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Transponder
Ein Unterwasser-Transponder

EIN Transponder ist ein elektronisch Gerät, das eine Nachricht als Antwort auf eine empfangene Nachricht sendet. Das Wort Transponder ist a Kontraktion des Englisch Wörter Sender (Sender) und Responder (Antworten). Abkürzungen für Transponder sind XPDR, XPNDR, TPDR oder TP.[1]

Transponder können aktiv oder passiv sein. Aktive Transponder verfügen über eine eigene Energieversorgung, beispielsweise eine Batterie oder eine Stromversorgung über Kabel. Passive Transponder beziehen ihre Energie aus dem empfangenen Signal. Eine zweite Unterscheidung kann zwischen dem Senden einer festen oder einer variablen Nachricht gemacht werden, wobei im letzteren Fall der Speicher des Transponders überschrieben werden kann.

Passive Transponder, die eine feste Nachricht senden, benötigen keine Verkabelung. Ein Transponder kann nur mit einem Gerät kommunizieren, das den Transponder abfragt, a Vernehmungsbeamte; Eine direkte Kommunikation zwischen Transpondern ist nicht möglich. Eine Ausnahme bilden Flugzeuge, die mit einem Kollisionsvermeidungssystem ausgestattet sind (ACAS). Diese verfügen über einen Transponder, der die Transponder von in der Nähe fliegenden Flugzeugen abfragt (und beantwortet).[2]

Anwendung

Luftfahrt

Der Transponder an Bord a Flugzeug ist Teil von Avionik und ist ein wichtiges Werkzeug für die Luftraumüberwachung. EIN Sekundärradarsystem (SSR)-Abfragen zu a Frequenz ab 1030 MHz die Transponder aller Luftfahrzeuge in Reichweite der Radarstation. Die Transponder antworten bei 1090 MHz mit einem Identifikationscode (Mode A) oder dem Flughöhe (Modus C). Diese Informationen sind auf dem . sichtbar Radarschirme des Luftraumüberwachung. Moderne Transponder verfügen zudem über Mode Selective (Mode S), die mit den gleichen Frequenzen wie Mode A/C die selektive Abfrage eines bestimmten Flugzeugs ermöglicht.

In militärischen Anwendungen werden Transponder oft für IFF-Zwecke verwendet (Identifizierung Freund oder Feind). Jedes Flugzeug, das als Antwort auf eine Abfrage keinen bestimmten Code zurücksendet, gilt dann als potenziell feindlich.

Mode A

Bei Abfrage durch SSR Mode A (englischer Luftfahrtjargon: Mode-Alpha) antwortet der Transponder mit der Identifizierung des Luftfahrzeugs. Dies geschieht in Form eines vierstelligen Codes, der in der Regel vor dem Abflug auf Anweisung der Flugsicherung durch den Piloten manuell in den Transponder eingegeben wird. Während des Fluges wird dieser Transpondercode manchmal auf Wunsch der Flugsicherung geändert. Es stehen 4096 vierstellige Codes zur Verfügung, von denen einige speziell für Notfallsituationen reserviert sind, z.B. Code 7600 im Pannenfall Funkgeräte. Das Militärmodus 3 ist identisch mit Mode A und wird deshalb auch als Mode 3/A bezeichnet. Modus A liefert keine Informationen über die Flughöhe. Die Antwort eines Flugzeugtransponders auf SSR Mode A Abfrage wird auch genannt kreischen erwähnt.

Mode C

Der Transponder des Flugzeugs antwortet auf Abfrage durch SSR Mode C (englischer Luftfahrt-Jargon: Mode Charlie) mit der Flughöhe, ausgedrückt in Flughöhe (Flughöhe).[3] Die Flughöhe wird automatisch aus dem barometrischer Höhenmesser oder der Funkhöhenmesser. Üblicherweise sendet ziviles SSR sowohl Modus-A- als auch Modus-C-Abfrageimpulse in schneller Folge.[4]

Mode S

Mitte der 1990er Jahre näherte sich das europäische Luftraumsicherheitssystem seiner maximalen Kapazität.[5] Um weiteres Wachstum zu ermöglichen, wurde SSR Mode S eingeführt. Mode Sierra) um Mode A und C zu ersetzen. Mode S wurde 2009 voll funktionsfähig. Wie bei Mode A/C werden alle Flugzeuge in Reichweite der Radarstation abgefragt, bei SSR Mode S (Selective) erfolgt dies jedoch selektiv nach der ersten Erkennung (Akquisition) und zielt auf einzelne Flugzeuge ab. Das Luftfahrzeug muss mit einem Transponder Mode S ausgestattet sein.Jedem Luftfahrzeug wird von der nationalen Luftfahrtbehörde, in deren Zuständigkeitsbereich es fällt, ein eindeutiger 24-Bit-Code zugewiesen. ICAOIdentifikation vergeben. Es stehen fast 17 Millionen eindeutige Flugzeug-IDs zur Verfügung, die völlig unabhängig von den Mode-A-Transpondercodes sind. Die selektive Abfrage erfolgt, wenn der Radarstrahl auf das ausgewählte Flugzeug gerichtet ist. Keiner der Transponder anderer Flugzeuge, die sich zufällig im Radarstrahl befinden, reagiert nicht. Diese selektive Abfrage verbessert die Zuverlässigkeit der Radarinformationen erheblich und ermöglicht einen bidirektionalen Datenaustausch (Datenverbindung) zwischen Luftfahrzeug und Flugsicherung möglich. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Flugsicherungszentrale nur die Flugzeuge abfragen kann, für die sie zuständig ist, und alle anderen ignorieren kann. Es verhindert auch, dass ein Transponder gleichzeitig von mehreren Sekundärradaren abgefragt wird, was bei Mode A/C oft passiert. Im Vergleich zu herkömmlichen SSR hat Mode S eine überlegene Fähigkeit, Flugzeuge voneinander zu unterscheiden. Darüber hinaus können über den Mode-S-Transponder Informationen über die aktuellen Flugwerte und die Absichten des Flugzeugs abgerufen werden (siehe: Mode-S-EHS). Das wird immer beschäftigter Luftraum von großem Wert für die Flugsicherung. Mode S ist abwärtskompatibel zu Mode A und C. Das heißt, ein Transponder mit Mode A/C reagiert auch auf SSR Mode S[6] und dass ein Mode-S-Transponder auch Mode-A/C-Abfragen beantwortet.[7]

In den Niederlanden wird eine landesweite SSR-Mode-S-Abdeckung mit Sekundärradaren auf der Luftwaffenstützpunkt Leeuwarden, Flughafen Schiphol, Fliegerhorst Soesterberg, Flughafen Enschede Twente, Fliegerhorst Volkel und Fliegerhorst Woensdrecht.[8]

Im europäischen Luftraum und darüber hinaus wurde/wird Mode S in folgenden Varianten eingeführt: Mode S ELS, Mode S EHS und Mode S ES.

Mode S ELS

Modus S ELS (Elementare Überwachung - Basisüberwachung) ist erforderlich für IFR-fliehen. In bestimmten Flugsicherungsbereichen ist Mode S ELS auch für VFR-fliehen.[9]

Beim Modus S ELS werden die folgenden Informationen automatisch zum Fluglotse vorgestellt:

  • Identität des Flugzeugs
  • Flughöhe in 25. Schritten Fuß
  • Ist das Flugzeug am Boden oder in der Luft

Mode S EHS

Modus S EHS (Verbesserte Überwachung - verstärkte Überwachung) ist für Luftfahrzeuge mit a . vorgeschrieben Gewicht abnehmen über 5700 kg oder mit a Reisegeschwindigkeit größer als 250 Knoten (wahre Fluggeschwindigkeit) Das hier IFRFlug durchführen. In bestimmten Flugsicherungsbereichen ist Mode S EHS auch für VFR-fliehen.[9]

Mode S EHS bietet Verkehrssteuerung mit allen grundlegenden Informationen von ELS (siehe oben) und den folgenden Parameter von Downlink-Flugzeugen (DAPs):

Meteorologische Anwendungen

  • Mode S EHS bietet eine neue Möglichkeit, meteorologisch Informationen von Flugzeugen zu erhalten, ohne dass zusätzliche Ausrüstung (Wettersensoren) an Bord von Flugzeugen erforderlich ist. Dies ist aus einer Untersuchung hervorgegangen, die 2008 in Zusammenarbeit mit LVNL wurde gestartet von der KNMI.[10] Die Temperatur lässt sich aus der Machzahl und der Luftgeschwindigkeit ableiten, während die Windgeschwindigkeit und Windrichtung kann aus der Differenz zwischen der Bewegung des Flugzeugs relativ zum Boden (Kurs über Grund und Geschwindigkeit über Grund) und relativ zur Luft (Fluggeschwindigkeit und Kursrichtung) abgeleitet werden.[11] Diese Geschwindigkeits- und Kursdaten werden vom Flugzeug durch Routineabfrage durch SSR Mode S EHS (siehe die DAPs oben) erhalten. Nach Berechnung, Qualitätskontrolle und einigen spezifischen Korrekturen sind die abgeleiteten Windbeobachtungen von hoher Qualität, vergleichbar mit denen von AMDAR, aber die abgeleiteten Temperaturbeobachtungen sind von geringerer Qualität. Diese Wind- und Temperaturdaten können verwendet werden in numerische Wettervorhersagemodelle, wie EZMWF und HIRLAM. Mit der Mode S EHS-Infrastruktur von Eurocontrol Allein 3,5 Millionen Beobachtungen von Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Temperatur sind pro Tag verfügbar, verglichen mit 60.000 Beobachtungen in Europa durch AMDAR (Zahlen von 2015).[11] Experimentelle Untersuchungen von KNMI belegen, dass die EHS-Daten, aus denen die Wetterbeobachtungen abgeleitet werden können, auch unabhängig von Flugsicherungszentralen gewonnen werden können. Das KNMI testet seit einigen Jahren ein Setup mit einem Werbespot ADS-B/Mode S-Empfänger, der Antworten von Flugzeugtranspondern empfängt, die von SSR Mode S EHS abgefragt wurden.[12][13]
  • Bei Modus S MRAR (Meteorologischer Routineflugbericht) Luftfahrzeugwetterdaten werden durch aktive Abfrage mit SSR Mode S EHS eines speziellen Wetterdatenregisters gewonnen. MRAR-Daten bestehen aus vorgefertigten Wind- und Temperaturbeobachtungen, die von der Avionik des Flugzeugs selbst gemessen/berechnet werden.[11] Dies steht im Gegensatz zu der oben beschriebenen Variante, bei der die Berechnungen am Boden durchgeführt werden. Die Qualität der MRAR-Wetterdaten ist mit AMDAR vergleichbar. Derzeit wird Mode S MRAR nur im Luftraum der Tschechien und der Republik Slowenien, wo dies ca. 200.000 Beobachtungen pro Tag ergibt (Zahlen von 2015).[11]

Mode S ES

Modus S ES (Verlängerter Squitter) ist in Europa für Flugzeuge mit einem Abfluggewicht von mehr als 5700 kg oder mit einer Reisegeschwindigkeit von mehr als 250 Knoten (wahre Fluggeschwindigkeit) bei einem IFR-Flug obligatorisch.[14] Mode-S-Transponder senden autonom mit 1090 MHz mindestens einmal pro Sekunde, sogenannte squitter ausgeschaltet, ohne dass eine sekundäre Radarabfrage erforderlich ist.[15]Squitter enthält die Identifikationsdaten und die Flughöhe des Flugzeugs, die von Flugsicherungscomputern am Boden mit Radardaten abgeglichen werden müssen. Verlängerter Squitter ist eine erweiterte Form davon.

Mode S ES kann 49 Parameter enthalten, ist aber derzeit beschränkt auf:[16]

Modus S ES ist auch als 1090 ES bekannt. Das Kollisionsschutzsystem TCAS und ADS-B-Ausgang ES verwenden. Es gibt einen schnellen Übergang von Radar zu anderen ADS-B-basierten Sensoren, die Mode S ES oder zukünftige Varianten davon verwenden. In Europa werden 750 ADS-B-Bodenstationen gebaut.[17]

Versand

Transponder werden in die Versand weit verbreitet. Die angewandte Technologie ist die Automatisches Identifikationssystem, meist abgekürzt als AIS. Der AIS-Transceiver auf a Schiff sendet automatisch ein periodisches Identifikationssignal. Landstationen und Schiffe in der Nähe erhalten diese Information über die Schiffsidentität. Die Informationen umfassen die MMSINummer, die Name des Schiffs und der Briefe anrufen. Darüber hinaus liefert AIS Informationen über den Schiffstyp, die GPS-Position, die Kurs und die Geschwindigkeit. Auf einen elektronische Navigationskarte empfangene AIS-Informationen (und damit Position und Identität des Schiffes) können sichtbar gemacht werden. Dies erhöht die Sicherheit im Versand. Auch einige Landstationen und Bohrplattformen kann mit AIS ausgestattet sein.[18]

Siehe auch Radartransponder.

Straßenverkehr

Auch im öffentlichen Verkehr kommen Transponder zum Einsatz: Viele Linienbusse haben heute einen Transponder an Bord, mit dem beispielsweise Ampeln grüne und/oder offene Schranken, die für den sonstigen Straßenverkehr gesperrt bleiben (an einigen Ein- und Ausfahrten der Autobahn beispielsweise).

Transponder werden auch in Lkw in einem ATRS (Automatic Truck Recognition System) eingesetzt. Damit kann beispielsweise ein Tankwagen-Verladesystem wissen, welche Ladeeigenschaften ein bestimmter Wagen hat.

Transponder werden auch in der Motor- und Motorsport, und im Bahnsicherheitssystem ERTMS.

RFID-Tags

Eine neue aktuelle Anwendung von Transpondern ist die RFID-Tag (Radiofrequenz-Identifikation). Dabei kommt ein Miniaturtransponder zum Einsatz, meist in Form eines einzelnen Chip, die zum Beispiel zu allen Artikeln in a . passt Lager oder Supermarkt ist bestätigt. Jede Kopie eines Artikels hat dann einen eigenen Transpondercode. Durch die Einrichtung einer Lesestation am Kassierer kann den gesamten Inhalt eines auf einmal anzeigen Einkaufswagen bestimmt werden, und die Kassierer nicht mehr alles scannen. Nimmt der Kunde einen gekauften Artikel wieder ein, weiß die Kasse, dass dieser Artikel bereits verkauft und bezahlt wurde, sodass der Kunde nicht noch einmal bezahlt. Auch der "hacken" von Haustiere besteht aus der Implantation eines kleinen Transponders, der unter die Haut eingeführt wird.

Eine interessante Anwendung ist die Verwendung des Transponders als Hausschlüssel.

RFID-Tags gibt es in zwei Arten: aktiv und passiv. Aktive RFID-Tags haben ihre eigenen Batterie (oft als Knopfzelle), passive RFID-Tags beziehen ihre Energie durch a Induktionsschleife aus dem Abfragesignal. Letzteres hat den Vorteil, dass die Größe eines solchen Tags sehr klein sein kann (höchstens einige Quadratmeter). Millimeter), der Nachteil ist, dass die Reichweite eines solchen Transponders aufgrund der wenigen verfügbaren Energie ist oft sehr begrenzt: ab wenigen Zentimeter bis zu a Meter oder zwei. Außerdem muss die Antwort sehr kurz sein, es kann also nur eine sehr begrenzte Menge geben Information zurück. Die Reichweite der aktiven Tags ist etwas größer, von einigen Metern bis zu einigen Dutzend Metern, und es können noch einige weitere Informationen gesendet werden. Die Akkulaufzeit kann – je nach Nutzung – von wenigen abweichen Monate bis zu ein paar Jahre.

Es versteht sich, dass aktive Tags in Anwendungen wie dem oben erwähnten Supermarkt nicht verwendet werden, sie können jedoch beispielsweise in Anwendungen wie der Automatik verwendet werden Kilometergebühr oder Mautgebühr, wo sie dann eintreten Wageneingebaut sind. Eine weitere Anwendung von RFID-Tags ist die automatische Zeiterfassung bei sportlichen Wettkämpfen (Leichtathletik, Langlauf, Biathlon...).

Satelliten

Im Kommunikationssatelliten Transponder verwendet werden. Ein Transponder ist ein Verstärker für einen Teil der Bandbreite. Die Frequenzumsetzung wird hier verwendet, um ein Schwingen (Heulen) des Transponders zu verhindern. Der Transponder empfängt Signale von der Erde, verstärkt sie, führt eine Frequenzumwandlung durch und sendet die Signale zurück. EIN Satellit für die KSie-Band (12-18 GHz, für Radio, TV, Kontakt mit Internationale Raumstation ISS etc.) hat heute viele Dutzend Transponder an Bord.

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