Navigazione Radar e Transponder

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Navigazione
Radar e
Transponder
Descrizione dei sistemi
Impiego in navigazione e fraseologia
radiotelefonica standard utilizzata.
IL RADAR
Il RADAR che prende nome dall’inglese RAdio Detection And Ranging è un sistema
sviluppato durante il 2° conflitto mondiale per scopi prettamente militari. In seguito il
suo utilizzo è stato invece allargato in campo civile, specialmente per la sorveglianza
ed il controllo aereo.
Da una antenna direzionale rotante viene emesso un fascio strettissimo di impulsi
a microonde i quali vengono riflessi e rinviati all’antenna che li ha emessi da tutti gli
ostacoli che incontrano nel loro raggio d’azione. L’apparato misura il tempo che impiegano gli impulsi a tornare indietro all’antenna stessa e quantifica cosi la distanza
dell’ostacolo dalla stazione trasmittente. La posizione dell’ostacolo invece è
determinata dal rilevamento rispetto
alla stazione stessa. L’ostacolo che
ha generato la riflessione delle onde,
viene visualizzato su uno schermo tramite una traccia luminosa. Ovviamente il centro dello schermo corrisponde
alla stazione trasmittente.
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I primi radar di sorveglianza PSR (Primary Sourveillance Radar) erano molto
simili a quello descritto sopra però creava alcuni problemi dovuti ad alcune limitazioni, prime tra quali vi erano tracce indesiderate diverse da quelle generate da aerei
in volo. Altra limitazione che le tracce potevano essere visualizzate una alla volta ed
oltretutto non si conosceva mai la quota dell’aereo rilevato. Per questa serie di motivi
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Traccia
vennero sviluppati in seguito dei sistemi più sofisticati che vennero integrati con quelli gia esistenti.
Fu cosi che al radar primario venne affiancato un
radar secondario SSR (Secondary Sourveillance
Radar). Le due antenne direzionali, montate coassialmente, ruotano in sincronia fornendo due tracce
appaiate sullo schermo.
Durante ogni giro l’apparato emette un certo numero
di interrogazioni costituite ognuna da una coppia di
impulsi di onde elettromagnetiche. La diversa spaziatura temporale tra questi due impulsi costituisce il
“modo” di interrogazione richiesta.
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maticamente dal transponder (purchè il
relativo comando sul quadretto di bordo
sia inserito), è derivato dall’ “Air Data
Computer” (ADC) oppure da altimetri con
codificatore.
L’ “altitude reporting” trasmette sempre
solamente “flight levels”, cioè le quote
(“pressure altitudes”) dell’a/m riferite a
1013 hPa: la conversione in altitudini, per
le quote sotto il FL di transizione, viene
effettuata a cura dell’operatore radar in
modo da corrispondere ai valori letti dal
pilota sull’altimetro se regolato sul QNH.
Il segnale di risposta del transponder viene tradotto, sullo schermo radar in una
serie di caratteri alfanumerici che riportano, oltre a nominativo del volo e quota
a/m, anche la “ground speed”.
La funzione “Ident” (“Special Position Indicator”,
SPI), se attivata dal pilota, rinforza ulteriormente e
momentaneamente la risposta del transponder per
la conferma dell’identificazione.
Il processo interrogazione-risposta SSR, una volta
attivato, è ininterrottamente mantenuto in funzione
con evidenti vantaggi ai fini del controllo del traffico
aereo mediante radar.
Per la “lettura” di un segnale di risposta (in particolar
modo per la determinazione dell’azimuth), l’interrogatore di modo A necessita di almeno 12 impulsi di
risposta per ogni battuta di interrogazione:
I MODI “A” E “C”
Nel sistema SSR (“secondary surveillance radar”, negli USA “ATC Radar Beacon
System”, ATCRBS) una stazione radar di
terra (interrogatore) provoca, mediante un
segnale codificato in radiofrequenza, l’emissione di segnali di risposta, anch’essi codificati in radiofrequenza, da parte di appositi
transponders installati su aa/mm in volo: il
segnale di risposta coincide con l’eco radar
primaria di ogni a/m e, grazie all’energia
fornitagli dal transponder, risulta rinforzato
rispetto all’eco primaria che è generata per
semplice riflessione sulla massa metallica
dell’a/m.
Il segnale del transponder risulta facilmente
identificabile dall’operatore radar:
ogni transponder risponde infatti con la serie di
impulsi corrispondenti al proprio “code”, assegnato dall’ATC all’a/m. Quando un transponder opera
anche con l’ “altitude reporting” (cosiddetto modo
C), al “code” di identificazione del volo si aggiunge
l’informazione di quota: tale dato, trasmesso auto-
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Per le sue modalità di funzionamento, l’SSR di modo
A è andato rivelando anomalie, alcune delle quali
non del tutto risolte, che pregiudicano la corretta
interpretazione dei dati radar sugli schermi a terra:
fusione di echi di due o più aa/mm (garbling); sdoppiamento di una singola eco; echi spuri; lobi laterali
e riflessioni indesiderate dell’energia dell’interroga-
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tore; risposte di transponder ricevute da radar diversi da quello interrogatore (fruiting); azimuth imprecisi
o falsi; ecc.
Inoltre, poichè l’interrogatore eccita i transponders di
tutti gli aa/mm entro la portata del segnale, tutti questi transponders rispondono simultaneamente, ciascuno con il proprio “code”, con possibile pregiudizio
per tempestivi e corretti interventi da parte ATC.
La stessa rosa di 4096 codici diversi comincia ad
apparire insufficiente per il traffico odierno!
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Attualmente esistono due tipi di radar :
- Il radar di sorveglianza aeroportuale.
- Il radar di sorveglianza di rotta.
Il primo detto anche ASR (Airport Surveillance Radar) ha una portata limitata alla copertura esclusiva dell’area circostante uno o
più aeroporti. In genere quest’area coincide
con la zona di controllo CTR. Tramite questo tipo di radar i controllori sono in grado di
vettoriale i piloti assicurando le necessarie
separazioni guidandoli correttamente all’atterraggio.
I secondi ARSR (Air Route Surveillance
Radar) hanno invece una portata molto più
estesa coprendo cosi una ben determinata
porzione di spazio aereo. Tramite questi radar, il personale dei centri di controllo d’area,
assicurano e rendono scorrevole il traffico
sulle aerovie.
IL MODO S
Per ovviare ad alcuni degli inconvenienti del modo A
sono state adottate altre modalità di interrogazione/
risposta (modo S), per cui l’azimuth di un transponder viene determinato con un solo impulso di
risposta, (tecnica “monopulse”) contro la dozzina del
metodo tradizionale.
La tecnica “monopulse”, consentendo l’interrogazione di un a/m alla volta, ha eliminato il garbling
(fusione di echi), il fruiting (risposte non sollecitate) e
gli azimuth inesatti; consente più di 16milioni di “codes”, per cui è prevista l’assegnazione permanente
di un codice ad ogni a/m commerciale. Inoltre, poichè sono possibili contatti radar selettivi (cioè cicli
di interrogazione/risposta con uno specifico a/m),
l’energia radioelettrica impiegata viene sfruttata anche per lo scambio TBT (non verbale) di messaggi
informatici di una certa estensione (“data link”); è per
questa capacità che il modo S è anche alla base del
TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance System)
e di una più completa automazione del controllo del
traffico aereo.
Anche il modo S consente il riporto della quota a/m
purchè la relativa funzione sia attivata (“altit. reporting” inserito).
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IL TRANSPONDER
L’apparato di bordo dell’aeromobile, il cosiddetto
Transponder, dopo aver riconosciuto il modo di
interrogazione grazie alla misura dell’intervallo di
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tempo che separa i due impulsi, risponde a questa
richiesta a sua volta con una serie di impulsi di onde
elettromagnetiche. La serie di impulsi trasmessa
non è altro che il codice numerico predisposto dal
pilota sull’apparato mentre le informazioni relative
alla quota vengono inviate tramite il transponder da
un altimetro codificatore.
Il Transponder può trasmettere anche un ulteriore
impulso detto “di identificazione” la cui emissione
viene comandata dal pilota mediante un pulsante e
solo su espressa richiesta del controllore radar.
Ogni codice in risposta di una interrogazione in
modo “A” è formato da 4 cifre ognuna delle quali può
assumere valori da 0 a 7 pertanto le combinazioni
sono 84 (ovvero 4.096). Queste diverse composizioni consentono al controllore, tramite il codificatore
della stazione radar, di avere sullo schermo solo le
tracce che desidera e il loro livello di volo (se dispongono di apparati in modo “C”).
Alcuni codici sono internazionalmente accettati e
sono rispettivamente 7700 (Emergenza MAYDAY e
SOS), 7600 (Avaria Radio), 7500 (Atti di pirateria a
bordo).
Quando viene attivato uno di questi codici dal pilota,
il radar pone la relativa traccia in maggior risalto in
modo da renderla ben visibile al controllore.
Oltre ai selettori di codice, l’apparato di bordo ha un
selettore con diverse posizioni:
• nella posizione OFF l’apparato è spento.
• Nella posizione STBY si accende l’apparato
senza che esso risponda automaticamente
a tutte le interrogazioni ricevute. In genere si
mette in posizione STBY in modo da tenerlo
pronto qualora il controllore richiedesse l’inserimento di un codice.
• In posizione ON si accende l’apparato. Prima di mettere il selettore su ON, va tenuto
per alcune decine di secondi in posizione
STBY per permetterne il riscaldamento. Il
passaggio diretto da OFF a ON potrebbe
danneggiare l’apparato.
• Posizione ALT per far funzionare il transponder anche in modo C in modo da trasmettere
anche le indicazioni riferite al livello di volo.
• Ia posizione TEST serve invece per testare
l’integrità di tutti i circuiti elettronici.
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Un altro comando del transponder è il pulsante
IDENT con il quale viene emesso l’impulso di identificazione grazie al quale la traccia radar viene evidenziata sullo schermo del controllore per qualche
decina di secondi. Infine è presente una spia luminosa che si accende ogni qualvolta il transponder risponde ad una interrogazione oppure quando viene
premuto il tasto IDENT.
Dato che la funzione del transponder è quella di rispondere in maniera automatica alle interrogazioni
dell’impianto radar, questa viene assimilata alla ripetizione di ciò che uno sente per cui il transponder in
gergo viene chiamato “pappagallo”.
Poiché in inglese pappagallo si dice “Squawk” da qui
il termine inglese che indica la richiesta di inserimento di un codice sull’apparato.
Non avendo frequenze da cambiare l’apparato Transponder è uno dei più semplici da far funzionare.
Come tutte le stazioni radar trasmettono su una sola
frequenza (1030 Mhz), anche i transponder trasmettono sulla stessa frequenza (1090 Mhz). Una volta
acceso questo risponde a tutte le interrogazioni pervenute da qualsiasi centro radar senza che il pilota
riconosca da quale proviene.
IMPIEGO DEL TRANSPONDER
Secondo le indicazioni dell’ICAO (Annex 10), è stato
già assegnato a gran parte degli aa/mm il codice
individuale permanente (composto da 24 bits) del
transponder in modo S, codice che pilota non è tenuto a conoscere e che servirà in futuro per l’identificazione e lo scambio di messaggi (“data link”) TBT
fra l’a/m e la stazione radar.
Stante la generale diffusione del modo A, i transponder di modo S rispondono in modo A ( e C per la quota); a tale scopo va inserito, nel quadretto di bordo, il
codice a quattro cifre assegnato dall’ATC.
Il transponder se efficiente, va sempre attivato durante il volo, anche quando il suo impiego non è
previsto ai fini ATC: ciò è oggi oltremodo opportuno
in considerazione del diffondersi del TCAS e, quindi,
della “cospicuità” elettronica del proprio a/m da parte
di altri aa/mm già equipaggiati di TCAS.
Più precisamente il transponder va attivato:
- secondo le istruzioni dell’ATC;
oppure
- secondo quanto previsto da accordi regionali di
traffico (ad es. NAT); oppure
- su A 2000 in aree dove non ne è previsto l’impiego
o in mancanza di diverse istruzioni;
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oppure
- nei casi di emergenza previsti, con i codici all’uopo raccomandati.
Ove la commutazione ON/OFF non avvenga automaticamente, il transponder va attivato il più tardi possibile prima del decollo e disattivato appena possibile dopo l’atterraggio.
Ad ogni richiesta, da parte ATC, di conferma della quota, il pilota deve trasmettere il valore letto sull’altimetro arrotondato al centinaio di piedi più vicino a tale valore: la tolleranza consentita fra quota letta dal
controllore sullo schermo radar e quota riportata dal pilota è di ± 300 ft.
FRASEOLOGIA RADIOTELEFONICA
La fraseologia R/T standard associata all’impiego del transponder, è la seguente:
Phrase
Meaning
Reply
SQUAWK ..... (Code)
Set the mode A code as instructed
.... (Code readback) AZ 123
CONFIRM SQUAWK
Confirm mode A code set on the trans-ponder
AZ 123 SQUAWKING .... (code)
RECYCLE .... (Code)
Reselect assigned mode A code
RECYCLING .... (code) AZ 123
SQUAWK IDENT
Operate the “IDENT” feature
IDENT AZ 123
SQUAWK MAYDAY
Select emergency code
SQUAWKING MAYDAY AZ 123
SQUAWK STANDBY
Select the standby feature
SQUAWK STANDBY AZ 123
SQUAWK CHARLIE
Select pressure altitude transmission feature
SQUAWKING CHARLIE AZ 123
CHECK ALTIMETER SETTING
AND CONFIRM LEVEL
Check pressure setting and confirm present
level
ALTIMETER SETTING 1013
FLIGHT LEVEL 100 AZ 123
STOP SQUAWK CHARLIE,
WRONG INDICATION
Deselect pressure altitude transmission feature
because of faulty operation
STOP SQUAWK CHARLIE AZ
123
VERIFY LEVEL *
* Used to verify the accuracy
of the Mode C derived level
information displayed to the
controller.
Check and confirm your level
FLIGHT LEVEL 150 (OR: 5000
FT IF USING QNH) AZ 123
Confirm transponder is operative
TRANSPONDER
OPERATING (OR:
NEGATIVE, TRANSPONDER
UNSERVICEABLE) AZ 123
CONFIRM TRANSPONDER
OPERATING
Per un’immediata conferma della quota, è suggerito (com’è norma negli USA) di riportare la quota, dopo
il nominativo, al primo contatto radio con un centro radar.
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