Algoritmo antirreflejos de modo S para eliminar falsas derrotas debidas a respuestas reflejadas en sistemas de radar terrestre.

Un método para eliminar falsas derrotas de SSR de modo S o código 3A en una pantalla de radar creadas por un extractor de radar de un radar como consecuencia de falsas respuestas

, es decir, reflejos de respuestas contra reflectores, siendo un reflector un objeto natural o artificial distinto de un blanco aéreo, comprendiendo el radar el extractor de radar y un radar rastreador, caracterizándose el método por la ejecución de las siguientes etapas:

A. crear un mapa de vídeo en bruto que se extienda al área cubierta por el radar y que se subdivida en células de dimensiones predefinibles, delimitando cada célula una porción del área en la que puede estar presente un blanco aéreo, asociándose con cada célula una probabilidad de presencia de falsas respuestas en tal célula;

B. para una situación correspondiente a un barrido por parte del radar:

B0. identificar agrupaciones de respuestas, es decir, dos o más conjuntos de respuestas con cercanía mutua en acimut y distancia mayores que correspondientes valores umbral predefinidos;

B1. asociar a cada célula del mapa de vídeo en bruto un nivel de la potencia recibido por el radar en la correspondiente porción del área;

B2. extraer las marcas, es decir, los puntos medios de agrupaciones de respuestas que el extractor determina en caso de que un conjunto de respuestas tenga un número de respuestas mayor que un umbral predefinido;

B3. enviar las marcas extraídas al radar rastreador junto con dicha probabilidad de presencia de falsas respuestas en las células a las que respectivamente pertenecen;

B4. calcular, por medio del radar rastreador, las derrotas relevantes a las marcas, actualizando las derrotas ya existentes en la pantalla de radar e iniciando nuevas derrotas, usando uno o más umbrales de iniciación de derrota elegidos en función de dicha probabilidad de presencia de falsas respuestas calculada en la etapa B3;

C. con respecto a todas las derrotas de la etapa B4, determinar, por medio del radar rastreador, falsas derrotas y puntos iniciales relevantes;

D. en función de los puntos iniciales de las falsas derrotas determinadas en la etapa C, calcular la probabilidad de presencia de dichas falsas respuestas en las células correspondientes a dichos puntos iniciales y actualizar el mapa de video en bruto de la etapa A;

E. repetir las etapas B-D.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12425189.

Solicitante: SELEX ES S.p.A.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: Piazza Monte Grappa, 4 00195 Roma ITALIA.

Inventor/es: GELLI,STEFANO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación... > G01S13/78 (discriminando entre diferentes clases de blancos, p. ej. identificación amigo-enemigo (radar-IFF) (G01S 13/75, G01S 13/79 tiene prioridad))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Detalles de sistemas según los grupos G01S 13/00,... > G01S7/41 (que utilizan el análisis de la señal de eco para la caracterización del blanco; Firma del blanco; Sección transversal del blanco)

PDF original: ES-2525034_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Algoritmo antirreflejos de modo S para eliminar falsas derrotas debidas a respuestas reflejadas en sistemas de radar terrestre

La presente invención versa sobre un algoritmo antirreflejos de modo S para eliminar falsas derrotas debidas a respuestas reflejadas en sistemas de radar terrestre.

El modo S es una tecnología para la transmisión de datos utilizada por el radar secundario de vigilancia (SSR) para el control del tráfico aéreo de aeronaves dotadas de transpondedor. La "S" significa "selectivo", es decir, indica la posibilidad de interrogar a la aeronave de manera selectiva por medio de una dirección unívoca de 24 bits, posibilidad que no es ofrecida por otras tecnologías anteriores denominadas "modo A" (o "modo 3") y "modo C".

El modo S es un estándar de comunicaciones que se atiene a las normas y recomendaciones de la OACI, Organización de Aviación Civil Internacional, es decir, el organismo que tiene confiada la misión de desarrollar los principios y las técnicas de la navegación aérea internacional, las rutas y los aeropuertos y de promover el diseño y el desarrollo del transporte aéreo internacional haciéndolo más seguro y regular.

El enlace de datos de modo S se caracteriza por esta actividad del intercambio de datos entre la estación de radar terrestre y la aeronave.

La característica de las tecnologías anteriores al modo S en los radares secundarios de campo es la de efectuar una transmisión del tipo de radiodifusión aprovechando:

la selectividad espacial de la antena de radar (dimensión del haz principal de aproximadamente 2,4°);

la presencia de un haz expresamente estudiado para la supresión de los lóbulos laterales tanto en "enlace ascendente" (ISLS) como en "enlace descendente" (RSLS) para resolver las aeronaves muy cercanas entre sí.

Con "enlace ascendente" se quiere decir la conexión entre un terminal terrestre y una posición en el aire; con "enlace descendente", la conexión opuesta.

Dado que las interrogaciones generadas por el radar no son dirigidas específicamente a una aeronave, los blancos del haz principal siempre responden con una respuesta que, por ende, puede llegar a la antena de radar superpuesta a otras respuestas (de otras aeronaves) y distorsionada por ellas (fenómeno conocido con el nombre de

"solapamiento de códigos").

Además, dado que las transmisiones de radar no pueden ser distinguidas de las de otro interrogador en la misma zona, se crean efectos de la interferencia mutua entre sistemas terrestres. Por lo tanto, una respuesta útil, es decir, generada por la interrogación del radar secundario, puede encontrarse "inmersa" en un conjunto de respuestas que, en cambio, sean generadas por otros radares adyacentes (fenómeno conocido con el nombre de "señales parásitas").

El aumento del tráfico aéreo, especialmente en la zona europea central ("zona central"), y la proliferación de estaciones terrestres han llevado el sistema tradicional al límite de su rendimiento potencial y a la necesidad de introducir un sistema de interrogación selectiva tierra-de a bordo-tierra.

En el protocolo del modo S, estandarizado en el Anexo 10 de la OACI, Vol. IV, la dirección asignada al radar se define como IC, "código del interrogador", o II, "identificador del interrogador", mientras que la del blanco se define como dirección del modo S o incluso "dirección OACI de 24 bits".

La dirección de la estación terrestre no es necesariamente unívoca, ni siquiera en una zona relativamente restringida (200 x 200 millas náuticas), y asume valores que oscilan entre 0 y 16 (algunos de los cuales están reservados para fines de verificación o militares). Por el contrario, la dirección del blanco es asignado directamente por un organismo nacional dentro de un conjunto de direcciones que la OACI asignada, a escala mundial, a cada país.

Por lo tanto, el requisito básico del protocolo del modo S es que la dirección del modo S sea "individual", es decir, que sea válida la hipótesis de que no puedan existir dos aeronaves con la misma dirección del modo S en la zona cubierta por un único radar.

Como en otros sistemas tradicionales de radar, existe aquí el problema de discriminar entre blancos reales y falsos generados por el reflejo de las respuestas en obstáculos naturales o artificiales.

Aunque la dirección del modo S es teóricamente individual, existen estudios, realizados y publicados por EUROCONTROL, que abordan ejemplos de aeronaves con direcciones del modo S iguales. La causa de tal fenómeno está normalmente relacionada con la transferencia de las aeronaves de una aerolínea a otra y a la no programación de la dirección del transpondedor de a bordo. En las aeronaves civiles, ciertamente, el piloto no puede

acceder a la programación de la dirección del modo S en el transpondedor y, además, siendo la dirección del modo S una dirección "técnica", no es presentada explícitamente al controlador de vuelo.

Por lo tanto, la presencia de aeronaves con la misma dirección del modo S hace que el algoritmo tradicional normal del modo S resulte inservible o incluso perjudicial, con lo que se vuelve al problema general de las conexiones anteriores, en las que, además de las respuestas debidas a los blancos naturales, hay respuestas debidas a la falta de univocidad de los códigos aéreos.

La solución clásica al problema descrito en lo que antecede es la utilización de otras condiciones para la detección y la subsiguiente eliminación de los blancos no deseados creados por el extractor de radar como consecuencia de los reflejos de las respuestas en los reflectores (objetos naturales o artificiales diferentes del blanco aéreo).

Los parámetros utilizables, individualmente o en combinación entre ellos, son los siguientes:

- dirección del modo S (por ejemplo, 0x30000 F); modo A (por ejemplo, A1234);

- "indicativo de llamada" (un identificador que es único para cada vuelo; por ejemplo, AZ3581);

- comparación con mapas de reflectores predefinidos.

Desgraciadamente, resulta que, en el modo S, cada uno de estos parámetros es poco fiable, porque:

- la dirección del modo S, según se ha dicho más arriba, puede no ser unívoca;

- el modo A, en el espacio aéreo del Modo S, es el mismo para todas las aeronaves ("código de identificación A1000"); además, este no siempre está presente en todas las respuestas (sino únicamente en algunas interrogaciones selectivas denominadas "PASOS DE LISTA" y efectuadas en el momento de inicialización de una derrota o cuando la misma no es confirmada por nuevas detecciones de radar durante cierto tiempo) y, en particular, el protocolo de adquisición del modo S tiende a restringir el número de interrogaciones de modo A hacia un vuelo;

el indicativo de llamada es teóricamente unívoco, pero es configurado por el piloto y, por lo tanto, podría ser erróneo por un error mecanográfico. La frecuencia de tales errores es relativamente alta. Además, el indicativo de llamada no está presente en todas las respuestas;

por último, la comparación con los mapas de reflectores es un método muy efectivo, aunque existe una dificultad objetiva práctica en la definición de un mapa suficientemente definido y en la actualización del

mismo.

El diagrama de flujo del algoritmo antirreflejos mencionado en lo que antecede puede ser representado esquemáticamente como en la Figura 1.

Sin embargo, en la práctica, no se puede considerar que la combinación de los criterios de decisión mencionados, es decir, el resultado del algoritmo descrito, sea completamente efectiva.

El documento US20020180631 da a conocer un método similar en el que se lleva a cabo un análisis cinemático en las derrotas que... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para eliminar falsas derrotas de SSR de modo S o código 3A en una pantalla de radar creadas por un extractor de radar de un radar como consecuencia de falsas respuestas, es decir, reflejos de respuestas contra reflectores, siendo un reflector un objeto natural o artificial distinto de un blanco aéreo, comprendiendo el radar el extractor de radar y un radar rastreador, caracterizándose el método por la ejecución de las siguientes etapas:

A. crear un mapa de vídeo en bruto que se extienda al área cubierta por el radar y que se subdivida en células de dimensiones predefinibles, delimitando cada célula una porción del área en la que puede estar presente un blanco aéreo, asociándose con cada célula una probabilidad de presencia de falsas respuestas en tal célula;

B. para una situación correspondiente a un barrido por parte del radar:

B0. identificar agrupaciones de respuestas, es decir, dos o más conjuntos de respuestas con cercanía mutua en acimut y distancia mayores que correspondientes valores umbral predefinidos;

B1. asociar a cada célula del mapa de vídeo en bruto un nivel de la potencia recibido por el radar en la correspondiente porción del área;

B2. extraer las marcas, es decir, los puntos medios de agrupaciones de respuestas que el extractor determina en caso de que un conjunto de respuestas tenga un número de respuestas mayor que un umbral predefinido;

B3. enviar las marcas extraídas al radar rastreador junto con dicha probabilidad de presencia de falsas respuestas en las células a las que respectivamente pertenecen;

B4. calcular, por medio del radar rastreador, las derrotas relevantes a las marcas, actualizando las derrotas ya existentes en la pantalla de radar e iniciando nuevas derrotas, usando uno o más umbrales de iniciación de derrota elegidos en función de dicha probabilidad de presencia de falsas respuestas calculada en la etapa B3;

C. con respecto a todas las derrotas de la etapa B4, determinar, por medio del radar rastreador, falsas derrotas y puntos iniciales relevantes;

D. en función de los puntos iniciales de las falsas derrotas determinadas en la etapa C, calcular la probabilidad de presencia de dichas falsas respuestas en las células correspondientes a dichos puntos iniciales y actualizar el mapa de video en bruto de la etapa A;

E. repetir las etapas B-D.

2. Un método según la reivindicación 1 caracterizado porque en la etapa B4 se usa un umbral de iniciación de derrota, que es un número predefinido de marcas consecutivas correlacionadas, siendo dicho umbral de iniciación de derrota una función creciente de dicha probabilidad de presencia de falsas respuestas calculada en la etapa B3.

3. Un método según cualquier reivindicación 1 o 2 caracterizado porque el nivel de potencia asociado a cada célula en la etapa B1 es determinado por la intensidad de la señal o las señales de respuesta dentro de la célula, calculándose dicha probabilidad de presencia para la célula en múltiples barridos de radar como:

**(Ver fórmula)**

*N,

barrido con refleja

io/PA

* N

MAX 1 v barrido TOT

donde:

- ^barrido con reflejo es e' número de barridos de radar para los que se han determinado falsas derrotas en la célula en la etapa C;

- ^barrido tot es e' número de los múltiples barridos de radar;

- indica la potencia de la señal recibida de la respuesta ¡ésima que cae en la célula, siendo /= 1,...

k, siendo k el número total de respuestas en la célula y depende de la extensión geográfica de la propia célula;

Pmax ^dica la máxima potencia que puede ser recibida de la célula;

Y donde E{} Indica una operación de promedio ejecutada en las respuestas en la célula.

4. Un método según cualquier reivindicación 1-3 caracterizado porque dicha probabilidad de presencia en cada célula se calcula como un porcentaje de la potencia media actual almacenada en la célula P":

pft=bp;

siendo b un parámetro configurable.

5. Un método según cualquier reivindicación 1-4 caracterizado porque, en B1, para cada célula, el nivel de potencia recibido en el barrido actual Pr se promedia con un nivel de potencia P" 1 ya asociado a la célula, y

actualmente se asocia a la célula un valor promediado P" según lo siguiente:

Si Pr >P"^, entonces P" =Pr.

De lo contrario, P=aPr+(\ Cl)P" '.

Siendo a un coeficiente de ponderación, un número real, igual para todas las células, que parametriza una "memoria" de la potencia media de la célula que afecta a los uno o más umbrales de iniciación de derrota en la etapa B4, siendo el valor a adecuado para ser establecido de antemano para satisfacer situaciones cambiantes de detección tales como la densidad del tráfico y la velocidad cambiante del entorno, y, una vez que una

derrota haya sido Identificada como falso en la etapa C, el valor a será fijado en un valor diferente ar <a para aumentar la memoria del algoritmo de la falsa derrota.

6. Un método según cualquier reivindicación 1 a 5 caracterizado porque, en la etapa C, el radar rastreador determina falsas derrotas en función de uno o más criterios predefinidos, determinándose una falsa derrota

cuando una derrota:

- tiene una trayectoria inestable definida por una varianza de la distancia y/o de la velocidad en acimut mayor que un umbral predefinido;

- es elegido de dos derrotas que tienen la misma dirección del modo S y maniobran a la vez, estimándose la condición de maniobra según el criterio innovador de energía del fiItraje Kalman, calculando la distancia entre las dos derrotas y usando los siguientes criterios de elección:

o si dicha distancia es mayor que un umbral de distancia predefinido, en particular la precisión del alcance de radar, se elige la derrota con la mayor distancia;

o si no, se elige la derrota que sea la primera derrota terminada en el tiempo;

- la falsa derrota es, de las dos derrotas que tienen la misma dirección del modo S, aquella para el cual no tienen éxito las interrogaciones de paso de lista;

- es elegida por un operador, que introduce manualmente información en el radar rastreador sobre cuáles de las derrotas son falsas derrotas.

7. Un método según cualquier reivindicación 1 a 6 caracterizado porque, durante la etapa D, el radar rastreador comunica los puntos iniciales de las falsas derrotas individualizadas en la etapa C al extractor de radar, que lleva a cabo el cálculo de probabilidad de presencia.

8. Un método según cualquier reivindicación 1 a 7 caracterizado porque, durante la etapa A, cuando se dispone del sistema ADS-B, en caso de que haya presente una marca de ADS-B que se correlacione en posición con una marca de SSR, todas las marcas restantes serán marcadas como reflejos y las células relevantes del mapa de vídeo en bruto serán marcadas con una probabilidad del 100%.

9. Un programa de ordenador caracterizado por comprender medios de código configurados para llevar a cabo, cuando funciona en un ordenador, las etapas A-E del método para eliminar falsas derrotas de SSR de modo S o código 3A en una pantalla de radar creadas por un extractor de radar como consecuencia de falsas respuestas, según cualquier reivindicación 1-8.

10. Un soporte de memoria legible por ordenador, que tiene memorizado en el mismo un programa, caracterizado porque el programa es el programa de ordenador según la reivindicación 9.

11. Un sistema para eliminar falsas derrotas de SSR de modo S o código 3A en una pantalla de radar creadas por un extractor de radar como consecuencia de falsas respuestas, caracterizado el sistema por comprender

medios para ejecutar el método según cualquier reivindicación 1-8, comprendiendo el sistema:

- un extractor de radar, que incluye medios electrónicos configurados para llevar a cabo las etapas A, B0-B3,

D;

un radar rastreador, que incluye medios electrónicos configurados para llevar a cabo las etapas B4, C.