Назначение и основной принцип работы дальномерной системы навигации (DME). Режимы работы бортового оборудования. Нормы на параметры канала дальности и дальномерный радиомаяк DME. Основные параметры бортовой аппаратуры DME/P и её структурная схема.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

3. Измеряемый навигационный параметр в системе DME

5. Дальномерный радиомаяк DME

6. Бортовая аппаратура DME/P

Заключение

Литература

Введение

Навигация - это наука о методах и средствах, обеспечивающих вождение подвижных объектов из одной точки пространства в другую по траекториям, которое обусловленные характером задачи и условиями ее выполнения.

Процесс навигации ВС состоит из ряда навигационных задач:

Точного выполнения полета по установленной трассе на заданной высоте с выдерживанием такого режима полета, который обеспечивает выполнение задания;

Определение навигационных элементов, необходимых для выполнения полета по установленному маршруту или поставленной специальной задачи;

Обеспечения прибытия ВС в район, пункт или на аэродром назначения в заданное время и выполнения безопасной посадки;

Обеспечения безопасности полета.

Развитие радионавигационных средств (РНС) на протяжении всей истории их существования неизменно стимулировалось расширением области применения и усложнением задач, возлагавшихся на них, и, прежде всего ростом требований к их дальности действия и точности. Если в первые десятилетия радионавигационные системы обслуживали морские корабли и самолеты, то затем состав их потребителей значительно расширился и в настоящее время охватывает все категории подвижных объектов, принадлежащих различным ведомствам. Если для первых амплитудных радиомаяков и радиопеленгаторов была достаточна дальность действия в несколько сотен километров, то затем постепенно требования к дальности возросли до 1-2,5 тыс. км (для внутриконтинентальной навигации) и до 8-10 тыс. км (для межконтинентальной навигации) и, наконец, превратились в требования глобального навигационного обеспечения.

Система DME предназначена для определения дальности на борту ВС относительно наземного радиомаяка. Она включает в себя радиомаяк и бортовое оборудование. Система DMEбыла разработана в Англии в конце второй мировой войны в метровом диапазоне волн. Позднее в США был разработан другой, более совершенный вариант в 30 - сантиметровом диапазоне. Этот вариант системы рекомендован ICAO в качестве стандартного средства ближней навигации.

Сигнал опознавания радиомаяка DME: Сообщение в виде двух или трех букв международного кода Морзе, передаваемое с помощью тонального сигнала, представляющего собой последовательность частотой 1350 пар импульсов в секунду, заменяющих все ответные импульсы, которые могли бы передаваться в этот интервал времени.

Дальномерная система навигации (DME) и ее возможности

Система обеспечивает получение на борту воздушного судна следующей информации:

Об удалении (наклонной дальности) воздушного судна от места установки радиомаяка;

Об отличительном признаке радиомаяка.

Радиомаяк дальномерный может устанавливаться совместно с радиомаяком азимутальным VOR (PMA) или использоваться автономно в сети DME-DME.

В этом случае на борту воздушного судна обеспечивается определение его местоположения в системе измерения двух дальностей относительно места установки радиомаяка, что позволяет решать задачи самолетовождения на трассе и в зоне аэродрома.

1. Назначение и принцип работы дальномерной системы DME

Система DME работает в диапазоне 960 -1215 МГц с вертикальной поляризацией, имеет 252 частотно - кодовых канала.

В основе работы системы DME лежит известный принцип «запрос - ответ». Структурная схема этой системы приведена на рисунке 1.1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - Структурная схема системы DME

Измеритель дальности бортового оборудования создает сигнал запроса, который в виде двухимпульсной кодовой посылки подается на передатчик и излучается бортовой антенной. Высокочастотные кодовые посылки сигнала запроса принимаются антенной наземного радиомаяка поступают на приемник и далее на устройство обработки. В нем производится декодирование принятой посылки, при этом отделяются случайные импульсные помехи от сигналов запросов бортового оборудования, затем сигнал вновь кодируется двухимпульсным кодом, поступает на передатчик и излучается антенной радиомаяка. Ответный сигнал, излученный радиомаяком, принимается бортовой антенной, поступает на приемник и с него на измеритель дальности, где осуществляется декодирование ответного сигнала и выделение из принятых ответных сигналов конкретного ответного сигнала, излученного радиомаяком на посланный запрос. По времени задержки ответного сигнала относительно запросного определяется дальность до радиомаяка. Ответные сигналы радиомаяка относительно запросных задержаны на постоянную величин, равную 50 мкс, которая учитывается при измерений дальности.

Наземный радиомаяк должен одновременно обслуживать большое число летательного аппарата, поэтому его аппаратура рассчитывается на прием, обработку и излучение достаточно большого числа запросных сигналов. При этом для каждого конкретного летательного аппарата ответные сигналы всем остальным летательным аппаратам, работающим с данным радиомаяком, являются помехой. Поскольку бортовое оборудование может работать только при определенном числе помех, установлено постоянное число ответных сигналов радиомаяка, равное 2700; и бортовое оборудование рассчитывается исходя из условия 2700 помех при нормальной работе радиомаяка. Если число запросов очень велико, по чувствительность приемника радиомаяка снижается до такого значения, при котором число ответных сигналов не превышает 2700. В этом случае летательные аппараты, находящиеся на больших расстояниях от радиомаяка, перестают обслуживаться.

В радиомаяках при отсутствии запросных сигналов ответные сигналы формируют из шумов приемника, чувствительность которого в данном случае максимальна. При появление запросных сигналов его чувствительность понижается, одна часть ответов формируется в соответствии с запросами, а другая часть формируется из шумов. При повышении числа запросов доля ответов, формируемых от шумов, снижается, и при числе запросов, соответствующих предельно допустимому числу ответов, ответные сигналы радиомаяка практически излучаются только на запросные. При дальнейшем увеличении числа запросов чувствительность приемника продолжает понижаться, до такого уровня, при котором число ответов поддерживается постоянным равным 2700; зона обслуживания радиомаяка по дальности при этом снижается.

Работа с постоянным числом ответных сигналов имеет ряд достоинств: обеспечивается возможность построения эффективной автоматической регулировки усиления (АРУ) в бортовом приемнике; чувствительность приемника радиомаяка и, следовательно, дальность его действия постоянно находится на максимально возможном для данных условий работы радиомаяка уровня; передающие устройства работают на постоянных режимах.

В бортовой аппаратуре системы DME весьма существенным является вопрос выделения «своих» ответных сигналов на фоне ответов, излучаемых радиомаяком по запросам других летательных аппаратов. Решение этой задачи может достигаться различными способами, на все они основываются на том, что задержка ”своего” ответного сигнала относительно запросного не зависит от момента запроса и определяется только дальностью до радиомаяка. В соответствии с этим схема измерения бортового оборудования каждого летательного аппарата производит запрос с меняющейся частотой, отличной от частоты запроса бортового оборудования других летательных аппаратов. При этом момент прихода ”своих” ответных сигналов относительно запросных будет постоянным или плавно изменяющимся в соответствие с изменением дальности до радиомаяка, а моменты прихода помеховых ответных сигналов окажутся равномерно распределенными во времени.

Для выделения ”своих” ответных сигналов очень часто используется метод стробирования. При этом из всего интервала дальности, в котором работает система, стробируется узкий участок и обработке подвергаются только те сигналы ответа радиомаяка которые пошли в строб.

2. Режимы работы бортового оборудования

Бортовое оборудование имеет два режима: поиска и слежения. В режиме поиска средняя частота запроса увеличивается, строб расширяется, и его местоположение принудительно медленно изменяется от нулевого до предельного значения дальности. При этом, когда строб находится на дальностях, отличающихся от дальности летательного аппарата на вход схемы стробирования, происходит некоторое среднее число ответных сигналов, определяемое общим числом ответных сигналов, радиомаяка и длительности строба. Если строб оказывается на дальности, соответствующей дальности летательного аппарата, то число ответных сигналов резко увеличивается за счет прихода ""своих” ответных сигналов, общее их число превысит определенный установленный порог и схема измерения переходит в режим слежения. В этом режиме число запросных сигналов уменьшается, строб сужается. Его перемещение производится устройством слежения таким образом, чтобы ответные сигналы радиомаяка оказывались в центре строба. Значение дальности определяется по положению строба.

Средняя частота запроса -- 150 Гц, длительность строба -- 20 мкс, скорость движения строба -- 16 км/с. При излучении радиомаяком в секунду 2700 случайно распределенных во времени ответных сигналов, через строб в среднем будет проходить около 8 импульсов в секунду. Время, в течение которого строб проходит дальность своего летательного аппарата, составляет 0,188 с. За это время дополнительно к среднему числу помех 8 импульсов/с, пройдет 28 ""своих” ответных сигналов. Таким образом число импульсов увеличится с 8 до 36. Такая разница в их числе позволяет определить момент, когда строб проходит ""свою” дальность, и переключить схему в режим слежения.

В режиме слежения скорость движения строба снижается, поскольку теперь она определяется скоростью движения J1A, при этом увеличивается число ""своих” ответов, проходящих через строб. Это позволяет снизить частоту запросных сигналов в режиме слежения до 30 Гц и таким образом повысить число ВС, обслуживаемых одним радиомаяком.

Система DME имеет 252 частотно-кодовых канала в диапазоне 960--1215 МГц (рисунке 1.2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.2- Распределение каналов системы DME

А- линия борт-земля (каналыXи Y);

Б- линия земля-борт (каналы Х);

В- линия земля борт (каналы Y)

По линии земля--борт каналы группы ”Х” занимают две полосы частот (962--1024 МГц и 1151--1213 МГц). В них поддиапазонах каналы следуют через 1 МГц, ответные сигналы радиомаяка кодируются двухимпульсным кодом с интервалом 12 мкс. Каналы группы ”У” линии земля--борт занимают полосу частот 1025--1150 МГц и следуют через 1МГц, ответные сигналы кодируются двухимпульсным током 30 мкс.

Частотно-кодовые каналы системы DME жестко связаны между собой, т. е. каждому каналу группы ”Х” (или "У") линии борт--земля соответствует строго определенный канал”Х”(или "У") линии земля--борт. Частотный разнос между сигналами запроса и ответа для каждого частотнокодового канала постоянен и равен промежуточной частоте 63 МГц. Это упрощает аппаратуру, позволяя использовать возбудитель передатчика в качестве гетеродина приемника.

Поскольку частотные каналы системы DME расположены относительно близко друг от друга (через 1 МГц при несущей частоте 1000 МГц), возникает проблема влияния боковых лепестков спектра импульсных сигналов на соседние частотные каналы. Для исключения этого влияния сигналы системы DME имеют специальную форму, близкую к колокольной, и относительно большую длительность (рис. 1.2). Длительность сигнала на уровне 0,5 U т равна 3,5 мкс, длительность переднего и заднего фронтов на уровнях (0,1--0,9) U т -- 2,5 мкс.

Требования к спектру импульсов оговаривают необходимость уменьшения амплитуд лепестков спектра импульса по мере удаления от номинальной частоты и устанавливают максимально допустимое значение эффективной мощности в полосе 0,5 МГц для четырех частот спектра. Так, для радиомаяков на частотах спектра, смещенных на ±0,8 МГЦ относительно номинальной частоты, эффективная мощность в полосе 0,5 МГц не должна превышать 200 мВт, а для частот, смещенных на ± 2 МГц, -- 2 мВт. Для бортовой аппаратуры на частотах спектра, смещенных на ±0,8 МГц относительно номинальной частоты, мощность в полосе 0,5 МГц должна быть на 23 дБ ниже мощности в полосе 0,5 МГц на номинальной частоте, а для частот, смещенных на ±2 МГц, соответственно уровень мощности должен быть на 38 дБ ниже уровня мощности на номинальной частоте.

Рисунок 1.3 - Форма сигнала системы DME

Таблица 1.1

	Основные характеристики
		США Wilcox 1979	ФРГ Face Standard 1975
	Максимальная дальность действия, км
	Погрешность по дальности, м
	Погрешьность по азимуту, о
	Пропускная способность по дальности, сичло ВС
	Число каналов связи
	Влияние местных предметов на точность измерения азимута в сектор, о

В настоящее время развитие системы DME происходит н направлении повышения надежности, уровня автоматизации и контролеспособности, снижения габаритов, массы потребления энергии за счет применения современных комплектующих изделий и технологии использования вычислительной техники. Характеристики радиомаяка DME приведены н табл. 1.1, а бортового оборудования -- в табл. 1.2.

Наряду с системами DME в 70-х годах начались работы по созданию высокоточной системы PDME.

Таблица 1.2

предназначенной для обеспечения точной информации о дальности ВС, осуществляющихпосадку по международной системе посадки МСП. Радиомаяки PDME работают со стандартным бортовым оборудованием DME, а стандартные радиомаяки DME -- с бортовым оборудованием PDME; повышение точности достигается только на малых расстояниях за счет увеличения крутизны нижней части переднего фронта импульсов с соответствующим расширением полосы приемников.

3. Измеряемый навигационный параметр в системе DME

навигация дальномерный бортовой радиомаяк

В системе DME измеряется наклонная дальность d h между ВС и наземным радиомаяком (см. рисунке 1.4). В навигационных расчетах используется горизонтальная дальность:

D = (d h 2 - Нс 2) 1/2 ,

где Нс - высота полета самолета.

Если в качестве горизонтальной дальности использовать наклонную, т.е. считать, что D = d h , то возникает систематическая погрешность

Рисунок 1.4 - Определение наклонной дальности в системе DME

D = Нс 2 / 2Dн. Она проявляется на малых дальностях, но практически не сказывается на точности измерений при d h 7Нс.

4. Нормы на параметры канала дальности

Частотный диапазон, МГц:

запроса …………………..1025 -1150

ответа …………………..965 -1213

Число частотно-кодовых каналов …………………..252

Разнос частот между соседними частотными каналами, МГц..1 Нестабильность частоты, не более:

несущей, %...............................................................................±0,002

бортового запросчика, кГц ………………….±100

Отклонение средней частоты гетеродина, кГц……………….±60

Дальность действия (если она не ограничена дальностью прямой видимости), км…………………………………...370

Погрешность измерения дальности, большая из величин (R- расстояние до маяка), не более:

обязательное значение: ……………920м

желательное значение:

маяка……………………………..150м

бортовой аппаратуры…………...315м

общее…………………………….370м

Пропускная способность (число ВС)….....>100

Частота следования пар импульсов, импульс/с:

Средняя…………………………………30

Максимальная…………………………..150 2700 ±90

ответа при максимальной пропускной …4--10 --83

Время включения сигнализации о неисправности и переключении на резервный комплект, с………………………4 -10

Импульсная мощность передатчика на границе зоны действия

плотность мощности (относительно 1 Вт), дБ/м 2 , не менее……….-83

Различие мощности импульсов в кодовой паре, дБ……………..<1

Мощность:

Вероятность ответа на запрос, обеспечиваемая чувствительностью приемника ………………………………………………………………>0,7

5. Дальномерный радиомаяк DME

Состоит из антенной системы, приемного и передающего устройств и контрольно-юстировочной аппаратуры. Все оборудование выполнено в виде съемных функциональных модулей (блоков) и размещено в аппаратной кабине, расположенной под антенной системой (возможно размещение кабин и на некотором удалении от антенной системы).

Здесь применяют как одинарные, так и сдвоенные комплекты аппаратуры (второй комплект резервный). В состав радиомаяка входят устройства дистанционного управления и контроля работы аппаратуры. Основные показатели радиомаяка DME соответствуют нормам ICAO.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.5- Структурная схема дальномерного радиомаяка DME: А -- приемо-передающая антенна; УМ -- усилитель мощности; ЗГ - задающий генератор; М -- модулятор; ФИ -- формирователь импульсов; Ш-- шифратор; АП -- антенный переключатель; ГС -- генератор стробов; СК -- суммирующий каскад; СЗ -- схема запуска; ДСО -- датчик сигналов опознавания; Прм-- приемник; ВУ -- видеоусилитель; Дш -- дешифратор; КА -- контрольная антенна; СУЯ -- схема управления нагрузкой; К.У -- контрольное устройство; АРУ -- схема автоматической регулировки усиления; СИ -- счетчик импульсов; УП -- схема управления порогом; ГСИ -- генератор случайных импульсов.

Антенная система конструктивно объединяет приемо-передающую и контрольную антенны. Обе закреплены на металлической конструкции, выполняющей функции рефлектора и закрыты общим обтекателем диаметром 20 см и высотой 173 см. При территориальном совмещении радиомаяков VOR и DMEантенну DME монтируют над антенной системой VOR. Приемо-передающая антенна имеет четыре вертикальных ряда полуволновых вибраторов, расположенных по образующим цилиндра, диаметром около 15 см. Максимум излучения антенны поднят на 4° над горизонтом. Ширина луча в вертикальной плоскости э>10° по уровню половинной мощности. В горизонтальной плоскости ДНА круговая. В контрольную антенну входят две независимые приемо-передающие антенны, состоящие из вертикального ряда полуволновых вибраторов, расположенных по образующим цилиндра непосредственно под основной приемопередающей антенной.

Передающее устройство -- это стабилизированный кварцем задающий генератор, в который входит варакторный умножитель частоты, усилитель мощности на пленарных триодах и модулятор.

Приемное устройство включает в себя приемник сигналов запроса дальности, устройство управления нагрузкой ответчика, задержки, установки порога, генератор случайных импульсов, а также устройство, предназначенное для декодирования и кодирования сигналов. Для запирания приемного канала после приема очередного запросного сигнала служит генератор строб-импульсов. Устройство установки порога и генератор случайных импульсов формируют из шумового напряжения импульсы, количество которых в единицу времени зависит от числа запросных сигналов на выходе приемника. Схема отрегулирована таким образом, что общее число импульсов, проходящих через суммирующий каскад, соответствует излучению ответчиком 27 000 импульсных пар в секунду.

Контрольно-юстировочная аппаратура служит для определения выхода за пределы допусков основных параметров маяка (излучаемой мощности, кодовых интервалов между импульсами, аппаратурной задержки и т. п.). Она же выдает сигналы на систему управления и переключения (вводится только при двух комплектах) и на соответствующие индикаторы. Эти сигналы могут использоваться для отключения маяка.

6. Бортовая аппаратура DME/P

Бортовая аппаратура DME/Р - предназначена для работы с радоомаяками типа DMEиDME/P.

Основные параметры.

Частотный диапазон, МГц:

Передатчик. . . . . . . . . . . .1041…1150

Приемник. . . . . . . . . . . . . .978…1213

Число частотных каналов 200

Погрешность в режиме (2у), м. . . .15

Импульсная мощность передатчика, Вт. . 120

Чувствительность приемника, дБ-мВт:

В режиме . . . . . . .-80

В режиме . . . . . . .-60

Потребляемая мощность, В-А, от сети 115 В, 400 Гц 75

Масса, кг:

Всего комплекта (без кабелей) . . . . . .5,4

Приемопередатчика. . . . . . . . . . . . . . .4,77

Объем приемопередатчика, дм3 . . . . . .7,6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.6-Структурная схема запросчика DME/P

Приемопередающая часть запросчика содержит приемопередатчик с модулятором, сигналы на который поступают от видеопроцессора и зависят от режима работы. Синтезатор частот служит задающим генератором приемопередатчик, связан с последним через буферный усилитель и вырабатывает опорные колебания для См, сигнал перестройки преселектора Прс и контрольный сигнал КС (63 МГц). Используется общее АФУ, коммутируемое антенным переключателем АП. Усиление в УПЧ регулируется с помощью, АРУ. Тракт усиления сигнала заканчивается узкополосным УПК и широкополосным ШПК каналами, идентичными показанным на рисунке 1.6. Дискриминатор Ферриса ДФ подает на ВП сигнал, соответствующий выбранному частотному каналу.

Тракт обработки содержит пороговые схемы ПС (см. рисунке 1.6), видеопроцессор ВП, счетчик, микропроцессор МП и интерфейс. Видеопроцессор ВП вместе с счетчиком рассчитывает дальность по задержке сигнала ответа, контролирует правильность работы, вырабатывает сигналы управления АРУ и модулятором и выдает строб импульс для Сч. Используется 16-разрядный счетчик и счетные импульсы с частотой 20,2282 МГц, период которых соответствует 0,004 м. мили (примерно 7,4 м). Данные с Сч поступают на МП, где они фильтруются и преобразуются в код, используемый внешними потребителями. Кроме того, МП вычисляет радиальную скорость Dи высоту полета Н, используя в последнем случае информацию об угле места 0 от УПС. Интерфейс служит для связи запросчика с другими системами ВС.

Заключение

Значительной степени повышает уровень безопасности самолетовождения при выполнении процедур входа в зону аэродрома и осуществлении маневрирования в аэродромной зоне при всех возрастающих уровнях самолетопотоков. Радионавигационное поле ближней навигации, создаваемое и совершенствуемое на основе перспективных наземных радиомаяков VOR/DME, будет основным радионавигационным полем по крайней мере еще ближайшие 10-15 лет. Внедрение новых спутниковых технологий навигации и самолетовождения будет поэтапно усиливать возможности систем ближней навигации (интегрировано дополняя друг друга), повышая целостность систем ближней и зональной навигации.

В самой ближайшей перспективе с внедрением новых технологий организации воздушного движения на основе автоматического зависимого наблюдения и других перспективных технологий роль наземного навигационного оборудования с повышенными техническими и надежностными характеристиками будет объективно возрастать.

Литература

1. Современные системы ближней радионавигации летательных аппаратов: (Азимутально-дальномерные системы): Под редакцией Г.А. Пахолкова. - М: Транспорт, 1986-200с.

2. Авиационная радионавигация: Справочник./ А.А. Сосновский, И.А. Хаймович, Э.А. Лутин, И.Б. Максимов; Под редакцией А.А. Сосновского. - М.: Транспорт, 1990.- 264 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Уровень развития навигационных средств. Современные радиотехнические системы дальней навигации, построенные на основе дальномерных и разностно-дальномерных устройств. Авиационные радионавигационные системы. Основные задачи современной воздушной навигации.

доклад , добавлен 11.10.2015


Технологическое планирование участка по установке системы спутниковой навигации и мониторинга. Монтаж датчика уровня топлива и блока навигации, подбор оборудования. Разработка алгоритма расхода топлива в городском режиме с применением системы Omnicomm.

дипломная работа , добавлен 10.07.2017


Структурная схема, общий принцип и временная диаграмма работы, проверка и регулировка узлов и блоков аппаратуры ПОНАБ-3. Временная диаграмма работы устройства отметки прохода физических подвижных единиц аппаратуры ПОНАБ-3 с учетом неисправности.

контрольная работа , добавлен 28.03.2009


Назначение и описание автоматизированной системы диспетчеризации горнотранспортного комплекса на базе использования системы спутниковой навигации GPS. Эффективность автоматизированных систем управления промышленным транспортом в Куржункульском карьере.

дипломная работа , добавлен 16.06.2015


Ознакомление с конструкцией бортового компьютера, его функциональными возможностями, принципом работы. Строение и назначение контроллера, постоянного запоминающего устройства, дисплея, парктроника. Анализ типичных неисправностей автомобильного компьютера.

курсовая работа , добавлен 09.09.2010


Рассмотрение эксплуатационных характеристик автомобильных аккумуляторов. Назначение, устройство и принцип работы прерывателя-распределителя и катушки зажигания. Основные правила эксплуатации систем зажигания и работы по их техническому обслуживанию.

курсовая работа , добавлен 08.04.2014


Нормативные параметры, режимы работы и предъявляемые требованиям к неразветвленной рельсовой цепи на участке железной дороги с электротягой. Электрические параметры оборудования. Расчет коэффициентов четырёхполюсников, перегрузки реле, шунтового режима.

курсовая работа , добавлен 12.10.2009


Спутниковые технологии в инновационной стратегии ОАО "РЖД". Эксплуатационные возможности спутниковой навигации на железнодорожном транспорте и обоснование ее необходимости. План перегона "Трубная-Заплавное", технические решения при модернизации участка.

курсовая работа , добавлен 30.06.2015


Типы беспилотных летательных аппаратов. Применение инерциальных методов в навигации. Движение материальной точки в неинерциальной системе координат. Принцип силовой гироскопической стабилизации. Разработка новых гироскопических чувствительных элементов.

реферат , добавлен 23.05.2014


Анализ существующей аэронавигационной системы и ее основные недостатки. Технология системы FANS по обмену информацией управления воздушным движением. Модернизация процессорного модуля бортового модема. Разработка программного обеспечения для него.

Радиомаяки, также как и обычные маяки, служат для навигации, для определения местоположения судов. Для определения направления на радиомаяк пилоту нужен радиокомпас.

NDB и VOR

NDB (Non-Directional Beacon ) – приводная радиостанция (ПРС) – радиомаяк, работающий на средних волнах в диапазоне 150-1750 кГц. Самый простой домашний радиоприемник АМ-FM способен принимать сигналы таких маяков.

Жители Санкт-Петербурга могут настроить приемник на частоту 525 кГц и услышать морзянку: «PL» или точка-тире-тире-точка, точка-тире-точка-точка. Это местный NDB радиомаяк, который приветствует нас из Пулково.

Кто-то из коллег вирпилов, сравнивая принципы работы маяков NDB и VOR, привел интересную аналогию. Представьте, что вы с другом потерялись в лесу. Ваш друг кричит: «Я здесь!». Вы определяете направление на голос: судя по компасу, азимут – скажем, 180 градусов. Это NDB.

А вот если бы ваш друг кричал: «Я здесь – радиал 0 градусов!». Вот это уже – VOR.

VOR (VHF omnidirectional radio range ) – Всенаправленный азимутальный радиомаяк (РМА), работающий на частотах в диапазоне 108 – 117.95 МГц.

NDB посылает одинаковый сигнал во всех направлениях, а VOR транслирует информацию об угле между направлением на Север и направлении на самолет относительно СЕБЯ или иными словами – РАДИАЛ.

Не понятно? Скажем иначе. VOR в каждом направлении от себя – от 0 до 360 градусов – излучает индивидуальный сигнал. Грубо говоря, 360 сигналов по кругу. Каждый сигнал несет в себе информацию об азимуте любой точки относительно маяка, где этот сигнал принимается. Эти сигналы-лучи называются радиалами. На Север он посылает сигнал 0 (ноль) градусов, на Юг – 180 градусов.

Если бы ваш любительский AM/FM приемник мог принимать частоты VOR и декодировать их, то, приняв такой сигнал, вы бы услышали: «Я – маяк SPB, радиал 90 градусов». Это значит, что ваше тело находится ОТ маяка строго на Востоке – 90 градусов. Это значит, что если вы пойдете строго на Запад – курсом 270 градусов – то рано или поздно вы увидите перед собой этот маяк.

Самое важное для нас свойство VOR – возможность автоматического пилотирования на источник сигнала этого радиомаяка с выбранным курсом. Для этого навигационный приемник настраивается на частоту радиомаяка, а на панели автопилота выбирается курс подхода к нему.

А как определить расстояние до маяка? Сколько до него идти? Для этого существует DME.

DME (Distance Measuring Equipment ) – Всенаправленный дальномерный радиомаяк или РМД. Его задача – дать нам информацию о расстоянии между ним и нашим самолетом.
DME обычно совмещен с VOR, и это очень удобно – иметь сведения о нашем положении относительно маяка и расстоянии до него. Только, для того, чтобы определить это расстояние самолет должен послать сигнал-запрос. DME отвечает на него, а бортовое оборудование вычисляет – сколько времени прошло между отправкой запроса и приемом ответа него. Всё происходит автоматически.

VOR/DME – страшно полезная вещь при посадке.

ILS

Курсоглиссадная система – ILS. Это радионавигационная система захода на посадку. Ею оборудовано, пожалуй, 90 процентов аэродромов, куда садятся большие самолеты вроде нашего.

ILS нужно знать как «Отче наш». ILS делает посадку не только удобной, но и безопасной. Есть аэродромы, где иные способы посадки невозможны или даже недопустимы.

Из названия системы следует, что по ней самолет автоматически выравнивается по оси полосы (курсовая система) и автоматически входит в глиссаду и держит ее (глиссадная система).

На земле установлены два радиомаяка: курсовой и глиссадный.

Курсовой маяк – КРМ – (LOCALIZER ) наводит самолет на взлетно-посадочную полосу в горизонтальной плоскости, то есть по курсу.

Глиссадный маяк – ГРМ – (GLIDESLOPE или Glidepath) ведет самолет на полосу в вертикальной плоскости – по глиссаде.

Радиомаркеры

Маркерные радиомаяки - это устройства, которые позволяет пилоту определить расстояние до взлетно-посадочной полосы. Эти маяки посылают сигнал узким пучком вверх, и когда самолет пролетает точно над ним, пилот узнает об этом.

Задачи, решаемые бортовой аппаратурой в режиме "Навигация" (в дальнейшем "VOR"), изложены в § 3.1. Основной задачей является измерение азимута (магнитного пеленга) на радиомаяк (AM), т. е. угла в горизонтальной плоскости между направлением магнитного меридиана, проходящего через центр тяжести ВС, и направлением на радиомаяк.

Всенаправленный радиомаяк VOR международной системы входит в состав азимутально-дальномерной системы ближней радионавига­ции, которая принята странами - членами ICAO в качестве стандарт­ной системы. Ее азимутальную часть составляют радиомаяки VOR, a дальномерную - DME (distance measuring eguipment, что означает - оборудование измерения дальности).

Радиомаяк VOR предназначен для задания информации о азимуте ВС, работает в диапазоне 108…117,95 МГц и выпускается в двух вариантах: категории А с дальностью действия до 370 км и категории В до 46 км. На несущей частоте он излучает сигналы опорной и перемен­ной фаз частотой 30 Гц. Сигнал опорной фазы излучается антенной, которая формирует круговую диаграмму направленности 2 (рис. 3.14), и фаза его (30 Гц) во всех направлениях относительно маяка постоян­на. Несущая частота сигнала опорной фазы модулируется по амплиту­де напряжением поднесущей частотой 9960 Гц, которая в свою очередь модулирована по частоте напряжением частотой 30 Гц с девиацией частоты Δf = ±480 Гц.

Сигнал переменной фазы излучается антенной, которая формирует диаграмму направленности 1 в виде восьмерки и вращается с частотой 30 об/с (30 Гц). Он амплитудно-модулирован напряжением частотой 30 Гц. За один оборот вращения антенны фаза сигнала переменной фазы изменяется от 0 до 360°. Радиомаяк регулируется так, чтобы в направ­лении на магнитный меридиан, проходящий через место установки радиомаяка, сигналы опорной U оф и переменной U п ф фаз совпадали, а в других азимутальных положениях отличались бы по фазе. Диаграммы направленности антенн обоих сигналов в пространстве склады­ваются, образуя результирующую 3 с максимумом излучения в направлении 1 на магнитный меридиан. Совпадение фаз сигна­лов в направлении на магнитный меридиан является началом отсчета. В этом направлении фазовый сдвиг Dφ равен нулю, в других направлениях (II-IV)

Рис. 3.14. Диаграмма направленности антенн радиомаяка VOR

изменяется от 0 до 360 . Таким образом, информация об азимуте самолета содержится в фазовом сдвиге между сигналами опорной и переменной фаз, азимут AM определяется соотношением AM = АС ±180°.

Для опознавания маяков VOR несущая частота манипулируется кодом Морзе сигналом частотой 1020 Гц. Позывные сигналы могут передаваться и голосом с помощью магнитной записи. Кроме того, на несущей частоте может передаваться и сообщение на ВС.

Структурная схема бортовой аппаратуры представлена на рис. 3.15. Высокочастотные сигналы маяка VOR через антенну поступают в устройство УНП на блок БВЧК, который с помощью пульта управления настраивается на частоту радиомаяка VOR. В блоке БВЧК сигналы опорной и переменной фаз усиливаются, преобразуются и детекти­руются. На нагрузке амплитудного детектора выделяется сигнал переменной фазы U пф частотой 30 Гц, сигнал опорной фазы U оф, предс­тавляющий собой частотно-модулированное колебание частотой 9960 Гц, модулированное по частоте напряжением частотой 30 Гц, и сигналы опознавания частотой 1020 Гц. Они поступают в блок БНЧК. В блоке БНЧК посредством фильтра 10 кГц и частотного детектора (ЧД) выде­ляется сигнал U оф частотой 30 Гц, который поступает в следящий (автоматический) и через селектор курса (СК) в селекторный (ручной) каналы. На эти каналы поступает и сигнал U пф частотой 30 Гц. Кроме того, сигналы U оф и U пф используются в устройстве индикации "На-От".

Рис. 3.15. Структурная схема бортовой аппаратуры в режиме "VOR"

Следящий канал измеряет азимут маяка посредством измерения фазового сдвига между сигналами U оф и U пф частотой 30 Гц.

Основным элементом канала является фазовый детектор (фазочувствительный выпрямитель) ФД2. На него через усилитель сигнала опорной фазы УОФ2 поступает сигнал U оф , причем он поступает через фазовращатель ФВ2, который управляется двигателем M1. Фаза выход­ного напряжения фазовращателя пропорциональна углу поворота его ротора. Кроме того, на детектор ФД2 поступает и сигнал U пф , который выделяется фильтром ФНЧ2 и усиливается усилителем сигнала пере­менной фазы УПФ2.

Детектор ФД2 формирует напряжение ± U у, значение которого зависит от фазового сдвига между сигналами U оф и U пф , т. е. от азимута AM. Это напряжение преобразуется преобразователем напряжения ПН в переменное частотой 400 Гц соответствующей фазы и амплитуды, которое усиливается усилителем мощности и поступает на двигатель M1 . Если ВС находится в направлении на магнитный меридиан, фазо­вый сдвиг между сигналами U оф и U пф равен нулю, равно нулю напря­жение U у на нагрузке детектора ФД2, и двигатель не отрабатывает. При другом азимутальном положении ВС детектор формирует напря­жение ±U y . которое преобразуется в напряжение частотой 400 Гц, и оно после усиления поступает на двигатель M1. При его вращении изме­няется угловое положение ротора фазовращателя, что приводит к изменению фазы сигнала U оф. Это происходит до тех пор, пока его фаза не совпадет с фазой сигнала U пф и напряжение ±U y не станет равным нулю. Таким образом, угол поворота двигателя M1 и ротора фазовра­щателя пропорционален фазовому сдвигу между сигналами опорной и переменной фаз, т. е. азимуту.

Информация об азимуте от датчика ВС1 типа БСКТ поступает через устройство К на индикаторы ПНП. Одновременно в следящем канале определяется угол КУР (рис. 3.16, а) путем алгебраического сложения (вычитания) азимута AM и курса МК (КУР = AM - МК). Для этого используется дифференциальный датчик ВС2 типа БСКТ, ротор которого поворачивается двигателем на угол, пропорциональный азимуту AM. Статорная обмотка соединена с датчиком курсовой системы или устройства, измеряющих МК (БГМК-2 - блок гиромагнитного компаса самолета Ту-154М и БСФК-1 - базовая система формирования курса самолета Як-42). В роторной обмотке датчика ВС2 формируется напря­жение, пропорциональное КУР, информация о котором передается в РМИ (радиомагнитный индикатор) и ПНП-72.

Рис. 3.16. Определение КУР (а) и полет ВС по заданному азимуту (б)

Селекторный канал (см. рис. 3.15) определяет угловое (боковое) отклонение ΔА ВС от линии заданного пути (проходящей через маяк (рис. 3.16, б), которая задается вручную заданным азимутом А зад. Принцип работы основан на сравнении азимута А зад линии пути и текущего азимута на маяк АМ Т. Такое сравнение происходит в детекторе ФД1, на который поступает сигнал U пф содержащий информацию о текущем азимуте АМ Т, и сигнал U оф , поступающей через фазовраща­тель ФВ1 . Он конструктивно находится в селекторе курса СК у управ­ляется ручкой "Курс" (см. рис. 3.5) и содержит информацию о задан­ном азимуте А зад линии пути. При полете ВС по линии ЛЗП азимуты АМ Т и А зад одинаковы и напряжение ±U y детектора ФД1, пропорцио­нальное отклонению ДА, равно нулю. При отклонении ВС изменяется азимут АМ Т и напряжение ±U у . Сигнал отклонения DА через устройст­во К поступает на приборы ПНП и системы автоматического управле­ния (САУ-42, АБСУ-154).

Устройство непрерывного контроля параметров (УКП) формирует сигнал готовности "Гот.К" в виде напряжения +27 В. На него посту­пают напряжения U y с детектором ФД1 и ФД2 селекторного и следяще­го каналов, где они сравниваются, и при нормальной работе бортовой аппаратуры выдается сигнал "Гот.К". Он через устройство коммутации К поступает на бленкеры "К" приборов ПНП, лампы "Kl", "K2" селек­тора режимов и систему АФС "Лилия" самолета Як-42.

Устройство индикации - "На-От" осуществляет визуальную сигна­лизацию полета на маяк и от него. Оно управляется сигналами U оф частотой 30 Гц селекторного (А зад) и следящего (АМ Т ) каналов, которые снимаются после фазовращателей этих каналов. При полете на маяк эти сигналы синфазны и устройство выдает напряжение сигнализации "На" в виде напряжения +27 В. При пролете маяка азимут AM, изме­няется на 180°, поэтому изменяется фаза сигнала U оф следящего канала на 180° и на входе устройства "На-От" сигналы U оф обоих каналов будут в противофазе, оно выдает напряжение для сигнализации "От". В качестве сигнализаторов используются светосигнализаторы "На" и "От" (самолет Ту-154М) и указатели направления полета с символами "А" (На) и "V" (От) приборов ПНП в виде двухполярного магнито­электрического индикаторного индекса.

В блоке БНЧК отдельные каскады и фазовые детекторы используются в режиме "VOR" и "Посадка" при контроле линии курса посад­ки в системах СП-50М, СП-68 (см. § 3.2). Фазовый детектор следящего (автоматического) канала в режиме "Посадка" используется в конт­рольном, селекторного (ручного) - в основном каналах. Коммутация детекторов осуществляется специальными схемами - коммутаторами. Телефонный канал режима "VOR" общий с курсовым каналом режима "Посадка".

Для использования бортовой аппаратуры в режиме "VOR" на пульте управления устанавливают частоту маяка VOR и селектором курса вводят требуемый азимут линии заданного пути.

Чтобы перелететь из пункта А в пункт Б пилотам необходимо знать, где они сейчас находятся и в каком направлении летят. На заре авиации не было радаров, и свою позицию экипаж воздушного судна определял самостоятельно и сообщал о ней диспетчеру. Теперь же позиция видна на радаре.

Добираясь из п. А в п. Б, ВС пролетает определенные точки. Сначала это были некие визуальные объекты - населенные пункты, озера, реки, холмы. Экипаж ориентировался визуально и находил свое место на карте. Однако, такой способ требовал постоянного визуального контакта с землей. А в плохую погоду такое не возможно. Это значительно ограничивало возможности полетов.

Поэтому авиационные инженеры начали разрабатывать навигационные средства. Они требовали наличия передатчика на земле и приемника на борту ВС. Зная, где сейчас находится навигационные средство (а оно стоит неподвижно в известном, нанесенном на карту месте), можно было узнать, где сейчас ВС.

Радиомаяк (NDВ)

Первыми навигационным средствами стали радиомаяки (NDB - Non-directional beacon). Это радиостанция, которая передает во все стороны свой опознавательный сигнал (это две или три буквы латинского алфавита, которые передаются азбукой Морзе) на определенной частоте. Приемник на ВС (радиокомпас) просто указывает направление на такой радиомаяк. Для определения позиции ВС нужно не менее 2-х радиомаяков (ВС находится на линии пересечения азимутов от маяков). Теперь ВС летали от маяка к маяку. Это и были первые воздушные трассы (маршруты ОВД) для полетов по приборам. Полеты стали более точными и теперь можно было летать даже в облаках и ночью.

Очень-высокочастотный (VHF, ОВЧ) всенаправленный радиомаяк (VOR)

Однако точность NDB со временем стала недостаточной. Тогда инженерами был создан VHF всенаправленный радиомаяк (Very high frequency omni-directional radio range - VOR).

Как и радиомаяк. VOR передает свой опознавательный индекс азбукой Морзе. Этот индекс всегда состоит из трех латинских букв.

Дальномерное Оборудование (DME)

Необходимость знания двух азимутов для определения своего положения требовала использования значительного количество радиомаяков. Поэтому было решено создать дальномерное оборудование (distance measuring equipment - DME). С помощью специального приемника на борту ВС стало возможным узнать удаление от DME.

Если VOR и DME устройства расположить в одном месте, то по азимуту и удалению от VOR DME ВС может легко вычислить свое положение.

Точка (Fix/Intersection)

Но чтобы расставить маяки везде их нужно слишком много, а часто нужно намного точнее определить позицию, чем «над маяком». Поэтому появились точки (fixes, intersections). Точки всегда имели известные азимуты от двух или более радиомаяков. То есть ВС легко могло определить, что оно в данный момент именно над этой точкой. Теперь трассы (маршруты УВД) проходили между радиомаяками и точками.

Появление систем VORDME позволило размешать точки не только на пересечениях азимутов, но на радиалах и удалениях от VORDME.

Однако в современных ВС есть системы спутниковой навигации, инерциальные системы исчисления и полетные компьютеры. Их точность достаточна для того, чтобы находить точки, которые не связаны ни с VORDME, ни с NDB, а просто имеют географические координаты. В современном мировом воздушном пространстве так и осуществляются полеты: на маршруте полета ВС длительностью несколько часов может не быть ни одного VOR или NDB маяка.

Трассы (маршруты ОВД - АТС routes)

Воздушные трассы (маршруты ОВД) соединяют точки и навигационные средства, и созданы для того, чтобы поток ВС был более упорядоченным. Каждая трасса имеет название и номер.

Все маршруты ОВД можно разделить на 2 группы: маршруты нижнего воздушного пространства и верхнего. Отличить их легко: первой буквой названия маршрута верхнего воздушного пространства всегда является буква "U". Название трассы UP45 произносится как "Upper Papa 45", но не как "Uniform Papa 45"!

Например, граница между верхним и нижним воздушным пространством в Украине проходит по эшелону 275. Значит, если ВС летит выше эшелона 275, то оно должно использовать трассы верхнего воздушного пространства.

Высоты (эшелоны) на которых можно использовать ту или иную трассу также часто бывают ограниченными. Они указываются вдоль линии трассы. Иногда при полете по какой-то трассе используются только четные или нечетные эшелоны, вне зависимости от направления полета. Чаще всего это делают для трасс с севера на юг, чтоб не менять эшелоны с четного на нечетный очень часто.

Многие трассы являются однонаправленными, то есть ВС летят по ним лишь в одном направлении. А встречные ВС летят по другой (часто соседней) трассе.

Существуют также временные трассы - CDR (conditional routes), которые используются лишь в определенных условиях (в определенные дни, вводятся НОТАМом и другие варианты). В VATSIM принято считать такие маршруты обычными, то есть любой пилот может использовать их в любое время.

Таким образом, трасса не просто прямая между точками, у нее есть еще и ряд собственных ограничений и условий, созданных для регулирования потока ВС.

Всенаправленный азимутальный радиомаяк (VOR) диапазона ОВЧ предназначен для измерения азимута воздушного судна относительно места установки радиомаяка при полетах воздушного судна по трассам и в районе аэродрома.

Всенаправленный дальномерный радиомаяк (DME) диапазона УВЧ предназначен для измерения дальности воздушного судна относительно места установки радиомаяка при полетах воздушных судов по трассам и в районе аэродрома.

Эффект Доплера - изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника. Эффект назван в честь австрийского физика Кристиана Доплера.

Всенаправленный Доплеровский ОВЧ-радиомаяк (DVOR) предназначен для формирования и излучения радиосигналов, обеспечивающих измерение азимутального угла воздушного судна, оснащенного бортовым оборудованием системы VOR (азимутальный радиомаяк). DVOR обеспечивает улучшенное качество сигнала и точность, обусловленные использованием эффекта Доплера и антенны с большой базой, являясь вторым поколением VOR. В отличии от радиомаяка VOR, DVOR может использоваться в районах со сложными географическими условиями. Радиомаяк используется в аэропортах и на трассах полетов самолетов гражданской авиации. Радиомаяк может использоваться как в комплексе с дальномерным радиомаяком DME, так и как самостоятельное изделие.

Радиомаяк азимутальный доплеровский DVOR 2000. Используется как самостоятельное изделие, так и в комплексе с DME2700.

Состав радиомаяка

В состав радиомаяка входит шкаф с двумя комплектами оборудования радиомаяка, антенная система, две контрольные антенны и система электропитания с аккумуляторами. Аппаратура формирования сигналов, управления и контроля радиомаяка размещается в контейнере, снабженном системой терморегулирования.

Антенная система состоит из одного центрального и 48 кольцевых излучателей, расположенных по окружности диаметром 13,5 м. Излучатели антенной системы установлены на отражателе диаметром 30 м. В антенной системе полностью исключено взаимовлияние между соседними антеннами и приняты меры по уменьшению краевого эффекта.

Цифровой формирователь частоты с полностью цифровым управлением доплеровского радиомаяка обеспечивает высокую стабильность и точность выходного сигнала. Цифровой синтез частоты позволил решить проблему старения элементов путем подстройки электрической длины пути прохождения сигналов.

В состав радиомаяка не входят контейнер, аппаратура дистанционного управления, панели информации и каналообразующая аппаратура (модемы). Количество, тип и наличие данного оборудования определяется договором на поставку.

Система контроля радиомаяка DVOR предоставляет полный дистанционный контроль и управление оборудованием, система диагностики дистанционно определяет отказавший узел с точностью до платы, а резервирование основных узлов обеспечивает высокую степень надежности и отказоустойчивости радиомаяка. Параметры радиомаяка и состояние аппаратуры отображаются на цветном дисплее в графическом режиме. В процессе работы все изменения в состоянии аппаратуры и действия обслуживающего персонала документируются и сохраняются в течение 30 суток в аппаратуре дистанционного управления.

Электропитание радиомаяка обеспечивается от основной и резервной сети 220В, 50Гц. В течение 30 минут радиомаяк может работать от аккумуляторных батарей. Режим работы радиомаяка - непрерывный круглосуточный, без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Встроенный источник бесперебойного питания обеспечивает работу даже при отключении основной и резервной питающей сети.

Основные технические характеристики

Зона действия:

в горизонтальной плоскости: от 0 до 360°

в вертикальной плоскости: от 0 до 40°

по дальности (в условиях прямой видимости)

≥ 300 км (при высоте полета 12 000 м)

≥ 210 км (при высоте полета 6000 м)

Погрешность информации об азимуте ±1°

Диапазон частот 108,000-117,950 МГц

Диапазон измерения азимута от 0 до 360°

Погрешность измерения азимута ±0,2°

Габаритные размеры

Аппаратная (высота × ширина × глубина) 4,5 × 2,5 × 2,7 м

Антенная система (диаметр) 13,5 м

Условия эксплуатации:

Оборудование вне контейнера:

температура окружающей среды от −50 до +50 °С;

воздействие атмосферных осадков (дождя) - интенсивность до 3 мм/мин

воздействие ветровых нагрузок - скорость ветра до 50 м/с

Оборудование внутри контейнера

температура окружающей среды от 0 до +40 °С