Przeznaczenie

GCA-2000

Zestaw radiolokacyjny GCA-2000 (Ground Control Approach), produkowany przez amerykańską firmę Gilfillan ITT Industries, jest przeznaczony do obserwacji przestrzeni powietrznej w pobliżu lotnisk cywilnych i wojskowych oraz sprowadzania samolotów do lądowania w każdych warunkach meteorologicznych. Pełni on funkcje radaru precyzyjnego podejścia (PAR) i radaru kontroli zbliżania (ASR) przy wykorzystaniu tego samego zestawu anten. Jest również wyposażony w radar wtórny (SSR/IFF), zapewniając pełną kontrolę ruchu podchodzących do lądowania i lądujących samolotów.

Rodzaje pracy PAR i ASR można wykorzystywać niezależnie lub w jednocześnie. W rodzaju pracy PAR zestaw anten skanuje przestrzeń w płaszczyźnie poziomej (kąt azymutu) i pionowej (kąt elewacji). Informacje o azymucie, elewacji i odległości samolotów zobrazowane są na wskaźniku, wskazując ich pozycję względem ścieżki zniżania i linii kursu (przedłużenia osi drogi startowej). W rodzaju pracy ASR na wskaźniku PPI (Plan Position Indicator) zobrazowane jest położenie statków powietrznych we współrzędnych odległość/azymut, czyli jest to zobrazowanie typowe dla wskaźnika panoramicznego, z pierścieniami odległości i znacznikami azymutu, ale dodatkowo zobrazowane są: sektory zabezpieczane przez ASR i PAR, sektory niezabezpieczane (emission blanking areas), pozycja radaru PAR i pokrywany przezeń obszar, cyfrowa mapa terenu oraz znaczniki kalibrujące radar w czasie rzeczywistym – radar potrafi monitorować poprawność wskazań wykorzystując w tym celu coś w rodzaju radiolatarni (electronic alignment Bacon) ustawionej w pewnej od niego odległości. Kombinacja mechanicznych obrotów i elektronicznego skanowania przestrzeni anteną azymutalną zapewnia informację o ruchu w zakresie kąta pełnego (360°). W rodzaju ASR radar może śledzić trasy do 250 statków powietrznych.

Krótki opis techniczny

Zestaw radiolokacyjny GCA-2000 jest urządzeniem zbudowanym na bazie ciała stałego, tzn. mikrofalowe układy elektroniczne pozbawione są lamp. Chłodzone powietrzem moduły nadawczo-odbiorcze wykonane na bazie arsenku galu (GaAs) zasilają dwie aktywne apertury anten azymutu i elewacji.

Radar składa się z trzech głównych grup: podsystemu anten (Sensor Subsystem), podsystemu operacyjnego (Operations Subsystem) i podsystemu zasilania (Power Conditioning Subsystem).

Podsystem anten to anteny azymutalna i elewacyjna oraz kontener z elektroniką. Grupa anten zawiera anteny PAR, ASR i SSR/IFF (Secondary Surveillance Radar). Kontener z elektroniką mieści zespoły elektroniczne, w tym procesor sygnału/danych, interrogator SSR, dwa sterowniki silników elektrycznych, generator częstotliwości (RF Head), układy Ethernetu oraz interfejs łączności optoelektronicznej (światłowodowej).

Podsystem operacyjny to kontener mieszczący wskaźniki, przetwornice mocy, źródła zasilania, urządzenia sterowania, układy Ethernetu i interfejs światłowodowy.

Zadaniem podsystemu zasilania jest przetwarzania przychodzącej z zewnątrz mocy (napięcia) do postaci wymaganej przez urządzenia elektryczne i układy elektroniczne zestawu.

GCA-2000 zawiera zespół adaptacyjnego MTD (Moving Target Detection), zapewniając wykrywanie obiektów powietrznych w obecności silnych zakłóceń biernych i deszczu. GCA-2000 potrafi przetwarzać echa od zjawisk pogodowych, wykrywając i klasyfikując opady deszczu w zakresie trzech poziomów, następnie zobrazowuje je dla wskazania kontrolerom warunków atmosferycznych w czasie lądowań.

zobrazowanie PAR

Radar wyposażony jest w kolorowe, rastrowe wskaźniki zobrazowujące trójwymiarową sytuację lądowań w układzie współrzędnych kątów azymutu i elewacji w rodzaju pracy PAR lub położenie statków powietrznych w układzie odległość/azymut w rodzaju pracy ASR. W rodzaju PAR zobrazowują one pozycję samolotu, jego odchylenie od linii kursu i ścieżki zniżania oraz w oddzielnym bloku – informacje o locie (flight information). Pozycja samolotu jest wyświetlana w formie znacznika, można również włączyć zobrazowanie historii trasy w postaci serii zmniejszających się znaczników. Wszystkie informacje są prezentowane w odniesieniu do punktu przyziemienia, a nie pozycji radaru.

Cennymi właściwościami wskaźników w rodzaju pracy ASR jest zdolność zobrazowania mapy geograficznej otaczającego terenu, zjawisk pogodowych w czasie rzeczywistym oraz informacji o przeszkodach. Wskaźniki zapewniają również zobrazowanie WHI (Width-Height) zwane też „Bull’s eye”, które przedstawia odchylenie samolotu od ścieżki zniżania z punktu widzenia pilota.

Zdjęcie obok prezentuje zobrazowanie PAR, czyli na tle ścieżki zniżania i linii kursu widać dwa samoloty podchodzące do lądowania. Te ciągnące się za nimi "ogony" to trasy. Pomarańczowe "schodki" to przeszkody, niebiesko-granatowo-fioletowe pole to opad deszczu (trzy poziomy intensywności). Do każdego z samolotów dowiązana jest etykieta z parametrami lotu. Ten krzyż na górze obrazka, to właśnie bull's eye, wskazuje położenia tego bliższego samolotu, widać, że jest trochę za wysoko i na prawo.

Jak wcześniej podkreśliłem, system GCA-2000 zapewnia możliwości operacyjne zarówno radaru kontroli zbliżania (ASR) jak i radaru precyzyjnego podejścia (PAR). Te dwa rodzaje pracy mogą być wybierane indywidualnie lub jednocześnie. Gdy wybrany jest ASR, antena obraca się z prędkością 60 obrotów na minutę, zapewniając pokrycie przestrzeni w zakresie kąta azymutu 360°. Impulsy sondujące generowane są z cyklicznie zmienianą częstotliwością powtarzania. Cykl zmiany tej częstotliwości trwa 5 sekund, czyli 5 obrotów anteny. Oznacza to, że np. w czasie jednego obrotu częstotliwość wynosi F1, w następnym obrocie F2 i tak dalej do F5, po czym cykl się powtarza. Taka praca pozwala optymalizować proces wykrywania w wymaganym zakresie odległości i częstotliwości Dopplera.

GCA-2000 zawiera również urządzenia systemu IFF (SSR) wraz z oddzielną anteną (pozioma belka na szczycie "grzybka"). Interrogator generuje sygnały zapytania w paśmie L. Praca radaru SSR jest zapewniona we wszystkich trzech rodzajach pracy: PAR, ASR i kombinowanym. Antena SSR obraca się niezależnie z prędkością 15 obrotów na minutę (tak napisano w materiałach źródłowych, z których korzystam, ale słyszałem, że w rodzaju pracy PAR antena SSR nie obraca się, ponieważ nie obraca się antena azymutalna GCA, a obie napędzane są jednym silnikiem).

GCA-2000 kontroluje wiele kursów podejść do lądowań bez konieczności fizycznego przemieszczania systemu, czy też jego oblotu, czyli sprawdzania poprawności wskazań poprzez wykonanie lotów kontrolnych, po zmianie kierunku podejścia. Wybór podejścia sterowany jest z kontenera operacyjnego, a sama operacja zmiany trwa mniej niż minutę. W celu wyboru pasa, na którym będą odbywać się lądowania, operator po prostu wybiera jeden z sześciu kursorów, z których każdy wskazuje inną drogę startową lub kierunek podejścia do lądowania. Po dokonaniu wyboru, antena automatycznie zmienia położenie do wymaganej pozycji i system wznawia pracę. Ta właściwość pozwala stosować GCA-2000 na lotniskach, na których starty i lądowania odbywają się z obu końców drogi, na lotniskach posiadających równoległe drogi, lub wiele dróg startowych, jak np. na lotnisku Okęcie, gdzie są dwie, przecinające się drogi startowe.

Radar ma wbudowany system BIT (Built-In Test), pozwalający monitorować funkcjonowanie wszystkich układów radaru za pośrednictwem dedykowanych komputerów (MPC – Maintenance Personal Computers). Komputery te monitorują status systemu, wykrywają uszkodzone podzespoły i rejestrują historię uszkodzeń (fault history log status recording).

Więcej zdjęć radaru w galerii.

Parametry

podstawowe parametry radaru GCA-2000
właściwości celów:
skuteczna powierzchnia odbicia 1m2 – 1000m2
model fluktuacji Swerling 1
prędkości PAR: od ±40 do ±250 węzłów
ASR: od ±40 do ±400 węzłów
wartości pokrycia PAR
kąt azymutu 30°
kąt elewacji od -1° do +7°
zasięg 20 nmi (37km) w "Clear Mode"
15nmi (27km) w "Rain Mode"
odświeżanie informacji co sekundę
wartości pokrycia ASR
kąt azymutu 360°
kąt elewacji od 0° do 20°
wysokość od 0 do 8000 stóp (2,4km)
zasięg 30 nmi (55km) w "Clear Mode"
15 nmi (27km w "Rain Mode"
odświeżanie informacji co 5 sekund (antena 60 obr/min)
przetwarzanie informacji o celach PAR
kąt azymutu 50 tras/skan
kąt elewacji 22 trasy/skan
przetwarzanie informacji o celach ASR
kąt azymutu 250 tras/skan
przetwarzanie pogody
poziomy intensywności opadów deszczu 3
niezawodność
MTBF (Mean Time Between Failure) 2212 godzin