Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Назначение и принцип работы дальномерной системы DME

2. Режимы работы бортового оборудования

3. Измеряемый навигационный параметр в системе DME

4. Нормы на параметры канала дальности

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	VOR 585 B	DME FSD-15.
1	Страна и фирма изготовитель и год опубликования данных	США Wilcox 1979	ФРГ Face Standard 1975
2	Максимальная дальность действия, км	322	-
3	Погрешность по дальности, м	-	80
4	Погрешьность по азимуту, о	1,5	-
5	Пропускная способность по дальности, сичло ВС	-	100
6	Число каналов связи	200	252
7	Влияние местных предметов на точность измерения азимута в сектор, о	360	-

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

№	Основные характеристики
1	Страна и фирма изготовитель и год опубликования данных	США Bendix 1970	ФРГ Collin 1970
2	Погрешности по дальности, м	-	370
3	Погрешности по азимуту, о	Цифровой выход ± 0,4 Аналоговый выход ± 0,8	-
4	Число каналов связи	200	252

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_hмежду ВС и наземным радиомаяком (см. рисунке 1.4). В навигационных расчетах используется горизонтальная дальность:

D = ( d_h²- Нс² )^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 = Нс² / 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:

запроса:

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/м², не менее……….-83

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

Мощность:

паразитного излучения передатчиков относительно излучаемой, дБ, не более……………………………………...................-50

паразитная незатухающих колебаний, мкВт, не более………..20

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 <FA> (2у), м . . . .15

Импульсная мощность передатчика, Вт . . 120

Чувствительность приемника, дБ-мВт:

- в режиме <IA> . . . . . . .-80

- в режиме <FA>. . . . . . .-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

...