Uvod u Mod S aspekte sustava elementarnog osmatranja

1. Uvod

Nakon razmatranja korisnosti uvođenja Moda S u Europu, razmatani su razni oblici sustava Mod S Elementarnog osmatranja, poput upitnih kodova “interrogator Codes” (IC) i Klastera (skupina). Posebna pažnja pripala je prijelaznim aspektima koje vode sigurnom korištenju SI kodova.

2. Opći pregled

                        2.1. Korisnost Mod S elementarnog osmatranja

Mod S koristi jedinstvenu zrakopovnu Mod S adresu za selektivne upite koji osiguravaju kvalitetno osmatranje, poboljšanu zrakoplovnu identifikaciju i rezoluciju te potiskivanje sinkronog “garbling-a” i preko-upita. Ta korisnost prepoznata je kao esencijalna za zadržavanje osmatračkog integriteta, posebno za razdvajanje zrakoplova, te samim time i sigurnost, kod daljeg korištenja SSR za ATC u Europi.

Mod S Elementarno osmatranje dodatno osigurava sredstva za prevladavanje nedostataka ORCAM SSR kodova pomoću korelacije Planova Leta sa Identifikacijom Zrakoplova preuzetom od zrakoplova.

2.2. Aspekti sustava Mode S elementarnog osmatranja

Mod S postiže korisnost a taj način što ispituje svaki zrakoplov selektivno. Ispitivački kod (IC) jedinstveno identificira Mod S ispitivače da bi “zaključao” all-calls jednom kada ispitivač dobije transponder (vidi odlomak 3. 1).

Da bi podržao ispitivače sa preklapajućim pokrivanjem, dok generira minimalno all-call preklapanje i maksimizira korisnost Mod S traži da ispitivači rade u skupinama, klasterima.(vidi odlomak 5.1.).

Svaki ispitivač u skupini dijeli zajednički IC sa ostalim ispitivačima sa kojima koordinira poatke o ciljevima.

No, u svrhu da osigura funkcionalni i siguran osmatrački sustav, moraju se okončati ograničenja veličine i distribucije klastrera ispitvača (vidi odlomak 5.1).

Kao rezultat, broj i tip ispitivača koji formiraju početak implementacije Moda S u Europi zahtijevaju za klastere značajan broj IC-a. Tako se pokazalo neophodnim korištenje “Surveillance Identifier” (Sl) kodova u Evropi (vidi odlomak 5.3.), set kodova dodanih Modu S originalno definiranih kao Kodovi ispitivanja identiteta “Interrogator identity (II) codes”.

U teoriji, SI- nekompatibilan zrakoplov nebi mogao biti detektiran od strane SI kodne postaje, što rezultira siguronosnim problemima, zato Europska Mod S implementacija mora biti bazirana na svim transponderima koji imaju mogućnost SI kodova odnosno, potpunu suglasnost sa Annex 10 Amandman 73 (vidi odlomak 4.).

2.3. Strategija prijelaza na korištenje SI kodova

Priznato je od strane ICAO SICASP da korištenje SI kodova od strane Mod S postaja moguće samo kada je opremljena cijela flota zrakoplova. Tako da je, prijelazna strategija definirala period promatranja, tijekom kojeg će se motriti usaglašenost sa Annexom u Amandmanu 73, prije nego SI kodovi postanu operativni. Taj period će trajati manje od 2 godine, a korištenje SI kodova postati će neophodno do 2005.

3. Princip RF smanjenja smetnji i ispitivački koder (IC)

             3.1. Mod S princip RF smanjenja smetnji

Pri normalnim uvjetima, zrakoplov leti prema i iz područja pokrivanja različitih SSR sustava. Ako je zrakoplov “upitan”, od recimo 3 postaje, on odgovara svim trima tipova upita (10 odgovora po postaji tipična je vrijednost). To rezultira velikim brojem odgovora (30 odgovora za zrakoplov iz ovog primjera) i značajno RF “zagušenje” je jedan od glavnih SSR problema koje Mod S uspiješno riješava.

U okolišu Moda S ili kombiniranom okolišu Mod A/C i Moda S, zemaljske postaje moraju detektirati zrakoplov bez obzira da li je prisutan Mod S ili samo Mod A/C. To se postiže odašiljanjem All-Call upita; zrakoplov samo sa Mod A/C odgovara sa Mod A/C odgovorom, ali Mod S zrakoplov odgovara sa Mod S porukom davajući svoju 24 bitnu adresu i neke informacije vezane uz status i mogućnosti. Jednom kada je adresa prepoznata Mod S zrakoplovi su od tada individualno ispitivani, i to se zove Roll-Call.

3.2. Mod S Princip ispitivačkih kodova (IC)

Uzmimo za primjer taj zrakoplov unutar područja od 3 postaje. Ako postaja 1 vrši All-Call pozive, to mora biti samo postaja 1, iako i postaje 2 i 3 također mogu upitati isti zrakoplov. To znači da svaki ispitivač mora imati nekakvu jedinstvenu oznaku koja ga jasno identificira i raspoznaje od ostalih ispitivača. Kao rezulatat, SARP dopušta korištenje Ispitivačkih Kodova (Interrogator Code) (IC) u svrhu osiguravanja jedinstvenog identiteta Ispitivača za prosljeđivanje All-Call odgovora prema svakom IC.

4. Razvoj ispitivačkih kodova - ICAO SARPI prilog 10 amandman 73

U ranim danima nastanka ICAO SSR “Improvements and Collision Avoidance Systems Panel” (SICASP) kada su se razvijali formati za Mod S i ACAS pretpostavljalo se da će 16 ispitivački identifikacijski (II) kodovi biti adekvatni za sve namjene. No, jednom kada je započet Koncept Operacije, vrlo se brzo shvatilo da 16 II kodovi neće biti dovoljni da osiguraju zahtjeve za jedinstvenost identiteta.

SICASP 5 (Montreal, Studeni 1993) prepoznao je taj problem u svezi broja II kodova, ali da bi se povećao broj II kodova potrebne su radikalne promjene za cijelokupnu Mod S strukturu formata. Tako su formati ostali nepromjenjeni a Mod S SARP je odobren kako je i navedeno u Annex 10, Amendment 71.

SICASP je nastavio sa radom i predstavio je dodatni set Ispitivačkih Kodova, nazvanih Osmatrački Identifikacijski Kodovi “Surveillance Identifier (Sl) codes” za one ispitivače koji ne trebaju potpuni set Mod S data-link funkcija. Ti SI kodovi dapoštali su dodatnih 83 jedinstvenih Identifikatora za Mod S postaje provodeći osmatranje (kao suprotnost za potpuni data link). Tako da su 15 II kodovi (bez-nula kodovi, nula se čuvala za specijalne tipove upita) i 63 SI kodovi bili dostatni za jedinstvene identifikacijske kodove u svrhu pune primjene Mod S Osmatranja.

Tako je SICASP 6 (Montreal, Veljača 1997) ICAO odobrio Annex 10, Amendment 73 (formalno izdan u studenom 1998) a koji je uključivao sve SARP potrebne za SI kodove i druge funkcije.

ACAS 2 mandatni zahtijevi, prilog 40 amandman 73

ECAC ACAS politika i ACAS M primjena, zahtjeva da “airborne collision avoidance system” bude kompatibilan sa ACAS II SARP. Da bi se to postiglo, tebalo je izvršiti instalaciju, ili nadogradu na TCAS II Verziju 7, zajedno sa pripadnim izmjenama na Mod S transponderima koji su također uključeni u Amendment 73 za Annex 10.

Smjer promjena, prilog 10 amandman 73

5.  Mod S principi “Clustering”-a odnosno grupiranja

             5.1. Potreba za “grupiranjem” Mod S postaja

Mod S identifikacijski kodovi postaja mogu biti II ili SI kodovi kako je prikazano u ptrethodnom tekstu. II kodovi koristiti će se na početku primjene Moda S jer svi Mod S transponderi već posjeduju II mogućnost.  

            (5) značajno smanjenje “all-call” odgovora dalje doprinosi smanjenju RF zagušenja.

5.2. Mod S ograničenja grupiranja i siguronosni aspekti

Također postoje ograničenja u konceptu clusteringa s obzirom na potrebe za veličinom clustera te ograničenjem broja postaja.

Činjenica je da, je maksimalna veličina clustera od 6 ispitivača implementirana POEMS dizajnom.

Mora se naznačiti da je jedna od najvažnijih stvari pri određivanju veličine clustera povrat sustava u slučaju pada clustera, a sve u svehu da sustav bude otporan na takve kvarove.

Kada, u clusteru, jedna Mod S postaja ili komunikacijski link padne (npr. Nestane veza prema ostalim postajama, ili  Mod S zemaljske postaje moraju raditi u degradiranom modu sa raznim  suprotnim efektima, zajedno sa stvaranjem RF zagušenja i mogućom degradacijom detekcije nekih zrakoplova). To je zato od velike važnosti da efekt kvara clustera ostane unutar prihvatljivih granica, što ograničava broj postaja unutar clustera. Također se moraju osigurati sredstva alternativnog dodatnog osmatranja u području koje je pogođeno kvarom.

5.3. Utjecaj “grupiranja” na potrebu za SI kodovima

Jednom kada se Mod S postaje ugrupiraju, IC se mogu dijeliti na većem nivou, značajno smanjujući broj potrebnih kodova te vjerojatno smanjiti potrebu za SI kodovima.

EUROCONTROL je proveo simulaciju koja je pokazala učinak postaja grupiranih po inicijalnoj civilnoj konfiguraciji implementacije Moda S u Europi.

Rezultati ove studije pokazali su da je 9 II kodova bilo potrebno da inicira cluster civilne populacije od 48 ispitivača.

Čak i kada su Mod S postaje grupirane, značajan broj kodova će još uvijek biti potreban kao dodatak clusterima IC,  svrhu ispunjavanja slijedećih zahtijeva:

             (1) Biti će teško grupirati zemaljske postaje kojima operiraju različiti vlasnici (clusteri uključuju postaje iz raznih zemalja, nacionalnih davatelja usluga i aerodroma, između aerodroma, između civilnih i vojnih korisnika, između različitih vojnih službi...)

            (2) Vojni mobilni ispitivači trebati će kodove; nemogu biti koordinirani sa ostalim postajama

            (3) Privremeni kodovi potrebni za postaje koje se integriraju, testiraju, stavljaju u promet, ili kada se postaja iz grupe iz bilo kojeg razloga koristi u modu autonomnog rada

            (4) Industrijski razvoj i testiranje proizvodnje

            (5) Autonomno stanje (cluster ne radi korektno) treba dodatne kodove za “fallback” mod

Broj dodatnih kodova a koji rade sa vojnim ispitivačima (Vojni CONOPS treba više od 30 kodova) i privremenim kodovima za postaje koje se testiraju ili uvode u promet (procjena za potrebom 5 kodova što je već dokazano POEMS evaluacijskim testovima), što vodi ka potrebom za više od 15 kodova. Rano uvođenje SI kodova je tako potreba gledano u okviru implementacije Mod S Elementarnog Osmatranja (do 2005)

Potreba za SI kodovima koja povećava ograničeni broj II kodova u zračnom prostoru velike gustoće prepoznata je od strane EUROCONTROL Mod S CONOPS i ICAO Annex 10 SARP

6. Prijelaz na SI kodove

Prijelaz na sigurno korištenje SI kodova bazirati će se na dvostranom prilazu:

            -period monitoringa od 2003 do 2005, tijekom kojeg će neadekvatni transponderi biti prepoznati i korigirani;

            -praktične mjere za korištenje SI kodova koje će uključiti mali broj zrakoplova bez mogućnosti SI kodova a koji će biti detektirani na pouzdan način od strane osmatračkog sustava.

6.1 Primjena i praćenje

Nakon postavljanja koje je započeto 2002 bazirano na korištenju Il kodova, SI kodovi će biti operativno potrebni do 2005 u svrhu sigurne implementacije Mod S Elementarnog Osmatranja.

Aktivnosti monitoringa, tijekom kojih će opremljeni zrakoplov biti pregledan a mogućnosti  transpondera analizirane i ako je potrebno korigirane, biti će postavljene 2000/2001 a operativne 2001/2005.

Ta aktivnost neće uključivati samo direktne veze sa korisnicima zračnog prostora u svrhu praćenja napretka opremanja, nego će također koristiti mogućnosti POEMS ispitivača zajedno sa sredstvima pohrane i analize u svrhu osiguravanja “živih” podataka iz zrakoplova u letu te prikladno procijeniti funkcionalnost zrakopovne opreme koja je implementirana.

Biti će uspostavljeni kontakti sa zračnim kompanijama, proizvođačima avionike i djelova zrakoplova, ICAO, JAA u svrhu osiguranja pravilne implementacije Mod S Elementarnog Osmatranja te lako procesiranje bilo koje stavke koja je rezultirala iz te primjene.

Implementacija SI kodova biti će određena monitoringom i potvrđivanjem mogućnosti zrakoplovnog data-linka (registar 1,0). Taj monitoring će biti nastavljen nakon stavljanja SI kodova u uporabu u svrhu identifikacije bilo kojeg transpondera koji nije SI kompatibilan. Slijedi postupak za zrakoplove koji su detektirani a nisu opremljeni SI kodovima. U tu svrhu koristiti će se Flight ID.

6.2. Sigurno korištenje SI kodova do 2006

Razlog zbog kojeg svi zrakoplovi moraju biti opremljeni SI je taj jer Mode S transponderi koji su nekompatibilni sa SI kodovima, krivo će interpretirati SI kod sadržan u “samo Mod S all-call upitu”.

Transponder koji ne podržava SI kodove samo će detektirati 4 II bita IC kodnog polja te stoga proizlazi da će interpretirati IC polje koje uvijek sadrži Il kod (SI=l, 17, 33 i 49 biti će interpretirani be kao II =1 za primjer).

Ako se dogodi da SI kod ispitivač ne detektira zrakoplov, bilo koji drugi radar koji radi sa II kodovima nastaviti će detekciju te njegova uloga ostaje nepogođena.

Tako sa transponderom koji nije opremljen sa mogućnostima SI koda, neće doći do gubitka osmatranja za ispitivač sa II kodom.

No mora se naznačiti da iako se radi o SI kod ispitivačima, detekcija zrakoplova samo sa mogućnostima II kodova može se izvršiti.

To se vrši korištenjem Mod S zemaljske postaje ne samo za dekodiranje SI kodnih All-Call odgovora nego i za odgovarajuće ii kodne All-Call odgovore (npr. II=1 za SI=17) koji potjeću iz potencijalnog sa mogučnošću samo II kodova.

6.3. Zaključak

Rezultati analize dodjeljivanja ispitivačkih kodova u Europi potvrđuje amandmane za ICAO Anex 10 da uključi SI kodove u transponder SARPS. To pokazuje da dok traje implementacija Moda S u njegovoj ranoj fazi, 15 II kodovi koji su na raspolaganju mogu biti korišteni za održavanje i vojnih i civilnih operacija, i da osiguraju, kada je to moguće, dijeljenje zrakoplovnih podataka između vojnih i civilnih ustanova. Također, u svezi združenih  civilno/vojnih operacija, vojne mobilne platforme mogu koristiti Zero M kodove u skladu sa ICAO preporukama (npr. Sa vrlo restriktivnim korištenjem “preuzimanja zaključavanja” i “nasumičnog zahvata”).

No, to također demonstrira da je budući nedostatak ispitivačkih kodova neminovan do 2005 ukoliko SI kodovi ne postanu dostupni. Predviđene posljedice su, kako napreduje implementacija Moda S, puna korist od Moda S u osiguravanju sigurnog i funkcionalnog ATC osmatračkog sustava za združeni zračni prostor, bila bi izgubljena i to bi ugrozilo budućnost Europskog Mod S sustava i sigurnosti ATC osmatranja, pouzdanosti i zahtijeva za kapacitetom. Tako, i zemaljska i zrakoplovna oprema trebaju i II i SI kodove kompatibilne za buduće Mod S osmatranje.