Breve descrizione tecnica del sistema ATCAS
L'acronimo A.T.C.A.S. significa Air Trafic Control automatic System.
La necessità di dotarsi di questo sistema per modernizzare e in parte automatizzare i sistemi di controllo del traffico aereo, sorse nei primi anni Sessanta, allorquando l'Aeronautica Militare Italiana, allora responsabile del servizio di controllo del traffico aereo in Italia, avviò studi per un sistema automatizzato che si conclusero con l'emissione dei requisiti per un sistema destinato alla Regione di Informazioni di Volo (F.I.R.) di Roma. La relativa gara venne vinta nel 1967 da un consorzio di imprese formato dalla Selenia, dall' I.B.M. Italia e dalla F.I.A.R.-C.G.E.
Nella sua configurazione iniziale l'A.T.C.A.S. entrava in servizio nel 1977. Negli anni successivi oltre ad un continuo miglioramento delle caratteristiche, venne introdotto nel 1988 la funzione del Multi Radar Tracking (M.R.T.) , sistema che consentiva integrando le informazioni provenienti da diversi radar con differenti ubicazioni, di estenderne la copertura.
Composizione
Nel 1980 i suoi sottosistemi principali erano:
- due teste radar ( il Marconi e il Selenia ) , uno dentro l'aeroporto di Fiumicino e l'altro tra l'aeroporto e il mare. Ancora oggi transitando sulla strada che corre tra l'aeroporto e il mare ( la Via Coccia di morto ,... bel nome però .) si possono vedere ,le loro antenne che sono i due grossi fabbricati sferici , l'uno a destra e l'altro a sinistra .
- un ponte radio per il trasferimento dei dati da Fiumicino a Ciampino;
- un centro di elaborazione dati ubicato a Ciampino presso la RIV ;
- un sistema di presentazione dei dati costituito dalle consolles a disposizione dei controllori della RIV.
Ognuna delle teste radar dispone sia del Radar Primario (PR) che del Radar Secondario (SSR) , quindi a Fiumicino hanno origine quattro segnali , primario e secondario Marconi e primario e secondario Selenia. Questi segnali , dopo una prima filtratura e ripulitura, vengono trasferiti a Ciampino al centro elaborazione mediante un ponte radio.
Il Centro Elaborazione. Ubicato a Ciampino al piano terreno della RIV , sviluppato dalla Selenia e dalla Ibm , è costituito da un buon numero di macchinari Selenia e da tre grossi computer IBM . In poche parole riceve i dati dai due radar di Fiumicino , ci lavora sopra, mette questi dati in forma utile e coerente, e li rende disponibili sugli schermi degli operatori che stanno davanti alle consolle nella sala controllo al piano di sopra.
Funzionamento
Perchè c'è la necessità di rielaborare i segnali ? Semplice , agli operatori occorre dare sugli schermi una presentazione pulita e costituita solo dai dati che servono. In pratica sugli schermi si vede una presentaziona azimutale della zona di interesse ( come una vista in pianta o dall'alto della zona ) con già disegnati fissi, il reticolo delle coordinate, i tracciati delle aerovie e i punti significativi. In tempo reale vengono tracciati i velivoli, (che gli operatori chiamano i traffici ) raffigurati mediante simboli sintetici dai quali si capisce, l'identificativo, la rotta seguita fino a quel momento , la velocità e il livello ( la quota ). Questa è la presentazione cosiddetta "sintetica" per distinguerla da quella "grezza" che rappresenta invece direttamente la successione degli echi radar. Naturalmente l'operatore mediante appositi comandi puo spostare l'area di interesse , cambiare la scala (zoomare ) e ottenere altre e diverse informazioni.
Tornando indietro un momentino vediamo a quale complesso insieme di algoritmi vengono sottoposti i ritorni radar perchè acquistino la dignità di essere prima considerati come echi , poi come plot e finalmente presentati sugli schermi come tracce di velivolo . Abbiamo detto prima che il Centro Elaborazione riceve contemporaneamente tramite ponte radio quattro segnali che sono il primario e il secondario dei due radar. Sgombriamo subito il campo dai due segnali secondari che in una particolare codificazione digitale trasportano i dati di : sigla velivolo , posizione angolare , distanza quota barometrica, e vediamo brevemente in che consistono i dati dei primari.
Ricordiamo che la testa radar emette in continuazione ( centinaia per secondo , parametro PRF ) degli impulsi brevissimi ( qualche microsecondo , parametro PW ) di radiofrequenza molto potenti ( alcuni milioni di watt , parametro potenza di picco ) nella direzione in cui si trova l'antenna in quel momento e che ruotando compie all'incirca una decina di giri al minuto.
Nell'intervallo compreso fra la trasmissione di un impulso e il successivo , la testata radar mediante i suoi numerosi accrocchi si dispone in ricezione e riceve quindi tra il rumore di banda e quello intrinseco autogenerato , un certo numero di segnali di ritorno dovuti alle riflessioni che l'impulso emesso subisce durante il suo percorso nello spazio. Quindi , nel segnale ricevuto ,viene considerato ritorno radar tutto quello che supera una certa soglia di ampiezza e una durata simile all'impulso emesso ( contenuto spettrale simile ). Di norma per ogni impulso trasmesso, il numero di ritorni ricevuto, è dell'ordine di molte decine anche nel caso che in quella direzione non sono presenti velivoli. Queste sequenze di ritorni dei due radar unitamente ai digitali dei due secondari , sono le informazioni che arrivano , e su cui lavora il Centro elaborazione.
UNA GRANDE ALCHIMIA
Che è quella che viene compiuta da tutti gli accrocchi che costituiscono il Centro elaborazione. Certamente perchè qui arriva in continuazione una vagonata di dati , quasi tutta spazzatura che non serve . Ma il grande alchimista con pazienza, scevera , confronta , valuta , e alla fine dopo aver buttato quello che non serve , finalmente e continuamente consegna alla sala controllo dati puliti , cioè quanto basta per fare sugli schermi quei disegnini che rappresentano le tracce , "vestite" di tutti i dati necessari.
In altre parole, un lungo cammino consente di ricavare, dai ritorni radar , prima degli echi, poi dei plot e infine delle tracce "vestite".
Come tutto questo avviene è una cosina alquanto complessa . Il trucco si può riassumere in una parola : congruità. Già perchè tra tutti i ritorni che il radar riceve, quelli che si riferiscono a velivoli hanno nel tempo una loro monotonia , una ripetività e una loro coerenza , mentre gli altri, il rumore , i disturbi in genere e gli echi anomali, sono incoerenti , estemporanei e sporadici.
In conclusione :
- -i circuiti della testa radar da una parte dei ritorni radar , ricavano gli echi;
- -gli estrattori del Centro elaborazione scelgono tra gli echi e ricavano dei plot;
- -il computer centrale sceglie tra i plot quello che serve a formare le tracce sugli schermi.
Quindi , ampliando il discorso , il radar emette un potente impulso di radiofrequenza nella direzione in cui è puntata in quel momento la sua antenna , durante un intervallo di circa 2 millisecondi vengono ricevuti i ritorni radar e poi viene emesso l'impulso successivo. I ritorni vengono ripuliti da appositi circuiti e restano i segnali di sincronismo (contemporanei alla trasmissione degli impulsi) e gli echi . Il tempo tra il sincronismo e ogni eco è proporzionale alla distanza dell'oggetto riflettente , la direzione è data dalla posizione istantanea dell'antenna.
Queste sequenze di segnali , (una del Marconi ,una del Selenia e i due canali dei secondari ) sono i dati che vengono mandati al Centro Elaborazione. Pur essendo gli echi rappresentati da livelli ON-OFF l'informazione che trasportano è in forma analogica , infatti non è rappresentata da parole di numeri ma solo da ritardi temporali rispetto ai segnali di sincronismo.
Per rendere processabili queste informazioni dal computer centrale occorre che vengano convertite in forma digitale . Questa conversione analogico-digitale assieme a tutte le "alchimie" che consentono di scartare quegli echi che hanno scarse probabilita di rappresentare oggetti reali , è svolta da quelle complesse macchine chiamate estrattori.
Per ragioni , sia di ridondanza, che per ottenere un risultato statisticamente migliore, ci sono due estrattori per ogni canale radar , che lavorano in parallelo ma con logiche e algoritmi diversi , quindi due estrattori per il Selenia e due per il Marconi.
Semplificando molto , ogni estrattore ritiene valide e , converte in un plot , tutte quelle sequenze di echi ricevuti con le stesse caratteristiche di posizione per oltre una decina di intervalli consecutivi . Gli altri echi , quelli singoli o non abbastanza ripetitivi e congruenti , vengono scartati. I plot in uscita dai quattro estrattori ,sono rappresentati in forma digitale e contengono ,il numero di traccia, il tempo di avvistamento e la distanza e la posizione azimutali rispetto alla ubicazione del relativo radar. Questi sono i dati che vengono inviati al computer centrale . Qui i plot , vengono registrati su nastro magnetico e processati. Di nuovo con una logica simile a quella usata dagli estrattori ( congruità e ripetività), il computer valuta tutti i plot e stabilisce quali di questi utilizzare per ottenere le tracce da presentare sugli schermi.
Abbiamo visto , più o meno , quanto l'alchimista usi sbattere nella monnezza buona parte dei tanti dati che le teste radar si affannano a mettergli a disposizione. D'altronde sugli schermi devono essere rappresentate tracce di aeroplani veri e non il frutto degli errori di avvistamento di tutto il complesso meccanismo. Quindi anche parte dei plot ottenuti a prezzo di un lungo lavorio fatto dagli estrattori , con i loro mirabolanti algoritmi, finiscono nella monnezza. Sono principalmente quelli ricavati da echi dovuti a : -lobi secondari di antenna ; -superpropagazione ; -riflessioni secondarie; -clutter .
I falsi plot dovuti ai lobi secondari dipendono dal fatto che le antenne radar emettono (e ricevono) con elevato guadagno oltre che nella direzione del fascio principale , anche in altre direzioni seppure con guadagni molto minori. Quindi in pratica può accadere che il radar riceva degli echi da velivoli anche nelle direzioni dei lobi secondari e quindi con errori azimutali .
Gli errori da superpropagazione , accadono quando in particolari condizioni ( alba , tramonto , inversione termica ecc. ) la propagazione delle microonde nello spazio subisce minori attenuazioni del normale oppure per particolari condizioni di stratificazione dell'atmosfera, si verificano particolari effetti di rifrazione delle onde. . Accade in questi casi che il radar riceve dei ritorni , oltre che dall'ultimo impulso trasmesso ( come normalmente deve avvenire) , anche dal penultimo , rilevando così velivoli lontani come se fossero vicini.
Le riflessioni secondarie accadono quando una parte del segnale riflesso da un velivolo , subisce una ulteriore riflessione in genere da una grossa superficie riflettente ( tettoia , traliccio , recinto , ecc. ) creando così nel radar delle false rivelazioni a distanze superiori a quella reale. I falsi echi , dovuti a queste cause , anche se possono in molti casi dare origine a plot ,difficilmente riescono a creare una sufficiente congruità e ripetività dei plot stessi , tale da essere valutati come tracce dal sistema.
Il clutter genericamente indica il disturbo introdotto da formazioni nuvolose, da particolari situazioni del mare, dalle stratificazioni atmosferiche nei bassi strati, da irregolarità orografiche, da ostacoli fissi, da disturbo elettromagnetico di banda, e anche dal disturbo emesso dal sole. Di regola i disturbi da clutter vengono agevolmente discriminati dagli appositi dispositivi ma provocano comunque una degradazione delle caratteristiche di avvistamento.
