SỬ DỤNG HỆ THỐNG RADAR GIÁM SÁT TRONG CÔNG TÁC ĐIỀU HÀNH BAY, LIÊN HỆ TẠI VIỆT NAM

LỜI MỞ ĐẦUTheo Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế ICAO – InternationalCivil Aviation Organization, CNS / ATM là: Hệ thống thông tin liên lạc, dẫn đường và giám sát, sử dụng công nghệ kỹ

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

ĐẶT VẤN ĐỀ 6

I Tổng quan về hệ thống giám sát 7

1 Lịch sử ra đời và sự phát triển của hệ thống giám sát 7

a) Tình hình không lưu thế giới và nguyên nhân ra đời 7

b) Sự phát triển của hệ thống giám sát 8

2 Hệ thống giám sát 11

a) Hệ thống Radar giám sát 11

b) Giám sát tự động phụ thuộc 12

c) Hệ thống giám sát đa điểm 12

d) Hệ thống giám sát không lưu 13

II Hệ thống Radar giám sát 13

1 Primary Surveillence Radar – PSR (Radar giám sát sơ cấp) 15

a) Khái niệm: 15

b) Nguyên lý hoạt động: 16

c) Lợi ích của Radar trong điều hành bay 17

d) Ưu điểm 18

e) Hạn chế 18

2 Secondary Surveillance Radar – SSR (Radar giám sát thứ cấp)

18 a) Khái niệm 18 b) Nguyên lý hoạt động 20 c) Lợi ích của Radar giám sát thứ cấp trong điều hành bay 22 d) Ưu điểm 23 e) Hạn chế 23

3 So sánh hệ thống Radar giám sát sơ cấp và thứ cấp

24

III Nhận dạng Radar 25 1 Phương pháp nhận dạng radar (PSR+SSR) và các điều kiện sử dụng những phương pháp này 25

a) Dựa vào báo cáo vị trí của người lái (PSR+SSR) 25 b) Phương pháp thay đổi hướng mũi 25 c) Tàu bay báo cáo nhìn thấy một địa danh nào đó 25 d) Dựa vào báo cáo cất cánh 25 e) Dựa vào chuyển giao nhận dạng radar 25

2 Chuyển giao nhận dạng radar

3 Mục đích sử dụng radar để dẫn dắt tàu bay

VI Sử dụng hệ thống radar giám sát ở Việt Nam 37 1 Hệ thống radar giám sát của Hàng không dân dụng Việt Nam

37

2 Nhận xét và so sánh hệ thống radar tại Việt Nam

39 a) Nhận xét hệ thống radar giám sát tại Việt Nam 39 b)So sánh hệ thống Radar giám sát của Việt Nam với các quốc gia khác trên Thế giới 40

VII Các vấn đề phát sinh khác 42 1 Chi phí

42 a) Chi phí của chủ sở hữu/nhà khai thác tàu bay 43

b) Chi phí của ANSP

44

2 Sự hoà hợp phân khúc thị trường 46

3 Vùng trời phân tách riêng 46

4 Vấn đề về địa lý 46

5 Cơ sở hạ tầng viễn thông hiện có 47

6 Khảo sát hiện tại & cơ sở hạ tầng tự động hóa ATC 47

7 Các chức năng bắt buộc 47

8 Khả năng xử lý thiết bị 47

9 Các yêu cầu về năng lực vùng trời 47

10 Phương hướng phát triển hệ thống Radar giám sát tại Việt Nam 48

a) Radar giám sát sơ cấp - PSR 48

b) Radar giám sát thứ cấp - SSR 48

TỔNG KẾT 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Robert Watson-Watt và thiết bị radar khả dụng đầu tiên do ông và nhóm

của mình chế tạo 9

Hình 2: Kiểm soát khu vực London tại Trung tâm kiểm soát Swanwick 10

Hình 3: Hệ thống Radar giám sát 11

Hình 4: Hệ thống ADS-B 12

Hình 5: Radar được sử dụng trong công tác điều hành bay 14

Hình 6: Ứng dụng Radar sơ cấp và Radar thứ cấp 15

Hình 7: Nguyên lý hoạt động của Radar sơ cấp 16

Hình 8: Chùm tia do Radar sơ cấp phát ra 17

Hình 9: Hệ thống Radar thứ cấp 19

Hình 10: Tần số hỏi – đáp Radar thứ cấp 19

Hình 11: Nguyên lý hoạt động của Radar thứ cấp 20

Hình 12: Sơ đồ hệ thống Radar giám sát thứ cấp 20

Hình 13: Ăng ten có độ mở lớn 22

Hình 14: Công suất phát của hệ thống Radar thứ cấp và hệ thống Radar sơ cấp 24 Hình 15: Đường bay của chuyến bay MH370 34

Hình 16: Tìm kiếm Chuyến bay MH370 tại phía Nam Ấn Độ Dương 37

Hình 17: Hệ thống Radar giám sát hiện nay 39

Y

LỜI MỞ ĐẦU

Theo Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO – InternationalCivil Aviation Organization), CNS / ATM là: Hệ thống thông tin liên lạc, dẫn đường và giám sát, sử dụng công nghệ kỹ thuật số, bao gồm cả hệ thống định vị vệ tinh cùng với các mức độ tự động hóa khác nhau, được áp dụng để hỗ trợ hệ thống quản lý không lưu toàn cầu liền mạch

C – Communication có thể hiểu là việc trao đổi dữ liệu hay là liên lạc thoại N – navigation là các hệ thống thực hiện điều hướng, dẫn đường cho tàu bay S – Surveillance là các hệ thống Radar giám sát (PSR, SSR), các hệ thống giám sát tự động phụ thuộc (ADS-B, ADS-C), hay mới nhất, hiện đại nhất có thể kể đến là hệ thống giám sát đa điểm (MLAT, ATS Surveillance System), nhằm giúp Kiểm soát viên không lưu xác định được vị trí của tàu bay và

có những huấn lệnh, chỉ dẫn tàu bay một cách an toàn, điều hòa, duy trì nền không lưu trật tự Cả ba yếu tố trên đóng một vai trò

to lớn giúp duy trì và phát triển nền không lưu hiệu quả và hiệu quả hơn nữa

Trong đó, giám sát đóng một vai trò quan trọng trong công tác điều hành bay nói chung hay đối với Kiểm soát viên không lưu (ATC – Air Traffic Controller) nói riêng Khả năng xác định một cách chính xác và đáng tin cậy vị trí của tàu bay có ảnh hưởng trực tiếp đến sự hiệu quả trong việc phân cách giữa các tàu bay (tức là các tiêu chuẩn phân cách), do đó thể hiện mức độ hiệu quảtrong việc sử dụng vùng trời Ở các khu vực - nơi sử dụng các hệ thống Radar giám sát đáng tin cậy thì vị trí của tàu bay được cập nhật thường xuyên hơn, vùng trời có thể được sử dụng hiệu quả hơn để đáp ứng một cách an toàn nếu có mật độ tàu bay cao hơn

Nó cũng cho phép các Kiểm soát viên không lưu dẫn dắt vectơ tàubay để tăng hiệu quả, công suất và an toàn

Giám sát chính xác có thể được sử dụng làm cơ sở của hệ thống cảnh báo tự động Khả năng theo dõi tàu bay cho phép ATC được cảnh báo khi tàu bay được phát hiện đi chệch hướng, độ cao hoặc tuyến đường được chỉ định hoặc dự đoán vị trí trong tương lai của hai hoặc nhiều tàu bay Nó cũng hỗ trợ cảnh báo độ cao an toàn tối thiểu, cảnh báo khu vực nguy hiểm và các cảnh báo tương tự.Giám sát được sử dụng để cập nhật kế hoạch bay, cải thiện ước tính tại các điểm báo cáo trong tương lai và cũng giảm khối lượng công việc cho các Phi công trong việc cung cấp báo cáo thoại về việc đến điểm báo cáo

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thế giới y học, CNS là từ viết tắt của hệ thần kinh trung ương, quan trọng để duy trì sự sống Và như vậy, theo một nghĩa nào đó, trong ngành hàng không CNS – Communication,

Navigation, Surveillance, thông tin liên lạc rõ ràng, dẫn đường chính xác và giám sát dựa trên sự kiểm soát và những phương thức, từ lâu đã trở nên quan trọng để đảm bảo hoạt động bay an toàn và hiệu quả Nhưng khi bầu trời trở nên đông đúc hơn, bất kỳmột trong số chúng đều có thể trở thành một yếu tố hạn chế

trong năng lực không phận Vậy thì chúng ta đã có cách gì để duy trì luồng không lưu an toàn, trật tự, điều hòa trong bối cảnh ngànhHàng không ngày càng phát triển, kéo theo sự ra đời của nhiều Hãng Hàng không mới và luồng không lưu trở nên ngày càng phứctạp?

Trong các khu vực không có Radar giám sát, nơi ATC phụ thuộc vào các phi công báo cáo thoại vị trí của họ, các tàu bay phải cách nhau những khoảng cách tương đối lớn để tính đến sự khôngchắc chắn về vị trí ước tính của tàu bay và tính kịp thời của thông tin Từ đó đặt ra vấn đề Tầm quan trọng khi sử dụng Radar giám sát trong công tác điều hành bay? Và các Kiểm soát viên đã sử dụng hệ thống Radar trong công tác điều hành bay như thế nào?

Do đó, bài tiểu luận “Sử dụng Radar giám sát trong công tác điều hành bay, liên hệ Việt Nam” đã ra đời nhằm mục đích

nghiên cứu từ: Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống giám sát Giới thiệu tổng quan về hệ thống Radar giám sát Trong đó, bài tiểu luận tập trung nghiên cứu về việc sử dụng Radar giám sát trong công tác điều hành bay, những thuận lợi, hạn chế, tầm quantrọng của việc sử dụng Radar Bên cạnh đó phân tích những vấn

đề phát sinh khi triển khai hệ thống giám sát

Với thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và kinh nghiệm còn hạn chế, bài tiểu luận không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm nghiên cứu rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy và các bạn để bài tiểu luận được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn./

I Tổng quan về hệ thống giám sát

Nếu quan sát ở Cảng Hàng không, sân bay nào chúng ta đã nhìn thấy các đĩaradar quay lớn ở sân bay khi chúng ta bay đi đâu đó, nhưng có lẽ ít người biếtcâu chuyện đằng sau, lý do tại sao chúng ở đó và chúng thực sự làm gì

Radar hỗ trợ Kiểm soát viên không lưu trong nhiệm vụ chính của họ là đảmbảo tàu bay ở cách xa nhau một cách an toàn, nhưng thực tế thông lệ quốc tếtiêu chuẩn là giám sát không phận bằng cách sử dụng hai hệ thống Radar -chính và phụ Những điều này đảm bảo rằng bộ điều khiển có hình ảnh tốt nhất

có thể về những gì trên bầu trời để họ có thể thực hiện công việc của mình mộtcách an toàn và hiệu quả nhất có thể

1 Lịch sử ra đời và sự phát triển của hệ thống giám sát

a) Tình hình không lưu thế giới và nguyên nhân ra đời

Dịch vụ kiểm soát không lưu ra đời hầu như cùng lúc với Hàng khôngthương mại, vào thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XX Khi sân bay lần đầu tiênđược đưa vào hoạt động, cần phải có người thông báo cho Phi công vềtình trạng của đường băng, hướng gió và sự tồn tại của tàu bay hoặcphương tiện khác trong khu vực bằng cách sử dụng cờ, đèn nhấp nháyhoặc liên lạc vô tuyến Đó là bước khởi đầu của những gì chúng ta biếtngày nay là AFIS (Aerodrome Flight Information Service - Dịch vụthông báo bay tại sân bay)

Vào đầu thập kỷ 1920, rõ ràng là Hàng không thương mại sẽ thànhcông toàn diện và chính phủ nên thiết lập một bộ quy tắc càng sớm càngtốt, để điều chỉnh hoạt động Câu hỏi này đặc biệt quan trọng ở châu Âu,nơi mà số lượng lớn các biên giới và ngôn ngữ sẽ cản trở sự hài hòa củacác quy tắc này Để đạt được điều này, và dưới sự bảo trợ của Hiệp ướcVersailles, Ủy ban Hàng không Quốc tế (ICAN – ICAO Air ServicesNegotiation) đã được thành lập vào năm 1919, và nó đã phát triển khuônkhổ quy định về không lưu đầu tiên, ban đầu được ký kết bởi 19 quốcgia Vào ngày 7 tháng 4 năm 1922, một vụ va chạm giữa không trung đầutiên đã xảy ra ở Pháp, nguyên nhân được cho là do sương mù và 7 người

đã thiệt mạng Điều này buộc các nhà chức trách phải xác định các tuyến

đường Hàng không đầu tiên trên eo biển Anh, và bắt buộc sử dụng thiết

bị vô tuyến trên tàu và trao đổi thông tin khí tượng giữa các sân bay.

Tại Hoa Kỳ, sau một số vụ va chạm giữa không trung của các máybay thương mại, một tập đoàn các Hãng Hàng không bắt đầu giám sáthoạt động của các chuyến bay của chính họ Năm 1935, tại Newark (NewJersey), một số hãng vận tải đã thành lập Trung tâm kiểm soát Hàngkhông đầu tiên, để cùng nhau giám sát các tuyến đường Hàng không của

họ Năm 1936, hai trung tâm nữa được mở tại Cleveland và Chicago BộThương mại sau đó đảm nhận quyền kiểm soát các hoạt động và đã mởthêm tám đơn vị để bao phủ không phận Hoa Kỳ.

Vào thời điểm đó, người ta sử dụng bảng đen để ghi lại vị trí mà các Phi công báo cáo, và lập bản đồ nơi họ đặt tàu bay để tránh va chạm giữa không trung Tính đến tốc độ của tàu bay và thời gian bay,

họ có thể thấy trước vị trí tương lai của tàu bay và cảnh báo các Phi côngtrong trường hợp phát hiện xung đột Ngay sau đó, các Phi công đượchướng dẫn luôn làm theo hướng dẫn của Kiểm soát viên không lưu.Phương pháp này để sắp xếp và phân tách luồng không lưu, dựa trên vịtrí ước tính và thời gian do Phi công báo cáo, được chúng ta gọi là

"phương thức kiểm soát không lưu" Bảng đen và bản đồ sau đó sẽ đượcthay thế bằng dải bay, nhưng loại điều khiển này vẫn được sử dụng theocách tương tự ở các khu vực đại dương, nơi không có vùng phủ sóngradar hoặc ở các Cảng Hàng không, sân bay có khối lượng công việcthấp

Bước tiếp theo đối với việc kiểm soát không lưu sẽ đến vào năm 1950,khi các Trung tâm kiểm soát Hàng không được cung cấp thông tin liênlạc trực tiếp đường dài giữa Phi công và Kiểm soát viên Giờ đây, không

cần sử dụng trình xử lý chuyến bay để truyền thông điệp Sự xuất hiện của Radar vào giữa những năm 50 đã làm rung chuyển hệ thống kiểm soát không lưu Độ chính xác của công cụ này, hệ thống định vị

Hàng không hiện đại và sự cải tiến trong thông tin liên lạc mặt đất - trênkhông, khiến cho các tàu bay ngày nay bay với tốc độ trên 1000km/h chỉcần cách nhau 5km, điều này cho phép hệ thống giả định và tích hợp mộtcách an toàn số lượng các hoạt động Hàng không không ngừng gia tăngtrên toàn thế giới

b) Sự phát triển của hệ thống giám sát

Hệ thống đầu tiên, Radar sơ cấp, dựa trên dạng radar sớm nhất đượcphát triển vào những năm 1930 và cung cấp thông tin cơ bản về vị trí củatàu bay trong mối quan hệ với radar bằng cách sử dụng tín hiệu vô tuyếnphản xạ Về cơ bản, radar bắn ra một lượng lớn sóng vô tuyến mạnh mẽ

và sau đó chờ xem những gì được phản xạ trở lại Nó sẽ hiển thị vùngbay của tất cả các tàu bay trong vùng phủ sóng của nó, nhưng nó cũnghiển thị các đối tượng khác như địa hình cao hoặc thời tiết như mây mưalớn và thậm chí có thể cả đàn chim lớn Rõ ràng, đó không phải là điều lýtưởng, vì vậy trong 80 năm qua, người ta ngày càng có thể lọc ra nhữngthứ này, nhưng lợi thế lớn nhất của radar chính vẫn có là tất cả các thiết

bị đều ở trên mặt đất mà không cần thiết bị gì từ các hệ thống trên tàu bay

để phát hiện ra nó

Nhiều nhà khoa học đã đóng góp vào sự phát triển của radar nhưchúng ta biết ngày nay, nhưng có lẽ nổi tiếng nhất là Robert Watson-Watt, một nhà vật lý người Scotland, người đã bắt đầu cuộc đời làm việccủa mình tại Met Office, sử dụng sóng vô tuyến để phát hiện các cơn bãođang đến gần

Hình 1: Robert Watson-Watt và thiết bị radar khả dụng đầu tiên do

ông và nhóm của mình chế tạo.

Trong suốt thời gian diễn ra Thế chiến thứ hai và được sinh ra từ cácthí nghiệm được thiết kế để phát triển vũ khí chùm tia vô tuyến tấn công -đặc biệt là 'Tia tử thần' có thể làm Phi công bất lực trong buồng lái của họWatson-Watt và trợ lý của anh ta Arnold Wilkins, nhận ra rằng họ có thểthay thế sử dụng công nghệ để phát hiện máy bay địch đang đến gần Suynghĩ này đã dẫn đến việc tạo ra một mạng lưới máy dò radar mặt đấtphức tạp dọc theo Đông Nam nước Anh và mạng Chain Home đượcthành lập - hệ thống Radar đầu tiên trên thế giới

Việc cảnh báo trước về vị trí và sức mạnh các chuyển động của kẻ thù

đã góp phần quan trọng vào kết quả của Trận chiến nước Anh và cuốicùng là chính cuộc chiến Công nghệ radar đã phát triển đáng kể trongchiến tranh, bao gồm những cách càng ngày càng khéo léo để cản trở nótrong thời gian tới D-Day Có lẽ sự đổi mới lớn nhất trong công nghệradar kể từ khi thành lập là sự ra đời của Radar thứ cấp, bản thân nó làmột sự lặp lại về chức năng quân sự của hệ thống IFF ‘IdentificationFriend or Foe’ Radar thứ cấp có tính chọn lọc và chỉ hiển thị thông tin từ

tàu bay được trang bị một phần thiết bị trên tàu bay được gọi là bộ phátđáp.

Trước khi một tàu bay khởi hành từ một Cảng Hàng không, sân baychính hoặc trước khi nó đi vào hệ thống đường Hàng không, nó sẽ đượccấp một mã bốn chữ số riêng lẻ, mà phi công sẽ quay số trên bộ phát đáp.Sau đó, radar trên mặt đất nói chuyện với bộ phát đáp và khi nó nhận ra

mã, thông tin về độ cao của máy bay, tên gọi, điểm đến và một loạt cácthông tin khác, sau đó sẽ được hiển thị cho bộ điều khiển dưới dạng mộtnhãn bên cạnh máy bay trên màn hình ra đa

Các Radar thứ cấp mới nhất cũng có thể tải xuống dữ liệu bổ sungđược chọn từ tàu bay, chẳng hạn như mực bay mà Phi công đã chọn vàcác thông tin quản trị và đo từ xa khác Điều này cho phép người điềukhiển giám sát ý định của tàu bay cũng như vị trí của tàu bay và can thiệpnếu cần - một lợi ích an toàn rõ ràng nếu Phi công vô tình bay nhầm mựcbay

Hình 2: Kiểm soát khu vực London tại Trung tâm kiểm soát Swanwick

Các công nghệ mới tiếp tục xuất hiện, gần đây nhất là chúng ta có hệthống ADS (Automatic Dependent Surveillance - Giám sát tự động phụthuộc) và Hệ thống giám sát đa điểm (Multilateration systems), nhưng tất

cả công nghệ giám sát mới nhất hiện nay vẫn yêu cầu tàu bay hợp táctheo một cách nào đó với hệ thống mặt đất, nghĩa là giá trị của radarchính - tương đối sơ khai vì nó là - không có khả năng biến mất khỏikhông phận phức tạp trong tương lai gần

Nếu không có một bức tranh chính xác và đáng tin cậy về những gìđang diễn ra trên bầu trời phía trên chúng ta, việc quản lý hàng triệuchuyến bay mỗi năm mà chúng ta thường thấy ở vùng trời mỗi khu vực

sẽ là không thể Tất cả mọi người, đặc biệt là những người sử dụng vùngtrời ngày nay, đều nợ Robert Watson-Watt và nhóm của ông, với côngnghệ mà họ phát triển vào năm 1935 vẫn được xem là trụ cột của những

- Trong lĩnh vực hàng không dân dụng có 2 loại hệ thống Radar giámsát cơ bản là Radar sơ cấp và Radar thứ cấp

Hình 3: Hệ thống Radar giám sát

b) Giám sát tự động phụ thuộc

- Giám sát tự động phụ thuộc (ADS) là kỹ thuật giám sát trong đó tàubay tự động cung cấp, thông qua liên kết dữ liệu, dữ liệu thu được từ

hệ thống định vị và định vị trên tàu bay, bao gồm nhận dạng tàu bay,

vị trí bốn chiều và dữ liệu bổ sung nếu thích hợp (ICAO Doc 4444:PANS-ATM)

- Hai loại ADS hiện nay được sử dụng là

 Giám sát tự động phụ thuộc phát quảng bá (ADS-B)

 Giám sát tự động “hợp đồng” (ADS-C)

Hình 4: Hệ thống ADS-B

c) Hệ thống giám sát đa điểm

Hệ thống giám sát đa điểm(MLAT) là một hệ thống giám sát phụthuộc được sử dụng chủ yếu cho các cơ sở điều hành bay trong khu bay.MLAT tiếp nhận và xử lý các bản tin phát ra từ bộ phát đáp trên tàu bay(Transponder Mode A/C/S) Điều này cho phép MLAT tận dụng tối đa

dữ liệu nhận được từ tàu bay mà không cần phải lắp đặt thêm các thiết bịkhác trên tàu bay Vì MLAT nhận các bản tin từ Transponder nên nó cókhả năng giám sát cả những phương tiện mặt đất có đủ trang thiết bị cầnthiết

d) Hệ thống giám sát không lưu

Hệ thống giám sát không lưu tích hợp các phương tiện như Radar,ADS-B, MLAT… cung cấp dịch vụ giám sát không lưu

II Hệ thống Radar giám sát

Ngày 7/5/1895, nhà bác học người Nga A.S.Pô-Pôp phát minh ra một dụng

cụ có thể thu và ghi lại hiện tượng sét ở cách xa 30m Tháng 3/1896, Pô-Pôp đãtruyền đi được một bức vô tuyến điện tín đầu tiên trong lịch sử với nội dung

“Heinrich Herzt”, đánh dấu một trong những phát minh to lớn nhất của nhânloại: Phát minh ra vô tuyến điện

Một trong những ứng dụng quan trọng của vô tuyến điện là phát hiện vàđịnh vị, hay còn gọi là Radar (Radio Detection and Ranging) Cống hiến của

Pô-Pôp không dừng lại ở đó Năm 1897, trong thí nghiệm về cự ly thông tin vôtuyến điện, ông gặp một hiện tượng bất ngờ khi liên lạc vô tuyến giữa hai tàu bị

cắt đứt lúc có một tuần dương hạm chạy ngang qua Lí do được giải thích là do

sóng vô tuyến bị phản xạ khi gặp chướng ngại vật Ông đã nghĩ ra ngay việc lợidụng hiện tượng này để kiểm tra, xác định vị trí và dẫn đường cho tàu thuyền.Đây được coi là thời điểm khởi đầu của Radar

Những thử nghiệm phát hiện vật thể với sóng radio đầu tiên được thực hiệnvào năm 1904 bởi nhà phát minh người Đức Christian Hülsmeyer Ông đãchứng minh khả năng phát hiện một con tàu trong điều kiện sương mù dày đặcnhưng không thể xác định khoảng cách so với máy phát

Ông được cấp bằng sáng chế cho phát minh này vào tháng 4/1904 và sángchế sau đó đã được Hülsmeyer cải tiến với khả năng ước lượng khoảng cáchđến con tàu Năm 1917, nhà phát minh Nikola Tesla đã đưa ra ý tưởng vềnhững thiết bị giống radar

Theo đó: "bằng việc sử dụng sóng điện từ, có thể tạo ra một hiệu ứng điệntrong mọi khu vực riêng biệt trên địa cầu và có thể xác định vị trí lân cận hoặchướng chuyển động, tốc độ chuyển động của vật thể chẳng hạn như tàu thuyềnngoài biển…"

Năm 1937, Robert Watson Watt thành công trong việc tạo ra một hệ thốngcho phép phát hiện tàu bay ném bom từ khoảng cách lớn hơn 150km và ôngđược coi là người phát minh ra Hệ thống Radar hoàn chỉnh

Ngay sau khi ra đời, Radar đã phát huy tác dụng chiến lược của nó trong trậnkhông chiến tại Anh diễn ra năm 1940 Mặc dù chỉ có cự ly hoạt động trong 10dặm (16 km) nhưng hệ thống đã có độ phân giải đủ lớn để có thể phát hiện mộttàu bay ném bom hay tiêm kích đang đến gần Quan trọng hơn, hệ thống đãđược sử dụng để chỉ dẫn cho các tàu bay tiêm kích của Anh chống lại khôngquân Đức ngay từ mặt đất trong khi tàu bay Đức phải "đi săn" mục tiêu trênkhông

Bước đột phá thật sự chỉ xuất hiện khi một hệ thống Radar nhận dạng hiệnđại được tạo ra nhờ phát minh của sóng cực ngắn (hay còn gọi là sóng vi ba) sửdụng trong nhà hay chính xác là từ thiết bị tạo ra sóng vi ba - magnetron.Magnetron được phát minh bởi John Randall và Harry Boot vào năm 1940 tạiđại học Birmingham Tuy vậy, cự ly của radar vẫn chưa lớn, chỉ hơn 80 km.Radar ngày nay đã phát triển đa dạng ở nhiều dải sóng khác nhau như sóng

âm, sóng vô tuyến điện, quang học và laze Bên cạnh loại radar đặt trên vệ tinh,còn có loại đặt trên khí cầu, hãng Augus của Nga đã chế tạo khí cầu có thể tích

470 mét khối, có trang bị radar quan sát mặt đất Không còn là dụng cụ độc

quyền của quân đội, radar đã “xâm nhập” vào cuộc sống vì radar thế hệ mớinhỏ hơn, rẻ hơn, dễ sản xuất và mạnh hơn.

Hình 5: Radar được sử dụng trong công tác điều hành bay

Được áp dụng hầu hết trong tất cả các lĩnh vực, radar cũng đóng một vai tròquan trọng trong ngành Hàng không nói chung và hoạt động giám sát - điềuhành bay nói riêng Hệ thống Radar là hệ thống giám sát cơ bản và quan trọngnhất của hoạt động giám sát và điều hành bay Nó cũng là thành phần phức tạpnhất, tinh vi nhất đòi hỏi trình độ vận hành khai thác cao nhất Trong lĩnh vựcHàng không dân dụng có 2 loại hệ thống radar cơ bản là Radar sơ cấp và Radarthứ cấp

Hình 6: Ứng dụng Radar sơ cấp và Radar thứ cấp

1 Primary Surveillence Radar – PSR (Radar giám sát sơ cấp)

Loại radar này sử dụng ăng ten độ phân giải dọc thấp nhưng độ phângiải ngang tốt Nó nhanh chóng quét 360 độ xung quanh vị trí trên mộtgóc độ cao duy nhất Do đó, nó có thể cung cấp khoảng cách và tốc độhướng tâm của mục tiêu với độ chính xác tốt nhưng thường đòi hỏi mộthoặc nhiều radar để có được vị trí thẳng đứng và tốc độ thực tế

Những thông tin về vị trí mục tiêu (tàu bay) trong không gian sẽ được

sử dụng để giám sát và dẫn đường cho các tàu bay Hàng không dân dụngqua việc tính thời gian từ điểm phát đi đến điểm thu về sẽ xác định đượcthông số cự li mục tiêu Định hướng mục tiêu thông qua vị trí ăng ten haygóc phương vị của ăng ten tại thời điểm thu được tín hiệu

Bán kính làm việc tối đa của Radar sơ cấp tuỳ thuộc yêu cầu đặt hàng,thông thường là 80MN (150Km)

Radar sơ cấp có vai trò qua trọng trong việc giám sát các tàu bay ởkhu vực tại sân và vùng tiếp cận (100-150km)

b) Nguyên lý hoạt động:

Hoạt động của Radar sơ cấp dựa trên nguyên tắc định vị bằng tiếngvang Các xung điện từ có công suất lớn do ăng ten radar phát ra đượcbiến đổi thành một chùm tia hẹp khi nhìn từ phía trên và theo một số cáchgần đúng, có thể được coi là một hình thang nếu nhìn từ bên cạnh, lantruyền với tốc độ ánh sáng (3.108 m/s) Điều này được phản hồi bởi tàubay và sau đó được ăng ten quay trên trục của chính nó thu nhận lại Ăngten của radar quay (thường ở tốc độ 5-12 vòng/phút) phát ra một xungsóng vô tuyến Khi đến tàu bay (hoặc vật thể khác), sóng bị phản xạ vàmột phần năng lượng được trả lại cho ăng-ten

Một radar chính phát hiện tất cả các tàu bay bất kể chúng có bộ phátđáp hay không Nó thực hiện truyền/nghe liên tục, bao phủ không gian360° Do đó, các chức năng của radar chính dẫn đến việc phát hiện và đo

vị trí nếu có sự hiện diện của mục tiêu bằng cách nhận biết tín hiệu cóích

Hình 7: Nguyên lý hoạt động của Radar sơ cấp

Một phép đo radar chính bao gồm:

 Khoảng cách D dựa trên thời gian truyền sóng trên đường đến / đi;

 Một góc θ dựa trên vị trí của một ăng ten định hướng trong gócphương vị;

 Vận tốc xuyên tâm sử dụng hiệu ứng Doppler

Dữ liệu đầu ra PSR sử dụng hệ tọa độ cực, nó cung cấp phạm vi vàphạm vi mang của các mục tiêu được tìm thấy liên quan đến vị trí ăngten Lưu ý rằng phạm vi là khoảng cách nghiêng từ ăng-ten chứ khôngphải khoảng cách ngang

Hình 8: Chùm tia do Radar sơ cấp phát ra

Có thể nói, một radar định vị một vật thể bay trên một phần tư vòngtròn trong mặt phẳng thẳng đứng, nhưng không thể biết chính xác độ caocủa nó nếu nó đang sử dụng một ăng-ten hình quạt Thông tin này phảiđược thu thập bằng phương pháp tam giác của một số radar trong trườnghợp đó

c) Lợi ích của Radar trong điều hành bay

Radar đã có những ứng dụng rõ ràng trong điều hành bay (ATM) nhưmột phương tiện cung cấp khả năng giám sát liên tục việc quản lý nềnkhông lưu Thông tin chính xác về các vị trí của tàu bay sẽ cho phép giảmcác tiêu chuẩn phân cách tối thiểu thông thường, do đó hứa hẹn sẽ tăngđáng kể hiệu quả của hệ thống đường Hàng không Loại radar này (ngàynay được gọi là radar chính) có thể phát hiện và báo cáo vị trí của bất kỳthứ gì phản ánh tín hiệu vô tuyến truyền đi của nó, bao gồm tàu bay,chim, thời tiết và đặc điểm đất liền

Khi radar sơ cấp là loại radar duy nhất có sẵn, mối tương quan giữacác phản hồi của radar riêng lẻ với các tàu bay cụ thể thường đạt đượcnhờ bộ điều khiển quan sát hướng quay của tàu bay Radar sơ cấp vẫnđược Kiểm soát viên không lưu sử dụng ngày nay như một hệ thống dựphòng/bổ sung cho Radar thứ cấp, mặc dù phạm vi phủ sóng và thông tincủa nó hạn chế hơn

Đối với mục đích kiểm soát không lưu Radar sơ cấp có nhiều ưu điểm

và cũng không tránh khỏi có những nhược điểm

d) Ưu điểm

PSR là cảm biến giám sát duy nhất được sử dụng trong ngành Hàngkhông dân dụng không yêu cầu bất kỳ thiết bị nào trên tàu bay để xácđịnh vị trí tàu bay Không giống như SSR, ADS-B và MLAT, nó có thể

phát hiện ra một chiếc tàu bay đang gặp phải lỗi Bộ phát tín hiệu hoặcmột kẻ xâm nhập và có thể được sử dụng để theo dõi chuyển động củacác phương tiện trên mặt đất Các mục tiêu của nó không cần phải phốihợp hoạt động, chúng chỉ phải nằm trong vùng phủ sóng của nó và có thểphản xạ sóng vô tuyến.

e) Hạn chế

Bên cạnh những ưu điểm của Radar sơ cấp thì cũng tồn tại những hạnchế là: nó chỉ cho biết vị trí của các mục tiêu, nó không xác định đượcchúng, không thể xác định trực tiếp mục tiêu và độ cao Ngoài ra, nó cầnđến một lượng phát xạ mạnh làm hạn chế phạm vi hoạt động của nó.Giới hạn phạm vi tối thiểu PSR hoạt động trên một tần số có nghĩa là

nó không thể phát và nhận tín hiệu cùng một lúc Nếu mục tiêu ở quá gầnăng ten radar, tín hiệu phản xạ có thể nhận được do mẫu bức xạ, có mộtphần vùng trời phía trên ăng-ten của Radar sơ cấp không thể khảo sátđược Nhưng nó được giảm thiểu bằng cách đặt một loạt các radar saocho hình nón của mỗi radar được che bởi một radar khác

2 Secondary Surveillance Radar – SSR (Radar giám sát thứ cấp)

có bán kính tối đa là 200 dặm, và có độ cao là 15km phía trên tầm nhìnradar Việc sử dụng những mã đặc biệt, các thông tin xác định không chỉlàm cho hệ thống có khả năng phân biệt giữa các tàu bay mà còn dễ dàngtrong việc truyền dữ liệu như độ cao và số hiệu của tàu bay

Hệ thống Radar sẽ chủ động phát các tín hiệu hỏi thăm thông tin tớicác tàu bay, khi nhận được tín hiệu yêu cầu tàu bay sẽ phản hồi lại cácthông tin cần thiết theo yêu cầu bao gồm mã hiệu chuyến bay, tọa độ, độcao, vận tốc… để phục vụ quá trình giám sát điều hành bay

Hình 12: Sơ đồ hệ thống Radar giám sát thứ cấp

Mục đích của SSR là cải thiện khả năng phát hiện và xác định tàu baytrong khi tự động cung cấp mực bay (Flight Level - độ cao áp suất) củatàu bay Trạm mặt đất SSR truyền các xung phát hỏi trên 1030 MHz (liêntục ở Chế độ A, C và chọn lọc, ở Chế độ S) khi ăng ten của nó quay, hoặcđược quét điện tử, trong không gian Một bộ phát đáp của tàu bay trongphạm vi tầm nhìn 'lắng nghe' tín hiệu thẩm vấn SSR và truyền trả lời trêntần số 1090 MHz để cung cấp thông tin về máy bay Câu trả lời được gửiphụ thuộc vào chế độ thẩm vấn Tàu bay được hiển thị dưới dạng biểutượng được gắn thẻ trên màn hình radar của bộ điều khiển tại điểm mang

và phạm vi đo được Một tàu bay không có bộ phát đáp đang hoạt độngvẫn có thể được quan sát bằng radar chính, nhưng sẽ được hiển thị cho bộđiều khiển mà không có dữ liệu thu được từ SSR Thông thường, yêu cầuphải có bộ phát đáp hoạt động để bay trong không gian có kiểm soát vànhiều tàu bay có bộ phát đáp dự phòng để đảm bảo điều kiện đó được đápứng

Hệ thống radar giám sát thứ cấp bao gồm hai chế độ hỏi chính Đó làchế độ giám sát mode-A/C và chế độ giám sát mode-S Ăng-ten của radarquay (thường ở tốc độ 5-12 vòng/phút) và phát một xung được thiết bị

trên tàu (bộ phát đáp) nhận được Bộ phát đáp gửi lại một câu trả lời chứa

ít nhất một mã (nếu hoạt động ở Mode-A) nhưng thường thì mã này đượckết hợp với mức (mode-C) hoặc thông tin khác

Ví dụ: Nhận dạng tàu bay, cấp độ đã chọn, v.v (Mode-S) Thông tinnhận được phụ thuộc vào chế độ thẩm vấn (A, C hoặc S) và khả năng của

bộ phát đáp

Ví dụ: Thẩm vấn ở Mode-A sẽ nhận được phản hồi ở Mode-A mặc dù

bộ phát đáp có thể có khả năng Mode-C hoặc Mode-S và thẩm vấn ởMode-C sẽ không kích hoạt phản hồi từ bộ phát đáp Mode-A Thôngthường, hai cuộc thẩm vấn Mode-A được theo sau bởi một cuộc thẩm vấnMode-C Lý do sử dụng Mode-A thường xuyên hơn là vì danh tính củatàu bay (mã SSR) có tầm quan trọng lớn hơn đối với bộ điều khiển

Lưu ý rằng mức nhận được từ bộ phát đáp luôn tuân theo áp suất tiêuchuẩn (1013,25 hPa, 29,92 "Hg) bất kể cài đặt đo độ cao mà Phi công đãchọn Hai tàu bay cách nhau 1000 feet, có nghĩa là sự tách biệt này tồn tạibất kể cài đặt máy đo độ cao của hai tàu bay Khi nhận được câu trả lời,

vị trí của tàu bay (tầm bay và vòng quay) được xác định Phạm vi đượctính bằng cách biết chênh lệch thời gian giữa câu hỏi và câu trả lời (tốc

độ lan truyền là tốc độ ánh sáng) Phương vị được lấy từ vị trí ăng-ten.Ăng-ten thường quay với tốc độ 5-12 vòng/phút

SSR có thể được sử dụng làm bộ dò cho mạng MLAT/WAM thụđộng

c) Lợi ích của Radar giám sát thứ cấp trong điều hành bay

Radar giám sát thứ cấp (SSR) là một hệ thống radar được sử dụngtrong điều hành bay (ATM), không giống như các hệ thống radar chính

đo góc phương vị và khoảng cách của mục tiêu bằng cách sử dụng phản

xạ phát hiện của tín hiệu vô tuyến, dựa trên các mục tiêu được trang bịradar bộ phát đáp, trả lời từng tín hiệu thẩm vấn bằng cách truyền dữ liệuđược mã hóa như mã nhận dạng, độ cao của tàu bay và các thông tin kháctùy thuộc vào chế độ đã chọn của nó SSR dựa trên công nghệ nhận dạngquân sự bạn hay thù (IFF) ban đầu được phát triển trong Thế chiến II, do

đó hai hệ thống vẫn tương thích Radar giám sát thứ cấp Monopulse(MSSR), Mode S, TCAS và ADS-B là những phương pháp giám sát thứcấp hiện đại tương tự

Trong những năm gần đây, hệ thống Radar giám sát thứ cấp được sửdụng rộng rãi trong việc xác định và theo dõi vị trí tàu bay Khi được sửdụng với chế độ mode C mặt đất – trên không cung cấp dữ liệu thông báo

độ cao của tàu bay Với việc sử dụng xung đơn và ăng ten giám sát có độ

mở đứng lớn (LVA), hầu hết các vấn đề công nghệ thường là đặc điểmcủa hệ thống gốc đều được làm giảm bớt.

Hình 13: Ăng ten có độ mở lớn

d) Ưu điểm

 Yêu cầu ít điện năng hơn nhiều lần để có thể đạt tới được phạm vimong muốn, so với PSR Điều này là do tín hiệu truyền đi chỉ cần đếntàu bay, trong khi PSR cần phát ra tín hiệu đủ mạnh để đến tàu bay vàtruyền ngược trở lại ăng-ten

 Thông tin được cung cấp không giới hạn ở phạm vi mà còn bao gồm

dữ liệu bổ sung dựa trên cơ chế hoạt động của bộ phát đáp (A, C hoặcS)

 Dễ phân biệt giữa các mục tiêu hơn do các mã SSR được cài đặt khácnhau, tránh sai xót nhầm lẫn

 SSR miễn nhiễm với sự tắc nghẽn vì nó sử dụng các tần số khác nhau

để phát (1030 MHz) và đáp (1090 MHz) Do đó, ngay cả khi nhậnđược tiếng vọng, ồn trên 1030 MHz, nó vẫn không được hệ thống thutiếp nhận Vì thế, địa hình, tòa nhà và các hiện tượng thời tiết (mây vàmưa) không tạo ra sự lộn xộn, như trường hợp sử dụng PSR Tuynhiên, những thứ này có thể gây nhiễu tín hiệu, do đó đôi khi làm choviệc phát hiện các mục tiêu trở nên khó khăn hơn

bộ phát -đáp đã bị lỗi hoàn toàn việc cung cấp dữ liệu chính đáng tincậy Lưu ý rằng trong trường hợp này, thông tin được cung cấp sẽ ởcấp độ kém tin cậy hơn và cần có các báo cáo thí điểm thường xuyênhơn.

 Đôi khi nhận được hai tín hiệu đáp cùng một lúc (nếu tầm nghiêng vàphương diện của tàu bay như nhau) Hiện tượng này được gọi là

“garbling” và có thể dẫn đến "phát hiện" tàu bay giả (không tồn tại)hoặc không phát hiện được mục tiêu (radar cho rằng có mục tiêu giả)

 Một hiện tượng khác có thể tạo ra chỉ báo sai là FRUIT (False Replies

Unsynchronised In Time or False Replies Unsynchronised to Interrogator Transmissions – tín hiệu hồi đáp sai/lỗi không được đồng

bộ hóa kịp thời hoặc tín hiệu hồi đáp sai/lỗi không được đồng bộ hóavới đường truyền của bộ dò tín hiệu)

Điều này xảy ra khi radar nhận được phản hồi từ một bộ phát - đáp đãđược hỏi bởi một radar khác Vì tất cả các SSR đều hoạt động trên cáctần số giống nhau, nên không thể phát hiện ra rằng phản hồi có liên quanđến đường truyền của radar khác Hơn nữa, do không xác định được thờiđiểm hỏi nên việc tính toán phạm vi rất có thể sẽ bị sai Do đó, một mụctiêu sai/ảo có thể xuất hiện trên màn hình tình huống Ngoài ra, nếu đồngthời nhận được một phản hồi của bộ phát - đáp (hợp lệ) khác, thì có thểxảy ra hiện tượng “garbling”

Hai hiện tượng “garbling”và “FRUIT” trở nên trầm trọng hơn do nhucầu sử dụng các SSR "cổ điển" để phát một số câu dò để xác địnhphương vị thích hợp và có thể được giảm thiểu bằng cách:

- Sử dụng MSSR (monopulse SSR) Đây là một loại radar tiên tiến sử

dụng một mẫu chùm tia khác giúp xác định phương vị chính xác hơn

Do đó, ít phải thẩm vấn hơn để xác định phương vị

- Mode-S có chọn lọc Đây là một tính năng của Mode S-SSR cho phép

thẩm vấn một tàu bay cụ thể (tàu bay khác có thể nhận được cuộcthẩm vấn nhưng sẽ bỏ qua nó)

 Các SSR dễ bị che khuất bởi ăng-ten (tức là ăng-ten trên tàu bay bịche bởi thân tàu bay, ví dụ: do góc nghiêng) Điều này được giảmthiểu bằng cách đặt nhiều hơn một ăng-ten (thường là hai - một ở đầutàu bay và một ở dưới cùng)

3 So sánh hệ thống Radar giám sát sơ cấp và thứ cấp

Hệ thống Radar giám sát thứ cấp có nhiều ưu điểm hơn hệ thống Radargiám sát sơ cấp SSR cung cấp một đường liên kết dữ liệu có khả năng manglại những dải rộng với công suất phát thấp