Radar

Spočívá v tom, že ve vysílači jsou vytvářeny vysokofrekvenční elektromagnetické impulsy. Základním prvkem vysílače bývá zpravidla výkonová elektronka (magnetron, klystron aj.) nebo polovodičový prvek (užívá se pro menší výkony nebo spojení více prvků) generující potřebnou elmag. energii. Ta je vysílána anténou v určitém svazku (šířka svazku definuje rozlišovací schopnost lokátoru a intenzitu elmag. energie ve směru což má vliv na dosah, typický přehledový lokátor má šířku svazku v horizontální rovině cca v rozmezí 1,2°; ve vertikální rovině v rozmezí cca 20-40°) a šíří se přímočaře přibližně rychlostí světla c (300 000 000 m/s). Narazí-li na nějaký předmět, odrazí se pod stejným úhlem, pod kterým na předmět dopadla. Pouze vysílací impulsy, které dopadnou na objekt pod úhlem 90°, se odrazí tak, že se vrátí zpět do antény. V přijímači jsou impulsy odražených signálů zpracovány přijímačem a na indikátoru jsou viditelné jako kresba světlých skvrn. Radarové impulsy, které nedopadnou pod pravým úhlem, jsou odvedeny do volného prostoru. Nedospějí zpět do antény a nemohou proto vytvořit žádný obraz odraženého signálu. Čím je anténa větší oproti vlnové délce vysílané energie, tím dokáže vyslat užší paprsek a obraz je přesnější. O rozlišovací schopnosti v dálce pak rozhoduje délka (čas generování vf. energie) vyslaného impulzu a způsob zpracování (např. impuls délky 1 mikrosekundy umožňuje bez použití komprese impulzu měřit s rozlišovací schopností 150 m). Dosah radiolokátoru je pak dán výkonem vysílače, vyzářenou intenzitou energie (dáno charakteristikami antény), velikostí efektivní odrazné plochy cíle, charakterem vysílaného signálu (parametry a zpracování), útlumem v prostředí a citlivostí přijímače jež určují možnost detekce cíle vzhledem k energetickým poměrům. Limitní dosah vyplývá z frekvence opakování pulsů (pokud je zachycen odražený impuls později nežli je vyslán další, nelze jednoznačně stanovit vzdálenost cíle) a mění se se změnou této frekvence (některé složitější radiolokátory využívají změnu opakovací frekvence k odstranění nejednoznačnosti měření vzdálenosti).

Uvedené principy platí v případě, že vlnová délka dopadající energie je dostatečně „malá“ oproti ploše na kterou dopadá. V případě, že objekt, na který dopadá šířící se energie je přibližně stejných rozměrů jako je vlnová délka vysílání a objekt je z vhodného materiálu (kov), dochází k odrazu díky rezonanci elmag. vlnění na takovém objektu a vlny se od něj odráží zpět i bez ohledu na úhel dopadu (objekt funguje jako dipól a má tak efektivní odraznou plochu větší nežli jsou skutečné rozměry). Typickým příkladem jsou například antény na povrchu letadel nebo pasivní rušiče radarů v podobě staniolových proužků odpovídající délky (pod kódovým názvem Window používaný od roku 1942) atd.

Rovněž při dopadu na rozhraní prostředí může dojít k odrazu (teplý a studený vzduch v okolí trysek letounu, kroupy atd.).

Také přímočaré šíření prostorem je idealizovaný stav. Vlivem atmosféry a země dochází při šíření k „ohýbání“. Při použití lokátoru na delší vzdálenost se proto bere v úvahu i vliv země. Tohoto efektu, případně i odrazu krátkých vln od ionosféry, využívá tzv „zahorizontální radiolokace“ (OTH radar). K jejímo rozvoji došlo v 60. až 90. letech v řadě zemí: sovětský systém Duga, americký ROTHR, australský JORN, francouzský Nostradamus, Íránský Sepehr a několik čínských systémů.

Zvláštním případem je pak radiolokátor se stálou vlnou, který negeneruje impulsy, nýbrž vyzařuje neustále, a umožňuje tak jednoznačné měření dálky jen na vzdálenost danou vlnovou délkou (signál může být modulován za účelem možnosti měření větší vzdálenosti). Využívá se především k měření rychlosti (např. policejní radar RAMER-7), kde vzdálenost objektu není důležitá (rychlost se měří podle Dopplerova posunu).

Primární radar je klasický aktivní radar, kdy vysílač (pozemní nebo palubní) vysílá mikrovlnnou energii ve formě impulzů nebo stálé vlny a v čase mimo vysílání přijímá odrazy od objektů (letadel, vzducholodí, mraků, země…) jež se nacházejí ve směru kam je energie vyslána.

V případě, že nejsou vysílány impulsy ale stálá vlna (CW), bývají anténní systémy pro vysílání a příjem zpravidla oddělené. Použití stálé vlny umožňuje precizní měření radiální rychlosti (rychlost objektu vůči vysílači) na základě Dopplerova jevu (změna vlnové délky v závislosti na rychlosti objektu a rychlosti šíření elmag. vln v prostoru). Stejný efekt je využíván i u impulsních radarů pro rozlišení pohybujících se cílů (např. nízkoletícího letounu mezi odrazy od země atd.)

Sekundární radar je aktivní radar, který potřebuje ke své činnosti další zařízení na palubě letadla, tzv. odpovídač. Na zemi je umístěno zařízení, které se nazývá dotazovač a dále je na zemi umístěn přijímač sekundárního radaru. Dotazovač se v pravidelných intervalech dotazuje a každý dotázaný odpovídač odpovídá svým kódem, který má přidělený pro daný let od řízení letového provozu. Sekundární radar tedy dokáže identifikovat jednotlivá letadla. Při provozu v módu C nebo S je odpovídač propojen ještě s kodérem výšky (enkodérem), takže do odpovědi může být zakódována i výška letu letadla.

Standardní dotaz SSR (secondary surveillance radar - sekundární přehledový radar) v normě ICAO (International Civil Aviation Organization) má podobu třech impulsů s definovanou časovou prodlevou na nosné frekvenci 1030 MHz. Šířka všech impulsů je 0.8 mikrosekund. Časová prodleva mezi prvním a posledním impulzem určuje mód dotazu, druhý impuls pak slouží k zamezení spuštění odpovědí od letounů, jež se nenacházejí ve směru orientace hlavního svazku antény. Toho se dociluje tím, že první a poslední impulz jsou vyslány směrovou anténou s vysokým ziskem, druhý impulz pak anténou s podstatně širším svazkem. Přijímač odpovídače pak porovná amplitudy a časy příchodu jednotlivých impulsů. Pokud je amplituda druhého impulsu vyšší než prvního u třetího není vysílána odpověď, protože se přijímač (letoun) nenachází v oblasti hlavního svazku a případná odpověď by tak způsobovala vznik falešných cílů. Z časového rozdílu mezi impulsy pak přijímač vyhodnotí mód dotazu.

Kód odpovídače se nazývá squawk.

• Mód 1 - Prodleva mezi impulsy 1 a 3 je 3 ± 1 mikrosekund, je určen pro vojenské aplikace.
• Mód 2 - Prodleva mezi impulsy 1 a 3 je 5 ± 0.2 mikrosekund, je určen pro vojenské aplikace.
• Mód 3/A - Prodleva mezi impulsy 1 a 3 je 8 ± 0.2 mikrosekund. Používá se pro identifikaci letadel pomocí tak zvaných kódů SIF (selective identification feature). Čtyřmístné identifikační číslo (tzv. „squawk“ nebo „alfa“) je letounu přiděleno v průběhu letu orgánem ŘLP.
• Mód B - Prodleva 17 ± 0.2 mikrosekund, určen pro řízení letového provozu v civilní oblasti. Není celosvětově využíván.
• Mód C - Prodleva 21 ± 0.2 mikrosekund, odpověď jako u módu A doplněná o barometrickou výšku.
• Mód D - Prodleva 25 ± 0.2 mikrosekund, určen pro civilní oblast. Není celosvětově využíván.

Odpověď je vysílána na frekvenci 1090 MHz a skládá se ze sady impulsů udávajících číslo od 0000 po 7777. První a poslední impuls (bránovací impulsy) jsou použity k měření vzdálenosti cíle a jsou vyslány 20,3 mikrosekund po sobě (samy o sobě udávají squawk 0000). Některé squawky jsou vyhrazena zvláštním případům např.

• • 7500 - protiprávní čin na palubě (např. únos)
  • 7600 - ztráta radiového spojení
  • 7700 - stav tísně
  • 0000 - vyhrazeno pro budoucí použití

• Mód S – Dotaz v tomto módu je určen pouze jednomu letadlu a je konfigurován tak, aby ostatní letadla neodpovídala. Základní identifikační kód letadla v tomto módu je pak pevně přidělen a nemění se během letu jako u ostatních módů. Kód letadla je při instalaci odpovídače na letadlo uložen trvale do jeho paměti a může ho změnit jen oprávněná osoba např. při změně rejstříkového zápisu (domovského státu letadla).

Pro určené kategorie letadel v určených vzdušných prostorech je předepsáno vybavení odpovídačem v módu S / EHS (Enhanced Surveillance - zdokonalený přehled). V tomto rozšířeném módu jsou z letadla po dotazu sekundárního radaru automaticky předávány do pozemního zařízení další údaje: magnetický (kompasový) kurz letu, indikovaná rychlost letu, svislá rychlost (klesání/stoupání), úhel příčného náklonu, rychlost změny traťového úhlu (otáčení do zatáčky), skutečný traťový úhel (proti zemi), traťová rychlost, zvolená výška letu (na voliči autopilota nebo výstražné soustavy dodržování letové hladiny). Tyto údaje umožňují pak další zpracování v pozemních soustavách ŘLP např. pro výstrahu před možnými kolizemi letadel.

Odpovídačem v módu S musí být vybaveny i obslužné pozemní prostředky na velkých letištích, aby bylo možné účinně předcházet jejich případným kolizím s operujícími letadly. V odpovědní zprávě odpovídače S módu je jednoznačně rozlišeno, zda je odpověď odeslána z prostředku, který je trvale v kontaktu se zemí, nebo letí ve vzduchu.

Signálu radarového odpovídače využívají také další soustavy, které mohou být v letadle nainstalovány. Jedná se zejména o výstražné soustavy TCAS nebo ACAS, jejichž účelem je zabránit kolizi letadel zejména na leteckých tratích a v prostorech s intenzivním letovým provozem.

Podobně jako dotazovače v normě ICAO fungují i vojenské varianty označované jako IFF (identification friend or foe - rozpoznání přítel/nepřítel). V zemích bývalého východního bloku byl užíván podobný systém, ale na jiných frekvencích a s odlišnými strukturami dotazů a odpovědí.