MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG 4 DANH MỤC BẢNG 7 YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN CỦA NHÓM 8 CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG RA ĐA ĐỘ CAO – RADIO ALTIMETER 9 1 1 Tổng quan 9 1 2 Hoạt động khai thác 10 1 2 1 Nguyên lý hoạt động 10 1 2 2 Màn hình hiển thị của hệ thống đo độ cao 15 1 2 3 Một vài định nghĩa, vấn đề liên quan đến hệ thống RA 17 1 3 Khả năng ứng dụng của Hệ thống ra đa độ cao 19 1 3 1 Ưu điểm 19 1 3 2 Ứng dụng 20 1 3 3 Các lỗi và hạn chế của RA 23 CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG GIÁM SÁT MẶT ĐẤT NÂNG CA.
HỆ THỐNG RA-ĐA ĐỘ CAO – RADIO ALTIMETER
Tổng quan
Hệ thống ra-đa đo độ cao (Radio Altimeter – RA) hay máy đo độ cao vô tuyến tầm thấp (Low Range Radio Altimeter – LRRA) đo khoảng cách thẳng đứng từ tàu bay đến mặt đất và hiển thị độ cao so với AGL (Above Ground Level) Độ cao được chỉ định khi dưới 2500ft, vì vậy hệ thống này chủ yếu được sử dụng trong quá trình cất cánh, tiếp cận và hạ cánh Hệ thống RA cung cấp độ chính xác cần thiết cho hệ thống hạ cánh tự động (Auto Landing System) để thực hiện hạ cánh với các tiêu chuẩn CAT II và CAT III Đồng thời, nó cũng cung cấp thông tin về độ cao và tốc độ thay đổi độ cao cho hệ thống cảnh báo GPWS (Ground Proximity Warning System), là một thành phần quan trọng của hệ thống này.
RA là viết tắt của Radio Altimeter, không phải Radar Altimeter, và được sử dụng để đo độ cao ở mức thấp Hệ thống này được phát minh bởi kỹ sư Lloyd Espenschied vào năm 1924 tại Bell Labs Tuy nhiên, phải đến 14 năm sau, thiết bị mới được cải tiến và ứng dụng trên máy bay Vào năm 1938, United Airlines đã hợp tác với Bell Labs để trang bị RA cho một số máy bay của hãng, nhằm phục vụ cho việc tránh địa hình.
Trên tàu bay, hai hệ thống ra-đa đo độ cao (RA) được lắp đặt ở phần bụng dưới, với mỗi tàu bay trang bị hai RA Mỗi hệ thống RA bao gồm hai bộ thu phát, mỗi bộ lại có hai ăn-ten thu phát Thông thường, chỉ có RA 1 được sử dụng, trong khi RA 2 được giữ làm dự phòng nếu RA 1 gặp sự cố.
Hệ thống TAWS trên tàu bay của hãng Airbus chỉ nhận RA1, và hệ thống đo độ cao vô tuyến không thể phát hiện chướng ngại vật ngay trước mũi tàu bay mà chỉ nhìn thấy bên dưới Điều này là do vị trí và nguyên lý hoạt động của RA Để nhận diện chướng ngại vật phía trước, cần có một máy vô tuyến tương tự như RA được thiết kế và lập trình sẵn tại mọi điểm có địa hình nguy hiểm.
Hoạt động khai thác
1.2.1 Nguyên lý ho t đ ngạ ộ Độ cao vô tuyến sẽ được đo theo nguyên lý hoạt động sau: o Đầu tiên, bộ phận phách của bộ thu phát sẽ tạo ra tín hiệu ra-đa được ăng-ten truyền xuống mặt đất o Tín hiệu được phản xạ một phận trên mặt đất vào sau một thời gian nhất định sẽ được ăng-ten thứ hai phát lại. o Máy thu bây giờ sẽ tính toán thời gian trễ bằng cách so sánh tín hiệu đã truyền và đã nhận o Kết quả sau khi tính toán sẽ được chuyển thành tín hiệu độ cao cho người dùng.
Từ nguyên lý làm việc trên thì hệ thống ra-đa đo độ cao có thể làm việc theo hai cách thức sau:
1.2.1.1 Ra-đa đi u ch nh xung (Pulse modulated raề ỉ dar)
Ra-đa điều chỉnh xung là một loại ra-đa truyền thống, hoạt động dựa trên sự bức xạ của các xung rời rạc Đây là hình thức ra-đa cơ bản, sử dụng biến đổi xung của sóng để thực hiện chức năng của mình.
Nguyên lý hoạt động của radar dựa trên việc phát sóng xung ngắn, sau đó thu nhận sóng xung phản hồi trước khi phát sóng tiếp theo Thời gian giữa việc phát và thu được tính toán và chia đôi để xác định quãng đường một chiều Với vận tốc sóng radio đạt 300 triệu m/s, radar có khả năng chuyển đổi thời gian này thành khoảng cách cụ thể.
Phương pháp kỹ thuật này từng được áp dụng cho máy đo độ cao vô tuyến cấp cao, nhưng không thích hợp cho các trường hợp cấp thấp hơn, đặc biệt khi cần độ chính xác cao.
Giới hạn về độ ngắn của xung radar ảnh hưởng đến khả năng mang đủ năng lượng, với độ dài xung điển hình cho một RA cấp cao là 75m Khi máy bay hạ cánh, tín hiệu echo trả về tại độ cao 125ft trong khi tín hiệu vẫn đang được truyền đi, dẫn đến sai số lớn không phù hợp cho hệ thống ILS Để cải thiện độ chính xác trong quá trình hạ cánh tự động, cần áp dụng công nghệ sóng liên tục thay vì xung radar.
1.2.1.2 Đi u ch xung liên t c (Frequency Modulated Continuous Wave – ề ế ụ
Ra-đa FMCW là thiết bị đo tầm ngắn có khả năng xác định độ cao của máy bay so với mặt đất lên đến 5000ft, với phạm vi phổ biến là 2500ft Thiết bị này sử dụng hai ra-đa riêng biệt, một để truyền tín hiệu và một để nhận tín hiệu FMCW rất phù hợp để đo độ tĩnh không địa hình ở độ cao thấp và cung cấp dữ liệu độ cao cho hệ thống GPWS và Autoland (ILS).
RA nằm ở dưới cùng của thân tàu bay, nhưng chiều cao được tính từ bánh xe thấp nhất.
Nguyên lý hoạt động của máy phát điều chế tần số (FMCW) dựa trên sóng liên tục (Continuous Wave - CW), với tín hiệu đầu ra từ Mixer cũng là tín hiệu CW Tín hiệu nhận được sẽ có thời gian trễ do sự thay đổi liên tục của tần số, dẫn đến sự khác biệt về tần số giữa tín hiệu phát và tín hiệu nhận Điều chế xung trong FMCW được áp dụng trong khoảng tần số 4200.
Tần số 4400 MHz cho thấy rằng mặc dù tần số trung tâm là 4300 MHz, nhưng nó liên tục thay đổi trong một sơ đồ răng cưa với biên độ 50 MHz mỗi bên Sơ đồ này bắt đầu từ 4300 MHz, tăng tuyến tính đến 4350 MHz, sau đó giảm tuyến tính về 4250 MHz và lại tăng trở lại 4300 MHz, tạo thành một chu kỳ FMCW Chu kỳ này lặp lại liên tục với hơn 300 lần mỗi giây, cho phép chúng ta theo dõi và so sánh tín hiệu nhận được một cách hiệu quả.
Hình 4: Cách thức hoạt động của Modulator
Để đo chênh lệch thời gian, chúng ta cần xem xét tín hiệu truyền tại một điểm cụ thể trong chu kỳ, chẳng hạn như khi tín hiệu đạt 4300 MHz theo hướng lên Lúc này, sóng vô tuyến sẽ truyền xuống mặt đất và trả lại tín hiệu nhận Kết quả là, tín hiệu nhận được vẫn duy trì ở mức 4300 MHz.
Hình 5: Cách đo chênh lệch thời gian giữa các sóng
Tín hiệu truyền đi hiện tại đạt 4320 Mhz, với sự chênh lệch 20 Mhz tương ứng với độ cao vô tuyến được hiển thị trên bộ chỉ thị Khi máy bay duy trì độ cao này, chênh lệch tần số giữ nguyên và hai đường theo dõi biểu đồ song song với tín hiệu truyền đi Trong quá trình điều chế, tần số phát vẫn đi trước tần số nhận, nhưng ở dốc xuống, tần số nhận trở thành cao hơn Mặc dù sự khác biệt tần số vẫn không thay đổi, nó chỉ chuyển từ dương sang âm, và việc đo giá trị tuyệt đối của sự thay đổi này là quan trọng Phương pháp đo này giúp nhận diện sự sụt giảm tần số chênh lệch khi điều chế tần số đảo ngược, đồng thời được thiết kế để không làm ảnh hưởng đến độ chính xác.
Theo hình 4, có sự khác biệt tần số không đổi và các vùng không liên tục ở đỉnh điều chế Khi thời gian trễ nhanh hơn điều chế, thời gian nhìn thấy các vùng không liên tục chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ trong tổng thời gian Do đó, đầu ra của Mixed sẽ được lọc và đếm ở mức thấp nhất Độ cao tỷ lệ thuận với tần số của đầu ra Mixed, được tính theo công thức: o D là độ cao (ft), o là sự chênh lệch tần số không đổi ở đầu ra của Mixed, và o là tốc độ điều chế tính bằng Hz/ns.
1.2.2 Màn hình hi n th c a h th ng đo đ caoể ị ủ ệ ố ộ
1.2.2.1 Các thành ph n trên m t ch thầ ặ ỉ ị o Thang đo độ cao (Altitude scale): độ cao tính theo hàng trăm đơn vị ft. o Kim chỉ (Indicator Needle): chỉ độ cao của tàu bay so với mặt đất hiện thời. o Núm DH SET: được sử dụng để đặt lỗi độ cao quyết định thành DH mong muốn. o Cờ cảnh báo lỗi (Flag): cờ cảnh báo Tắt sẽ hiển thị bất cứ khi nào có thông tin hệ thống không đáng tin cậy. o Bộ phát sóng độ cao quyết định (Decision Height Lamp): đèn chỉ thị sẽ sáng khi tàu bay ở hoặc thấp hơn độ cao quyết định đã được chọn. o Lỗi độ cao quyết định (DH Bug): Lỗi độ cao DH được đặt thành độ cao quyết định mong muốn bằng núm DH Set. o Nút tự kiểm tra (Self Test Button): Khi được nhấn, cờ cảnh báo Tắt sẽ xuất hiện để xem và kim chỉ độ cao sẽ chỉ ra khoảng 100ft Việc nhả nút sẽ khiến kim chỉ quay trở lại độ cao hiện có và cờ cảnh báo Tắt sẽ rút lại.
Các thành phần trên mặt chỉ thị có thể thay đổi tùy thuộc vào từng loại máy RA được sử dụng trên các tàu bay và trực thăng khác nhau.
Hình 7: Các thành phần được hiển thị trên màn hình
Hình 5 hiển thị hai loại màn hình đo độ cao vô tuyến, với độ cao tối đa được ghi rõ là 2500ft hoặc 5000ft Mặc dù hiển thị mặt số thông thường rõ ràng, nhưng việc hiển thị theo tỷ lệ dọc di chuyển lại không rõ ràng bằng Màn hình tròn có dạng tuyến tính cho độ cao lên đến 500ft và dạng logarit cho độ cao từ 500-2500ft (hoặc 5000ft), giúp cải thiện độ chính xác khi đọc phạm vi độ cao thấp hơn.
Tất cả các màn hình đo độ cao vô tuyến đều có điều khiển cài đặt cho DH, và khi điều chỉnh, cảnh báo sẽ được đưa ra Độ cao có thể được thiết lập bằng cách điều chỉnh kim chỉ bên ngoài so với chiều cao mong muốn trên thang đo Ngoài ra, điều khiển cài đặt thường hoạt động như một nút nhấn PTT (Push to test), giúp kiểm tra bằng cách đưa màn hình đến một giá trị cố định, thường là 100ft.
Với màn hình tròn, cờ Tắt hoặc Thất Bại sẽ hiển thị khi:
Có sự cố mất điện;
Xảy ra lỗi ở Tx, Rx hoặc màn hình;
Tín hiệu trở lại quá yếu;
Tín hiệu được có khả năng làm hại xuất hiện từ khung tàu bay.
Kim chỉ độ cao bị ẩn khỏi chế độ xem phía sau mặt nạ khi:
Xảy ra lỗi Tx, Rx hoặc màn hình;
Tàu bay leo quá giới hạn chiều cao của thiết bị
Các cảnh báo bằng đèn/âm thanh đều được phát cho việc cất cánh từ chỉ báo giới hạn độ cao: Các cảnh báo bằng màu gồm:
Màu vàng hổ phách (Amber): trên chiều cao đã chọn
Màu xanh lá cây (Green): so với chiều cao đã chọn
Màu đỏ (Red): thấp hơn chiều đã chọn là 15ft
Khả năng ứng dụng của Hệ thống ra-đa độ cao
Máy đo độ cao vô tuyến mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng xác định chiều cao thực tế gần như tuyệt đối của tàu bay Thiết bị này cũng cho phép kiểm tra chéo với máy đo độ cao khí áp, giúp vượt qua địa hình một cách an toàn Đặc biệt, máy còn cung cấp tín hiệu cảnh báo âm thanh trước khi đạt đến độ cao được thiết lập và hiển thị hình ảnh cảnh báo khi gần đến độ cao đó.
Hình 10: Sử dụng RA ở ILS Cat I
Máy đo độ cao vô tuyến là công cụ tham khảo quan trọng cho phi hành đoàn khi bay ở độ cao thấp, đồng thời cũng có nhiều ứng dụng trong các quy trình và tình huống liên quan đến các hệ thống khác.
1.3.2.1 H th ng h cánh b ng thi t b (ILS)ệ ố ạ ằ ế ị
Khi tiếp cận IFR với hệ thống ILS Cat I, việc sử dụng RA không cần thiết vì các mức tối thiểu về độ cao, như DA, đã được quy định liên quan đến mực nước biển trung bình Phi công có thể dựa vào máy đo độ cao khí áp thông thường khi tàu bay đạt 4220ft để quyết định hạ cánh hoặc tiếp cận hụt Do đó, việc sử dụng RA trong trường hợp này không mang lại lợi ích thiết thực.
Khi tiếp cận IFR với hệ thống ILS Cat II/III, việc sử dụng RA (độ cao vô tuyến) là rất quan trọng Thay vì sử dụng DH (độ cao quyết định) liên quan đến MSL, RA được xác định dựa trên độ cao so với mặt đất Ví dụ, khi máy bay đạt 144ft trên máy đo độ cao vô tuyến, phi công sẽ quyết định hạ cánh hoặc thực hiện tiếp cận hụt Phi công có thể tham chiếu DH trên màn hình và điều chỉnh nó bằng cách sử dụng nút chọn độ cao; nếu DH là 300ft, họ sẽ điều chỉnh kim đến số 3 trên màn hình Khi kim chạm đến mốc tham chiếu, đèn cảnh báo sẽ sáng và có thể có âm thanh báo hiệu kèm theo.
“Minimums, minimums” để cho phi hành đoàn biết rằng tại chính điểm này, họ sẽ phải đưa ra quyết định của mình.
Hình 11: Sử dụng RA ở trong ILS Cat II/III
1.3.2.2 H th ng c nh báo ệ ố ả m t đ tặ ấ - Ground Proximity Warning Systems
Máy đo độ cao vô tuyến là thành phần thiết yếu trong hệ thống GPWS, giúp cảnh báo phi công khi tàu bay bay quá thấp hoặc hạ độ cao nhanh chóng Thiết bị này cung cấp thông tin về độ cao hiện tại của tàu bay so với mặt đất mà không cần phi công phải nhìn vào màn hình chỉ thị, từ đó giảm thiểu sự phân tâm trong quá trình tiếp cận hạ cánh Ngoài ra, máy còn phát ra các cảnh báo âm thanh như “Approaching Minimums” và “Minimums, Minimums”, liên quan trực tiếp đến độ cao tối thiểu (DH) mà phi công đã cài đặt.
Hình 12: RA sẽ đọc lần lượt các mức cao của tàu bay nhằm cảnh báo đến phi công
Hệ thống GPWS sử dụng RA như một mức cảnh báo quan trọng, giúp nhận diện các vấn đề liên quan đến độ cao và cấu hình của máy bay khi tiếp cận gần mặt đất.
Khi máy bay gần hạ cánh mà phi hành đoàn quên mở rộng cánh tà và càng đáp, sẽ phát ra âm thanh cảnh báo như “Too Low Flaps”, “Too Low Gear”, “Too Low Terrain” để nhắc nhở về tình trạng an toàn bay.
Hình 13: Cảnh báo các vấn đề liên quan GPWS hay cấu hình của tàu bay.
1.3.2.3 H th ng h cánh t đ ng (Autoland)ệ ố ạ ự ộ Đây là một trong những hệ thống quan trọng nhất dựa vào máy đo độ cao vô tuyến
Trong hình 12, tàu bay ban đầu sử dụng độ dốc trượt (Glide Slope-GS) để hạ cánh theo đường tiếp cận chính xác Tuy nhiên, khi đạt đến một độ cao nhất định, hệ thống ngừng sử dụng GS và chuyển sang thông tin từ RA để tiếp tục hạ cánh Dù RA cung cấp thông tin đáng tin cậy và chính xác, vẫn tồn tại một số hạn chế, đặc biệt là khi sóng phát ra từ phần bụng tàu bay, dẫn đến giới hạn khi tàu bay leo cao (pitch) hoặc lái vòng (bank).
Hình 14: Giới hạn của sóng khi tàu bay thay đổi hướng đầu mũi (pitch) hay lái vòng (bank)
Note: Tuỳ thuộc vào thiết kế của hệ thống tàu bay thì giới hạn của sóng cũng sẽ thay đổi.
Khi vượt quá giới hạn dải sóng, hệ thống phát ra sóng sẽ không thể xác định chính xác độ cao của tàu bay, dẫn đến lỗi trong chỉ báo.
Có 2 lỗi phổ biến nhất: o Rò rỉ (Leakage): Điều này sẽ xảy ra khi ăng-ten của máy phát và máy thu được đặt gần nhau thì các sóng ở hai bên sẽ dễ dàng tràn qua bên cạnh Cách thức giải quyết là phải đặt ăng-ten cách nhau một khoảng cách vừa đủ để không làm nhiễu nhau và có thể hoạt động bình thường. o Bị đặc sóng (Mushing): Vì ăng-ten được đặt xa nhau, tàu bay càng gần xuống đất thì ăng-ten của máy phát, điểm phản xạ và ăng-ten của máy thì sẽ tạo thành hình tam giác Điều này khiến cho đường đi của sóng sẽ lớn hơn đường đi của sóng theo lượt đi, lượt về dẫn đến sự không chính xác khi ở gần mặt đất Tuy nhiên, lỗi này cũng có thể được khắc phục bằng cách sửa chữa cố định cho các tàu bay nhằm để cho chỉ báo độ cao tương ứng khoảng cách của tàu bay với mặt đất theo chiều thẳng đứng tính từ bánh xe gần mặt đất nhất(tức là trên đồng hồ chỉ thị vào số 0 thì cùng lúc đó bánh lái chạm đến điểm touch-down).
Hình 15: Biểu đồ thể hiện nguy hiểm tiềm ẩn mà mạng 5G mang lại cho RA
Khi tàu bay hoạt động gần các thiết bị điện tử như điện thoại sử dụng dải tần RA, có thể gây nhiễu hệ thống do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ mạng không dây 5G C-Band Mặc dù 5G mang lại tốc độ truyền tín hiệu vượt bậc, nhưng máy RA hoạt động trong dải tần 4.2-4.4 GHz, phần dưới của dải tần này nằm trong dải tần C (3.7 – 4.2 GHz), dẫn đến nguy cơ gây nhiễu Cục Hàng không Liên bang (FAA) đã ban hành các chính sách mới để đối phó với nguy cơ nhiễu sóng 5G, cảnh báo các nhà khai thác về khả năng phát hành NOTAM để hạn chế hoạt động tại các khu vực có thể bị ảnh hưởng FAA yêu cầu các nhà cung cấp RA, hãng hàng không và nhà sản xuất tàu bay cung cấp thông tin về nhiễu mà họ quan sát được, tạo ra thách thức cho ngành hàng không và công nghiệp mạng không dây trong việc tìm kiếm giải pháp an toàn cho sự đồng tồn tại của băng tần C – 5G.
HỆ THỐNG GIÁM SÁT MẶT ĐẤT NÂNG CAO –
Lịch sử phát triển
H th ng giám sát m t đ t (GPWS) đã đi qua m t ch ng đệ ố ặ ấ ộ ặ ường dài kể t khi đừ ược phát tri n b i C Donald Bateman – kỹ s trể ở ư ưởng v h th ngề ệ ố
Hệ thống an toàn bay của AlliedSignal đã cải thiện đáng kể an toàn chuyến bay bằng cách giảm thiểu rủi ro xảy ra sự cố hạ cánh không an toàn (CFIT) Tuy nhiên, GPWS truyền thống chỉ có khả năng phát hiện các điểm mù, do đó chỉ thu thập dữ liệu gần bên dưới máy bay, dẫn đến việc phải dự đoán các điểm nguy hiểm trong tương lai Nếu có sự thay đổi trong địa hình, GPWS có thể không phát hiện kịp thời, khiến máy bay gặp nguy hiểm khi thực hiện các hành động tránh né.
Hệ thống giám sát mặt đất nâng cao (EGPWS), hay hệ thống cảnh báo địa hình (TAWS) theo tiêu chuẩn của Cục Hàng không Liên bang Hoa Kỳ (FAA), có khả năng cải thiện đáng kể an toàn bay EGPWS, được phát triển bởi Honeywell (trước đây là AlliedSignal), cung cấp các phiên bản phù hợp với nhiều loại và kích cỡ máy bay khác nhau, nhằm đảm bảo rằng các thiết bị này có thể được lắp đặt trên hầu hết các loại tàu bay hiện có.
Các thông số kỹ thuật của FAA quy định rõ ràng thời điểm phát ra các cảnh báo trong buồng lái, đảm bảo an toàn trong quá trình bay.
Nghiên cứu tình huống
Vào ngày 24 tháng 7 năm 2004, một chiếc Boeing 737-838 đã nhận được cảnh báo từ hệ thống cảnh báo địa hình (EGPWS) khi đang hạ cánh xuống phía Đông Nam của sân bay Canberra Tàu bay này đang được khai thác thương mại theo lịch trình từ Perth đến Canberra.
Vào buổi sáng, nhân viên tại Đài Kiểm soát Nhà ga Canberra đã gặp sự cố khi các dịch vụ kiểm soát không hoạt động trong khoảng 40 phút sau thời gian mở cửa Điều này dẫn đến việc các chuyến bay hạ cánh dưới 9.000 ft được thực hiện mà không có sự hỗ trợ từ radar kiểm soát không lưu.
Khi tàu bay hạ cánh tại Church Creek (CCK), cơ phó đã nhập sai thông tin vào Máy tính Quản lý Chuyến bay (FMC) Điều này dẫn đến việc FMC tính toán sai, cho rằng khoảng cách đến Canberra là 14 NM, thay vì 1 phút hoặc khoảng cách tối đa là 14 NM.
Bằng cách tiếp cận kho cách ở khoảng cách 14 hải lý, phi hành đoàn đã vô tình kích hoạt hệ thống FMC, dẫn đến việc máy bay tự động điều chỉnh hướng bay, khiến cho tàu bay vượt quá giới hạn cho phép.
11 NM Phi hành đoàn b t đ u h đ cao 5.000 ft sau khi đi qua CCK trênắ ầ ạ ộ cao Khi h cánh, tàu bay ti p t c ra ngoài vùng tr i đạ ế ụ ờ ược ch đ nh đ ch ỉ ị ể ờ
Do đó, tàu bay bay g n đ a hình xung quanh h n bình thầ ị ơ ường.
Tàu bay được trang bị hệ thống EGPWS giúp phát hiện vị trí gần đất và cung cấp thông báo "CAUTION TERRAIN" cho phi hành đoàn Thông báo này được đưa ra 16 giây trước khi có tin nhắn, cho phép phi hành đoàn phản ứng kịp thời bằng cách nâng cao độ bay lên 6.500 ft và thực hiện rẽ phải để chuyển hướng vào đường bay CCK.
Vào th i đi m thông báo, đ cao c a tàu bay trên đ a hình là 2.502 ft (chờ ể ộ ủ ị ỉ báo đo đ cao vô tuy n).ộ ế
Trong quá trình rẽ, tàu bay đã vượt qua 0,6 hải lý (1,11 km) về phía Bắc và đạt độ cao 810 feet so với địa hình gần nhất có độ cao 4.920 feet trên mực nước biển Tàu bay cũng đã bay qua Đỉnh Tinderry, cách 2,7 hải lý (5 km) về phía Bắc Sau đó, tàu bay đã leo lên độ cao 6.500 feet và tiếp tục tiếp cận đài chỉ huy với localizer của đường băng 35.
Định nghĩa
Hệ thống EGPWS (Enhanced Ground Proximity Warning System) giúp cải thiện an toàn chuyến bay bằng cách cung cấp thông tin về địa hình và các chướng ngại vật trên đường bay Nó kết hợp dữ liệu địa hình toàn cầu với công nghệ GPS, cho phép máy tính trên máy bay so sánh vị trí hiện tại với dữ liệu địa hình Hệ thống này cung cấp cho phi công cái nhìn trực quan về các điểm cao và thấp gần tàu bay, từ đó giúp họ điều chỉnh hướng bay một cách hiệu quả So với GPWS, EGPWS hoạt động nhanh hơn và chính xác hơn, đồng thời bảo vệ khu vực bay rộng lớn hơn.
Hệ thống EGPWS (Enhanced Ground Proximity Warning System) sử dụng công nghệ hiện đại để tạo ra hình ảnh độ cao chính xác và xem xét điểm nào máy bay có thể điều chỉnh độ cao một cách phù hợp Hệ thống này cũng cho phép cập nhật dữ liệu địa hình, giúp EGPWS cảnh báo về các chướng ngại vật và độ cao của địa hình, từ đó nâng cao mức độ an toàn cho phi công và hành khách trên máy bay.
Các c i ti n ph n m m EGPWS t p trung gi i quy t hai v n đ phả ế ầ ề ậ ả ế ấ ề ổ bi n: Không có c nh báo và ph n h i tr ho c không chính xác.ế ả ả ồ ễ ặ
Các tính năng
Hình 20: Các thành phần của EGPWS
Hệ thống cảnh báo địa hình EGPWS cung cấp thông tin về vị trí, độ cao và các đặc điểm địa hình xung quanh máy bay EGPWS sử dụng dữ liệu địa hình để dự đoán các nguy cơ va chạm với địa hình, giúp máy bay nhận diện các chướng ngại vật và sân bay Khi có nguy cơ, EGPWS sẽ phát tín hiệu cảnh báo qua hình ảnh và âm thanh, đảm bảo an toàn cho chuyến bay.
Hình 21: Cẩn báo thận trọng FLTA EGPWS ch a các c s d li u sau:ứ ơ ở ữ ệ
C s d li u đ a hình: C s d li u đ a hình trên toàn th gi i v iơ ở ữ ệ ị ơ ở ữ ệ ị ế ớ ớ các m c đ phân gi i khác nhau.ứ ộ ả
C s d li u chơ ở ữ ệ ướng ng i v t: Các chạ ậ ướng ng i v t đã bi t có chi uạ ậ ế ề cao t 100 feet tr lên.ừ ở
C s d li u đơ ở ữ ệ ường băng: Đường băng có chi u dài 3500 feet tr lênề ở
(2000 feet tr lên trong m t s ki u EGPWS).ở ộ ố ể
EGPWS cung cấp các cảnh báo về độ cao và góc đáp, giúp nhận diện các tình huống nguy hiểm liên quan đến độ cao thấp và cánh tà Hệ thống này còn hỗ trợ cung cấp thông tin về góc lượn và độ cao dựa trên cài đặt cụ thể của từng loại máy bay Tính năng phát hiện các tình trạng nghiêm trọng của hiện tượng gió đất cũng được tích hợp, đảm bảo an toàn cho các loại tàu bay trong quá trình hoạt động.
EGPWS k t h p các ch c năng c a GPWS c b n Đi u này bao g m cácế ợ ứ ủ ơ ả ề ồ ch đ c nh báo sau:ế ộ ả
Ch đ 1: T t c gi m đ cao quá m cế ộ ỷ ố ả ộ ứ
Tỷ lệ hạ quá mức của chuyến bay được kích hoạt khi áp suất không khí giảm quá mức so với độ cao của tàu bay Độ cao này được xác định bởi máy đo độ cao vô tuyến và tín hiệu từ tàu bay so với không khí, thông qua hệ thống ADC (Air Data Computer) Hệ thống này được chia thành hai khu vực: khu vực hạ cánh ban đầu và khu vực cảnh báo bên trong, tương ứng với việc tăng độ cao Chế độ này hoàn toàn được lập trình với thiết bị cánh và vị trí của cánh tàu.
Hình 23 mô tả tỷ lệ gần địa hình quá mức, kích hoạt khi tàu bay có tầm bay gần quá mức với địa hình nhô lên Việc này được xác định thông qua máy đo độ cao vô tuyến, cho phép phát hiện chính xác tình trạng bay Chế độ này bao gồm hai chế độ phụ: chế độ 2A áp dụng cho cánh tà không có hình dạng cánh và chế độ 2B áp dụng cho cánh tà có hình dạng cánh.
Hình 24: Hạ sau khi cất cánh
Chế độ này sẽ kích hoạt năng suất cao hơn trong quá trình hoạt động và di chuyển Các thông số hoạt động được cập nhật cho Chế độ 3 nhằm đảm bảo hiệu suất tối ưu và nâng cao trải nghiệm sử dụng.
Ch đ 4: Kho ng cách đ a hình không an toànế ộ ả ị
Khoảng cách địa hình không an toàn là yếu tố quan trọng cần xem xét khi tàu bay hoạt động Hình 25 minh họa rằng tình huống này có thể xảy ra bất cứ lúc nào, đặc biệt khi gặp phải địa hình gồ ghề Đặc biệt, tàu bay KHÔNG nên ở trong cấu hình hạ cánh khi gặp phải những điều kiện này.
Tương t nh ch đ 2, ch đ này cũng có hai ch đ ph ự ư ế ộ ế ộ ế ộ ụ o Ch đ 4A v i càng h đế ộ ớ ạ ược rút l i và Ch đ 4B v i càng hạ ế ộ ớ ạ được m và cánh tà không v trí h cánh (m ra).ở ở ị ạ ở
Ch đ 5: H xu ng th p h n đài ch góc h cánhế ộ ạ ố ấ ơ ỉ ạ
Hình 26: Hạ xuống thấp hơn đài chỉ góc hạ cánh
Chỉ thị này kích hoạt bất cứ khi nào tàu bay nằm dưới đường trượt ILS một cách đáng kể hơn 1,3 dots Chỉ thị này có hai khu vực để cảnh báo: nhỏ và to Mặc dù có cảnh báo bằng âm thanh, nhưng nếu đi vào một trong hai khu vực này, âm thanh "GLIDE SLOPE" sẽ phát ra Đèn ‘BÊN Dự ƯỚI G/S’ cũng sẽ sáng cùng lúc Biên độ của cảnh báo âm thanh sẽ tăng thêm và âm lượng sẽ lớn hơn khi tàu bay đi vào khu vực cảnh báo.
‘loud area’ và t c đ l p l i tăng khi đ l ch góc đáp tăng lên, trongố ộ ặ ạ ộ ệ khi đ cao c a vô tuy n gi m.ộ ủ ế ả
Hình 27: Chế độ 6A – Độ cao vô tuyến tối thiểu đã chọn
Hình 28: Chế độ 6B – Tư vấn độ cao và cảnh báo góc lượn
Hình 29: Chuỗi các sự kiện trong cuộc chạm trán với gió đứt trong giai đoạn cất cánh của chuyến bay
Chuyến bay này cung cấp cảnh báo bằng âm thanh và hình ảnh khi có tình trạng gió đột ngột trong giai đoạn cất cánh và tiếp cận của chuyến bay, đặc biệt khi độ cao vượt quá 1500ft.
EGPWS bao g m m t s tính năng nâng cao khác:ồ ộ ố
Các thu toán Cảnh báo đa hình liên tục tính toán các vùng phóng sóng của tàu bay Nếu ranh giới của các đế bao này xung đột với dữ liệu đa hình, cảnh báo sẽ được đưa ra Hai thông số được tính toán: một thông số tương ứng với mức cảnh báo thông thường và thông số kia tương ứng với mức cảnh báo nghiêm trọng.
Hình 30: Cảnh báo địa hình và ranh giới vùng cảnh báo
Hình 31: Phát hiện địa hình – Chế độ xem phối cảnh
Hệ thống hiển thị trong buồng lái máy bay hiện đại bao gồm các thiết bị như radar thời tiết, màn hình hiển thị thông tin bay (EFIS), màn hình dẫn đường (ND) và màn hình đa chức năng (MFD) Những thiết bị này giúp phi công theo dõi tình hình xung quanh và đưa ra quyết định chính xác trong quá trình bay.
Hình 32: Hiển thị của địa hình theo độ cao
D a trên v trí c a tàu bay và c s d li u, đ a hình c a tàu bay đự ị ủ ơ ở ữ ệ ị ủ ược hi n th trên màn hình h th ng đ có thêm nh n th c v tình hu ng.ể ị ệ ố ể ậ ứ ề ố
Hình 33: Các trường hợp cảnh báo
TCF (Tiêu chuẩn Cảnh báo Thời tiết) đang phát triển mạnh mẽ để cung cấp thông tin về tình hình thời tiết xung quanh đường băng, đặc biệt là tại các sân bay Cảnh báo của TCF được cập nhật liên tục dựa trên vị trí của tàu bay hiện tại và điều kiện thời tiết gần nhất TCF cũng cung cấp cho các phi công thông tin cần thiết để cải thiện khả năng nhận diện và ứng phó với các tình huống thời tiết bất lợi ngay cả khi họ đang ở gần đường băng.
Hình 34: Bề mặt giới hạn chướng ngại vật
B m t gi i h n chề ặ ớ ạ ướng ng i v t đạ ậ ở ường băng (RFCF) tương t nhự ư tính năng TCF ngo i tr RFCF d a trên đ cao, trên đ cao đạ ừ ự ộ ộ ường băng thay vì đ cao vô tuy n.ộ ế
Độ cao hình học là yếu tố quan trọng trong việc tính toán và thiết kế các chức năng EGPWS, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của chuyến bay và điều kiện khí quyển Độ cao hình học sử dụng nhiều phương pháp như áp suất, GPS và dữ liệu địa hình để giảm thiểu rủi ro do sai lệch trong đo đạc độ cao Việc này giúp đảm bảo hoạt động của EGPWS liên tục trong môi trường QFE mà không cần thay đổi tùy chỉnh hay quy trình hoạt động đặc biệt.
Các mức độ cảnh báo của EGPWS
Sau khi nhận thông báo từ EGPWS, phi công cần kiểm soát độ ổn định của đường bay của tàu bay và điều chỉnh ngay lập tức để tránh các chướng ngại vật Việc này đảm bảo an toàn cho chuyến bay và tham khảo tài liệu hoạt động bay của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) là rất quan trọng.
Đ nh v các van ti t l u đ có l c đ y đ nh m c t i đa.ị ị ế ư ể ự ẩ ị ứ ố
Sử dụng tài liệu công suất khẩn cấp theo quy định của yêu cầu khẩn cấp là rất quan trọng Phi công không lái tàu bay (PNF) cần phải thực hiện các bước để đảm bảo an toàn, bao gồm việc kiểm tra nguồn và điều chỉnh cánh/bay vòng (TO/GA) khi cần thiết Việc này giúp đảm bảo rằng tất cả các quy trình đều được thực hiện một cách hiệu quả và an toàn trong tình huống khẩn cấp.
N u đã ti p c n, ng t ch đ lái t đ ng và tăng cế ế ậ ắ ế ộ ự ộ ường chi uề nghiêng v phía “stick shaker” ho c Ch báo gi i h n đ nghiêngề ặ ỉ ớ ạ ộ
(PLI) đ đ t để ạ ược hi u su t leo cao nh t.ệ ấ ấ
Ti p t c leo cho đ n khi c nh báo đế ụ ế ả ược lo i b và đ m b o chuy nạ ỏ ả ả ế bay an toàn.
T v n cho ATC v tình hu ng.ư ấ ề ố
Ghi chú: Tăng độ cao được khuyến nghị khi hoạt động trong điều kiện thời tiết xấu và/hoặc phi công xác định, dựa trên tất cả các thông tin có sẵn Rẽ bên cạnh việc leo là cách hành động an toàn nhất.
Tuân theo các quy trình v n hành đã thi t l p.ậ ế ậ o Đi u hề ướng không được d a trên vi c s d ng Màn hình C nhự ệ ử ụ ả báo và Nh n di n đ a hình (TAD).ậ ệ ị
M c đ c nh báo Th n tr ngứ ộ ả ậ ọ
Th c hi n hành đ ng kh c ph c ngay l p t c n u c n đ khôi ph cự ệ ộ ắ ụ ậ ứ ế ầ ể ụ kh năng vả ượ ịt đ a hình an toàn.
T v n cho ATC v tình hu ng khi c n thi t.ư ấ ề ố ầ ế
Khuyến cáo
Các nhà khai thác được khuy n khíchế
Đánh giá và xem xét trang b thi t b EGPWS cho tàu bay c a h ị ế ị ủ ọ
Đ m b o vi c s d ng GPS truy n tr c ti p đ n EGPWS.ả ả ệ ử ụ ề ự ế ế
Chương trình đào tạo về EGPWS cần được cải thiện để nâng cao hiệu quả trong việc áp dụng các cảnh báo của hệ thống Việc nhận thức đúng đắn các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của EGPWS là rất quan trọng, nhằm giảm thiểu rủi ro và tác động tiêu cực từ sự suy thoái của hệ thống này.
Có các th t c đ đ m b o r ng ph n m m EGPWS và c s d li uủ ụ ể ả ả ằ ầ ề ơ ở ữ ệ đ a hình, đị ường băng và chướng ng i v t đạ ậ ược c p nh t liên t c vàậ ậ ụ m i nh t.ớ ấ
Có các th t c đ đ m b o r ng thi t b EGPWS luôn đủ ụ ể ả ả ằ ế ị ược kích ho tạ và có th s d ng để ử ụ ược.
B sung các thao tác tránh CFIT trong đào t o đ nh kỳ.ổ ạ ị
Cập nhật cơ sở dữ liệu về Địa hình/Chướng ngại vật/Đường băng
Để đảm bảo hoạt động của hệ thống thiết kế, người khai thác tàu bay phải đảm bảo tính chính xác của dữ liệu hình ảnh, đường băng và các chướng ngại vật xung quanh Dữ liệu địa hình, chiều hướng người và địa hình băng được áp dụng cho quy trình này.
Honeywell EGPWS được phát hành 56 ngày m t l n và b n có th tìm th yộ ầ ạ ể ấ l ch trình phát hành t i ị ạ https://ads.honeywell.com.
Hình 35: Thời gian cập nhật cơ sở dữ liệu Địa hình 2018, 2019 & 2020
So sánh GPWS và EGPWS
Bảng 1: So sánh GPWS và EGPWS
GPWS (H th ng c nh báo m t đ t)ệ ố ả ặ ấ
EGPWS (H th ng c nh báo m t đ t nângệ ố ả ặ ấ cao) Đ nh nghĩaị
M t h th ng độ ệ ố ược thi t k b i cácế ế ở kỹ s và phi công tàu bay đ đ mư ể ả b o r ng tàu bay không có nguy cả ằ ơ lao vào v t c n gây h h ng.ậ ả ư ỏ
Hệ thống báo cáo quá trình cất cánh máy bay đóng vai trò quan trọng trong việc thông báo cho phi công về các điều kiện và hướng đi của chuyến bay Điều này bao gồm việc cung cấp thông tin về tình trạng thời tiết và các khu vực mà máy bay đang bay qua Việc này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình bay.
Mi nề GPWS ch có kh năng thu th pỉ ả ậ thông tin v khu v c ngay bên dề ự ưới nó, có nghĩa là nó có m t ph m viộ ạ
EGPWS có kh năng thu th p thông tinả ậ v m t khu v c r ng l n bên dề ộ ự ộ ớ ưới và xung quanh tàu bay, có nghĩa là nó có nh ỏ ph m vi l n h n.ạ ớ ơ
GPWS là phương th c b o vứ ả ệ truy n th ng và không s d ngề ố ử ụ GPS.
EGPWS là phương th c b o v nângứ ả ệ c p h n và s d ng GPS.ấ ơ ử ụ
H th ng c sệ ố ơ ở d li u đ aữ ệ ị hình
GPWS không s d ng h th ng cử ụ ệ ố ơ s d li u đ a hình.ở ữ ệ ị EGPWS s d ng h th ng c s dử ụ ệ ố ơ ở ữ li u đ a hình.ệ ị
C GPWS và EGPWS là hai hệ thống bảo vệ tàu bay trong các tình huống khẩn cấp và sự cố EGPWS là phiên bản nâng cao của GPWS, sử dụng các thuật toán hiện đại để cung cấp thông tin chi tiết hơn Hệ thống EGPWS so sánh dữ liệu địa hình và thông tin từ thiết bị bay trong cấu trúc của nó, nhằm tăng cường độ chính xác và độ tin cậy trong việc cảnh báo nguy hiểm.
C GPWS và EGWPS sử dụng công nghệ radar phát sóng liên tục để theo dõi vị trí của máy bay Sóng radar được phát ra từ máy bay, sau đó được một thiết bị thu nhận và phân tích Thời gian phản hồi được tính toán, giúp dự đoán chính xác khoảng cách giữa máy bay và các chướng ngại vật Điểm khác biệt trong quá trình truyền và phân tích sóng giữa GPWS và EGWPS là EGWPS cho phép nhận và phân tích dữ liệu chính xác hơn trong môi trường phức tạp.
Hệ thống GPS là công nghệ tiên tiến giúp định vị và điều hướng chính xác thông qua việc sử dụng tín hiệu từ vệ tinh Nó bao gồm các thiết bị như máy đo độ cao và các cảm biến quán tính, cho phép người dùng xác định vị trí một cách hiệu quả EGWPS tích hợp đầy đủ các tính năng của GPS, cung cấp khả năng định vị toàn cầu và hỗ trợ người dùng trong việc di chuyển và tìm kiếm thông tin.
GWPS là một công nghệ độc đáo có khả năng phát hiện vị trí của bất kỳ tòa nhà hoặc chủ thể nào ngay cả khi chúng đã được xây dựng từ lâu Dựa trên công nghệ GPS và dữ liệu địa lý, GWPS cho phép xác định vị trí chính xác của tòa nhà hoặc đối tượng một cách nhanh chóng và hiệu quả Bằng cách cập nhật dữ liệu liên tục, GWPS đảm bảo rằng thông tin về vị trí luôn được duy trì chính xác và đáng tin cậy.
GPWS s d ng c m bi n đ xác đ nh s hi n di n c a chử ụ ả ế ể ị ự ệ ệ ủ ướng ng i v t,ạ ậ trong khi EGPWS s d ng h th ng c s d li u đ a hình.ử ụ ệ ố ơ ở ữ ệ ị
M c dù EGWPS là phiên bản hiện đại, nhưng nó dựa trên nguyên tắc và thành công của GPWS GPWS không thể thiếu trong ngành hàng không Nếu không có GPWS, hành trình bay an toàn sẽ gặp nhiều rủi ro và nguy hiểm cho mọi người.
Phân tích
Phân tích dữ liệu lịch sử chuyến bay của Honeywell được ghi lại trong EGPWS, bao gồm hơn 18 triệu chuyến bay từ năm 1997 đến 2012, cho thấy thông tin này vẫn còn giá trị cho đến ngày nay Bài viết tóm tắt các phát hiện và kết luận mà Honeywell đã đạt được sau khi xem xét dữ liệu ghi lại Lưu ý rằng dữ liệu và các phát hiện này chưa được IATA đánh giá và xác nhận một cách chính thức.
Ch đ 1: 89% c nh báo Ch đ 1 x y ra dế ộ ả ế ộ ả ướ ội đ cao vô tuy n 500 ft vàế
67% dướ ội đ cao vô tuy n 200 ft.ế
Ch đ 2: 98% c nh báo Ch đ 2 x y ra trên tàu bay có phiên b n ph nế ộ ả ế ộ ả ả ầ m m EGPWS cũ h n -217 (ho c Boeing P / N 965-1690-050 ho c Airbus P /ề ơ ặ ặ
Các tàu bay không trang bị GPS hoặc hệ thống Đ cao hình học có nguy cơ cao hơn trong các tình huống khẩn cấp Việc sử dụng GPS và EGPWS phiên bản mới nhất giúp giảm thiểu rủi ro và cải thiện độ an toàn trong quá trình bay Những thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc cảnh báo sớm và ngăn chặn các tình huống không mong muốn xảy ra.
Hình 36: Khả năng nhận được cảnh báo chế độ 2
Chương 3: Phân loại các sự cố của Chương 3 đã xảy ra trong một chuyến bay định kỳ Tuy nhiên, một số sự cố Chương 3 ở đây được tạo ra bởi các quy trình khai thác.
Ch đ 4: 57% c nh báo Ch đ 4 là c nh báo sai do l i bên ngoài Nguyênế ộ ả ế ộ ả ỗ nhân chính c a c nh báo sai là do máy đo đ cao vô tuy n b l i (theo dõiủ ả ộ ế ị ỗ sai).
Ch đ 5: 34% c nh báo góc đáp Ch đ 5 x y ra dế ộ ả ế ộ ả ướ ội đ cao đài vô tuy nế
Khi độ cao giảm xuống 100 ft, phi công cần chú ý đến góc đáp của máy bay Cảnh báo về góc đáp sẽ được kích hoạt khi máy bay hoạt động dưới 1000 ft Điều này giúp đảm bảo an toàn trong quá trình hạ cánh, đặc biệt là khi tiếp cận đường băng thông qua hệ thống định vị địa phương (localizer).
Chức năng cảnh báo và nhận diện địa hình và TCF (RFCF) có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả hoạt động Một số nguyên nhân ảnh hưởng đến các chức năng này có thể được thể hiện qua hình ảnh minh họa bên dưới, cho thấy sự cần thiết trong việc cải thiện và phát triển công nghệ nhận diện.
Hình 37: Nguyên nhân cảnh báo nhận diện địa hình
Phân loại các cảnh báo là do độ tin cậy của tín hiệu bên ngoài (ví dụ: dịch chuyển đường bay hoặc máy đo độ cao) và cơ sở dữ liệu địa hình/chướng ngại vật trong khu vực bay Gần như tất cả các cảnh báo về nhận diện địa hình và TCF đều liên quan đến việc không có đường băng đích trong cơ sở dữ liệu Điều này thường xảy ra khi cơ sở dữ liệu địa hình/chướng ngại vật trong khu vực bay không được cập nhật đầy đủ (cơ sở dữ liệu không được cập nhật trong EGPWS).
Hi n th nh n di n v đ a hình (TAD): M t màn hình nh n di n đ a hình đãể ị ậ ệ ề ị ộ ậ ệ ị không được ch n trọ ước khi có c nh báo nh n di n đ a hình trong 65%ả ậ ệ ị trường h p.ợ
Hình 38: Tỷ lệ phần trăm nguyên nhân dẫn đến cảnh báo hiển thị nhận diện địa hình
Thời gian phản hồi của phi công trong các sự kiện cảnh báo EGPWS đã được phân tích và thể hiện trong các hình dưới đây Theo phân tích này, thời gian phản hồi của phi công là khoảng 1,4 giây sau khi nhận được cảnh báo, cho thấy sự nghiêng của máy bay tăng lên sau cảnh báo trong hệ thống EGPWS.
Dữ liệu được thu thập cho thấy rằng thời gian phản hồi của phi công có sự khác biệt đáng kể giữa các loại cảnh báo EGPWS và cảnh báo khác Do đó, số liệu thống kê đã được tổng hợp trong các bảng dưới đây.
CH ƯƠ NG 3: RA-ĐA GIÁM SÁT TH C P - SECONDARY SURVEILLANCE Ứ Ấ
T ng quan ổ
Hình 42: Các thiết bị điều hướng vô tuyến mặt đất
Trong quá trình điều hành không lưu, hệ thống radar giám sát PSR cung cấp thông tin cần thiết cho việc giám sát tàu bay, giúp cải thiện độ rõ ràng và giảm thiểu sự can thiệp từ sóng di động Để tăng cường khả năng giám sát, hệ thống radar giám sát SSR được triển khai, kết hợp với các hệ thống giám sát khác và sử dụng anten lớn, nhằm đảm bảo an toàn và phân cách hiệu quả giữa các tàu bay.
Ra-đa giám sát th c p là hệ thống ra-đa sử dụng trong điều hành không quân Công nghệ SSR (Secondary Surveillance Radar) dựa trên IFF (Identification Friend or Foe) đã được chính thức phát triển trong Chiến tranh thế giới thứ 2.
Chiến tranh đã làm gia tăng nhu cầu sử dụng hệ thống nhận diện tàu bay IFF, giúp xác định giữa tàu bay đồng minh và tàu bay lạ Hệ thống này trong hàng không dân dụng chủ yếu sử dụng radar giám sát thực phẩm, dựa trên một thiết bị được gọi là máy phát đáp (Transponder) Máy phát đáp là thiết bị nhận và phát thông tin vô tuyến trong băng tần 1030MHz và 1090MHz Tàu bay có máy phát đáp sẽ trả lời tín hiệu qua một hệ thống tích hợp bằng việc chuyển mã tín hiệu trả lời, trong đó có chứa thông tin được yêu cầu.
Hình 43: Hai tần số dùng để “hỏi, đáp” trong hệ thống SSR
Hệ thống radar SSR và quân sự IFF đã trở thành phần không thể thiếu trong việc quản lý không phận, đặc biệt trong thời kỳ chiến tranh Mặc dù có những thách thức nhất định, cả hai hệ thống vẫn có thể hoạt động tương thích với nhau Hệ thống SSR hiện nay cung cấp thông tin chi tiết, như độ cao của máy bay, và cho phép trao đổi dữ liệu trực tiếp giữa các máy bay để tránh va chạm Việc sử dụng máy phát đáp Mode C trong hệ thống SSR giúp báo cáo độ cao chuẩn của máy bay là 1013 hPa, nhằm ngăn chặn sai sót trong quá trình giao tiếp Trong những trường hợp cần thiết, hệ thống điều phối sẽ tự động tính toán và điều chỉnh báo cáo độ cao dựa trên điều kiện áp suất hiện tại.
Ho t đ ng khai thác c a h th ng SSR ạ ộ ủ ệ ố
Máy phát tín hiệu hồng ngoại phát đi những xung mà các tàu bay trang bị sẽ nhận diện trong khu vực Khi nhận được tín hiệu xung, máy thu tín hiệu sẽ bắt đầu giải mã thông tin Sau đó, máy phát đáp trên tàu bay sẽ gửi tín hiệu trả lời cho máy phát hồng ngoại trên mặt đất Dãy xung này chứa đựng thông tin mà máy phát hồng ngoại đã yêu cầu.
Máy phát đài SSR hoạt động trên tần số 1030 MHz với anten xoay, cho phép thu tín hiệu từ các máy bay trong khu vực lân cận Thiết bị này nhận tín hiệu phản hồi từ SSR và phát tín hiệu trả lại, bao gồm các thông tin cần thiết trên tần số 1090 MHz.
Tàu bay hoạt động trên tần số 1090 MHz sẽ được ký hiệu, gán nhãn và hiển thị trên màn hình radar của kiểm soát viên không lưu trong khu vực giám sát Trong khi đó, những tàu bay không trang bị máy phát đáp sẽ được xác định bằng hệ thống radar sơ cấp (Primary Surveillance Radar).
Hình 44: Hoạt động "hỏi, đáp" của tàu bay và máy hỏi mặt đất
3.3 Các Mode trong h th ng SSR ệ ố
Các ch đ h i là phế ộ ỏ ương th c mà tr m m t đ t s d ng đ g i tín hi uứ ạ ặ ấ ử ụ ể ử ệ h i cho tàu bay ỏ
Có nhiều chế độ hoạt động khác nhau, mỗi chế độ đề cập đến sự khác biệt giữa hai máy phát xung, P1 và P3 Máy phát xung thứ ba – P2, được thiết lập để kiểm tra các tính hiệu bên, khác với P1 Mỗi chế độ cung cấp một tín hiệu trả lại riêng biệt cho tàu bay.
Bảng 2: Các chế độ hỏi
Mode P1–P3 Phân cách xung M c đíchụ
A 8 às Nh n d ng và giỏm sỏtậ ạ
B 17 às Nh n d ng và giỏm sỏt (ậ ạ hi nệ t i không đạ ượ ử ục s d ng)
D 25 às Ch a xỏc đ nh (ư ị hi n t i khụngệ ạ đượ ử ục s d ng)
Hình 45: Phân cách giữa các xung
Mode A tr l i trên m t xung 12, ch ra con s nh n d ng phù h p v iả ờ ộ ỉ ố ậ ạ ợ ớ tàu bay đó D li u trên nh ng xung 12 tích h p l i thành 2 xung khung,ữ ệ ữ ợ ạ F1 và F2
Mode B ho t đ ng tạ ộ ương t Mode A và đã đự ượ ử ục s d ng m t l n Úcộ ầ ở
Mode C tr l i trên m t xung 11, ch ra đ cao tàu bay b ng đ cao th cả ờ ộ ỉ ộ ằ ộ ự t c ng thêm 100 ftế ộ
Mode D thì ch a bao gi đư ờ ượ ử ục s d ng trong quá trình khai thác.
Mode S là một chế độ định vị tiên tiến, sở hữu những đặc điểm riêng biệt Nó kết hợp các xung P1 và P2 thông qua tia ăng-ten chính, cho phép máy bay phản hồi một cách chính xác mà không cần sử dụng Mode A và Mode C Chế độ này giúp cải thiện khả năng điều khiển và theo dõi, đồng thời cung cấp thông tin chi tiết hơn về vị trí và tình trạng của máy bay.
Hình 46: Vị trí của thùy bên và thùy chính với xung P1 khi ra-đa chỉ hướng vào tàu bay 1
Tàu bay có thiết kế đặc biệt nhằm tối ưu hóa khả năng tiếp nhận tín hiệu từ các anten bên cạnh, giúp giảm thiểu sidelobes và hạn chế nhiễu Tuy nhiên, các tín hiệu trả lại từ anten không được khác biệt so với tín hiệu từ tia chính, nếu không sẽ gây ra sai sót trong quá trình dẫn đường của tàu bay Để khắc phục vấn đề này, anten mặt đất được thiết kế để cung cấp một tia chính đa hướng, hỗ trợ nhận thông tin từ các anten bên cạnh.
Mode A là phiên b n c b n nh t c a SSR, đả ơ ả ấ ủ ược s d ng v i m c đíchử ụ ớ ụ nh n di n tàu bay đ n gi n.ậ ệ ơ ả
Mode C tương tự như Mode A, nhưng có thêm chức năng truyền tin độ cao Nó cung cấp thông tin độ cao lên đến 128.000 feet và độ chính xác 100 feet, phù hợp với quy định phân cách 1.000 feet giữa các tàu bay.
C Mode A và C đ u có 4096 mã nh n d ng kh d ng M t s mã nh nả ề ậ ạ ả ụ ộ ố ậ d ng đ c bi t đạ ặ ệ ượ ử ục s d ng cho m t s trộ ố ường h p c th có th k đ nợ ụ ể ể ể ế nh là:ư
7500 – S c tàu bay b xâm ph m b t h p phápự ố ị ạ ấ ợ
2000 – Khi không nh n đậ ược b t c ch d n nào trong quá trình thi t ấ ứ ỉ ẫ ế l p liên l c.ậ ạ
Monopulse, hay còn gọi là xung đỉnh, là công nghệ được sử dụng trong hệ thống truy vết quân đội Ăng-ten của hệ thống này theo dõi một mục tiêu cụ thể bằng phương pháp giúp mục tiêu luôn nằm trong tâm của chùm tia.
FAA đã xem xét các vấn đề liên quan đến tần số và nhận thấy cần phải có một sự thay thế cho 1030 MHz và 1090 MHz Ullyatt cho rằng có thể điều chỉnh hai tần số này để phù hợp hơn với các máy bay và thiết bị phát đáp trên tàu Kết quả là hai quốc gia Mỹ và Anh đã quyết định phát triển một hệ thống chung, nhằm cải thiện hiệu quả trong việc quản lý không phận.
Mỹ đã giới thiệu hệ thống DABS – Discrete Address Beacon System, trong khi Anh phát triển hệ thống Adsel – Address Selective Ý kiến này đã được thông qua tại cuộc họp của ICAO ở Montreal Tại đây, Phòng thí nghiệm Lincoln đã thực hiện thành công việc trao đổi tín hiệu giữa thiết bị DABS và một máy phát đáp SSR của Vương quốc Anh.
Hệ thống Monopulse là một công nghệ Mode S tiên tiến, được thiết kế đặc biệt để truyền tín hiệu phân giải duy nhất từ tàu bay Hệ thống này sử dụng chùm tia chính, còn gọi là chùm tia "tăng", của anten SSR để cải thiện độ chính xác trong việc nhận diện và theo dõi tín hiệu từ các phương tiện bay.
Hình 47: Chùm tia Ăng-ten “tổng” và chùm tia “khác”
Chùm tia “t ng” cho phép tín hiệu dữ liệu không bị lọt vào kẽ hở, với thông tin được phân bổ theo chiều ngang, đảm bảo không có dữ liệu nào bị bỏ sót Hệ thống được chia thành hai nhánh bằng nhau, mỗi chùm tia tạo ra một dữ liệu riêng biệt Khi có tín hiệu, ăng-ten nhận tín hiệu theo cách thông thường và tập trung tối đa vào dữ liệu đầu ra của chùm tia “t ng”, đồng thời nhận tín hiệu từ chùm tia “khác” Tín hiệu chùm tia “t ng” sẽ được giảm và tín hiệu của chùm tia “khác” sẽ được tăng lên Góc tới của tín hiệu có thể được xác định bằng cách đo tỉ số giữa các tín hiệu của chùm tia “t ng” và chùm tia “khác” Những tín hiệu không rõ ràng sẽ được làm rõ nhờ sự thay đổi pha 180° giữa hai bên của chùm tia tín hiệu “khác” Monopulse là phương pháp đo hướng chính xác bằng cách tính trung bình các tín hiệu phản hồi từ tàu bay, và máy thu Monopulse đã được sản xuất từ lâu tại Anh Quốc Các xung tín hiệu Mode S được thiết kế để tương thích với máy thu tín hiệu Mode A và Mode C, cho phép sử dụng cùng một máy thu để đo hướng cho hệ thống Mode S giúp giảm thiểu đáng kể tín hiệu phát ra từ Mode A và Mode C, đồng thời giảm nhiễu tín hiệu giữa các ngả của hệ thống.
Phòng thí nghiệm Lincoln đã khai thác tính khả thi của các phép đo hướng trên mọi xung tín hiệu phản hồi đặc trưng của một số loại trùng lặp tín hiệu Mỗi xung đều được gán nhãn riêng biệt với mỗi hệ thống hướng, giúp loại bỏ thông tin trùng lặp trên Mode A và Mode C Việc tiếp cận này không chỉ giúp cải thiện khả năng xác định xa hơn mà còn cho phép phân biệt các loại tín hiệu rõ ràng hơn.
Bảng 3: So sánh SSR tiêu chuẩn, Monopulse SSR và Mode S
SSR tiêu chu nẩ Monopulse SSR Mode S
Tín hi u ph n h i m i l n quétệ ả ồ ỗ ầ 20–30 4–8 1 Đ chính xác v ph m viộ ề ạ 230 m rms 13 m rms 7 m rms Đ chính xác v hộ ề ướng 0.08° rms 0.04° rms 0.04° rms Đ cao xác đ nhộ ị 100 ft (30 m) 100 ft 25 ft (7.6 m)
Ch ng nhi uố ễ Y uế T tố C c kỳ t tự ố
S c ch a d li u (downlink)ứ ứ ữ ệ 23 bits 23 bits 56–1,280 bits
S lố ượng mã nh n d ng khậ ạ ả d ngụ 4096 4096 16 tri uệ
MSSR (Monopulse SSR) được phát triển vào những năm 90, với độ chính xác cao giúp giảm khoảng cách phân cách giữa các tàu bay trong giai đoạn bay đường dài từ 10NM (19km) xuống còn 5NM (9.3km) MSSR cũng đã cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống SSR hiện tại, cũng như các hệ thống khác mà không cần thay đổi các bức phát đáp hiện có trên tàu bay Do đó, mặc dù Mode S rất tiềm năng, nhưng vẫn chưa được sử dụng rộng rãi bằng MSSR.
Mode S là s c i ti n c a h th ng SSR c b n, l p đ y nh ng thi u sótự ả ế ủ ệ ố ơ ả ấ ầ ữ ế
Mode S hoàn toàn tương thích được v i Mode A và Mode C, cùng s d ng haiớ ử ụ t n s truy n tin c b n 1030Mhz và 1090Mhz Ch S trong mode S cóầ ố ề ơ ả ữ nghĩa là Selective – được ch n l c:ọ ọ
Giao ti p có ch n l c v i t ng máy bay mong mu nế ọ ọ ớ ừ ố
M i tàu bay ch c n duy nh t m t đ a ch Mode S duy nh t đ tránhỗ ỉ ầ ấ ộ ị ỉ ấ ể nh m l n ầ ẫ
Được các qu c gia ch p thu n s d ngố ấ ậ ử ụ
Đ a ch s d ng cho Ra-đa Mode S đị ỉ ử ụ ược g i là Mã tín hi u h i –ọ ệ ỏ Interrogator Code
Tương thích được v i các ch đ cũ nh Mode A và Mode Cớ ế ộ ư
Hình 48: Mode S và Mode A/C trong quá trình nhận tín hiệu hỏi và phát tín hiệu trả lời
3.3.3.1 Các bướ ử ục s d ng Mode S
Bước 1: Thu tín hi uệ
Chế độ M t ra-đa Mode S g i tín hiệu All-Call giúp dò tìm và xác định vị trí của tàu bay đang hoạt động Quá trình phát tín hiệu này bắt buộc tàu bay phải gửi đi 24bit dữ liệu địa chỉ, từ đó xác định vị trí và tình trạng an toàn của tàu trong khu vực.
Bước 2: G i tín hi u h i có ch n l cử ệ ỏ ọ ọ
Sau khi xác đ nh đị ược các đ a ch , ra-đa Mode S sẽ g i nh ng tín hi u h iị ỉ ử ữ ệ ỏ có ch n l c đ n các tàu bay c n liên l c.ọ ọ ế ầ ạ
Hình 50: Gửi tín hiệu hỏi có chọn lọc
Thi u sót ế
Mặc dù có 4096 mã nhận dạng khác nhau, nhưng việc sử dụng chúng trong các điều kiện khắc nghiệt có thể gặp phải một số vấn đề Lý do chính là một tàu bay chỉ có thể có một mã nhận dạng duy nhất để tránh nhầm lẫn khi bay qua ranh giới quốc tế Tên mã của tàu bay được hiển thị tại trung tâm kiểm soát không lưu Tuy nhiên, không thể cung cấp cùng một Mode A cho hai tàu bay cùng lúc, vì kiểm soát viên có thể nhận sai tên gọi của tàu bay khi so sánh với thực tế.
Chế độ C cung cấp độ cao lên đến 100ft, ban đầu được xem là rất phù hợp cho việc điều hành tàu bay với phân cách tối thiểu 1000ft Tuy nhiên, trong trường hợp vùng trời trở nên tắc nghẽn, điều quan trọng là phải theo dõi và đánh giá xem tàu bay có cần phải bay và vượt quá mức bay được chỉ định hay không Chỉ cần một thay đổi nhỏ (vài feet) có thể làm tàu bay vượt quá ngưỡng an toàn, do đó cần phải xem xét giảm độ cao trong khoảng cách dưới 100ft.
3.4.3 FRUIT – False Replies Unsynchronized with Interrogator Transmissions/False Replies Unsynchronized In Time
Lợi ích của việc cải thiện độ chính xác trong quá trình truyền tín hiệu radar là rất quan trọng, bởi vì nhiều máy bay cùng hoạt động trên cùng một tần số 1090 MHz có thể gây ra sự nhiễu loạn tín hiệu Khi mật độ máy bay trong không phận tăng lên, khả năng xảy ra tín hiệu trùng lặp từ các máy bay không mong muốn cũng gia tăng Một giải pháp tạm thời là nâng cao độ nhạy của thiết bị nhận tín hiệu, nhưng điều này có thể dẫn đến việc tăng cường sự nhiễu cho các người dùng khác Khi hai máy bay gần nhau trong khoảng cách 2 hải lý, tín hiệu radar có thể bị trùng lặp, gây khó khăn trong việc xác định chính xác vị trí của máy bay Kiểm soát viên không lưu cần phải theo dõi tín hiệu từ xa và thực hiện kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo an toàn cho các hoạt động bay.
Khi một tàu bay đang thực hiện việc trả lời máy hỏi, không thể có máy bay nào khác tham gia vào quá trình này Với chế độ Mode A và Mode C, máy bay phải phát tín hiệu đỏp phái mạch đến 120 giây trước khi có thể gửi thông tin đến các máy bay khác.
3.4.4 M t tín hi u bên – Side Lobe Suppressionấ ệ Ăng-ten đa hướng trong h th ng SSR không bao gi là hoàn h o Sẽ cóệ ố ờ ả nh ng “góc ch t” mà t i đó sóng b t tín hi u c a ăng-ten b suy gi m doữ ế ạ ắ ệ ủ ị ả l ch tr c, khi tàu bay phát tín hi u nh ng khu v c góc ch t này c a ăng-ệ ụ ệ ở ữ ự ế ủ ten thì tín hi u đôi khi sẽ b l i Ho c khi tàu bay phát tín hi u tr l i t i vệ ị ỗ ặ ệ ả ờ ạ ị trí quá g n tr m m t đ t, n i các tín hi u bên c a ăng-ten tr nên nh yầ ạ ặ ấ ơ ệ ủ ở ạ h n và sẽ gây ra hi u ng bóng ma – hi u ng x y ra khi m t tàu bay đơ ệ ứ ệ ứ ả ộ ược xác đ nh hai v trí khác nhau cùng m t th i đi m.ị ở ị ộ ờ ể
Hình 54: Vị trí của các thùy chính, thùy bên, và thùy sau của Ra-đa khi giữ hướng 0
Ăng-ten hogtrough là một thiết bị quan trọng với khả năng phát sóng chùm tia ngang hẹp, giúp cung cấp độ bao phủ chính xác cho các tín hiệu Tuy nhiên, nó gặp hai vấn đề chính: đầu tiên, năng lượng phát ra có thể bị truyền xuống đất, gây ra hiện tượng phản xạ không mong muốn và làm giảm chất lượng tín hiệu Thứ hai, nếu môi trường xung quanh có nhiều vật cản, năng lượng phát ra theo phương ngang sẽ làm biến dạng chùm tia và ảnh hưởng đến khả năng nhận diện của máy bay Với chiều rộng chùm tia 3dB chỉ 2.5°, việc xác định hướng bay của tàu bay trở nên khó khăn hơn Để cải thiện độ chính xác, có thể thêm nhiều bộ dò tín hiệu khi chùm tia quét qua một tàu bay.
Hình 56: Vùng tín hiệu bị suy giảm do phản xạ mặt đất gây ra
Các biện pháp giải quyết những thiếu sót
3.5.1 C i thi n b t c p c a Mode A, Mode C và FRUITả ệ ấ ậ ủ
Việc sử dụng SSR đã giúp khắc phục những thiếu sót trong Mode A và Mode C, được thực hiện từ năm 1967 và 1969 Theo các báo cáo thời đó, điều này đã thúc đẩy việc cải thiện hệ thống SSR, góp phần quyết định vào việc nâng cao hiệu quả trong quản lý không lưu.
Việc ứng dụng công nghệ radar thứ cấp trong xác định vị trí của tàu bay đã tạo ra một hệ thống giao tiếp hiệu quả, giảm thiểu sự nhầm lẫn trong quá trình điều khiển Hệ thống này sử dụng kỹ thuật Monopulse, cho phép xác định góc của mục tiêu bằng cách so sánh nhiều tín hiệu nhận được đồng thời, từ đó xác định hướng di chuyển của máy bay Điều này giúp giảm thiểu độ trễ và nâng cao độ chính xác trong việc xử lý tín hiệu Các tín hiệu sẽ được ưu tiên theo thứ tự nhất định, nhờ vào sự phối hợp giữa các chế độ phát đáp Mode A và Mode C, từ đó tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống radar.
MSSR (Monopulse SSR) là công nghệ radar tiên tiến sử dụng chùm tia "khác" để xác định phương vị một cách chính xác nhất Công nghệ này giúp hạn chế tình trạng gây nhiễu tín hiệu, từ đó nâng cao độ tin cậy trong việc phát hiện và theo dõi mục tiêu.
Hệ thống Mode S là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực hàng không, cho phép khóa và trao đổi thông tin giữa các tàu bay và trạm mặt đất Tính năng này giúp nhận diện chính xác các tàu bay, ngay cả những tàu bay không có khả năng gửi tín hiệu Vào năm 1983, ICAO đã ban hành một thông tư chi tiết về hệ thống mới này, nhằm cải thiện an toàn và hiệu quả trong quản lý không phận.
Vấn đề với ăng-ten “hogtrough” xảy ra khi năng lượng bức xạ từ một đài phát sóng bị cản trở và nhiễu tín hiệu với tàu bay Giải pháp cho vấn đề này là định dạng lại chùm tia phát, điều này đòi hỏi phải phát triển một dãy lưới tần số cụ thể để tạo ra hình dạng mà mình mong muốn với kích thước tiêu chuẩn dài 5ft Ảnh hưởng của ăng-ten một đài phát sóng hiện nay sử dụng là phiên bản cải tiến của ăng-ten truyền thống.
Hogtrough có khả năng quét một mảng chùm vi sóng xung quanh vùng trời Khi chùm tia này tiếp cận được tàu bay, bộ phát đáp trên tàu sẽ truyền một tín hiệu trở lại cung cấp những thông tin như độ cao, vị trí tàu bay và một số mã cần thiết khác Thông tin của tàu bay gửi tín hiệu trở lại này sẽ được nhập vào hệ thống và sau đó hiển thị trên màn hình để giám sát.
Hình 57: Ăng-ten hiện nay sử dụng
Trên tàu bay, việc lắp đặt thêm ăng-ten là cần thiết, thường bao gồm hai ăng-ten: một ở đầu và một ở đuôi tàu Điều này giúp xác định vị trí của tàu bay một cách chính xác hơn.
3.5.3 C i thi n vi c m t tín hi u bên – Side Lobe ả ệ ệ ấ ệ
Suppression Đ ngăn ch n vi c m t hay nhi u tín hi u bên này, ta s d ng xung thể ặ ệ ấ ễ ệ ử ụ ứ
Xung P2 được phát đi từ ăng-ten đa hướng, khác với xung P1 phát từ ăng-ten định hướng Năng lượng từ ăng-ten đa hướng được điều chỉnh để khi nhận tín hiệu từ tàu bay, xung P2 sẽ lớn hơn xung P1 hoặc P3 Ngược lại, ăng-ten định hướng chỉ nhận tín hiệu từ tàu bay Bằng cách so sánh cường độ năng lượng của hai xung P2 và P1, bề phát đáp trên tàu bay có thể xác định xem ăng-ten định hướng có đang chỉ vào mình hay không.
Hình 58: Mô hình hoạt động của ăng-ten đa hướng và ăng-ten định hướng với một tàu bay xác định
Để xác định vị trí của tàu bay trong trường hợp hệ thống SSR không hoạt động, cần phải kết hợp giữa hệ thống SSR và hệ thống PSR Hệ thống SSR sẽ không nhận được tín hiệu từ tàu bay nếu không có b phát đáp, do đó việc sử dụng cả hai hệ thống này sẽ giúp xác định và theo dõi tàu bay ngay cả khi tín hiệu từ b phát đáp không còn Tuy nhiên, trong những tình huống như vậy, thông tin cung cấp sẽ kém tin cậy hơn, yêu cầu phi công phải duy trì liên lạc thường xuyên và báo cáo tình hình.
