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"Save Concord" oder ein Bericht aus den Tests des russischen Radarsystems zur Suche nach Fremdkörpern auf der Landebahn

Blick auf die Landebahn a / p "Orlovka" vom Radar SKVPP-76

Dieses Foto des bescheidenen Flugplatzes Orlovka (ICAO-Code: UUTO) in der Region Twer ist eigentlich sehr symbolisch. Zum ersten Mal in der Geschichte tritt Russland einem Club von Technologieführern bei, die Radarsysteme zur Überwachung der Landebahn auf Fremdkörper entwickeln und herstellen können.

Es ist nicht einfach, ein solches System von einem ausländischen Hersteller zu kaufen (dies sind Stückprojekte) und teuer. Zusätzlich zum Preis der Ausrüstung sieht der Vertrag die Zahlung für die Planung eines bestimmten Flughafens, die Installation von Überwachungsdiensten und dann die Zahlung eines autorisierten Dienstes für die gesamte Lebensdauer des Systems vor.

Das Müllproblem ist unsichtbar, aber sehr relevant


In der Geschichte der Luftfahrt gab es viele Fälle, in denen Trümmer, die von der Struktur von Flugzeugen oder Flugplatzausrüstung fielen, auf der Landebahn auftraten und Flugzeuge beim Start oder bei der Landung beschädigten. Die Concorde-Katastrophe im Jahr 2000 war eine Tragödie, die die Dringlichkeit dieses Problems zeigte.

Die Europäische Kommission schätzt den jährlichen Schaden für die Weltluftfahrt durch Trümmer auf den Landebahnen auf knapp 13 Milliarden US-Dollar. Dies schließt Flugverspätungen und Schäden an Flugzeugreifenabdeckungen ein, die jeweils bis zu 5.000 USD kosten und nach einer Beschädigung durch eine neue ersetzt werden müssen.
Bei Pobeda Airlines wird das Problem des Mülls auf russischen Landebahnen ebenfalls als sehr relevant bezeichnet.

Das Problem von Fremdkörpern auf der Landebahn und den Rollwegen ist in Russland relevant. Im Gegensatz zur EU gewähren wir zwar keine Zuschüsse für die Entwicklung von Systemen, aber es gibt Beschwerden von Fluggesellschaften. Zum Beispiel spricht der Direktor der Fluggesellschaft Pobeda in einem Interview mit der Zeitung Kommersant von mindestens hundert Fällen im Jahr 2019, als das Fahrwerk dieser Firma beschädigt wurde. Gleichzeitig nennt der Direktor von Pobeda die Überprüfung der Landebahnen formell: „Beamte fahren einfach mit dem Auto und inspizieren die Oberfläche.“ Der Artikel stellt fest, dass in Vnukovo im Sommer alle drei Stunden und im Winter mindestens sechsmal täglich eine Inspektion durchgeführt wird.

Welche Art von Müll passiert auf der Landebahn


In der internationalen Praxis werden Fremdkörper auf der Landebahn als FOD (Foreign Object Debris, Fremdkörper) bezeichnet. Unter diesen Gegenständen sind am häufigsten Schrauben, Muttern, Spurstangen, Werkzeuge, die von Autoreparaturdiensten heruntergefallen sind, Reifenreste, Schläuche usw. zu finden.

Der FAA-Bericht (Federal Avaition Agency, amerikanische Luftfahrtbehörde) zeigt, dass mehr als 60% des Mülls aus Metall besteht Artikel und 18% - Gummifetzen. Gleichzeitig ist der Hauptanteil der Objekte mit etwa 3 x 3 cm recht gering. Daher hat die FAA eine Methode zur Bewertung der Fähigkeit von Flugplatzgeräten entwickelt, Fremdkörper auf einer Landebahn mithilfe eines Standardmetallzylinders mit einem Durchmesser von 38 mm und einer Höhe von 31 mm (unbemalt) zu finden. Jetzt wird diese Art von Test auf der ganzen Welt verwendet.

Referenzzylinder Ø38 mm und Höhe 31 mm
Ø38 31 ( / )


Was soll ich sagen - ein enger Kreis dieser Hersteller, deren Gesamtzahl weltweit buchstäblich an den Fingern gezählt werden kann. Zu den vier führenden Unternehmen gehören die Stratech Group, Moin Inc. aus Großbritannien, Qinetiq / USA, Xsight Systems Ltd. und Trex Aviation Systems Inc, die fast zwei Drittel des Marktumsatzes ausmachen (Quelle: FactMr ). Dies ist ein High-Tech-Bereich, in dem von einem Fertigungsunternehmen Kompetenzen in den Bereichen Funkortung und Optoelektronik, Mathematik und Maschinendatenverarbeitung benötigt werden.

Moderne Systeme, die Fremdkörper auf der Landebahn und auf Rollwegen erkennen können, verwenden zwei physikalische Prinzipien, unter anderem in Form gemeinsamer Lösungen:
• Millimeterband-Radargeräte;
• Kameras mit sichtbarem und infrarotem Spektrum, inkl. mit Mustererkennungssystem;
• Hybride Radar + Kamerasysteme.

Sowohl Radargeräte als auch Kameras haben ihre Vor- und Nachteile. Es gibt jedoch eine gemeinsame Eigenschaft: Solche Systeme sind sowohl für sich als auch für die Kosten ihrer Implementierung in die Infrastruktur von Flughäfen sehr teuer.

Beispielsweise erfordert das Xsight FODetect-System (hergestellt in Israel, verwendet am Flughafen Ben Gurion) bei seiner Implementierung den vollständigen Austausch der Signalleuchten an den Rändern der Landebahn, z An ihrer Stelle wird ein integriertes Design installiert, das eine Taschenlampe, eine Videokamera und ein Kurzstreckenradar umfasst. Das Funktionieren eines solchen Systems erfordert die Verlegung von unterirdischen Versorgungsunternehmen entlang der Landebahn und auf dem gesamten Gebiet des Flughafens. Diese umfangreichen Arbeiten werden am besten mit einer vollständigen Modernisierung oder dem Bau einer neuen Landebahn durchgeführt.

Tarsier FOD Radars am Flughafen Heathrow
Standort der Tarsier FOD-Radargeräte am Flughafen Heathrow. Quelle: Moog Inc

Es ist allgemein anerkannt, dass die optimale Lösung für aktive und stark belastete Landebahnen eine Lösung in Form eines eigenständigen Radars mit großem Aktionsradius ist, mit der Sie das Vorhandensein von Fremdkörpern im gesamten Streifen überwachen können. Jene. ein Radar für kurze Fahrspuren an Regionalflughäfen oder 2-3 Radargeräte pro Fahrspur an internationalen Flughäfen. Auf diese Weise arbeitet das Tarsier Runway FOD-Erkennungssystem (hergestellt in den USA) am Flughafen Heathrow und verwendet nur 4 Radargeräte für den gesamten Flughafen - 2 Radargeräte pro Streifen mit einer Länge von 3,7 km.

Ausländische Hersteller von FOD-Systemen und Spezifikationen für die Grundausstattung
Ausländische Hersteller von FOD-Systemen und die Hauptmerkmale der Geräte (vom Autor zusammengestellt)

Tests des SKVPP-76-Radars auf der Orlovka-Flugversuchsbasis


Nun wenden wir uns dem Experiment auf der Grundlage des Flugversuchszentrums des MANS-Konzerns auf dem Flugplatz Orlovka in der Region Tver zu. Im März 2020 führte das DOK-Unternehmen, ein Hersteller von Millimeterwellenradargeräten aus St. Petersburg, in Zusammenarbeit mit dem MANS-Konzern in Orlovka umfassende Tests des Radarsteuerungssystems SKVPP-76 (76-GHz-FOD-Radar) durch .

Das Radar arbeitet mit einer Frequenz von 76 GHz (Wellenlänge 3,9 mm) im Bereich der quasikontinuierlichen linearen Frequenzmodulation (FMCW). Das Funktionsprinzip - Das Radar bestimmt die Entfernung zum Ziel (Objekt FOD) durch die Frequenzdifferenz zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Radarsignal. Der Vorteil des FMCW-DOC-Radars liegt in kleinen 60-cm-Antennen mit hoher Verstärkung (bis zu 50 dB). Der Punkt auf dem Streifen ermöglicht es einem einzelnen Durchgangsstrahl, den bis zu 2 km langen Bereich zu betrachten.

Positionskarte des Radars SKVPP-76 in a / p Orlovka
Positionskarte des Radars SKVPP-76 am Flughafen

Auf dem Foto: SKVPP-76 Radar am Flughafen Orlovka
Orlovka Auf dem Foto: das Radar SKVPP-76 am Flughafen Orlovka

Da das Radar für eine Reichweite von bis zu 1000 m ausgelegt ist (und dieser Parameter als der beste unter ähnlichen Systemen auf dem Weltmarkt gilt) und die Landebahn Orlovka (ICAO: UUTO) nur 800 m beträgt, wurde das Radar SKVPP-76 platziert in einem Abstand von 40 m vom Rand der Landebahn (Kurs "06") auf einem 3,5 m hohen Metallträger, der eine Gesamthöhe der Mitte der Radarantennen von 4,7 m über der Landebahn ergibt. Gleichzeitig betrug der Abstand vom Radarinstallationspunkt zum äußersten Rand der Landebahn (Kurs "24") 910 m. Diese Anordnung der Ausrüstung ermöglichte es, die Fähigkeit des SKVPP-76 zu testen, Objekte in Entfernungen nahe dem maximal möglichen (1000 m gemäß Spezifikation) zu erkennen.

Um die Fähigkeit des Radars zu bestätigen, ein kalibriertes Testziel zu erfassen, wurde ein Referenzzylinder in einer Entfernung von 650 m auf der Oberfläche der Landebahn platziert. Warum 650, nicht 910 m? Wie sich während des Experiments herausstellte, gibt es am anderen Ende der Landebahn einen Gefälle und eine „blinde Zone“ für das Radar.

Die Anordnung des Testzylinders auf der Landebahn a / p Orlovka
Layout des

Testzylinders auf der Landebahn Die Radarsteuerung und -ablesung wurde über das lokale Flugplatznetz mit der installierten FieldScanner-Testsoftware auf einem Computer durchgeführt. Mit der FieldScanner-Software können Sie auf dem Bildschirm das Vorhandensein von Markierungen von verschiedenen Objekten auf der Landebahn, einschließlich des Referenzzylinders, feststellen und so die Erkennung von Fremdkörpern bestätigen.

Screenshot vom Radar: links - leere Landebahn, rechts - Landebahn mit Testzylinder
Screenshot vom Radar: links - leere Landebahn, rechts - Landebahn mit Testzylinder

Jeder, der sich diesen Screenshot ansieht, wird sagen: "Und was können Sie hier ausmachen?" Daher erklärten die Ingenieure, dass die Testsoftware nur die Frage „soll das Radar das Ziel sehen oder nicht“ beantworten soll (dh bestätigen, dass das Signal vom Testziel höher ist als der Pegel von Rauschen und Reflexionen von der Oberfläche der Landebahn). In der Testsoftware wird das Bild nicht von falschen Zielen wie Markierungen vom umgebenden Boden, Flecken, Nähten und Schlaglöchern auf der Beschichtung des Streifens usw. befreit. Gleichzeitig wird zur Veranschaulichung der Erkennung des Testzylinders aufgrund seiner geringen Größe die Markierung auf dem Radar auf die Anzahl der auf dem Monitorbildschirm unterscheidbaren Pixel erhöht.
Industrielle Landebahnsteuerungssoftware muss auf einer bestimmten Landebahn im künstlichen Intelligenzmodus trainiert werden.

Die Software zur industriellen Landebahnsteuerung für dieses Radar wird auf der Grundlage künstlicher Intelligenz (Deep Learning) entwickelt. Nach dem Einsatz des Systems am Flughafen sollte diese Software einen Trainingsmodus für ein bestimmtes Band durchlaufen. Nach dem Training kann die Software potenziell gefährliche Objekte identifizieren und von falschen Zielen wie Hintergrundbeleuchtungselementen, Unebenheiten, Nähten auf der Beschichtung usw. trennen. Der Käufer des Radars kann unter bestimmten Bedingungen auch eine Überarbeitung der Software bestellen.

Es gibt kein gutes Experiment ohne Probleme


Ein Problem ist immer bereit, in Feldversuche mit komplexen Geräten einzugreifen, und meistens auch nicht. So war es auch in Orlowka. Wie bereits oben erwähnt, stellte sich während des Experiments heraus, dass das Landebahnprofil am anderen Ende des Streifens eine Vertiefung aufweist und daher eine direkte Sichtbarkeit mit dem Radarstrahl bis zu einer Länge von etwa 720 m gewährleistet war, wobei vom Rand der Landebahn aus als „06“ -Kurs gezählt wurde. Der Rest der Landebahnlänge fiel aufgrund der unzureichenden Höhe der Radarstütze in die „blinde Zone“ - das konkave Fragment dieser Landebahn war nicht sichtbar.
Die Sichtbarkeit der Oberfläche des anderen Endes der Landebahn beträgt ~ 720 m
Die direkte Sicht auf die Oberfläche des anderen Endes der Landebahn war auf ~ 720 m begrenzt (Foto durch ein Fernglas).

Es war ein unerklärlicher Moment, aber sie begannen nicht, das Podest unter dem Radar neu zu gestalten, weil Kurz vor dem Scannen des Streifens wurde das Radar auf einem flachen Kilometerabschnitt der örtlichen Autobahn überprüft, und in diesem Experiment wurde der Zylinder erfolgreich gefunden. Zu diesem Zweck wurde das Radar auf der Rückseite eines Lastwagens installiert und ein Referenzzylinder 1 km davon auf dem Asphalt platziert. Radar erkannte dieses Ziel leicht.

Radartest auf 1 km geradem geraden Straßenabschnitt
Testen des Radars auf einem 1 km langen Abschnitt einer geraden Straße

Unten im Screenshot des Radars ist zu sehen, dass ein erheblicher Spielraum im Zielerfassungsbereich verbleibt - bis zu etwa 1,5 km. Ab 1 km ist die Erkennung eines Testziels mit linearen Abmessungen in der Größenordnung von 3 cm jedoch nicht mehr garantiert.

i Straßenmarkierung auf einem Radar von einem Zylinder
Markieren Sie auf dem Radarmonitor einen Zylinder auf der Autobahn

So finden Sie einen Ingenieur auf einem Streifen Trockenrationen


Nicht kalibrierte Fremdkörper für die Radarsuche
Nicht kalibrierte Fremdkörper, die vom Radar durchsucht werden sollen

Zusätzlich zum Referenzzylinder Ø38 mm und einer Höhe von 31 mm führte das Experiment eine Demonstration der Erkennung eines Satzes von 10 verschiedenen nicht kalibrierten Objekten durch, die auf einem Streifen in Abständen von 250 m bis 650 m angeordnet waren und vom Rand als „06“ -Kurs gezählt wurden. Zu den Artikeln gehörten zwei Schraubenschlüssel, Flaschen mit Flüssigkeiten, Blechdosen, eine Drahtspule und eine Gummiente.

Der Schraubenschlüssel war auf der Landebahn leicht zu erkennen.
Das

Radar fand auch eine Dose
Radar fand auch leicht einen Schraubenschlüssel auf der Landebahn. Das Radar fand auch eine

Dose. Um die Leser nicht mit Bildern von Flaschen und Dosen auf dem Streifen zu langweilen, können wir kurz sagen: Das Radar SKVPP-76 erkannte alle 10 nicht kalibrierten Fremdkörper, was die technischen Eigenschaften des Geräts und seine Anwendbarkeit für diese Klasse weiter bestätigte Aufgaben.

Links ist ein Radarbild einer leeren Landebahn, rechts eine Landebahn mit 10 Fremdkörpern
Links ist ein Radarbild einer leeren Landebahn, rechts eine Landebahn mit 10 Fremdkörpern

Wie es war und sein wird - auf Video


Das Video zeigt den Scanvorgang der Orlovka-Landebahn mit dem Radar SKVPP-76. Das sieht etwas langweilig aus, ist aber nichts für Spezialisten: Das Radarpositionierungsgerät scannt als eine Reihe kleiner L-förmiger Bewegungen, die aus einer Drehung im Azimut (X-Achse) und einer Anpassung der Antennenneigung in der Höhe (Y-Achse) bestehen.


Und im unteren Promo-Video können Sie sehen, wie das Radar im "Kampf" -Modus funktionieren soll, der in das Flugsicherheitssystem des Flughafens integriert ist.


Die hohe Reichweite des SKVPP-76 (die Fähigkeit, 1 km links und 1 km rechts = 2 km zu steuern) ist sein wichtiger Vorteil auf dem Markt für dieses Gerät, der es ermöglicht, auf ein einziges Radar mit einer einzigen Verbindung (einschließlich drahtloser Verbindung) über das lokale Netzwerk zur Überwachung zu verzichten Landebahnen bis zu 2 km Länge. Mit anderen Worten, die Implementierung erfordert keine wesentlichen Erdarbeiten an der Infrastruktur. Es wird angenommen, dass eine Landebahnlänge von mindestens 1830 m ausreicht, um Flugzeuge mit einem Gewicht von bis zu 90 Tonnen wie Airbus 319, Airbus 320 oder Boeing 737-800 aufzunehmen.

Wichtige Vorteile des russischen Radars sind Antennen mit hoher Reichweite, kompakter Größe und hoher Verstärkung. Die Roadmap des Projekts sieht die gemeinsame Nutzung des Radars mit einer hochauflösenden Videokamera gemäß der weltweiten Praxis vor.

Jetzt warten wir darauf, dass dieses Projekt von einheimischen Ingenieuren die Implementierungsphase durchläuft , und SKVPP-76- Radargeräte werden an russischen Flughäfen eintreffen, wo sie die Flugsicherheit gewährleisten.

Besonderer Dank geht an die MANS-Sorge für ihre Hilfe bei der Organisation der Experimente.

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