Mód A/C, mód S a ADS-B, abecední polévka sekundárního dohledu

Historicky byla komunikace druhým nejžádanějším požadavkem po navigaci. Sloužila k řízení provozu a předcházení kolizím, šíření informací o počasí a vyřizování provozních zpráv.

Na počátku mohl řídící letového provozu kontaktovat letadlo a vyžádat si jeho polohu, kterou určila letová posádka z jeho navigačních systémů. Protože poloha z těchto zdrojů nebyla vysoce přesná, musela být letadla pod řízením letového provozu(ATC) značně vzdálena od ostatních letadel, aby se zabránilo srážkám v blízkosti přeplněných velkých dopravních uzlů. Nějaká metoda určování polohy letadel, která by nevyžadovala hlasovou komunikaci s posádkou, byla velmi potřebná.

Pro tento účel byl během 2. světové války vyvinut radiolokační systém (primární radar). Výška a poloha letadla se vypočítávala pomocí elevačního úhlu( ε) radaru a vzdálenosti(R) mezi radarem a letadlem(která se odhadovala podle doby šíření radiových vln vynásobené rychlostí světla). Jedná se o zjednodušený vzorec, původní vzorec však zohledňuje zakřivení země a lom radiových vln v atmosféře.

Jednoduchý trojúhelníkový vztah mezi elevací a výškou(s laskavým svolením radartutorial.eu)

Druhým problémem byla obtížnost pozitivní identifikace letadla. Primární radarové odrazy nepřátelských i přátelských letadel byly zhruba stejné. K vyřešení tohoto problému byla vyvinuta identifikace Friend or Foe(IFF) spolu se sekundárním radarem.

Režim A a režim C

Systém IFF má 5 režimů, režim 1 až režim 5.

Systém IFF má 5 režimů. V tomto článku se zaměříme na režim 3, protože je nejoblíbenější a je přijímán i civilními letadly.

Režim 3 má dva různé dílčí režimy. Prvním z nich je režim A, což je čtyřmístný osmičkový kód (číslice jsou v rozmezí 0-7), který poskytuje dočasnou identitu. Režim C je informace o tlakové výšce letadla.

Zařízení IFF se nazývá odpovídač, zkratka pro vysílač-odpovídač. Před každým letem nebo během něj mohou piloti dostat od personálu ATC pokyn „Squawk XXXX“. XXXX je v tomto kontextu kód režimu 3/A. Kód režimu 3/A je dočasná identifikace letadla pro dané ATC. Pilot pak nastaví svůj odpovídač Mode 3/A code na požadovaný kód. Tento kód je pak odeslán jako odpověď na dotazy ATC v režimu 3/A. Kód režimu 3/A může být použit k jiným účelům než k identifikaci. Některé důležité kódy režimu 3/A používané pro jiné než identifikační účely jsou:

1200: Obecně používaný letadly podle pravidel letu za viditelnosti (VFR)
7700: Používá se v nouzových situacích
7600: Uživatel při výpadku rádiového spojení
7500: Používá se při únosu(nezákonném rušení) letadla

Transponder nastavený na squawk 1200(s laskavým svolením avionicsmasters.com)

Mód 3/C je informace o tlakové výšce, která se používá společně s módem 3/A. Režim 3/A lze použít samostatně, ale režim 3/C lze použít pouze s režimem 3/A. Tato informace o nadmořské výšce má přírůstky po 100 stopách.

Piloti mohou aktivovat nebo deaktivovat odezvy režimu 3/A a režimu 3/C z odpovídače. Pokud jsou však aktivovány, odpoví odpovídač na dotazy režimu 3/A a režimu 3/C odpověďmi režimu 3/A a režimu 3/C, aby sdílel informace o identifikaci a nadmořské výšce.

Sekundární přehledový radar (SSR) se používá k dotazování odpovídačů letadel. SSR je obvykle umístěn nad primárním radarem, proto se dívají stejným směrem. Tento systém se nazývá Air Traffic Control Radar Beacon System(ATCRBS). Oba radary se otáčejí ve stejném čase/směru a SSR vysílá dotazy ve svazku radiových vln. Každé letadlo prolétající tímto paprskem bude odpovídajícím způsobem reagovat. Tímto způsobem lze korelovat směr letadla (odhadnutý primárním radarem) a identifikační/výškové údaje z odpovídače pro pozitivní identifikaci letadla a získání trojrozměrného určení polohy letadla.

Nevýhody režimu 3/A a režimu 3/C

Ačkoli tyto rané systémy pomohly vyřešit problém identifikace a trojrozměrného určení polohy, byly ve své podstatě nedostatečné.

Odpovědi režimu 3/C neměly detekci/opravu chyb. Pro nápravu se provádí vícenásobné dotazování, aby se jako správná výšková odpověď vybrala ta „nejoblíbenější“. To způsobovalo nafouknutí frekvence odpovědí.
Více letadel ve stejném směru radaru odpovídalo na dotazy současně. Tím vzniká zkreslení, těžko se rozlišuje, která odpověď patří kterému letadlu.
Kódy režimu 3/A začínají být v některých přeplněných oblastech nedostatečné, protože se skládají pouze ze 4 osmičkových číslic (8⁴ šancí).

Režim S

Federální letecký úřad (FAA) vyvinul nový systém, který umožňuje jedinečnou identitu, selektivní dotazování a jedinou odpověď. Specifikace tohoto nového systému byly následující;

Selektivní dotazování:
Větší soubor dat: Pro snížení zkreslení lze každé letadlo selektivně dotazovat pomocí jeho jedinečné 24bitové adresy módu S.
Větší soubor dat:
Zpětná kompatibilita: Systém Mode S zpracovává mnohem větší soubor dat než jednoduchý pár identifikace/výška: Systém Mode S může pracovat se systémy Mode 3 A/C(ATCRBS). Z tohoto důvodu používají stejné frekvenční pásmo pro dotazování a odpovědi.
Detekce chyb: K detekci chyb ve zprávách režimu S se používá 24bitový mechanismus CRC, který umožňuje robustní komunikaci. To odstraňuje potřebu vícenásobných dotazů a odpovědí, které se používají v systémech A/C režimu 3.
Efektivita spektra:

Typy dotazování režimu S

Systémy režimu S mají dva typy dotazování: neselektivní a selektivní. Podívejme se na jejich specifikace a případy použití.

Neselektivní dotazování režimu S

Systémy režimu S s možností zpětného dotazování mají tyto neselektivní typy dotazování.

ATCRBS All Call: Transpondéry režimu A/C odpovídají na tento dotaz normálně. Transpondéry módu S odpovídají na tento dotaz, jako by byly transpondéry módu A/C, se stejným průběhem.
ATSCRBS/Mode S All Call: odpoví odpovídače režimu A/C s údaji o ID/nadmořské výšce. Transpondéry módu S odpovídají informacemi o ID/nadmořské výšce a adresou módu S ve tvaru vlny módu S.
ATCRBS Only All Call: Pouze transpondéry podporující režim A/C odpovídají na tento dotaz údaji o ID/nadmořské výšce. Transpondéry režimu zůstávají zticha
Pouze režim S Všechna volání: Na tento dotaz odpovídají pouze odpovídače režimu S. Transpondéry režimu A/C neodpovídají.

Princip selektivního dotazování režimu S (s laskavým svolením společnosti eurocontrol.int)

Selektivní dotazování v režimu S

Jakmile systém režimu S zná adresu cílového letadla v režimu A, přidá ji do roll-call, fondu adres letadel v režimu S pro selektivní dotazování. Selektivní dotazování se provádí za účelem získání různých částí souboru dat režimu S.

Příklad použití dotazování režimu S

Předpokládejme, že dotazovací systém režimu S startuje za studena, bez uložených předchozích informací. Na letadlech ve vzdušném prostoru jsou odpovídače režimu A/C a odpovídače režimu S.

ATCRBS All Call se používá k získání identit a nadmořských výšek všech letadel režimu A.
ATSCRBS/Mode S All Call nebo Mode S Only All Call se používá k získání všech adres letadel schopných režimu S. Tyto adresy režimu S jsou zaznamenány v seznamu volání pro pozdější použití. Zaregistrovaná letadla mohou být zablokována před budoucími voláními Mode S All Call, aby se snížil počet zbytečných odpovědí.
V tomto okamžiku dotazovací systém ví, které letadlo má jakou schopnost. Letadla režimu A/C jsou dotazována pouze pomocí ATCRBS All Call. Letadla schopná režimu S jsou dotazována pomocí selektivního dotazování režimu S s pomocí seznamu volání.

Soubor dat režimu S

Systémy režimu S zpracovávají více dat než odpovídače režimu A/C.

Soubor dat režimu S

. Tato data se vkládají do jednoho z 255 registrů režimu S, z nichž každý má délku 56 bitů. Jakmile jsou do těchto registrů vložena platná data, mohou je systémy režimu S selektivně dotazovat na jejich obsah. Systémy režimu S poskytují dvě různé možnosti: elementární dohled (ELS) a rozšířený dohled (EHS). Systémy podporující EHS poskytují schopnost ELS a další údaje.

ELS: Systém musí poskytovat automatické hlášení totožnosti letadla, hlášení o schopnostech odpovídače, stav letu(ve vzduchu/na zemi), hlášení o nadmořské výšce.
EHS: Systém musí poskytovat schopnost ELS plus vybranou nadmořskou výšku v registru (4,0), úhel náklonu, rychlost traťového úhlu, skutečný traťový úhel, pozemní rychlost v registru (5,0), magnetický kurz, indikovanou vzdušnou rychlost/číslo stroje, vertikální rychlost v registru (6,0).

Poznámka: Každá zpráva módu S, včetně zpráv ADS-B vysvětlených v následující části, nese 24bitovou adresu módu S odesílatele.

Podrobné datové soubory ELS/EHS režimu S(s laskavým svolením společnosti eurocontrol.int)

ADS-B

ADS-B(Automatic Dependent Surveillance Broadcast) je funkce pro palubní nebo pozemní letadla nebo jiná pozemní vozidla operující v prostoru pohybu na letištní ploše, která periodicky vysílá svůj stavový vektor(horizontální a vertikální poloha, horizontální a vertikální rychlost) a další informace podle RTCA DO-260B.

Automatic:
Závislá:
Sledování: Závisí na palubních navigačních zdrojích a vysílacích subsystémech (hlavně GPS, ADC): Poskytuje informace o sledování pro ostatní uživatele
Vysílání: Systém ADS-B může, ale nemusí vědět, kteří uživatelé přijímají jeho vysílání.

Systémy ADS-B vysílají údaje seskupené do určitých níže uvedených registrů;

Registr 0,5: vzdušná výška, zeměpisná šířka a délka.
Registr 0,6: Přízemní pohyb, kurz, zeměpisná šířka a délka.
Registr 0,8: Identifikace a kategorie letadla.
Registr 0,9: Rychlost východ-západ a rychlost sever-jih nebo kurz a vzdušná rychlost(v závislosti na podtypu), vertikální rychlost, geometrický výškový rozdíl od barometrické výšky.

Do roku 2020 musí být všechna obchodní letadla a letadla létající ve vzdušném prostoru třídy A, B & C vybavena odpovídači se schopností ADS-B out, což znamená, že musí mít schopnost vysílání, ale ne nutně schopnost přijímat a dekódovat zprávy ADS-B.