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AIR NAVIGATION DIVISION

EMACS Wind Farm module

PPG/2012/0064 all rights reserved 1

Lorenzo Alia ([email protected])

S. Piero a Grado, 31 Maggio 2012

UN TOOL DI SIMULAZIONE E.M. PER LA VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DI

TURBINE EOLICHE SU APPARATI RADAR



Sommario• Riferimenti • Introduzione• Flusso di lavoro• Analisi preliminare• Analisi accurata• Mitigazione dei disturbi• Conclusioni




Riferimenti[RD1] ICAO Doc 8071 Vol. III Testing of Surveillance Radar Systems

[RD2] ICAO Annex 10 vol. IV “Surveillance and Collision Avoidance System”

[RD3] EUROCONTROL “Guidelines on how to assess the potential impact of Wind Turbines on Surveillance Sensors”, 09 June 2010 Edition

[RD4] Michael C. Stevens “Secondary Surveillance Radar”, Artech House

[RD5] John J. Lemmon, John E. Carrol Frank H. Sanders Doris Turner “Assessment of the Effects of Wind Turbines on Air Traffic control Radars” U.S. DEPARTMENT OF COMMERCE NTIA Technical Report TR-08-454

[RD6] AWC/WAD/72/665/TIALS “The effects of wind turbine farms on ATC radar” Royal Air Force

[RD7] M.C. Stevens “Multipath and interference effects in secondary surveillance radar systems” IEE PROC. Vol. 128, Pt.F., No. 1, February 1981

[RD8] G. D. Gierhart, M. E. Johnson “The IF77 Electromagnetic Wave Propagation Model” Sept. 1983.




Introduzione

La diffusione dei parchi eolici e le dimensioni delle turbine eoliche possono avere impatti sul funzionamento dei sistemi di sorveglianza radar (PSR e SSR)




Flusso di lavoroFasi principali•Analisi preliminare•Analisi accurata•Mitigazione dei disturbi


Enti interessati•Fornitori servizi traffico aereo•Aziende settore energetico



Analisi preliminare

In accordo con [RD3], sulla base di considerazioni geometriche e operative, vengono definite delle "Zone" che identificano i casi in cui è necessaria un’analisi accurata


PSR SSR



Analisi accurata

• Shadowing

• Copertura Radioelettrica

• Degradazione del pattern d’antenna

• Off Boresight Angle (OBA) Error

• Falsi Echi


EMACS work station EMACS work station



Analisi di shadowing Valutazione dei settori di mascheramento generati da turbine eoliche.


Visibilità ottica Regione d’ombra in accordo con [RD3]



Il calcolo della copertura è basato su:

PSR

- Probability of Detection (PD)

- Probability of False Alarm (PFA)

SSR

- Sensibilità del transponder


Analisi di copertura radioelettrica

Il metodo di propagazione normalmente utilizzato per il calcolo del segnale generato dai sistemi PSR e SSR è Deygout adottando il modello IF77 [RD8]



Analisi di degradazione del pattern d’antenna

Confronto tra i pattern di antenna in free space e in presenza di turbine eoliche


Analisi dei pattern in azimuth e elevazione Analisi di Delta Gain



Analisi dell’Off Boresight Angle (OBA) Error Analisi dell’errore sulla stima della posizione angolare del target dovuta ad effetti di multipath in particolare quando la differenza di percorso tra segnale diretto e riflesso risulta minima.


Massimo errore angolare Massima elevazione con presenza di OBA



Analisi dei falsi echi L’analisi dei falsi echi viene svolta su base statistica tenendo conto delle reali tracce radar che caratterizzano il traffico aereo nei volumi operativi del sistema.


L’analisi di falsi echi permette di calcolare:

• Statistica del traffico aereo

• Probabilità di generazione di falso eco

• Probabilità di falso eco

• Probabilità totale di falsi echi

In accordo con [RD1] un valore tipico per la probabilità totale di falsi echi è pari a 0.2%.



Mitigazione dei disturbi

• Sensitivity Time Control (STC) Map è la mappa polare della sensibilità radar da utilizzare al fine di mitigare gli effetti dei falsi echi.

• Interrogator Side Lobe Suppression (ISLS) è una tecnica utilizzata per sopprimere le repliche del trasponder tramite lobi secondari.

• Receiver Side Lobe Suppression (RSLS) è un metodo di mitigazione basato sulla soppressione delle repliche ricevute tramite i lobi secondari attraverso l’utilizzo di due o più ricevitori.


In accordo con il processo proposto, occorre eseguire “loop analysis” per verificare l’efficacia delle azioni mitigatrici individuate e ottimizzarne il loro impiego

Implementazione di procedure operative:



Esempio di loop analysis


EMACS toolEMACS tool

OkOkEMACS toolEMACS tool Non OkNon Ok

Progetto Wind Farm Progetto Wind Farm

Requisiti OperativiRequisiti Operativi

Valutazione operativa

Valutazione operativa

Definizione mitigazioniDefinizione mitigazioni

Esecuzione progetto

Esecuzione progetto

Prestazioni attese

Mitigazioni

Sistema RadarSistema Radar

Mappa STC

Probabilità Falsi Echi



Conclusioni• In accordo con le linee guida Eurocontrol è possibile identificare un flusso di lavoro

per la trattazione delle problematiche EMC, derivanti dalla presenza di parchi eolici nei pressi di siti radar, attraverso l’utilizzo di un tool di simulazione numerica dedicato

• Il modulo Wind Farm di EMACS si basa sulle linee guida Eurocontrol e la normativa ICAO per simulare gli effetti di multipath tra radar, turbine eoliche e aeromobile e predire gli effetti che ne conseguono sulle prestazioni di PSR e SSR

• Un tool di predizione EMC ha lo scopo di anticipare alle prime fasi del progetto di installazione delle turbine eoliche la valutazione delle prestazioni raggiungibili dai radar e la necessità di implementare eventuali azioni mitigatrici

• L’adozione del flusso di lavoro descritto e l’utilizzo di un tool di predizione assicura, ove possibile, l’installazione di parchi eolici garantendo il rispetto delle normative che definiscono l’utilizzo del vettoramento radar per la gestione del traffico aereo


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