. Οι ερωτήσεις του Σταθμού Εδάφους προς το αεροσκάφος κωδικοποιούνται σε έξι τύπους (Modes: Mode 1, Mode 2 Mode 3/A, Mode B, Mode C, Mode D ). Σχήμα 1 : Κεραία Συστήματος SSR τοποθετημένη πάνω σε Κεραία Πρωτεύοντος Ραντάρ. Ο εξοπλισμός του Σταθμού Εδάφους του SSR αποτελείται από μια περιστρεφόμενη κεραία, έναν πύργο με τον εξοπλισμό περιστροφής της κεραίας, έναν πομποδέκτη γνωστό ως σύστημα ερώτησηςαπόκρισης (interrogator system) και έναν επεξεργαστή του σήματος της απάντησης γνωστό ως εξαγωγέα διαγράμματος (plot extractor) ή ψηφιοποιητή (digitizer). Ο Σταθμός Εδάφους μεταδίδει προς το αεροσκάφος στην συχνότητα των 1030 MHz και λαμβάνει την απάντηση του αεροσκάφους στην συχνότητα των 1090 MHz. Συχνά η κεραία του SSR τοποθετείται επί της κεραίας του PSR και μοιράζονται τον ίδιο πύργο και το ίδιο σύστημα περιστροφής. Το σύστημα ερώτησης-απόκρισης του SSR και ο εξαγωγέας διαγράμματος συνήθως τοποθετούνται σε ένα ειδικό δωμάτιο εξοπλισμού. Ο εξαγωγέας διαγράμματος κωδικοποιεί τα δεδομένα της απάντησης σε μορφή αναφοράς του στόχου και αποστέλλει αυτές τις αναφορές μέσω επίγειου δικτύου στα Κέντρα Ελέγχου Εναέριας Κυκλοφορίας (ATC centers). Τα δεδομένα των αναφορών των στόχων απεικονίζονται στον ελεγκτή εναέριας κυκλοφορίας με τη μορφή παρουσίασης σε χάρτη. Η οθόνη δείχνει την θέση κάθε 8

αεροσκάφους και είτε τον αριθμό ταυτότητας που του προσδίδει το SSR είτε τον αριθμό πτήσης, μαζί με το ύψος του. Σχήμα 2: Απεικόνιση Στοιχείων των Αεροσκαφών στην Οθόνη του Ελεγκτή Εναέριας Κυκλοφορίας Ο εξοπλισμός του αεροσκάφους αποτελείται από μια κεραία, η οποία συνήθως τοποθετείται στο κάτω μέρος της ατράκτου του αεροσκάφους, από έναν πομποδέκτη ο οποίος ανιχνεύει το σήμα που στέλνει ο Σταθμός Εδάφους και μεταδίδει την απάντηση πίσω προς αυτόν, μία μονάδα ελέγχου μέσω της οποίας ο αεροπόρος μπορεί να θέσει τον αριθμό ταυτότητας που του προσδίδει το κέντρο Ελέγχου Εναέριας Κυκλοφορίας για το SSR, και μια κωδικοποίηση βαρομέτρου για την ένδειξη του ύψους του αεροσκάφους. 9

Σχήμα 3: (α) Πομποδέκτης Αεροσκάφους (β) Μονάδα Ελέγχου Πομποδέκτη Έτσι το SSR ενώ εξάγει τη θέση και το αζιμούθιο του αεροσκάφους μπορεί ταυτόχρονα να υποβάλλει ερωτήσεις όπως: «Ποιος είσαι;» ή «Ποιο είναι το ύψος σου;». Η απάντηση από τον πομποδέκτη του αεροσκάφους έχει τη μορφή πολλαπλών παλμών που μεταφέρουν ως πληροφορία τον αριθμό ταυτότητας ή το επίπεδο πτήσης του αεροσκάφους και το ύψος του. Αυτές οι επιπλέον πληροφορίες είναι ανεκτίμητης αξίας για τον ελεγκτή εναέριας κυκλοφορίας στο έδαφος. Έτσι αυτή η δυνατότητα του SSR είναι που κατέστησε το δευτερεύον ραντάρ ως το βασικό σύστημα ανίχνευσης για τον Έλεγχο Εναέριας Κυκλοφορίας (ATC). Άλλα σημαντικά πλεονεκτήματα του SSR είναι η ικανότητα επίτευξης μεγάλου εύρους κάλυψης ( άνω των 200 ναυτικών μιλίων αν χρειαστεί ), επειδή το σήμα που λαμβάνεται στην κεραία του SSR μεταδίδεται από το αεροσκάφος οπότε είναι πολύ πιο δυνατό σε σχέση με την ανάκλαση του αρχικού σήματος που ανιχνεύει το PSR. Έτσι ελαττώνονται και τα προβλήματα όσον αφορά την εξασθένηση του σήματος κατά την πορεία του. Επίσης αυτό επιτυγχάνεται με χαμηλότερο κόστος 10

εφ όσον το κόστος του SSR αποτελεί ένα κλάσμα μόνο του κόστους του αντίστοιχου πρωτεύοντος ραντάρ. Παρατηρείται έτσι μια τάση χρήσης των SSR μόνον στις καθ οδόν θέσεις μακριά από τα βασικά αεροδρόμια. Το βασικό μειονέκτημα του SSR είναι ότι απαιτεί για τη λειτουργία του κάθε αεροσκάφος να φέρει έναν ειδικό πομποδέκτη και να τον έχει ενεργοποιημένο κατά την πτήση ώστε να μπορεί να επικοινωνήσει το SSR μαζί του και να εξακριβώσει τις απαιτούμενες πληροφορίες. Γι αυτό το SSR πρέπει να λειτουργεί σε συνδυασμό με το PSR. Άλλα μειονεκτήματα έχουν να κάνουν με την αύξηση του ρυθμού ερώτησης (interrogation rate) του SSR, που από ένα σημείο και μετά οδηγεί στην αχρήστευση του πομποδέκτη του αεροσκάφους λόγω αδυναμίας ανταπόκρισης. Επίσης υπάρχει και το πρόβλημα λήψης λανθασμένων απαντήσεων μη συγχρονισμένων με την μετάδοση του πομπού εδάφους FRUIT (False Replies Unsynchronized with Interrogator Transmission) που προέρχονται από απαντήσεις αεροσκαφών προς άλλα SSR που καλύπτουν γειτονικές περιοχές. Τέλος σημαντικό πρόβλημα είναι αυτό της διαστρέβλωσης (garbling) των απαντήσεων διαφορετικών αεροσκαφών λόγω επικάλυψής τους. 11

2.3 Τρέχουσες και Μελλοντικές Κατευθύνσεις Σημαντική πρόοδος στην απόδοση του SSR έχει επιτευχθεί τα τελευταία χρόνια μέσω της εφαρμογής των μονοπαλμικών τεχνικών εύρεσης κατεύθυνσης. Αυτές οι τεχνικές απαιτούν την χρήση κεραίας εδάφους με μια επιπλέον ακτίνα και μια δεύτερη επικοινωνιακή ζεύξη για λήψη ώστε να μετρηθεί η κατεύθυνση της άφιξης των παλμών απάντησης κάθε αεροσκάφους. Αυτή η τεχνική βελτιώνει την ακρίβεια μέτρησης του αζιμουθίου και επίσης αυξάνει την ικανότητα ακριβούς αποκωδικοποίησης της απάντησης του αεροσκάφους. Με την έλευση της δορυφορικής τεχνολογίας στα τέλη της δεκαετίας του 80 εμφανίστηκε η δυνατότητα χρήσης νέου εξοπλισμού διερεύνησης για τον Έλεγχο της Εναέριας Κυκλοφορίας κυρίως σε περιοχές όπου δεν υπάρχει, ή δεν δύναται να υπάρξει κάλυψη από ραντάρ. Το σύστημα αυτό αρχικά ονομάστηκε FANS (Future Air Navigation System - Μελλοντικό Σύστημα Εναέριας Πλοήγησης) και εξελίχθηκε τα τελευταία χρόνια στο ADS (Automatic Dependant Surveillance Αυτόματη Εξαρτημένη Διερεύνηση). Αυτόματη καθώς δεν απαιτεί περαιτέρω ρυθμίσεις αφ ότου ενεργοποιηθεί ο εξοπλισμός και γίνει δεκτός από το σύστημα του ADS και εξαρτημένη καθώς απαιτεί τη λειτουργία επιπλέον αερομεταφερόμενου εξοπλισμού (όπως στο SSR). Το σύστημα ADS υλοποιεί βασικά μια ζεύξη δεδομένων μέσω της οποίας μεταφέρονται δεδομένα από τα συστήματα πλοήγησης του αεροσκάφους όπως: η θέση, το ύψος και οι προθέσεις (επόμενες θέσεις στον ακολουθούμενο αεροδιάδρομο), προς το Σταθμό Εδάφους. Με αυτή την έννοια η λειτουργία του παρομοιάζεται με αυτή του SSR. Παρ όλα αυτά το ADS κατέστη διαθέσιμο μέσω της δορυφορικής τεχνολογίας αλλά μπορεί να χρησιμοποιήσει επίσης VHF και HF ζεύξεις προς τον Σταθμό Εδάφους. Αυτό οδήγησε σε μια περαιτέρω εφαρμογή της ιδέας του ADS γνωστή ως ADS-B(Broadcast) ADS μετάδοση. Σε αυτή την περίπτωση το αεροσκάφος έχει έναν πομποδέκτη που μπορεί να κάνει χρήση του Mode S, το σημαντικό είναι πως η απάντησή του σε αυτό μπορεί να ληφθεί τόσο από τον Σταθμό Εδάφους, όσο και από άλλα αεροσκάφη. Γίνεται έτσι δυνατή η απεικόνιση πληροφοριών κυκλοφορίας στο πιλοτήριο (CDTI Cockpit Display of Traffic Information). Ένα μελλοντικό σύστημα διερεύνησης είναι το γνωστό ως πολυπλευρικό (multi-lateration). Βασίζεται σε έναν αριθμό απλών Σταθμών Εδάφους που τριγωνομετρούν το σήμα απάντηση ενός συνηθισμένου πομποδέκτη των Mode A/C. Δοκιμές έχουν δείξει υψηλό βαθμό ακρίβειας, επιπλέον το σύστημα έχει το πλεονέκτημα να είναι πολύ πιο απλό και κατά συνέπεια πιο φθηνό όσον αφορά τις εγκαταστάσεις εδάφους σε σχέση με το συμβατικό SSR, ενώ δεν απαιτεί νέο ακριβότερο εξοπλισμό για το αεροσκάφος όπως το σύστημα ADS-B. 12

3. Αρχή Λειτουργίας του Συστήματος SSR 3.1 Χαρακτηριστικά της Κεραίας Εδάφους του SSR Βασική συνιστώσα κάθε συστήματος SSR είναι η κεραία εκπομπής-λήψης του Σταθμού Εδάφους. Χαμηλή απόδοση της κεραίας συνεπάγεται και χαμηλή απόδοση του όλου συστήματος. Η κεραία του Σταθμού Εδάφους (μη μονοπαλμικού ραντάρ) χρησιμοποιεί δύο βασικές ακτίνες, την «ακτίνα ερώτησης» η οποία χαρακτηρίζεται από υψηλό κέρδος και στενό κύριο λοβό με χαμηλούς πλευρικούς λοβούς και την «ακτίνα ελέγχου» η οποία παρουσιάζει μεγαλύτερο εύρος και η απολαβή της είναι μεγαλύτερη από την απολαβή της ακτίνας ερώτησης σε όλες τις διευθύνσεις εκτός από την διεύθυνση του στενού κύριου λοβού στις 0. Η σημασία της «ακτίνας ελέγχου» είναι μεγάλη καθώς υπερκαλύπτει τους πλευρικούς λοβούς της «ακτίνας ερώτησης». Έτσι εμποδίζει την λήψη αυτών από αεροσκάφη που πετάνε αρκετά κοντά στην κεραία, οι απαντήσεις των οποίων σε πλευρικούς λοβούς της «ακτίνας ερώτησης» θα οδηγούσαν σε υπερπληθώρα απαντήσεων με αποτέλεσμα να ανιχνευτεί αριθμός αεροσκαφών μεγαλύτερος του πραγματικού και οι κατευθύνσεις των πραγματικών αεροσκαφών να μετρηθούν λανθασμένα. Σχήμα 5: Διαγράμματα των Ακτινών Ερώτησης (Ιnterrogate Βeam) και Ελέγχου (Control Beam) της Κεραίας 13

3.2 Σήματα Ερώτησης του Σταθμού Εδάφους Το σήμα που εκπέμπεται από τον Σταθμό Εδάφους προς το αεροσκάφος ονομάζεται «σήμα ερώτησης». Αποτελείται από τρεις παλμούς Ρ1, Ρ2 και Ρ3. Οι παλμοί Ρ1 και Ρ3 εκπέμπονται από την «ακτίνα ερώτησης» της κεραίας και η μεταξύ τους χρονική διαφορά προσδιορίζει το περιεχόμενο των δεδομένων που ζητούνται ως απάντηση από τον πομποδέκτη. Ο παλμός Ρ2 εκπέμπεται από την «ακτίνα ελέγχου» της κεραίας του Σταθμού Εδάφους. Βάσει των διαγραμμάτων ακτινοβολίας των ακτινών της κεραίας του Σταθμού Εδάφους παρατηρούμε ότι ο παλμός Ρ2 έχει μεγαλύτερη ισχύ από τον Ρ1 σε όλες τις διευθύνσεις εκτός από αυτή του στενού κύριου λοβού. Μέσω της σύγκρισης των ισχύων των παλμών Ρ1 και Ρ2 ο πομποδέκτης του αεροσκάφους προσδιορίζει αν το σήμα προέρχεται από τον κύριο λοβό ή από τους πλευρικούς. Και κατά συνέπεια αν χρειάζεται να απαντήσει ή όχι. Πραγματοποιείται έτσι η λειτουργία καταστολής των απαντήσεων σε πλευρικούς λοβούς της «ακτίνας ερώτησης» - ISLS (interrogator sidelobe suppression), για την αποφυγή προβλημάτων που αναφέρθηκαν στο 3.1. Κάθε παλμός έχει διάρκεια 0,8 μs. Η χρονική διαφορά μεταξύ των παλμών Ρ1 και Ρ3 καθορίζει όπως ειπώθηκε τον τύπο της ερώτησης (Mode) και μπορεί να πάρει τις παρακάτω τιμές: Πίνακας 1: Χρονική Διαφορά των Παλμών Ρ1-Ρ3 και Περιγραφή Χρήσης για κάθε Τύπο Σήματος Ερώτησης 14

Οι τύποι 1,2 χρησιμοποιούνται μόνο από τη Πολεμική Αεροπορία ενώ οι B, C μόνο από την Πολιτική Αεροπορία, ο τύπος 3/Α είναι κοινός και χρησιμοποιείται για να ζητήσει στοιχεία ταυτότητας της πτήσης τόσο από ένα πολεμικό όσο και από ένα πολιτικό αεροσκάφος. Η Πολεμική Αεροπορία κάνει χρήση επίσης του τύπου 4 (Mode 4) ο οποίος είναι ο πιο ασφαλής τρόπος για τη λειτουργία IFF μιας και χρησιμοποιεί τεχνικές κρυπτογράφησης των δεδομένων που μεταφέρονται στις ζεύξεις ώστε να μην είναι δυνατή η αναγνώριση των δεδομένων από εχθρικά συστήματα καθώς και πιθανή εξαπάτηση από εχθρικό αεροσκάφος που εμφανίζεται ως φίλιο φέροντας υπεξαιρεμένο πομποδέκτη. 3.3 Σήματα Απάντησης του Πομποδέκτη του Αεροσκάφους Το σήμα απόκρισης που εκπέμπει ο πομποδέκτης του αεροσκάφους έχει τη μορφή που φαίνεται παρακάτω στο σχήμα 6. Τα δεδομένα που θα εμπεριέχει το σήμα της απάντησης (reply signal) καθορίζονται από τον τύπο (Mode) του σήματος ερώτησης (interrogation signal) που έλαβε ο πομποδέκτης. Σχήμα 6: Τυποποίηση Παλμών για τη Σύνθεση ενός Σήματος Απόκρισης Οι παλμοί F1και F2 ονομάζονται παλμοί πλαισιοδότησης και είναι παρόντες σε κάθε απάντηση. Υπάρχει και ο παλμός SPI (special position indicator ειδικός δείκτης θέσης), μετά τον F2, ο οποίος όμως χρησιμοποιείται περιστασιακά. Οι απαντήσεις είναι του τύπου: ABCD, ονομάζεται κωδικός Squawk, όπου A,B,C,D είναι οκταδικές μεταβλητές που κωδικοποιούν τα δεδομένα και συνολικά συνιστούν 12 παλμούς όπως φαίνεται στο σχήμα 6. Η κάθε οκταδική μεταβλητή μπορεί να λάβει τις τιμές 0,1,2 ή 4 (4 τιμές) και έτσι υπάρχουν συνολικά 4096 συνδυασμοί διαφορετικών απαντήσεων, δεν χρησιμοποιούνται όμως και οι 4096 συνδυασμοί για κάθε τύπο απάντησης. Στον παρακάτω πίνακα φαίνεται πόσοι συνδυασμοί χρησιμοποιούνται για να συνθέσουν απαντήσεις σε ερωτήσεις των τύπων Mode 1, Mode2, Mode3/A και Mode C. 15

Τύπος 1 32 συνδυασμοί Όλοι οι παλμοί C, D καθώς και ο B4 δεν χρησιμοποιούνται Τύπος 2 4096 συνδυασμοί Τύπος 3/Α 4096 συνδυασμοί Τύπος C 2048 συνδυασμοί Ο παλμός D1 δεν χρησιμοποιείται Πίνακας 2: Αριθμός Συνδυασμών Σημάτων Απάντησης που χρησιμοποιούνται για κάθε Τύπο Σήματος Ερώτησης. Ο κωδικός Squawk δίνεται σε κάθε αεροσκάφος από τους ελεγκτές εναέριας κυκλοφορίας για την αναγνώριση του αεροσκάφους και αποτελεί μοναδικό για κάθε αεροσκάφος. Αυτό δίνει την δυνατότητα εύκολης αναγνώρισης του αεροσκάφους στο ραντάρ. Η προέλευση του ονόματος Squawk έ χει τις ρίζες του από το σύστημα IFF του δευτέρου παγκοσμίου πολέμου που τότε είχε την κωδική ονομασία Parrot(Παπαγάλος). Σήμερα το Parrot αναφέρεται αποκλειστικά για το IFF. Χρησιμοποιείται ο έλεγχος parrot ο οποίος αποτελεί μέρος της επιθεώρησης του διαδρόμου απογείωσης που γίνεται την τελευταία στιγμή πριν την απογείωση ή μετά την απογείωση. Υπάρχουν ακόμα και οι κωδικές ονομασίες parrot sweet (γλυκός παπαγάλος) και parrot sour (ξινός παπαγάλος) σε μία πραγματική αποστολή το αεροσκάφος πρέπει να εγκαταλείψει όταν είναι ξινό αλλιώς κινδυνεύει να δεχτεί φιλικά πυρά. Άλλες μοντέρνες χρήσεις του όρου parrot χρησιμοποιούνται για να αναφερθούν σε έναν transponder που βρίσκετε τοποθετημένος σε ένα σταθερό σημείο στις εγκαταστάσεις των ραντάρ και χρησιμεύει για την διενέργεια δοκιμαστικών ελέγχων για το εύρος και την κατευθυντική ακρίβεια της εγκατάστασης. Κωδικοί ρουτίνας 0000 : Στρατιωτικός κωδικός αναχαίτισης(στις Η.Π.Α.) Mode C ή κάποια άλλη δυσλειτουργία του SSR(Στο Ηνωμένο Βασίλειο) Δεν πρέπει να χρησιμοποιείται αποτελεί μη διακριτό κώδικα Mode A (Στην Ευρώπη) 0001 : Στρατιωτικός κωδικός για μη ελεγχόμενη(από τη ΕΕΚ) υψηλής ταχύτητας πτήση (Η.Π.Α.) 0033 : Πτώση αλεξιπτωτιστών σε εξέλιξη (Ηνωμένο Βασίλειο) 1000 : Πτήση IFR κάτω από τα 2000 πόδια όταν δεν έχει δοθεί άλλος κωδικός (Καναδάς) Μη διακριτός κώδικας mode A που φυλάσσεται για μελλοντική χρήση στο mode S στο περιβάλλον του ραντάρ όταν η αναγνώριση του αεροσκάφους θα χρησιμοποιείται για να συσχετιστεί με το πλάνο πτήσης αντί του κώδικα mode C. 1400 : VFR πτήση πάνω από τα 12,500 ASL όταν δεν έχει δοθεί προηγουμένως άλλος κωδικός(καναδάς) 2000 : Κωδικός που πρέπει να δοθεί από τον πιλότο όταν εισέρχεται από περιοχή χωρίς δευτερεύον ραντάρ διερεύνησης σε περιοχή με δευτερεύον ραντάρ διερεύνησης (Χρησιμοποιείται σαν κωδικός Squawk για μη ελεγχόμενες IFR πτήσεις στις ICAO χώρες και στον Καναδά για μη IFR ελεγχόμενες πτήσεις πάνω από τα 18,000 ) 4000 : Αεροσκάφος σε VFR στρατιωτική διαδρομή εκπαίδευσης η αεροσκάφος που ζητάει επανειλημμένα και απότομα αλλαγές στο ύψος(η.π.α.) 16

4400 έως 4477 : Διατηρούνται για χρήση από SR-71, YF-12, U-2 και B-57, πτήσεις στρατόσφαιρας, και αεροπορικές αποστολές πάνω από το FL600 (Μόνο στις Η.Π.Α.). 4600 : Σκόπιμη OCF ή ακροβατική πτήση(η.π.α.) 5000 : Αεροσκάφος σε στρατιωτική επιχείρηση. 7000 : VFR στάνταρτ κωδικός Squawk όταν δεν έχει δοθεί προηγούμενος άλλος κωδικός(ιcao) Ην.Βασ. : Αυτός ο κωδικός δεν υπαινίσσεται VFR, ο κωδικός 7000 αποτελεί γενικό κωδικό ευκρίνειας. 7001 : Ξαφνική στρατιωτική αναρρίχηση εκτός του ελαχίστου επιπέδου για επιχειρήσεις(ηνωμένο Βασίλειο). Χρησιμοποιείται σε κάποιες χώρες για να προσδιοριστεί η κίνηση VFR (Γαλλία, ) 7004 : Ακροβατικά και κώδικας επίδειξης σε κάποιες χώρες. 7010 : Κωδικός διαδρομής κίνησης VFR στο Ηνωμένο Βασίλειο. 707Χ : Ρίψεις με αλεξίπτωτο(paradrop activities) στην Γαλλία 7777 : Στρατιωτική αναχαίτιση (Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει πιλότος πολιτικού αεροσκάφους να λειτουργήσει τον transponder στον κωδικό 7777, ο κωδικός αυτός χρησιμοποιείται αποκλειστικά για στρατιωτικές επιχειρήσεις αναχαίτισης) Μη διακριτός κωδικός που χρησιμοποιείται από σταθερούς transponders ελέγχου για να δοκιμάσουν την σωστή λειτουργία των σταθμών ραντάρ (H.Π.Α., Γερμανία, Ολλανδία, ) Στο Βέλγιο έχουν παραχωρηθεί από την VFR οι παρακάτω κωδικοί υπό την Υπηρεσία Πληροφοριών Πτήσεων. Κωδικοί από 0041 έως 0057 Στη Γερμανία χρησιμοποιούνται οι παρακάτω κώδικες 0021 : VFR κωδικός Squawk για τον γερμανικό εναέριο χώρο (5000 πόδια και κάτω) 0022 : VFR κωδικός Squawk για τον γερμανικό εναέριο χώρο (πάνω από τα 5000 πόδια) Από τον Μάρτιο του 2007 όμως οι κωδικοί αυτοί άλλαξαν και εναρμονίστηκαν με τον διεθνή κωδικό 7000 για πτήσεις VFR. Οι περισσότεροι από τους παραπάνω κώδικες μπορούν να επιλεγούν από τον πιλότο όποτε και εάν το επιτρέπουν οι συνθήκες χωρίς να είναι απαραίτητη η άδεια από τον ΕΕΚ. Άλλοι κώδικές παραχωρούνται γενικά από τον ΕΕΚ. Για IFR πτήσεις οι κωδικοί Squawk παραχωρούνται ως μέρος της άδειας αναχώρησης και παραμένουν οι ίδιοι καθ όλη την διάρκεια της πτήσης. Σε μη ελεγχόμενο εναέριο χώρο ο αριθμός squawk είναι 1200 για τις Η.Π.Α. και 7000 για την Ευρώπη ενώ μόλις το αεροσκάφος εισέλθει σε ελεγχόμενο εναέριο χώρο ο ΕΕΚ θα τους παραχωρήσει έναν συγκεκριμένο και μοναδικό αριθμό Squawk. Όταν υπάρχει αλλαγή συχνότητας για παράδειγμα επειδή εξέρχεται από ελεγχόμενο εναέριο χώρο ή αλλάζουν ΕΕΚ ο κωδικός Squawk πρέπει να επαναπροσδιοριστεί. Για να αποφευχθεί η σύγχυση για τους παραχωρημένους κωδικούς Squawk, ο ΕΕΚ δίνει ένα μπλοκ από κωδικούς, που δεν συμπίπτουν με αυτούς γειτονικών ΕΕΚ, η παραχώρηση τους είναι στη αρμοδιότητα των εκάστοτε ΕΕΚ. 17

Ο βασικός τύπος ερώτησης είναι ο Mode 3/Α, κοινός για την Πολεμική και την Πολιτική Αεροπορία. Χρησιμοποιείται για γενική αναγνώριση με τον αριθμό της πληροφορίας ταυτότητας να σχηματίζεται από τις οκταδικές τιμές ABCD. Βάσει διεθνούς συμφωνίας συγκεκριμένοι συνδυασμοί ABCD προσδιορίζουν τον τύπο της πτήσης, την προέλευση ή τον προορισμό του αεροσκάφους. Τρεις συγκεκριμένοι κώδικες ABCD χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για να δηλώσουν συνθήκες συναγερμού. Συγκεκριμένοι συνδυασμοί ABCD υπάρχουν επίσης για να υποδηλώσουν καταστάσεις συναγερμού πολεμικών αεροσκαφών. (Πίνακας 3) Κωδικός ABCD Συνθήκη συναγερμού 7700 Επείγουσα κατάσταση 7600 Απώλεια ασυρμάτου 7500 Αεροπειρατεία Πίνακας 3: Κωδικοί ABCD για Δήλωση Συνθηκών Συναγερμού Αυτοί οι ειδικοί κώδικες είναι μεγάλης σημασίας καθώς δηλώνουν συγκεκριμένες δυσκολίες στις αρχές εδάφους για συνθήκες υπό τις οποίες ο πιλότος μπορεί να μη δύναται να επικοινωνήσει χρησιμοποιώντας τα συνήθη κανάλια φωνής. Επίσης στην περίπτωση της απάντησης σε Mode3/A μπορεί να προστεθεί έναν επιπλέον παλμός στην υπάρχουσα παλμοσειρά. Αυτός είναι ο SPI παλμός (ειδικός ενδείκτης θέσης) και εκπέμπεται 4,35 μs μετά τον παλμό F2. Η εκπομπή του είναι ελεγχόμενη από τον πιλότο μέσω ενός διακόπτη στη μονάδα ελέγχου του πομποδέκτη. Με το πάτημα αυτού του διακόπτη ενεργοποιείται η εκπομπή του παλμού SPI για περίπου 20 s και για αυτό το διάστημα όλες οι απαντήσεις σε Mode3/A συνοδεύονται από αυτόν. Συνήθως μεταδίδεται μόνο κατόπιν αίτησης του ελεγκτή εναέριας κυκλοφορίας ο οποίος μπορέι να τον χρησιμοποιήσει για λειτουργίες περαιτέρω αναγνώρισης. Ο επόμενος περισσότερο χρησιμοποιούμενος τρόπος είναι ο ModeC ο οποίος χρησιμοποιείται για να πληροφορηθεί ο Σταθμός Εδάφους το ύψος του αεροσκάφους όπως αυτό καταδεικνύεται από βαρόμετρου κενού. Μόνο 11 παλμοί χρησιμοποιούνται για να συνθέσουν την απάντηση σε ModeC, καθώς ο παλμός D1 παραλείπεται, παρ όλα αυτά οι 2048 προκύπτοντες συνδυασμοί είναι αρκετοί για να κωδικοποιήσουν το ύψος από τα -1000 πόδια στα +121000 πόδια με βήμα 100 ποδών. Η αντιστοίχηση ύψους κωδικού Squawk γίνεται βάσει της κωδικοποίησης Gillham που δίνεται στο παράρτημα. 3.4 Προβλήματα του Συστήματος SSR Τα προβλήματα του συστήματος του SSR μπορούν γενικά να χωρισθούν σε δύο κατηγορίες: α) σε σφάλματα ως προς την ανίχνευση των αεροσκαφών και β) σε σφάλματα ως προς την αποκωδικοποίηση των δεδομένων. Οι αιτίες για αυτά τα σφάλματα μπορούν επίσης να καταχωρηθούν σε δύο ομάδες: 1) σε αυτές που οφείλονται σε φαινόμενα αμοιβαίας παρεμβολής και 2) σε αυτές που δημιουργούνται εξ αιτίας φαινομένων πολυόδευσης των σημάτων. Η αμοιβαία παρεμβολή συμβαίνει επειδή όλα τα συστήματα SSR χρησιμοποιούν τις ίδιες συχνότητες, 1030 MHz για την άνω ζεύξη και 1090MHz για την κάτω ζεύξη. Προφανώς ένας πομποδέκτης μπορεί να απαντήσει σε ένα μόνο σήμα ερώτησης κάθε φορά. Η εκπομπή της απάντησης διαρκεί 20.8 μs και ακολουθεί ένα διάστημα 60 με 125 μs το μέγιστο, έως ότου να επανέλθουν ο πομπός και η τροφοδοσία, εντός του οποίου ο πομποδέκτης δεν δύναται να στείλει δεύτερη απάντηση. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως κατάληψη (capture) και οδηγεί σε απώλεια απαντήσεων προς κάποια σήματα ερώτησης. Τυπικές τιμές για τις πιθανότητες απάντησης του πομποδέκτη είναι της τάξης του 90% με 95%, παρ ότι για σχεδιαστικούς σκοπούς υποτίθενται πιθανότητες της τάξεως του 80% ή και χαμηλότερες. Ένα παρόμοιο φαινόμενο συμβαίνει όταν ένας πομποδέκτης λαμβάνει σήμα ερώτησης από έναν πλευρικό λοβό της κεραίας, με τον παλμό Ρ2 να 18

είναι πιο ισχυρός από τον παλμό Ρ1, οπότε η δυνατότητα απάντησης του πομποδέκτη καταστέλλεται για ένα χρονικό διάστημα μεταξύ 25 και 35 μs. Η δυνατότητα των πομποδεκτών να στέλνουν απαντήσεις περιορίζεται δεδομένου του μεγέθους τους από την ικανότητα απομάκρυνσης της θερμότητας που αναπτύσσεται στον εξοπλισμό. Περιέχουν ένα κύκλωμα απευαισθητοποίησης το οποίο μπαίνει σε λειτουργία όταν μέσος ρυθμός απάντησης υπερβεί μια προκαθορισμένη τιμή, συνήθως μεταξύ 1200 και 2400 απαντήσεων ανά δευτερόλεπτο. Έτσι μειούμενης της ευαισθησίας του δέκτη περιορίζεται ο ρυθμός απάντησης και κατά συνέπεια η κατανάλωση ισχύος. Μέσω της απευαισθητοποίησης του δέκτη, τα αδύναμα σήματα ερώτησης από τους πιο μακρινούς Σταθμούς Εδάφους δεν εξυπηρετούνται ενώ κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει με τα σήματα των πιο κοντινών SSR. Εθνικές Αρχές συνήθως ρυθμίζουν την χρήση των συστημάτων SSR έτσι ώστε να μην υποβαθμίζεται η απόδοση του συστήματος εξ αιτίας πολύ μεγάλου ρυθμού αποστολής σημάτων ερώτησης (overinterrogation) και υπερβολικού ρυθμού λήψης λανθασμένων απαντήσεων μη συγχρονισμένων με την μετάδοση του πομπού εδάφους, FRUIT - (False Replies Unsynchronized with Interrogator Transmission). Έτσι οι χειριστές του Σταθμού Εδάφους είναι εξουσιοδοτημένοι για χρήση περιορισμένης ισχύος εκπομπής του δέκτη, όχι περισσότερης από την απαραίτητη για την επίτευξη του απαιτούμενου εύρους κάλυψης και περιοριζόμενοι στην ελάχιστη πρακτική συχνότητα επανάληψης παλμών. Παρατηρείται λοιπόν ότι μπορεί να μην λάβει ο Σταθμός Εδάφους του SSR τον προβλεπόμενο αριθμό απαντήσεων. Μπορεί μάλιστα να λάβει μεγαλύτερο αριθμό απαντήσεων λόγω του φαινομένου FRUIT, όπως αναφέρθηκε νωρίτερα, από απαντήσεις αεροσκαφών σε σήματα ερώτησης Σταθμών Εδάφους γειτονικών περιοχών. Όσο οι λανθασμένες απαντήσεις FRUIT είναι μικρές σε αριθμό τόσο αυξάνεται το ποσοστό επιτυχούς εύρεσης του αζιμουθίου του αεροσκάφους, μιας και στα μη μονοπαλμικά SSR αυτό προσδιορίζεται μέσω της τεχνικής του κυλιόμενου παραθύρου, που απαιτεί ακριβείς μετρήσεις της διεύθυνσης της κεραίας κατά την λήψη της πρώτης και της τελευταίας απάντησης από το αεροσκάφος. Πρέπει λοιπόν να μην υπάρχει σύγχυση λόγω υπερβολικών απαντήσεων. Τότε ο μέσος όρος των δύο μετρημένων διευθύνσεων μας δίνει την πραγματική διεύθυνση του αεροσκάφους. Σχήμα 7: υπολογισμός της διεύθυνσης του αεροσκάφους μέσω της τεχνικής του κυλιόμενου παραθύρου 19

Επίσης σημαντικό πρόβλημα είναι αυτό της εμφάνισης πολλών πιθανών απαντήσεων που μπορεί να οδηγήσει σε εξαγωγή λανθασμένων πληροφοριών, οφείλεται στην επικάλυψη σημάτων απάντησης διαφορετικών αεροσκαφών που στην είσοδο του δέκτη εμφανίζονται ως ένα αθροιστικό σήμα που έχει διαστρεβλώσει (garbling) τις αρχικές απαντήσεις. Από το σχήμα 8 παρατηρούμε ότι προκύπτουν τέσσερις πιθανές απαντήσεις λαμβάνοντας υπ όψιν την χρονική διαφορά των 20,3 μs μεταξύ των παλμών F1 και F2. Οι δύο ενδιάμεσες πιθανές απαντήσεις παρατηρούμε ότι προκύπτουν από τον τυχαίο χρονισμό μεταξύ των παλμών δεδομένων της δύο ορθών απαντήσεων, πρώτης και τελευταίας. Αυτές οι ενδιάμεσες απαντήσεις μπορεί να εξαπατήσουν το σύστημα καθώς αντιπροσωπεύουν αεροσκάφη τα οποία στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν. Αυτοί οι λανθασμένοι συνδυασμοί παλμών ως πιθανές απαντήσεις είναι γνωστές ως φαντάσματα (phantoms). Σχήμα 8: παράδειγμα δημιουργίας πολλαπλών απαντήσεων Άλλοι τύποι αμοιβαίας παρεμβολής δεν έχουν να κάνουν με απαντήσεις διαφορετικών αεροσκαφών αλλά προέρχονται από αυτοαναίρεση εξ αιτίας της παρουσίας πολλαπλών οδών για το σήμα της απάντησης. Η πολυόδευση είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει την πολλαπλότητα των οδών διέλευσης του σήματος μεταξύ πομπού και δέκτη. Ένα από αυτά τα μονοπάτια είναι συνήθως η απ ευθείας οδός οπτικής επαφής μεταξύ της κεραίας του SSR και του πομποδέκτη του αεροσκάφους, και αντιστρόφως. Επιπλέον μονοπάτια μπορούν να προκύψουν λόγω ανακλάσεων στον παρακείμενο του Σταθμού Εδάφους χώρο, όπως μεγάλα κτίρια, αλυσιδωτοί φράχτες ή ιστοί κεραιών. 3.5 Μονοπαλμικό Ραντάρ Τα προαναφερθέντα προβλήματα του SSR ήρθε να λύσει σε μεγάλο βαθμό το μονοπαλμικό SSR (monopulse SSR) καθώς επιτυγχάνει μέτρηση ακριβείας της γωνίας αφίξεως του σήματος, πιο ειδικά, έχει την ικανότητα προσδιορισμού της γωνίας άφιξης ενός μονού παλμού απάντησης. 20

Σχήμα 9: Διάγραμμα ακτινοβολίας μονοπαλμικού ραντάρ που αποτελείται από την ακτίνα ερώτησης ή ακτίνα αθροίσματος,(sum-interrogate beam) ακτίνα διαφοράς (difference beam) και ακτίνα ελέγχου (control beam). Από το διάγραμμα ακτινοβολίας της κεραίας ενός μονοπαλμικού SSR παρατηρούμε ότι χρησιμοποιείται και μια τρίτη ακτίνα, γνωστή ως ακτίνα διαφοράς (difference beam), μαζί με τις ακτίνες ερώτησης και ελέγχου. Η ακτίνα ερώτησης ονομάζεται σε αντίθεση με την ακτίνα διαφοράς και ως ακτίνα αθροίσματος (sum beam). Η έξοδος του καναλιού διαφοράς από την κεραία συνδέεται σε ένα ξεχωριστό κανάλι λήψης. Σχήμα 10: Μεγέθυνση των ακτινών αθροίσματος και διαφοράς κοντά στο κέντρο του κύριου λοβού της ακτίνας. 21

Από το σχήμα 10 παρατηρούμε ότι κοντά στο κέντρο της ακτίνας υπάρχει ένα κεντρικό στενό βύθισμα που καταλήγει στο μηδέν. Εάν λοιπόν ένα σήμα απάντησης ληφθεί κοντά στη μια πλευρά του κέντρου της ακτίνας, το σήμα θα ανιχνευθεί από αμφότερα τα κανάλια αθροίσματος και διαφοράς της κεραίας. Έτσι μετρώντας την ένταση του σήματος τόσο στο κανάλι αθροίσματος όσο και στο κανάλι διαφοράς καθίσταται δυνατός ο προσδιορισμός της θέσης της απάντησης στη δέσμη των ακτινών. Οι ακτίνες της κεραίας είναι συμμετρικές περί το κέντρο, οπότε και ο λόγος του σήματος αθροίσματος προς το σήμα διαφοράς είναι ίδιος πέριξ του κέντρου της δέσμης. Η πλευρά του κέντρου της δέσμης στην οποία λαμβάνεται το σήμα προσδιορίζεται μετρώντας τις σχετικές φάσεις μεταξύ των σημάτων αθροίσματος και διαφοράς, καθώς μεταβάλλεται κατά 180 από τη μία μεριά στην άλλη. Η εφαρμογή των μονοπαλμικών τεχνικών εύρεσης διεύθυνσης παρέχει λοιπόν μια ακριβή μέθοδο μέτρησης του αζιμουθίου του αεροσκάφους. Επίσης συμβάλλει στην αποκωδικοποίηση επικαλυπτόμενων απαντήσεων αναγνωρίζοντας ξεχωριστά τη διεύθυνση άφιξης κάθε παλμού απάντησης. Αυτό επιτυγχάνεται με την πρόσθεση των σημάτων αθροίσματος και διαφοράς. Σχήμα 11: Χρήση του Σήματος του Καναλιού Διαφοράς στην Αποκωδικοποίηση Σύνθετων Απαντήσεων. Το σήμα από το κανάλι διαφοράς της κεραίας έχει αξία για τον προσδιορισμό του αριθμού των απαντήσεων και για την διευκρίνιση του ποιος παλμός ανήκει σε ποια απάντηση. 22

4. Σύστημα Ερώτησης -Απόκρισης Το σύστημα ερώτησης-απόκρισης (interrogator system : σύστημα ερώτησης για την ακρίβεια) ουσιαστικά αποτελεί έναν πομποδέκτη που σε πρώτη φάση κωδικοποιεί τον τύπο της ερώτησης και τον στέλνει στην κεραία για την άνω ζεύξη (λειτουργία πομπού σύστημα ερώτησης), ενώ σε δεύτερη φάση δέχεται μέσω της κεραίας την κωδικοποιημένη απάντηση του αεροσκάφους (λειτουργία δέκτη σύστημα απόκρισης) και την στέλνει στον εξαγωγέα διαγράμματος για αποκωδικοποίηση και επεξεργασία. 4.1 Γεννήτρια Ερωτήσεων (Mode generator) Η γεννήτρια των ερωτήσεων ελέγχει τον χρονισμό των λειτουργιών πομπού και δέκτη και μέσω αυτών του εξαγωγέα διαγράμματος. Ο χρονισμός επιτυγχάνεται συχνά μέσω εσωτερικού ρολογιού ή άλλες φορές συγχρονίζεται με μια εξωτερική πηγή σκανδαλισμού, όπως με το σχετιζόμενο πρωτεύον ραντάρ. 4.1.1 Προγράμματα Διαπλοκής Ερωτήσεων Τα αεροσκάφη παρέχουν διαφορετικά δεδομένα απάντησης ανάλογα με τον τύπο της ερώτησης του πομπού εδάφους. Οι τύποι ερωτήσεων που συνήθως χρησιμοποιούνται είναι οι ακόλουθοι: Mode 3/A Τύπος ερώτησης Χρήση Κοινός τύπος για αναγνώριση πολεμικού ή πολιτικού αεροσκάφους Mode C Τύπος για το επίπεδο πτήσης Mode 1, Mode 2 Τύποι για αναγνώριση πολεμικών αεροσκαφών Πίνακας 4: Συχνά χρησιμοποιούμενοι τύποι ερωτήσεων και η χρήση τους. Προφανώς ένας μόνο τύπος μπορεί να μεταδίδεται κάθε φορά αλλά γίνεται να εξυπηρετηθούν πολλοί τύποι εάν τους εναλλάσσουμε βάσει ενός προρυθμισμένου προγράμματος διαπλοκής. Συνηθισμένο πρόγραμμα διαπλοκής είναι αυτό που εναλλάσσει την εκπομπή μεταξύ των τύπων A και C π.χ: A,C-A,C-A,C.., έτσι αναμένονται με ίση πιθανότητα δεδομένα ταυτότητας και ύψους. Αν θέλουμε να πραγματοποιήσουμε αναγνώριση και πολεμικού αεροσκάφους μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα πρόγραμμα διαπλοκής τριών τύπων π.χ.: A,C,2-A,C,2-A,C,2... Ωστόσο αυξανομένου του αριθμού των τύπων που συμμετέχουν στη διαπλοκή μειώνεται ο αριθμός των αεροσκαφών που μπορούν να απαντήσουν σε όλους τους τύπους, με αποτέλεσμα να μην έχουμε επαρκή αριθμό απαντήσεων για την αποτελεσματική αναγνώριση μεγάλου αριθμού αεροσκαφών. Συνήθης λύση είναι να δημιουργήσουμε μια διαπλοκή τριών τύπων αλλά σε κάθε περιστροφή της κεραίας να εναλλάσσουμε έναν τύπο. 4.1.2 Προδιαγραφές Παλμοσειρών Ερωτήσεων Στον παρακάτω πίνακα δίνονται οι προδιαγραφές της παλμοσειράς για κάθε τύπο ερώτησης. Βάσει αυτών μορφοποιείται η τελική παλμοσειρά ραδιοσυχνότητας, αλλά πρέπει να ληφθούν υπ όψιν και ανοχές ως προς τη διάρκεια λόγω καθυστερήσεων που εισάγει ο διαμορφωτής και τα 23

διάφορα στάδια επεξεργασίας του ραδιοσήματος. Τα χρονικά διαστήματα μεταξύ των παλμών είναι πιο αυστηρά από τα αντίστοιχα που προβλέπει ο ICAO ώστε να υπάρχει κάποιο περιθώριο για υποβάθμιση από θόρυβο και παρεμβολές πολυόδευσης. Οι χρόνοι ανόδου και καθόδου του παλμού μπορούν να επαληθευθούν με άμεση μέτρηση χρησιμοποιώντας έναν βαθμονομημένο ανιχνευτή και έναν παλμογράφο. P1, P2, P3 παλμοί Διάρκεια παλμού Χρόνος ανόδου Χρόνος καθόδου 0.8 ± 0.1 μs 0.05 μs, 0.1 μs 0.05 μs, 0.2 μs Απόσταση τύπου ερώτησης Τύπος ερώτησης Διαχωρισμός P1- Διαχωρισμός P1- P2 P3 1 2 ± 0.1 μs + 0.1 3 0.05 μs 2 2 ± 0.1 μs 5 ± 0.1 μs 3/A 2 ± 0.1 μs 8 ± 0.1 μs B 2 ± 0.1 μs 17 ± 0.1 μs C 2 ± 0.1 μs 21 ± 0.1 μs D 2 ± 0.1 μs 25 ± 0.1 μs Πίνακας 5: Προδιαγραφές παλμοσειρών τύπων ερώτησης 4.1.3 Συχνότητα Επανάληψης Ερωτήσεων Πομπού Εδάφους Οι ερωτήσεις του πομπού εδάφους του SSR μπορούν να μεταδοθούν με μια σταθερή συχνότητα επανάληψης παλμών με ίσα χρονικά διαστήματα μεταξύ των διαδοχικών ερωτήσεων. Παρ όλα αυτά, αυτή η απλή διευθέτηση μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα, όπως η απάντηση σε δεύτερο χρόνο και η σύλληψη ομάδας. Απάντηση σε δεύτερο χρόνο έχουμε όταν ένα αεροσκάφος απαντάει πέρα από το επιχειρησιακό εύρος του SSR. Οι απαντήσεις του θα καθυστερήσουν πολύ σε σχέση με την διέγερση του δέκτη και μπορεί να ληφθούν αφού μεταδοθεί η επόμενη ερώτηση. Οι απαντήσεις θα συγχρονιστούν με την επόμενη ερώτηση και το αεροσκάφος θα εμφανιστεί σε μια λανθασμένη θέση με αποτέλεσμα να προκληθεί σύγχυση στον ελεγκτή εναέριας κυκλοφορίας. Όταν ο πομποδέκτης του αεροσκάφους δέχεται μια ερώτηση από τον πομπό εδάφους, είναι απασχολημένος από την απάντηση και από τον απαραίτητο για την επαναφορά του χρόνο. Αυτό το χρονικό διάστημα, κατά την διάρκεια του οποίου ο πομποδέκτης του αεροσκάφους δεν δύναται να απαντήσει σε άλλη ερώτηση, τυπικά διαρκεί 70 μs αλλά μπορεί και να επιμείνει με μέγιστο τα 145 μs. Εάν ένα αεροσκάφος βρίσκεται μέσα στο εύρος ενός δεύτερου SSR με παρόμοια συχνότητα επανάληψης ερωτήσεων, τότε το ένα SSR μπορεί να μη δεχτεί απαντήσεις για έναν αξιόλογο αριθμό ερωτήσεων του πομπού εδάφους. Τα προβλήματα συγχρονισμού σε μια επόμενη ερώτηση με την απάντηση σε δεύτερο χρόνο και με την σύλληψη ομάδας με παρόμοιο συγχρονισμό με έναν άλλο πομπό εδάφους μπορούν να αποφευχθούν εάν η περίοδος των ερωτήσεων υπόκειται σε μια μικρή τυχαία επιλογή. Ένα απλό πρόγραμμα τυχαίας επιλογής είναι να μεταβάλλεται η περίοδος μεταξύ των ερωτήσεων κατά 0%, - 24

5%, +5%, 0%, -5% κλπ. Ένα πιο πολύπλοκο πρόγραμμα μπορούσε να κάνει αλλαγές μεταξύ διαφόρων περιόδων χρησιμοποιώντας μια ψευδό-τυχαία ακολουθία. 4.1.4 Η Χρήση του Διακόπτη Ραδιοσυχνότητας Ο παλμός P2 της ερώτησης εκπέμπεται μέσω της ακτίνας ελέγχου της κεραίας, ενώ οι παλμοί P1 και P3 εκπέμπονται από την κύρια ακτίνα. Και οι τρεις παλμοί μπορούν να παραχθούν από μονή αλυσίδα ενισχυτών εκπομπής και οι διάφοροι παλμοί να οδηγούνται στην κατάλληλη ακτίνα της κεραίας. Εάν είναι επιθυμητό ο διακόπτης ραδιοσυχνότητας μπορεί να τοποθετηθεί πάνω από την άρθρωση περιστροφής της κεραίας ώστε να απαιτεί ένα μόνο SSR κανάλι στην άρθρωση. Παρ όλο που οι διακόπτες ραδιοσυχνότητας μπορούν να κατασκευαστούν με πολύ χαμηλούς ρυθμούς απωλειών, μερικοί χρήστες προτιμούν να εμπεριέχουν δύο κανάλια στην περιστρεφόμενη άρθρωση έτσι ώστε ο διακόπτης ραδιοσυχνότητας να μπορεί να τοποθετηθεί στο ερμάριο της συσκευής του πομπού εδάφους όπου προστατεύεται από ακραίες περιβαλλοντολογικές συνθήκες και παρέχει ευκολότερη πρόσβαση. Στην περίπτωση ενός μονοπαλμικού SSR, απαιτούνται τρία κανάλια στην περιστρεφόμενη άρθρωση για την επεξεργασία της απάντησης. Ένας μονός ενισχυτής εκπομπής και ένας διακόπτης ραδιοσυχνότητας ίσως να μην είναι πρακτικοί εάν επιχειρείται βελτιωμένη καταστολή των πλευρικών λοβών (IISLS) ή εάν πρόκειται να υπάρξει διευθέτηση για μελλοντική προσθήκη του τύπου ερώτησης S (Mode S). Ο έλεγχος του διακόπτη ραδιοσυχνότητας είναι άλλη μια λειτουργία της γεννήτριας των τύπων ερώτησης, ωστόσο όταν ο διακόπτης είναι τοποθετημένος πάνω από την περιστρεφόμενη άρθρωση, η λειτουργία του διακόπτη διεγείρεται από την ανίχνευση των εκπεμπόμενων παλμών ραδιοσυχνότητας. 4.1.5 Σήματα Σκανδαλισμού για Εξωτερική Χρήση Η γεννήτρια των τύπων ερώτησης παράγει επίσης και έναν αριθμό διεγέρσεων που χρησιμοποιούνται από άλλους εξοπλισμούς. Ο πιο σημαντικός αυτών είναι το σύστημα διέγερσης του εξαγωγέα διαγραμμάτων. Ο εξαγωγέας διαγραμμάτων έχει να κάνει κυρίως με την ανίχνευση και την επεξεργασία των απαντήσεων των αεροσκαφών, και προκειμένου να εκτελέσει αυτές τις λειτουργίες ο συγχρονισμός του με τον πομπό είναι απαραίτητος. Μετά την λήψη της διέγερσης από την γεννήτρια των τύπων ερώτησης, ο εξαγωγέας διαγραμμάτων μετράει το χρονικό διάστημα μεταξύ των παλμών P1 και P3 για να καθορίσει τον τύπο της ερώτησης και για να συγχρονίσει το ρολόι του με την οδηγούσα κορυφή του παλμού P3. Ένας τυπικός χρόνος για το σύστημα διέγερσης είναι 30 μs πριν την μετάδοση του P3 έτσι ώστε να προηγείται της μετάδοσης του P1 ακόμα και για την περίπτωση της ερώτησης τύπου D. 4.2 Πομπός 4.2.1 Έλεγχος Συχνότητας Ο έλεγχος της συχνότητας του πομπού χωρίς μεταβολές χρησιμοποιεί έναν τύπο διεγέρτη ελεγχόμενο από κρύσταλλο. Η απαιτούμενη συχνότητα των 1030 MHz είναι πολύ υψηλή για έναν ταλαντωτή κρυστάλλου χαλαζία ώστε να λειτουργεί απευθείας. Μια μέθοδος για να παράγεται σταθερή συχνότητα των 1030 MHz είναι να χρησιμοποιηθεί ένας κρύσταλλος χαλαζία σε χαμηλότερη συχνότητα και να πολλαπλασιάσουμε τη συχνότητα στα 1030 25

MHz. Μια τυπική προσέγγιση θα ήταν να ξεκινήσουμε στα 114.444 MHz και να πολλαπλασιάζουμε με ένα βήμα. Έπειτα ένα ζωνοδιαβατό φίλτρο επιλέγει την ενάτη αρμονική των 1030 MHz. Προφανώς πρέπει να δοθεί προσοχή στον σχεδιασμό του φίλτρου ώστε να απορρίπτει τις υπόλοιπες αρμονικές, ιδίως την όγδοη και την δέκατη καθώς η παρουσία τους μπορεί να οδηγήσει σε πλαστές αποκρίσεις στον δέκτη. Μια εναλλακτική μέθοδος παραγωγής της απαιτούμενης συχνότητας των 1030 MHz είναι να χρησιμοποιήσουμε έναν ταλαντωτή ελεγχόμενο από τάση (VCO, voltage-controlled oscillator) ο οποίος λειτουργεί στα 1030 MHz, ο οποίος είναι κλειδωμένος σε μια πηγή χαμηλότερης συχνότητας ελεγχόμενης από κρύσταλλο. Η μέθοδος αυτή αποφεύγει την απαίτηση για ένα πολύ απότομο φίλτρο, όπως στη περίπτωση της τεχνικής του πολλαπλασιασμού. Προσοχή πρέπει να δοθεί στη μείωση των πλευρικών της συχνότητας αναφοράς λοβών. Σύμφωνα με τους κανονισμούς του ICAO επιτρέπεται μια απόκλιση από τα 1030 MHz της τάξης των ± 0.2 MHz, αν και μια ανοχή της τάξης των ± 0.1 MHz είναι εντός των δυνατοτήτων της πηγής συχνότητας ελεγχόμενης από κρύσταλλο. Ο δέκτης συντονίζεται στα 1090 MHz η οποία είναι η συχνότητα απάντησης και συνήθως χρησιμοποιεί έναν ενισχυτή ενδιάμεσης συχνότητας των 60 MHz. Ο τοπικός ταλαντωτής πρέπει να επιδεικνύει υψηλή απομόνωση στα 1090 MHz και 60 MHz ώστε να αποφευχθούν παρεμβολές μεταξύ των καναλιών εισόδου και εξόδου. 4.2.2 Στάδιο Ισχύος Εξόδου Μια σημαντική παράμετρος στο σχεδιασμό ενός πομπού είναι η επιθυμητή ισχύς εξόδου. Αυτή με την σειρά της εξαρτάται από άλλους παράγοντες του συστήματος SSR όπως το μέγιστο εύρος κάλυψης, η απολαβή της κεραίας και οι απώλειες τροφοδότησης στη συγκεκριμένη ραδιοσυχνότητα. Μπορεί να ειπωθεί ότι ισχύεις της τάξης 0-2 kw πληρούν τις προϋποθέσεις. Άλλες σημαντικές παράμετροι είναι η διάρκεια του παλμού ραδιοσυχνότητας και ο κύκλος δράσης (duty cycle). Για κανονικά SSR η διάρκεια του παλμού είναι 0.8 μs και οι τυπικοί κύκλοι δράσης είναι μικρότεροι από 0.1 %. 4.3 Δέκτης Ο δέκτης απαιτείται να έχει μια επαρκή ευαισθησία ώστε να μπορεί να ανιχνεύει και τις πιο ασθενείς απαντήσεις του αεροσκάφους που μπορούν να Σχήμα 12 : Εφαπτομενική ευαισθησία του δέκτη (α) Κανονικό σήμα (β) Εφαπτομενικό σήμα 26

συναντηθούν σε ένα σύστημα SSR. Για τις περισσότερες περιπτώσεις μπορεί να υποτεθεί μια τυπική ελάχιστη τιμή των -80 dbm ως κατώφλι ευαισθησίας. Αυτό το ελάχιστης ισχύος σήμα είναι σύμφωνο και με τους κανονισμούς που προβλέπουν δέκτη με εφαπτομενική ευαισθησία στα -85 dbm ή ακόμα καλλίτερη. Η εφαπτομενική ευαισθησία μπορεί να οριστεί ως εκείνο το σήμα που ανυψώνει το επίπεδο του θορύβου κατά το ύψος του (βλέπε σχήμα 16). Η εφαπτομενική ευαισθησία μπορεί απλά να μετρηθεί με τη χρήση μιας βαθμονομημένης γεννήτριας σημάτων και ενός παλμογράφου. Όμως αυτή η μέθοδος είναι πολύ υποκειμενική και επηρεάζεται από την φωτεινότητα του παλμογράφου και τα επίπεδα κορυφής που παρουσιάζει ο θόρυβος. Μια πιο πρακτική μέθοδος μέτρησης της ευαισθησίας είναι η ανίχνευση της αποδοτικότητας του παλμού σε ένα επίπεδο που αντιστοιχεί στο ελάχιστο σήμα απάντησης. Ο δέκτης θα πρέπει επίσης να είναι ικανός να επεξεργάζεται σωστά και τα ισχυρότερα σήματα που μπορούν να ληφθούν από έναν γειτονικό στόχο. Ένα ρεαλιστικό μέγιστο του σήματος καθορίζεται στα -18 dbm. 4.3.1 Εύρος Ζώνης του Δέκτη Το εύρος ζώνης του δέκτη θα πρέπει να περιορίζεται ώστε να απορρίπτει σήματα γειτονικών καναλιών και να ελαττώνει τον θόρυβο ενώ παράλληλα να επιτρέπει το πέρασμα των απαντήσεων του αεροσκάφους με μικρή παραμόρφωση. Είναι φυσικό να περιλαμβάνουμε φίλτρα και στα στάδια ραδιοσυχνότητας και στα στάδια ενδιάμεσης συχνότητας του δέκτη. Ο κύριος σκοπός του φίλτρου ραδιοσυχνότητας είναι να μην επιτρέπει την διέλευση σημάτων στο είδωλο της συχνότητας και να εμποδίζει σήματα υψηλής συχνότητας που βρίσκονται εκτός εύρους ζώνης, τα οποία πιθανώς να προέρχονται από γειτονικά πρωτεύοντα ραντάρ. Το φίλτρο ενδιάμεσης συχνότητας έχει συνήθως μεγαλύτερη επιλεκτικότητα από το φίλτρο ραδιοσυχνότητας για να μπορεί να απορρίπτει παρεμβολές από γειτονικά κανάλια. Οι κανονισμοί προβλέπουν: Πάνω από 40 db εξασθένιση Πάνω από 60 db εξασθένιση Έξω από τη ζώνη 1078 1102 MHz Έξω από τη ζώνη 1065 1115 MHz Ο τύπος του ζωνοδιαβατού φίλτρου ενδιάμεσης συχνότητας επηρεάζει πολύ την παράσταση του παλμού στον δέκτη. Οι απαιτήσεις για την ελάχιστη παραμόρφωση του παλμού μπορούν να καλυφθούν με την χρήση ενός φίλτρου γραμμικής φάσης ή ενός γκαουσσιανού φίλτρου. Γενικά θεωρούμε ότι το σήμα δεν παραμορφώνεται σημαντικά εάν το εύρος ζώνης στα 3 db είναι το λιγότερο 0.75/t όπου t είναι η διάρκεια του παλμού. Για έναν παλμό απάντησης ενός SSR με ελάχιστη διάρκεια 0.35 μs, το εύρος ζώνης του φίλτρου είναι 2.1 MHz. Αν και αυτό το εύρος ζώνης είναι αρκετό για την αποτελεσματική ανίχνευση του παλμού, δεν είναι επαρκές για να καλύψει την αποδεκτή απόκλιση της συχνότητας εκπομπής που είναι ± 3 MHz. Επομένως το ελάχιστο εύρος ζώνης γίνεται 8.1 MHz ( 3 + 3 + 2.1 ). Όμως αυτή η ανάγκη να λάβουμε υπ όψιν την απόκλιση της συχνότητας του πομπού έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση απωλειών της τάξης των 4.2 db στο λόγο σήματος προς θόρυβο. 4.3.2 Ανίχνευση Παλμών Οι απαντήσεις του αεροσκάφους θα πρέπει να μπορούν να ανιχνευθούν σε οποιοδήποτε σημείο του εύρους ισχύος που μπορεί να έχει ένα σήμα. Αυτό το δυναμικό εύρος εκτείνεται από το πιο ισχυρό σήμα περίπου στα -15 dbm, μέχρι το ασθενέστερο στα -85 dbm. Για να μπορούμε να 27