Por que os radares de controle de tráfego aéreo não podem determinar as altitudes dos alvos principais?

Radar Primário de Vigilância Civil (PSR) não fornece ângulo de elevação e, portanto, nenhuma informação de altitude pode ser exibida. A localização não é exata, mas isso não importa para fins de ATC.

O ATC civil não precisa de informações de altitude ou altura para fornecer separação de tráfego ao usar o PSR. Eles simples garantem que os pontos na tela não colidam. Para separação de tráfego, você não precisa saber a posição exata da aeronave; Contanto que as plotagens sejam separadas na tela 2D, elas serão separadas no mundo 3D. As exibições típicas de PSR são baseadas em uma suposição de mundo plano; eles só traçam azimute e alcance. Contanto que as parcelas estejam separadas por 5NM, não importa qual a diferença de altitude entre a aeronave, elas são separadas com segurança para fins de ATC.

Como você observou corretamente, se você quiser determinar a posição 3D exata da aeronave com base em um radar primário, você precisará de azimute, alcance e ângulo de elevação. Os PSRs usados pelo controle de tráfego aéreo civil não medem o ângulo de elevação, porque isso exigiria um hardware de radar mais sofisticado e, portanto, seria mais caro.

O valor adicionado do ângulo de elevação é que a posição exata, incluindo a altura da aeronave, pode ser medida. No entanto, isso é de valor limitado. No controle de tráfego aéreo, a separação vertical não é baseada na altitude geométrica, mas na altitude barométrica ou no nível de vôo. Usando o ângulo de elevação, o radar primário daria a altura geométrica. No entanto, a altura barométrica mostrada no cockpit para o piloto pode facilmente estar a centenas ou milhares de pés da altura geométrica. Assim, para a comunicação entre o ATC e os pilotos, a altura geométrica medida pelo radar primário é praticamente inútil.

As aeronaves são separadas verticalmente colocando-as em diferentes altitudes / níveis de voo, com base no altímetro baro da aeronave. Essa altitude é transmitida ao radar secundário, que permite a exibição dessa altitude e separação com base na diferença de altitude. Esta é a base para a comunicação de informações de posição vertical entre o ATC e os pilotos.

Em suma, os custos da adição de medição do ângulo de elevação ao radar primário ATC civil superam os benefícios.

without knowing its elevation angle, it could be located anywhere along a circular arc extending from the horizon to the zenith at the specified distance from the radar

Bem, não é bem assim. Aeronaves são geralmente muito mais restritas em seu posicionamento vertical. Se houver um retorno de 30 milhas de distância, essa aeronave não pode ser sobrecarga. (E os radares normalmente têm uma elevação máxima para o feixe, geralmente em torno de 70 graus).

Este documento sugere que (pelo menos a partir de 1989) determinar o ângulo de elevação era muito difícil para o radar primário do ATC . Era possível por meio da correlação cruzada de informações de vários feeds, mas isso não era feito rotineiramente. O documento se concentra em quão útil isso seria para ajudar a remover a desordem do solo.

Mesmo que algumas informações de elevação estejam disponíveis, esses dados podem não ser apresentados aos controladores, a menos que tenham uma precisão útil. Se a precisão fosse pior do que 1500 pés, isso seria útil?

Besides, military radars can and do provide altitude information for primary targets

Radartutorial sugere que a discriminação vertical (ou radar 3D) requer equipamento extra e, portanto, é mais caro. Como o ATC pode obter essas informações por meio de radar secundário, evita-se o custo de coletá-lo por meio de um sistema primário em 3D.

Além do custo, os radares 3D mais antigos varriam uma região mais lentamente do que um radar 2D.

As limitações do radar ATC são simples: elas não são projetadas para fornecer mais do que distância e rumo a retornos primários.

PAR (radar de aproximação de precisão) é um exemplo de um sistema de radar que fornece informações de altitude e é configurado para permitir que o controlador forneça informações de orientação de aproximação vertical.

Existem muitos sistemas de radar que fornecem informações de elevação, por exemplo, em alguns sistemas SAM (Surface to Air Missile). É possível, mas alguém não gastou os fundos adicionais do contribuinte para fins de ATC.

Os novos tipos no mercado podem fazer isso. Veja por exemplo Thales STAR-NG (opção de altimetria), Hensoldt (anteriormente Airbus) ASR-NG, ...

Você também pode atualizar os radares existentes, como o FAA ASR-9, como você pode ver, por exemplo, no site da Intersoft.

Existem, no entanto, algumas limitações no desempenho e, mais importante, procedimentos ATC civis não são projetados para altitudes derivadas de PSR. Mas, mesmo que não seja usado operacionalmente, ainda fornece um benefício no rastreamento e na rejeição da desordem.

O radar ATC primário (2D) fornece distância de azimute e inclinação, mas não elevação. Se você usar a distância inclinada como distância horizontal, será um pouco impreciso, mas como as aeronaves não voam tão alto (e não devem estar acima de MSL de 10kft sem um transponder de trabalho), o erro é mínimo - e padrões de separação para isso.

Adicionar varredura de elevação (3D) aumentaria o custo e as taxas de varredura lenta, mas nada acrescentaria quando a maioria das aeronaves tivesse transponders, portanto, é mais eficiente conviver com as limitações.