¿Cómo no se confunden las estaciones terrestres de radar ATC/ADS-B con las señales enviadas desde varias aeronaves?

Entiendo que el radar envía una señal de interrogación de 1030 MHz a una aeronave y el transpoder de la aeronave responde utilizando 1090 MHz. Cuando se trata de señales espontáneas en Modo S, las transmisiones no son solicitadas (no requieren interrogación). Teniendo en cuenta que el espacio aéreo está muy poblado, habría varias aeronaves transmitiendo datos en los 1090 MHz al radar. ¿Estas señales no interferirán entre sí y se convertirán en un gran lío en el lado del radar? (Similar es el caso de ADS-B, donde los datos se transmitirían continuamente entre aeronave-aeronave, aeronave-ATC y viceversa en el Extended Squitter de 1090 MHz, ¿cómo se evita que las señales se mezclen entre sí?)
Además, ¿cómo se envía el transmisor de señal de interrogación del ATC a la aeronave (y también de regreso)? ¿Se utiliza modulación de frecuencia aquí? ¿Cuál es el ancho de banda del canal de 1090 Mhz? Tiene bandas laterales?

La antena del transpondedor se parece más a un plato de radar primario y es altamente direccional. De hecho, se confunde si dos objetivos se fusionan (independientemente de la altitud). El Modo S todavía está interrogado, solo ADS-B hace transmisiones autónomas, y no estoy seguro de cómo funciona eso. Supongo que es algún tipo de esquema de acceso múltiple como el de los teléfonos móviles.
Según en.wikipedia.org/wiki/Secondary_surveillance_radar , el Modo S parece tener una velocidad de 1 Mb/s (cada bit tarda 1 μs).
@falstro No existe un esquema sofisticado de acceso múltiple en 1090ES ADS-B. Simplemente envía el mensaje con la frecuencia suficiente para que se transmita. Posición 2x ​​por segundo, velocidad 2x por segundo.
@Jan Hudec Digamos que hay 100 aviones en un radio de 100 millas (ADS-B cuenta con una mayor precisión que permitiría que los aviones vuelen más cerca). Todos estos 100 aviones enviarían ADS-B OUT cada segundo. Si al menos 2 aviones transmiten datos exactamente en los mismos intervalos de tiempo, ¿no sería imposible una recepción adecuada? ¿Se utiliza alguna forma de multiplexación por división de tiempo en 1090 ES (o en 978 UAT?). Tenga en cuenta que inicialmente se suponía que ADS-B usaría el VDL MODE 4 que empleaba STDMA (Acceso múltiple por división de tiempo autoorganizado). Definitivamente algo se usaría aquí también
Un escenario muy similar: ¿cómo no se confunde la torre de telefonía celular cuando muchas personas están usando las celdas al mismo tiempo?
@kevin Si bien pueden ser similares, ¿cómo funciona eso? ;-)
@Lnafziger: Magia.

Respuestas (1)

La clase de radares ATC de la que está hablando es el radar secundario.

El radar secundario funciona transmitiendo una señal de interrogación en 1030 MHz a la que responde el transpondedor en 1090MHz. Hay varios modos de interrogación. Para ATC civil, los modos A, C y S son importantes.

La señal de enlace ascendente (interrogación) es una codificación de pulso simple (Modo A/C) o una modulación de clave de cambio de fase diferencial (Modo S / TCAS) en 1030 MHz.

La señal de enlace descendente (respuestas, señales espontáneas no solicitadas) es una codificación de pulso simple (modo A/C) o modulación de posición de pulso (modo S / TCAS / ADS-B)

Originalmente, solo estaban disponibles los modos A y C. El Modo A y el Modo C no se abordan; todos los transpondedores que reciban una interrogación en Modo A o Modo C responderán*. Esto causa dos problemas, confusión y FRUTO .

La distorsión es causada por la superposición de respuestas de múltiples transpondedores. Un transpondedor responde en 1090 MHz a partir de una serie de pulsos. Para los Modos A y C, hay como máximo 12 pulsos entre un conjunto de pulsos de trama. Cuando varias aeronaves responden a la misma interrogación, estos pulsos se mezclan y resulta difícil saber qué transpondedor envió qué pulso. Esto conduce a altitudes falsas o códigos de graznido falsos.

FRUIT (Respuestas falsas no sincronizadas con la transmisión del interrogador) es causada por respuestas que son activadas por otros radares. Cuando varios radares operan en un área, los transpondedores pueden estar bastante ocupados y el radar se puede confundir fácilmente con una respuesta a otro radar. Además de que el tiempo (alcance) es incorrecto, la respuesta puede ser el Modo A (código graznido) mientras el radar interroga el Modo C (altitud). No hay forma de ver qué tipo de respuesta (A o C) se envió.

Para superar estos problemas del Modo A/C, se introdujo el Modo S. El Modo S es bastante diferente del Modo A/C y requiere un radar y un transpondedor más sofisticados.

  • Se abordan la mayoría de las interrogaciones en Modo S; la interrogación contiene la dirección única de 24 bits de la aeronave que está interrogando. Esto reduce la probabilidad de confusión ya que otras aeronaves no responderán.

  • Las interrogaciones en Modo S sin dirección solicitarán respuestas que contengan la dirección del interrogador (radar). Esto evita FRUTO ya que el radar puede verificar que la respuesta está correctamente direccionada.

  • A diferencia del Modo A/C, que no tiene verificación de errores, una respuesta en Modo S contiene un código de verificación CRC de 24 bits.

  • Las respuestas de altitud e identidad (graznido) en modo S tienen su propio identificador para que puedan distinguirse.

  • Los radares de Modo S se pueden operar en grupos y coordinar entre ellos quién está interrogando a qué aeronave en qué momento. Esto reduce aún más la carga de mensajes y la probabilidad de confusión/fruta.

A pesar de todas las mejoras, los radares de Modo S siguen recibiendo mensajes ilegibles y FRUIT, pero están mucho mejor equipados para manejarlos que un radar de Modo A/C debido a las comprobaciones de direccionamiento y CRC.

Dado que TCAS funciona en la misma frecuencia que el radar secundario, los radares ocasionalmente también recibirán mensajes TCAS. Pero dado que estos tienen otro formato de enlace descendente (DF 0, DF 16), se ignoran. Lo mismo vale para ADS-B (DF 17 / 18)

Distorsionar sigue siendo una preocupación. Los radares de Modo S modernos son relativamente resistentes a la distorsión debido a su estrecho ancho de haz y a los procesadores de eliminación de distorsión avanzados. Pero otros sistemas como TCAS, ADS-B y sistemas de multilateración de área amplia con sus antenas omnidireccionales reciben mensajes superpuestos con bastante frecuencia. Pero cuando la intensidad de la señal de los mensajes difiere, los mensajes a menudo se pueden desenredar con los modernos procesadores de señales digitales.

En el Modo S (y TCAS), una respuesta puede ser corta (56 bits) o larga (112 bits). Los mensajes ADS-B tienen una longitud de 112 bits. Cada bit toma 1 μs, y hay un preámbulo que toma 8 μs. Entonces, un mensaje tarda 64 μs o 120 μs.

Cada segundo, un transpondedor de Modo S envía 1 señal espontánea corta no solicitada y, como máximo, 6,2 señales espontáneas largas cuando está equipado con ADS-B.

*Para reducir el número de respuestas en Modo A/C, los radares en Modo S incluirán un pulso adicional cuando interroguen en Modo A o C, de modo que los transpondedores compatibles con Modo S no respondan a estas interrogaciones de A/C.

Estoy de acuerdo con usted en el Modo S. La dirección OACI de 24 bits se usa para apuntar selectivamente a los aviones. Digamos que un radar envía una interrogación de Modo S a un avión. Pero simultáneamente, un radar en un aeropuerto recibirá continuamente señales espontáneas de aviones a una distancia de hasta 100 millas, ¿verdad? Entonces, ¿no se mezclarán estos squitters con la respuesta del Modo S? Además, ¿qué pasa con el caso de ADS-B 1090 ES donde las señales se enviarán desde y entre todas las aeronaves en los mismos 1090 MHz cada segundo? ¿Esto definitivamente no causará una confusión? Entonces, ¿cómo puede haber una recepción adecuada?
¿Qué pasa con ADS-B IN y ADS-B OUT para cada avión? Nuevamente, ambos están usando los mismos 1090 MHz, lo que solo aumenta aún más la posibilidad de colisiones de mensajes.
@Clive El ancho de haz de un radar en modo S es bastante estrecho. No recibe señales espontáneas de aviones todo el tiempo. Solo recibirá señales espontáneas de aquellas aeronaves que estén en el haz, y estarán en el haz del radar solo por un breve tiempo. La probabilidad de superposición de mensajes dentro del haz no es tan alta. En segundo lugar, si la intensidad de la señal de los mensajes difiere en aproximadamente 3dB, entonces normalmente no hay problema para eliminar las respuestas superpuestas.
@Clive Inicialmente, ADS-B OUT aumenta la probabilidad de colisión de mensajes, agrega como máximo 6.2 mensajes de 120 μs por segundo a la ocupación de frecuencia para cada avión. ADS-B IN no agregará mensajes, solo está escuchando. A más largo plazo, ADS-B OUT/IN reducirá la necesidad de interrogaciones TCAS, ya que las soluciones ACAS híbridas utilizarán parcialmente ADS-B para la detección de conflictos. Actualmente, la mayor parte de la ocupación de frecuencia es causada por TCAS, por lo que el efecto neto será una probabilidad reducida de superposición de mensajes.
Con referencia a ADS-B OUT/IN. Quería preguntar que, dado que tanto IN como OUT usan la misma frecuencia, ¿no se mezclarán (mientras que las señales se propagan por el aire)? El transmisor/receptor de la aeronave 1090 ES no es como el radar, ¿verdad (en el sentido de alta directividad. Funciona de esa manera para SSR en tierra ya que están girando)? ¿O es eso?
Los receptores ADS-B tienen en general antenas que cubren 360 grados. Tienen un cambio mucho mayor de recibir mensajes superpuestos. Pero siempre que la diferencia de intensidad de la señal entre los mensajes superpuestos sea superior a 3dB, por lo general se pueden desenredar. De lo contrario, el mensaje simplemente se perderá, lo cual no es un problema, habrá otro muy pronto. Un radar de área terminal rotará una vez cada 5 segundos. ADS-B transmite posición 10 veces en ese período. Para tener una tasa de actualización similar a la de un radar de ADS-B, puede perder alrededor del 90% de los mensajes.
Gracias DeltaLima por tus respuestas. Una pregunta más. El transpoder normal responde en la dirección del haz de radar recibido. Entonces, ¿cómo hace eso la antena del transpondedor? ¿No tendrá que girar para mirar en la dirección requerida? Además, ¿el transmisor ADS-B es diferente de la antena del transpondedor? 1090 ES es en realidad una extensión del transpondedor MODE S, ¿verdad? Ambos usan la misma antena? ¿Puede una antena tener ambas funciones, es decir, antena de transmisión y antena direccional?
@Clive El transpondedor no responde direccionalmente, la respuesta es en todas las direcciones. Los aviones más grandes tienen dos antenas, una en la parte superior y otra en la parte inferior. La antena que recibió la señal más fuerte de la interrogación se utilizará para la respuesta. Por lo general, las transmisiones ADS-B se realizan mediante el transpondedor Modo S y salen por las mismas antenas, alternando entre arriba y abajo. El receptor TCAS utiliza una antena de radiogoniometría para la recepción, pero transmite omnidireccionalmente.
"El transpondedor detecta las señales de radar entrantes y transmite una señal de radio codificada y amplificada en la dirección de la onda de radar detectada ". Fuente: science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/… . (¿Probablemente engañosa?)
@Clive Sí, definitivamente engañoso. Hay sistemas de vigilancia que no tienen interrogadores y receptores ubicados en el mismo lugar. Estos sistemas de multilateración funcionan porque la respuesta es en todas las direcciones.
Gracias. Además, ¿sabe qué tipo de modulación se utiliza para la transmisión de señales de Radar-Aircraft y viceversa? Sí, sé que la señal de interrogación usa DPSK y la respuesta es PPM (¿No debería ser Codificación Manchester? Creo que eso es más apropiado). Pero las señales digitales no pueden viajar por el espacio, ¿verdad? Entonces, ¿debería usar alguna forma de modulación analógica como modulación de frecuencia o amplitud (como los LDACS usan modulación OFDM. ADS-B también está operando en la banda L, entonces también es OFDM aquí)?
¿Cómo no se confunden las estaciones terrestres de radar ATC/ADS-B con las señales enviadas desde varias aeronaves?
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