Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глава 1. Организация радиотехнического обеспечения полетов

1.1 Содержание радиотехнического обеспечения полетов

Рост интенсивности воздушного движения обуславливает необходимость координации перемещения воздушных судов (ВС) в воздушном пространстве. Основным источником информации о быстропротекающих разнообразных динамических процессах в системе воздушного транспорта (СВТ), средством ее обработки для формирования решений по управлению ими служит комплекс радиотехнических средств навигации, посадки, УВД и электросвязи.

Систему мероприятий по сбору этой информации и управление процессами, протекающими в СВТ, с помощью радиотехнических средств для поддержания высокого уровня безопасности и экономичности полетов принято называть радиотехническим обеспечением полетов (РТОП).

РТОП представляет собой важную составляющую часть процесса функционирования СВТ и предполагает создание развернутой сети радиотехнических средств различного назначения, обеспечение их функционирования и эксплуатацию (т.е. применение по целевому назначению) для решения задач по сбору, обработке, транспортировке и отображению информации, необходимой для управления производственными процессами в СВТ.

Множество радиотехнических средств обеспечения полетов называют подсистемой РТОП или просто средствами РТОП.

Подсистема РТОП представляет собой сложную эргатическую систему, включающую наземное и бортовое оборудование средств электросвязи, радиосвязи, навигации, посадки и УВД, и многочисленный инженерно- технический и административный персонал, осуществляющий операции по поддержанию работоспособности и техническому обслуживанию оборудования. В свою очередь, экипажи ВС, персонал службы движения и администрация используют технические средства РТОП по их целевому назначению для управления транспортными процессами в СВТ, т.е. их эксплуатацию.

Эксплуатационно-технические характеристики технических средств РТОП и процесс их эксплуатации регламентируются стандартами и рекомендациями ИКАО, что обеспечивает единообразие технологических операций и делает возможным беспрепятственный и надежный обмен информацией между всеми элементами подсистемы и их оперативное взаимодейсивие в режиме полной прозрачности государственных границ.

Организацией РТОП называется система мероприятий по определению номенклатуры, состава и размещения материальных и человеческих ресурсов подсистемы РТОП, порядка и режимов ее функционирования.

Организационная структура подсистемы РТОП сходна с организационной структурой СВТ. Структурными элементами СВТ являются авиакомпании, аэропорты, базы технического обслуживания и ремонта ВС. Структурными звеньями подсистемы РТОП - базы эксплуатации радиотехнического оборудования и средств электросвязи (базы ЭРТОС). Последние представляют собой самостоятельные производственные предприятия, обеспечивающие функционирование наземных средств РТОП, расположенных в определенном регионе или на территории соответствующего аэропорта. Таким образом, организация РТОП представляет собой один из элементов организации СВТ и составляет важную часть организации УВД. Являясь частью системы УВД средства РТОП, в свою очередь, оказывают определенное обратное воздействие на организацию УВД.

1.2 Состав и размещение средств РТОП

Современная СВТ отличается глобальными масштабами и отсутствием временных границ функционирования, хотя интенсивность воздушного движения в различных регионах и в различные периоды местного времени неодинакова. Поэтому радиотехнические поля, формируемые средствами РТОП, должны носить глобальный характер и быть пригодными к функционированию в любое время суток и года. Другим важным свойством средств РТОП является их быстродействие. Порядок величин, характеризующие процессы РТОП, составляют единицы секунд, а в космических средствах быстродействие оценивается миллисекундами и микросекундами.

Одна из определяющих характеристик процессов РТОП - высокая надежность функционирования. Особенно высокие требования предъявляются к надежности функционирования средств посадки и связи. Вероятность отказа этих систем не должна превышать 10 ^-7.....10 ^-9.

Одним из наиболее эффективных методов обеспечения высокой надежности средств РТОП является их резервирование. Как правило, на земле и на борту ВС устанавливается по два комплекта РТС одного типа с обеспечением быстрого перехода с основного комплекта на резервный. При этом время перехода на резервное оборудование для РТС посадки, в зависимости от категории, не должно превышать: 2с, 5с, 10 с или 2,25 мин (последнее значение для некатегорированных систем); 15с для каналов диспетчерской воздушной и наземной связи; 1мин для АРП и ПРС; 10мин для РЛС УВД.

Для повышения надежности каналов авиационной воздушной связи резервные радиостанции диапазона МВ оснащаются двумя независимыми источниками централизованного электроснабжения и одним дизель-генератором с автоматическим включением за 10с или аккумуляторами, способными обеспечить работу радиостанции в течение 2ч.

Большинство средств РТОП имеют в своем составе комплексы наземных и бортовых технических устройств, следовательно, являются неавтономными. Однако, в целом, они составляют единую систему, предполагающую четкую координацию процессов, протекающих на борту и на земле, и строгое согласование эксплуатационно-технических характеристик. Нарушение координации процессов в наземном и бортовом оборудовании средств РТОП недопустимо, так как может являться источником различных авиационных происшествий.

Отличительной особенностью наземных РТС является ограниченность их рабочих зон. Поэтому для обеспечения глобальных и региональных масштабов их использования в состав средств РТОП приходится включать множество наземных РТС. Количество РТС в составе СВТ зависит от размеров воздушного пространства и размеров рабочих зон, которые по возможности должны перекрываться. Наибольшими размерами рабочих зон обладают космические системы, радиусы, действия которых составляют 2500….8000км. Однако, большинство систем связи и ближней навигации диапазона МВ имеют сравнительно небольшой радиус действия, зависящий от высоты полета и составляющий 300….400км. Поэтому для создания сплошных радиосвязных и радионавигационных полей требуется использование большого количества таких средств, рассредоточенных на земной поверхности определенным образом. Все это определяет дискретный характер РТО полетов: во избежание взаимных помех различным системам назначают различные частоты, и по мере движения ВС по трассе экипажу приходится последовательно переходить с одной РТС на другую, что в определенном смысле затрудняет работу.

Принципы оснащения ВС, аэродромов и трасс РТС сформулирован в Нормах летной годности самолетов ГА, рекомендациях ИКАО и других документах. Состав, количество и надежность бортовых и наземных средств авиационной связи должны обеспечивать быстрое установление устойчивой связи с пунктами УВД, при высокой вероятности приема сообщений на борту и на земле на всех этапах полета. Число радиостанций диапазона МВ и их размещение должно быть таким, чтобы обеспечивалось сплошное поле радиосвязи, охватывающее определенные регионы либо воздушные трассы. Сплошные поля обычно создаются в зонах действия АС УВД, в районах высокой интенсивности воздушного движения и вдоль воздушных трасс.

Состав бортового и наземного оборудования РТС посадки определяется категорией, классом ВС и аэропортов, а также обеспечения требуемой надежности посадки и ухода на второй круг.

Выбор наземных и бортовых РТС навигации осуществляется таким образом, чтобы в комплексе с бортовыми автономными средствами навигации и наземными РЛС обеспечивалось выполнение требуемых навигационных характеристик (RNP), которые определяют требования к точности навигации ВС в определенной области воздушного пространства. Тип RNP основывается на значении точности выдерживания навигационных характеристик по боковому и продольному направлениям, которые должны обеспечиваться в течение 95% времени полета ВС, выполняющего полет в пределах установленного воздушного пространства. При этом полагается, что 95% отклонений ВС содержится в пределах круга, центром которого является место ВС, а радиусом требуемое значение RNP. Типы RNP подразделяются на маршрутные и аэродромные.

При выборе состава и размещения сети, радионавигационных и радиолокационных средств УВД исходят из необходимости создания радионавигационного и радиолокационного полей, обеспечивающих возможность навигационных измерений и обзор воздушного пространства, где проходят траектории полета ВС при взлете, предпосадочном маневрировании и движении по воздушным трассам (ВТ). Особое значение придается радионавигационному обеспечению районов аэродромов, точек пересечения ВТ и районов высокой интенсивности воздушного движения.

Состав и размещение средств РТОП в свою очередь оказывает влияние на организацию УВД. Размеры и границы зон, районов УВД, районов аэродромов (аэроузлов), секторов (направлений) УВД, размещение и число воздушных коридоров, зон ожидания, схемы движения ВС в районах аэродромов устанавливаются с учетом требований к надежности и непрерывности связи с ВС и радиотехнического контроля воздушного движения и безопасности полетов.

1.3 Организация эксплуатации средств РТОП

Организация эксплуатации средств РТОП представляет собой комплекс мероприятий, определяющий порядок и режимы работы средств РТОП по их целевому назначению.

Существует также понятие техническая эксплуатация и его эквивалент - техническое обслуживание средств РТОП, которое охватывает комплекс мероприятий, реализуемый инженерно- техническим персоналом АТБ и баз ЭРТОС по поддержанию работоспособности средств РТОП.

Порядок и режимы использования средств РТОП по их целевому назначению определяется комиссией по регулированию воздушного движения при правительстве России (Росаэронавигация) и отражается в ряде нормативных документов. К ним относятся: Воздушный кодекс, НПП ГА, НСД ГА, НТЭРТС ГА, сборники и регламенты аэронавигационной информации по воздушным трассам, сборники аэронавигационной информации по международным трассам (АИП), радионавигационные карты, поправки и извещения службы аэронавигационной информации (САИ) о состоянии аэродромов и РТС, системах посадки (НОТАМ), аэронавигационные карты фирмы « ДЖЕПСЕН » и их отечественные аналоги.

Использование средств РТОП разрешается после их госрегистрации и оформления допуска к эксплуатации. На все радиоизлучающие устройства должно иметься особое разрешение.

Главным должностным лицом, осуществляющим оперативное управление средствами РТОП, является руководитель полетов (РП) района УВД или аэродрома. Ему подчиняются начальники дежурных смен всех объектов и служб, участвующих в обеспечении полетов, в том числе службы ЭРТОС. РП несет ответственность за принятые решения об использовании РТС, резервных радиочастот и каналов авиационной воздушной связи.

РТОП включаются на периоды, определяемые сборниками аэронавигационной информации, по указанию РП за 30мин до расчетного времени посадки (пролета) ВС. Они включаются также для обеспечения заходов на посадку в аварийных ситуациях и по требованию экипажей ВС. РТС обеспечения полетов выключаются по указанию РП по окончанию руления прибывшего ВС либо по окончанию сеанса связи с экипажем вылетевшего ВС при отсутствии в секторе УВД информации о прибытии или вылете других ВС.

Рабочие места РП и диспетчеров должны оборудоваться системой дистанционного управления и контроля работы РТС, работающих в данном секторе. Система дистанционного управления должна предоставлять информацию о состоянии основного и резервного комплектов РТС Ио том, какой из них задействован. Она обеспечивает световую и звуковую сигнализацию отказов. Информация об отказах немедленно доводится до должностных лиц дежурной смены и сообщается экипажам ВС.

Диспетчера и РП систематически контролируют качество работы средств РТОП путем сопоставления данных, получаемых от различных источников, и

на основе докладов экипажей ВС. Периодически ведется контроль всех каналов электросвязи, предоставляемых диспетчерам.

Радиообмен между службой УВД (РП) и экипажами ВС, переговоры с взаимодействующими диспетчерскими пунктами и метеослужбой фиксируются на магнитном носителе. Материалы записи сохраняются не менее 5сут. В аэропортах 1-го и2-го классов и не менее 3сут. в остальных аэропортах.

Отказы наземных и бортовых устройств РТС УВД, связи, навигации и посадки относятся к особым случаям в полете. В случае отказов экипажами ВС и персоналом службы движения принимаются предусмотренные нормативными документами меры, необходимые для предотвращения авиационного происшествия и благополучному завершению полета.



Глава 2. Общая характеристика радиотехнических средств обеспечения полетов

2.1 Области применения, достоинства и недостатки радиотехнических средств (РТС)

Радиотехническими средства (РТС) называют совокупность наземных и бортовых устройств, обеспечивающих решение основной задачи навигации и основанных на радиотехнических принципах измерений.

Внедрение радиотехнических средств в практику СВЖ во многом определило быстрое развитие воздушного транспорта, расширило его возможности, уменьшило зависимость полетов от метеоусловий и существенно повысило безопасность полетов. РТС обладают следующим преимуществами по сравнению с другими навигационными средствами:

- всепогодность и возможность применения в любое время суток и года в любой точке земного шара;

- высокая точность измерения навигационных параметров;

- многофункциональность;

- возможность использования при заходе на посадку и посадке в сложных метеоусловиях.

Однако наряду с отмеченными преимуществами РТС присущи некоторые ограничения и недостатки. Они подвержены воздействию помех, создаваемых радиосредствами одного итого же типа или радиосредств различного назначения.

В ряде случаев мешающее действие могут оказывать сигналы, отраженные неровностями рельефа, предметами и сооружениями, расположенными вблизи от антенных систем. Ряд РТС имеют ограниченные размеры зон их действия в вертикальной плоскости. Большинство этих недостатков удается преодолевать благодаря совершенствованию конструкции и схемных решений. Влияние остальных можно избежать, учитывая их в процессе летной эксплуатации.

2.2 Классификация РТС

Все РТС можно классифицировать по следующим признакам:

- по назначению:

1) РТС навигации;

2) посадки;

3) используемые в комплексах УВД;

4) предупреждения столкновений;

5) опознавания,

- по виду информативного параметра радиосигнала:

1) амплитудные;

2) фазовые;

3) частотные;

4) временные,

- по виду определяемого навигационного параметра:

1) угломерные;

2) дальномерные;

3) разностно-дальномерные;

4) измерители линейных и угловых скоростей;

5) комбинированные (угломерно-дальномерные),

- по дальности действия:

1) РТС ближней навигации (РСБН с дальностью действия <350…400 км);

2) РТС дальней навигации (РСДН с дальностью действия < 2500…3000км);

3) глобальные,

-по степени автономности:

1) автономные (радионавигационные устройства);

2) неавтономные (радионавигационные системы).

2.3 Эксплуатационно-технические характеристики РТС

Точность - это свойство РТС осуществлять измерение навигационного параметра с погрешностью, не превышающей заданную величину (допуск). Погрешность измерения является количественной мерой точности и представляет отклонение измеренного значения навигационного параметра от его истинного значения.

Погрешности измерения можно классифицировать по следующим признакам:

- по характеру происхождения:

а) методические;

б) аппаратурные или инструментальные;

в) обусловленные помехами;

г) субъективные или ошибки оператора;

- по характеру проявления:

а) систематические;

б) случайные.

Значение систематических погрешностей постоянно или меняется по закону, имеющему детерминированный характер.

Случайные погрешности отличаются тем, что их значение и знак хаотически изменяются от измерения к измерению. Случайные погрешности характеризуются законом распределения, дисперсией, значением средней квадратической погрешности (СКП) и другими параметрами. Чаще всего случайные погрешности подчинены нормальному закону распределения.

Зона действия - это область пространства, в пределах которой обеспечивается получение требуемой навигационной информации.

Рис. 1. Зона действия и рабочая область РТС

Зону действия принято характеризовать максимальной D_max и минимальной D_min дальностью действия (рис.1). Максимальная дальность действия зависит от используемого диапазона радиоволн и условий их распространения (характера земной поверхности, рельефа местности, состояния атмосферы и ионосферы, времени суток, высоты полета и др.), а также от технических характеристик передающих, приемных и антенных устройств РТС.

В частности, основным фактором, учитываемым при оценки дальности действия РТС, работающих в диапазонах сверхдлинных (СДВ) и длинных (ДВ) волн, является мощность излучения наземных станций, электрические свойства подстилающей поверхности и время суток; для средневолновых (СВ) и коротких (КВ) волн - состояние ионизированных слоев атмосферы и время суток; для диапазона метровых волн - учет высоты полета ВС, а также высоты антенн и препятствий на пути распространения радиоволн.

Максимальная дальность действия РТС метрового и сантиметрового диапазонов вследствие прямолинейности распространения радиоволн чаще всего определяется дальностью прямой радиовидимости, для расчета которой

может быть использовано следующее выражение:

R_пр [км] = (3,5...4,1).

Минимальная дальность действия определяется высотой полета ВС и формой диаграммы направленности в вертикальной плоскости (рис.).

Рабочая область - это объем пространства, в пределах которой погрешность определения места ВС не превышает заданную с определенной вероятностью:

R_po = f (D_max, D_min, у_нп ).

Надежность - это способность РТС выполнять заданные функции и сохранять эксплуатационные показатели в течение заданного интервала времени.

РТС относятся к классу восстанавливаемых изделий, т.е. в них могут происходить отказы, они устраняются и эксплуатация продолжается далее. Надежность таких изделий принято характеризовать некоторыми количественными показателями:

- среднее время наработки на один отказ

Т₀ = ,

где - - интервал времени межу соседними отказами;

- количество отказов.

- интенсивность или частота отказов ;

- вероятность безотказной работы ;

- коэффициент готовности , где - среднее время восстановления; вероятность нормального функционирования

В стандартах ИКАО оговариваются требования к надежности РТС навигации и посадки:

Вероятность отказа навигационных средств должна быть Р_{отк нс} ? 10^-4 за три часа полета; или одно летное происшествие на 10⁷…10⁸ летных часов по вине навигационных систем.

РТС посадки должны обеспечивать безопасную автоматическую посадку при вероятности летного происшествия не более 10^-7 .

Пропускная способность - это максимальное число ВС , одновременно обслуживаемых данным типом РТС.

Быстродействие - определяется временем, которое затрачивается на получение навигационной информации. Оно должно быть не более 1мин для дозвуковых ВС и не более 3…7 с для сверхзвуковых.

Помехоустойчивость - это способность РТС выполнять свои функции в условиях естественных и искусственных помех.

Эффективность - показатель полноты решения поставленных перед РТС задач с учетом целевого назначения системы и условий ее работы.

Масса и габариты.

К техническим характеристикам относятся:

- диапазон рабочих частот;

- мощность излучаемых сигналов;

- чувствительность приемного устройства;

- характеристика антенн (форма диаграммы направленности, коэффициент усиления, КНД и др.);

- метод обзора пространства;

- тип оконечного устройства отображения информации;

- потребляемая мощность и др.

2.4 Физические основы радионавигации

2.4.1 Основные свойства радиоволн

В основу всех радиотехнических методов измерений положены следующие основные свойства радиоволн:

- конечная и достаточно стабильная скорость распространения в однородной среде, для инженерных расчетов ее принято считать равной 300000 км/с;

- постоянство направления распространения - радиоволны распространяются по кратчайшему расстоянию между точками излучения и приема, на рис.2 представлены траектории распространения радиоволн различных диапазонов.

а) прямолинейное (МВ, ДМВ, СМВ) б) поверхностные радиоволны (ДВ, СВ)

в) пространственные радиоволны г) излучение волноводного типа (СДВ) (КВ, СВ, ДВ)

Рис. 2 Траектории распространения радиоволн различных диапазонов

- способность направленного излучения и приема - это способность радиоволн концентрировать энергию излучения (приема) в пределах малых телесных углов за счет применения антенных устройств специальной конструкции. Направленные свойства антенны принято характеризовать функцией диаграммы направленности (ДНА) рис.3.

Рис. 3. Диаграмма направленности антенны

- способность радиоволн преломляться и отражаться рис.4.

Рис. 4. Отражение радиоволн

При прохождении границ физических сред радиоволны претерпевают отражение и преломление.

- эффект Доплера (рис.5) Если между источником радиоизлучения и приемником есть взаимное изменения расстояния то частота принимаемых колебаний будет отличаться от частоты излучаемых колебаний. Эту разницу называют доплеровским сдвигом частот, и он пропорционален радиальной составляющей скорости изменения расстояния, которая равна проекции вектора скорости на направление излучения.

r(t)

Рис. 5. Эффект Доплера

Если = 0, то f_прм = f_изл, при 0 f_прм ? f_изл.



2.4.2 Методы и режимы измерения дальности

Измерение дальности может осуществляться импульсным (временным) или фазовым методами при этом режимы измерения могут быть запросным или беззапросным.

а) Импульсный (временной) метод

а1. Запросный режим измерения

На рис.6 представлена структурная схема дальномера и временные процессы, протекающие в нем.

Рис. 6. Структурная схема импульсного дальномера

На борту ВС устанавливается запросчик, а на земле ретранслятор, способный принимать запросы с борта и переизлучать их. Переизлученные сигналы принимаются на борту.

Запросчик излучает кратковременные (импульсные) сигналы. Так как скорость распространения этих сигналов постоянна, то принятые на борту ответные сигналы ретранслятора, запаздывают по отношению к излученным сигналам на время:

t _з = 2r/c,

где r - расстояние между ВС и ретранслятором;

с - скорость распространения радиоволн.

Так как скорость распространения радиоволн постоянна и известна, то измерив время запаздывания t _з ответного сигнала относительно излучаемого запроса, можно определить расстояние r = t _з·c/2.

Достоинства запросного режима: высокая точность, простота бортовой аппаратуры.

Недостатки: ограниченная пропускная способность, наличие дополнительного передатчика на борту ВС

а2. Беззапроснымй режим измерения

Рис. 7. Структурная схема беззапросного дальномера

Сущность беззапросного режима заключается в следующем. Предположим, что на борту ВС и в наземном пункте, расстояние между которыми подлежит определению, установлены согласованные друг с другом точные часы (рис.7), на выходе которых в строго определенные моменты времени формируются импульсные метки (метки времени) U _оп. НА борту и на земле такие метки формируются в один и тот же момент времени. На земле (в радиомаяке) ПРД излучает импульсный сигнал в момент формирования метки U_оп. На борту он будет спустя время t = r/c, где r - расстояние между ВС и наземным радиомаяком. Измерив на борту временной интервал межу импульсом метки времени U _оп и принятым импульсом ПРД маяка можно определить расстояние между ВС и маяком.

Достоинства беззапросного режима: отсутствие дополнительного ПРД на борту ВС; неограниченная пропускная способность.

Недостатки: потребность в использовании высокоточных эталонных генераторов (часов) меток времени и необходимость в периодическом согласовании их показаний.

б) Фазовый метод измерения

Метод основан на измерении фазового сдвига Дц между несущими колебаниями излученного и ретранслированного сигналов в случае запросного режима измерений или между излученными и принятыми сигналами в случае беззапросного режима. Предположим, что передатчик запросчика излучает гармонический сигнал вида

е _з = Е _mз·sinщt.

В точку приема он вернется, сдвинутый во времени относительно излученного на величину t _з = 2r/c и будет иметь вид (рис.8).

Рис. 8. Запросный и ответный сигналы при фазовых измерениях

е _отв = Е _{m отв}sinщ(t-2r/c).

Обозначим фазы излучаемого и принимаемого сигналов как

ц _з = щt и ц _отв = щt-2щr/с.

Тогда разность фаз Дц будет равна

Дц = ц _з - ц _отв = 2щr/c

Измерив, фазовый сдвиг Дц можно определить искомое расстояние

r = c·Дц/2щ.

Учтя, что щ=2рf, а с/f = л получим окончательные выражения:

- r = л·Дц/4р при запросном режиме измерения;

- r = л·Дц/2р - при беззапросном режиме.

Недостаток метода: возможна неоднозначность измерений.

с) Квазидальномерный метод измерения координат ВС

При беззапросном режиме измерения точность измерения дальности зависит от точности синхронизации и стабильности эталонных генераторов (часов) как на борту, так и на земле. Реально используемые часы задают моменты начала отсчета с погрешностью. Обозначим ее величиной Дt _ч. Погрешность часов обуславливает погрешность измерения дальности Дr =cДt _ч. Если реальная погрешность достаточна, высока, чтобы ею можно было пренебречь то реально определяемая на борту ВС дальность отличается от истинной и получила название псевдодальности. Метод определения координат ВС, основанный на измерении псевдодальностей до нескольких РНТ, называется псевдодальномерным (рис.9).

Рис. 9. К пояснению псевдодальномерного метода определения координат ВС

Измерив две дальности r₁ и r₂ , можно определить координаты ВС путем решения системы двух уравнений:



(x - x₁)² + (y-y₁)² =r₁²

(x- x₂)²+ (y-y₂)² = r₂²

В случае беззапросного режима дальность до i-го радиомаяка измеряется с погрешностью Дr, вызванной уходом бортовых часов Дt _ч:

t _з= t _{з изм}+Дt _ч; r_i = с(t _{з изм} +Дt _ч) ; Дr = cДt _ч.

Измерив, расстояние до третьего маяка, можно не только точно определить координаты ВС, но и рассчитать поправку к показаниям бортовых часов,

(x - x₁)² + (y - y₁)²=с²(t _{з изм1}+Дt _ч)²

(x - x₂)² + (y - y₂)² = с²(t _{з изм2} +Дt _ч)²

(x - x₃)²+ (y - y₃)² = с²(t _{з изм3} +Дt _ч)²

решив систему вышеприведенных уравнений.

2.4.3 Определение разности расстояний

В РТС разностно-дальномерного типа определяется разность расстояний от ВС до двух РНТ с известными координатами (рис.10).

В этом случае дr=r₁-r₂.

Рис. 10. Схема разностно-дальномерной РНС и временные диаграммы процессов в ней

Предположим, что в точках А и Б установлены передатчики, одновременно излучающие колебания заданного вида, а на борту ВС в точке С ведется прием этих сигналов и измерение временного интервала между ними Дt. Этот временной интервал определиться как:

Дt = t_з1 - t_з2; t _з1 = r₁/с; t _з2 = r₂ ./с; Дt = (r₁ - r₂)/с = дr/с

Если выполнять полет так чтобы выполнялось условие дr = const, то линия положения, по которой будет двигаться ВС, будет гипербола.

По этой причине такие РНС иногда еще называют гиперболическим.

В разностно-дальномерных системах может использоваться и фазовый метод измерений.

В этом случае на борту ВС производится измерение разности фаз сигналов, принятых от станций А и Б:

ц _СА = щt - щr₁/с; ц _СБ = щt - щr₂/c; Дц = щ(r₁ - r₂)/c = щдr/с;

Дц = (2р/л)·дr

2.4.4 Определение угловых координат

Определение направления радиотехническими методами получило название радиопеленгования или радиопеленгации. Угловые измерения сводятся к определению направления на источник радиоизлучения, устанавливаемый или возбуждаемый в точке расположения объекта наблюдения. О направлении на источник можно судить по пространственной ориентации фронта радиоволны. При этом возможны фазовые и амплитудные методы измерений.

Фазовые методы угломерных измерений

- основаны на определении пространственного положения фронта волны путем измерения разности фаз колебаний, возбуждаемых радиоволной в разнесенных приемных антеннах:

а) определение направления на источник излучения путем поворота базы антенн (рис.11).

Измерив разность фаз Дц = ц _А1-ц _А2, оварачивают поворачивают базу антенн пока Дц=0 Дц = 0. Это произойдет, когда нормаль к базе базе антенн не совпадет с направлением на ис источник радиоизлучения х = 0.

= ц _А1-ц_А2;

х=0

Рис.11. Определение направления путем поворота базы поворота базы антенн

б)- определение направления по разности фаз в неподвижных антеннах (рис.12).

Дц = ц _А1-ц _А2

Дц = щ·Дt = щ·дr/c =2р ·дr/л = 2р·(b·sinх)/л .



Рис. 12. Определение направления по разности фаз в в неподвижных антеннах

Амплитудные методы угломерных измерений

а) метод “максимума” - может быть реализован с помощью антенной системы, имеющую диаграмму направленности с отчетливо выраженным минимумом. Поворачивая антенну, добиваются максимума амплитуды сигнала и по повороту конструктивной оси антенны в момент достижения максимума сигнала судят о направлении на источник излучения (рис.13).

е = max при х = 0

Рис.13. Диаграмма аправнаправлеи направленности антенны (а) и зависимость амплитуды от угловой координаты х (б).

Недостаток метода - низкая угловая чувствительность и точность. Амплитуда принимаемых сигналов вблизи максимума ДНА изменяется мало и поэтому при малых величинах Дх сигнал на выходе практически не меняется.

б) метод “минимума” (рис.14)

Рис. 14. ДНА (а) и зависимость выходного сигнал (б) от угловой координаты при реализации метода “минимума”

е = min при х=0

Недостаток метода - низкая помехозащищенность.

Достоинство - высокая угловая чувствительность

в) равносигнальный метод (рис.15)

Рис. 15. Диаграммы направленности антенн (а), зависимость амплитуд сигналов на выходе антенн от направления (б) и разность амплитуд (в при измерении направления равносигнальным методом)

Достоинство метода - высокие угловая чувствительность, точность и помехозащищенность; легко определяется сторона уклонения.

Разновидности угломерных систем

А) Если используется слабонаправленное или ненаправленное излучение и направленный прием РНС называется радиопеленгаторной (АРК, АРП).

Б) Если используется направленное излучение и ненаправленный или слабонаправленный прием РНС называется радиомаячной (радиомаяки систем посадки, азимутальные маяки РСБН, маяки VOR и др.).

2.4.5 Методы радионавигации

1. Метод счисления пути

- основан на измерении и интегрировании по времени составляющих вектора скорости ВС относительно земной поверхности (рис.16).

Рис. 16. Метод счисления пути

Достоинства метода:

- высокая точность;

Недостаток метода: - снижение точности определения места ВС из-за накопления погрешностей автономность.

датчика скорости с течением времени.

2. Позиционный метод

- основан на нахождении поверхностей или линий положения, соответствующих навигационным параметрам, которые характеризуют положение ВС относительно РНТ.

Поверхность положения - геометрическое место точек в пространстве, соответствующее одному значению навигационного параметра.

Линия положения - множество точек на плоскости в зоне действия РНС, характеризующееся одним и тем же значением навигационного параметра. Местоположение ВС определяется как точка пересечения двух или более линий или поверхностей положения (рис.17).



Рис. 17. Определение места ВС по пересечению двух линий положения

Достоинство метода - высокая точность.

Недостаток метода - неавтономность, подверженность внешним дестабилизирующим факторам (помехам и т.п.).

3 Обзрно-сравнительный метод

- основан на сравнении некоторых наблюдаемых с помощью бортовых датчиков физических параметров, характеризующих местность, над которой совершается полет, с эталонными параметрами, хранящимися в памяти системы.

Достоинство метода - высокая точность, автономность, слабое влияние помех, отсутствие накапливающихся погрешностей.

Недостатки метода - необходимость в априорной информации о характеристиках местности и большого объема памяти системы.



Глава 3. Наземные радиотехнические средства обеспечения полетов

3.1 Приводные радиостанции (ПРС)

Приводные радиостанции представляют собой передающие устройства, работающие в диапазоне гектометровых волн (ГМВ) на антенны ненаправленного действия. Они предназначены для целей радионавигации ВС, оборудованных автоматическими радиокомпасами (АРК).

С помощью ПРС и АРК на борту ВС определяется курсовой угол радиостанции (КУР) (рис.18), что позволяет решать ряд задач воздушной навигации: полет на радиостанцию (и от нее), контроль пути по направлению, определение места ВС и другие задачи.

Приводные радиостанции аэродромов могут быть использованы и как средства связи, при отказе на борту ВС всех основных средств радиосвязи. В этом случае диспетчер службы УВД может передать необходимые сообщения экипажу, используя дальнюю приводную радиостанцию (ДПРС). Экипаж может принять переданные сообщения с помощью приемника АРК.

Кроме специальных ПРС, для целей навигации могут использоваться и широковещательные радиостанции (ШВРС).

В зависимости от решаемых задач и места установки ПРС подразделяются на посадочные и отдельные (ОПРС).

Посадочные ПРС входят в состав оборудования систем посадки ВС и служат для привода ВС в район аэродрома, выполнения предпосадочного маневрирования и выдерживания направления полета вдоль продольной оси

ВПП. Устанавливаются они строго по оси ВПП и на установленных удалениях от ее начала. К посадочным ПРС относятся дальняя (ДПРС) и ближняя (БПРС) радиостанции.

Зоной действия считается район, окружающий ПРС, в пределах которого уровень излучаемых ею сигналов обеспечивает уверенную индикацию (колебание стрелки индикаторов КУР не более 5) пеленга, измеренного АРК. Для ДПРС устанавливается радиус зоны действия в 150 км, для БПРС - 50 … 100 км.

Помимо излучения высокочастотных колебаний ПРС передают сигналы опознавания. ДПРС присваивается двухбуквенный телеграфный позывной, а БПРС - однобуквенный (первая буква позывного ДПРС). Сигналы опознавания передаются непрерывно.

На аэродромах, где оборудование установлено с двух и более направлений захода на посадку, позывные ДПРС и БПРС присваиваются каждому направлению захода на посадку.

Частоты ДПРС одинаковы для всех направлений захода на посадку. Это позволяет при полете на ДПРС данного аэродрома настраивать АРК на одну частоту, а по позывному ДПРС определять магнитный курс посадки ВПП, работающей в данный момент. На аэродромах, где имеются две параллельные ВПП, частоты и позывные различны для ДПРС и БПРС каждой полосы. Полосы обозначают: правая и левая (рис.19,в).

При выходе из строя ДПРС на полную мощность включается БПРС, о чем диспетчер сообщает экипажам ВС.

Отдельные приводные радиостанции (ОПРС) подразделяются на аэродромные и внеаэродромные.

Аэродромные ОПРС служат для привода ВС на аэродром и обеспечения последующего упрощенного маневра захода на посадку с пробиванием облачности по утвержденной схеме. Аэродромные ОПРС устанавливают, как правило, вдоль оси ВПП в направлении и на удалении от ее конца с учетом обеспечения наиболее удобного и полного использования их экипажами ВС при выполнении маневров, связанных с заходом по утвержденной схеме, а также с учетом обеспечения объекта электроэнергией и удобств обслуживающего персонала.

Внеаэродромные ОПРС служат для привода ВС на радионавигационную точку (РНТ) вне аэродрома и сигнализации момента пролета РНТ. Внеаэродромные ОПРС размещают в пунктах, маркирующих входы и выходы коридоров воздушных зон или пунктах излома воздушных трасс (рис.20,б).

ОПРС опознаются по двухбуквенному позывному сигналу, который передается со скоростью 20 … 30 знаков в минуту через каждые 25 … 30 с. Аэродромные ОПРС передают позывные непрерывно. Дальность действия ОПРС должна быть не менее 150 км. ОПРС могут устанавливаться совместно с маркерным радиомаяком.

Типовая ПРС представляет собой автоматизированную дистанционно управляемую радиостанцию (АПР), в комплект которой входят два приводных передатчика (ПАР) - основной резервный. Резервный передатчик может находиться как в полностью выключенном состоянии ("Холодный резерв"), так и быть полностью включенным, кроме излучения несущих колебаний ("Горячий резерв"). Система дистанционного управления и контроля ПРС позволяет выключать работающий ПАР и включать резервный комплект, а также обеспечивать световую и звуковую аварийную сигнализацию на рабочем месте диспетчера в случаях: уменьшения мощности излучения более чем на 50%, при прекращении передачи сигналов опознавания и при отказе контрольного устройства. Время перехода на резервный комплект не должно превышать 1с в случае “горячего” резервирования и 30…40с при холодном резерве.

Приводная радиостанция может работать на привод и использоваться как резервное средство связи ".

При работе на "Привод" радиостанция работает в следующих режимах:

а) телеграфный (ТЛГ.) - режим незатухающих колебаний с подачей позывных от автомата подачи сигналов (АПС). В данном режиме прерывание несущей частоты не происходит. В соответствии с позывными происходит амплитудная модуляция несущих колебаний напряжением тонального генератора;

б) тональный (ТОН.) - работа передатчика аналогична режиму "ТЛГ.", но ведется на пониженной мощности;

в) телефонный (ТЛФ.) - колебания несущей частоты модулируются напряжением от микрофона или других источников модулирующего напряжения с подачей позывных от АПС. Мощность передатчика в режимах "ТОН" и " ТЛФ." на 40 … 60% меньше, чем в режиме "ТЛГ".

В случае отказа самолетных или наземных средств связи диапазона МВ диспетчер УВД может передавать необходимую информацию через ДПРС. Передатчик в этом случае работает в телефонном режиме (ТЛФ.). Микрофон диспетчера подключается к ДПРС по каналам проводной связи. Экипаж ВС принимает информацию через приемник АРК.

Для того чтобы диспетчер убедился, что экипаж принимает его информацию, он может подать одну из команд:

а) на разворот (на 90^о вправо или влево) и убедиться по ИКО РЛС выполняется его команда или нет;

б) выключить систему опознавания (пропадание ответа на ИКО);

в) включить “Опознавание” по РСБН;

г) включить сигнал “Знак” на самолетном ответчике УВД (СОМ-64 ,СО-72м и др.).

В аэропортах, где нет возможности передачи информации диспетчера по проводам, можно использовать приемник радиостанции МВ на ДПРС для приема сигналов диспетчера на частоте данного диспетчерского пункта. Выход приемника подключается к входу передатчика ДПРС. В этом случае экипаж через приемник АРК будет принимать сигналы не только диспетчера, но и весь радиообмен на частоте данного пункта УВД. В таблице 1 приведены основные эксплуатационно-технические характеристики типовых ПРС ГА.

Таблица 1

ЭТХ	ПАР-7	ПАР-8	ПАР-10с
f, кГц Ризл, Вт Д (км), при: Нэш = 1000 м Нэш = 5000 м Нэш = 10000 м	100…1500 300…1100 - - 350…600	100…1500 250…400	150…1750 200…400
		Более 170 Более 260 Более 360

3.2 Маркерные радиомаяки (мрм)

МРМ представляют собой передающие устройства, предназначенные для обозначения определенных пунктов на земной поверхности, важных для воздушной навигации. С помощью МРМ обозначают исходные и конечные

пункты маршрутов, места изломов воздушных трасс, воздушные входные и выходные коридоры. В системах посадки МРМ применяют для обозначения точек, лежащих на оси ВПП и удаленных от начала ВПП на определенные расстояния. Использование сигналов таких маяков облегчает осуществление захода на посадку.

Для повышения точности маркировки заданных пунктов в МРМ используют излучение колебаний в ограниченной области пространства, что обеспечивается применением антенны направленного действия.

Характер излучения в вертикальной плоскости имеет форму вертикального факела (рис.21,а.). Диаграмма направленности антенны МРМ в горизонтальной плоскости имеет обычно вид фигуры, сжатой в

направлении, совпадающим с осью ВПП, и вытянутой в перпендикулярном направлении (рис.21,б.) Зона действия МРМ на линии курса охватывает отрезки длиной (600±200)м в точках расположения внешнего и дальнего МРМ, (300±100)м у ближнего и (150±50)м у внутреннего МРМ.

Такая форма диаграммы излучения в горизонтальной плоскости исключает возможность пролета маяка вне зоны его излучения, когда заход на посадку происходит с некоторым уклонением от оси ВПП.

Размеры сечения диаграммы излучения МРМ в горизонтальной плоскости L и B уменьшаются по мере приближения к торцу ВПП от дальнего привода к ближнему.

Все маркерные маяки работают на несущей частоте 75 МГц. Колебания несущей частоты подвергаются амплитудной модуляции напряжением звуковой частоты. Стандартами ИКАО установлены значения частот модуляции 400, 1300 и 3000 Гц.

Помимо амплитудной модуляции излучаемый сигнал подвергается телеграфной манипуляции сигналами точек или тире или их комбинацией. Скорость передачи 6 точек/с или 2 тире/с. Установленные размеры зоны излучения МРМ обеспечивают прием их сигналов при заходе на посадку со скоростью 240 км/ч: дальнего привода - в течение 124 с; ближнего - 62 с.

В международных аэропортах согласно Приложению 10 к Конвенции ИКАО сигналы опознавания МРМ устанавливают следующим образом: сигналы внешнего МРМ манипулируются тире (2 тире/с), среднего МРМ чередующимися точками и тире (6 точек/с и 2 тире/с), внутреннего - точками (6 точек/с).

В настоящее время в гражданской авиации используются следующие виды маркерных радиомаяков:

- МРМ-48 - входит в состав оборудования посадки ОСП. Используется одна частота модуляции Fмод = 3000 Гц. Сигналы опознавания: ДПРМ - 2 тире/с, БПРМ - 6 точек/с;

- МРМ-70, МРМ-В и МРМ-97 - соответствуют стандартам ИКАО. Используют следующие частоты модуляции и сигналы опознавания:

МРМ внешний - Fмод = 400 ГЦ; 2 тире/с;

МРМ средний - Fмод = 1300 ГЦ; 6 точек/с и 2 тире/с чередуются;

МРМ внутренний - Fмод = 3000 ГЦ; 6 точек/с.

В МРМ-70, МРМ-В и МРМ-97 излучение сигналов ведется без прерывания несущей частоты.

3.3 Радиомаячные посадочные системы

3.3.1 Назначение и классификация

Радиомаячные системы посадки (РМСП) предназначены для получения на борту ВС и выдачи экипажу и в САУ информации о величине и знаке отклонений ВС от номинальной траектории снижения, а также для определения моментов пролета характерных точек на траектории захода на посадку.

В гражданской авиации используют четыре разновидности РТС посадки: так называемые упрощенные системы посадки ОСП (оборудование системы посадки), радиомаячные системы посадки (РМСП) и радиолокационные системы посадки (РЛСП). В свою очередь, РМСП подразделяются на РМСП диапазонов МВ и ДМВ, эксплуатируемых в настоящее время, и перспективные РМСП диапазона СМВ. Внедрение в последние годы космических средств определения местоположения ВС открывает возможности применения последних для решения задач управления полетом в процессе захода на посадку и ухода на второй круг.

Упрощенные системы посадки обеспечивают вывод ВС на аэродром, выполнение предпосадочного маневра и определение места ВС в двух фиксированных точках на траектории посадки. Радиомаячные системы посадки МВ и ДМВ диапазонов позволяют задавать прямолинейную пространственную траекторию захода на посадку (рис.22,а) и определять текущее положение ВС относительно ее, а также фиксировать моменты прохода двух или трех точек на линии глиссады, расположенных на определенном удалении от ВПП.

РМСП этого типа обеспечивают задание единственной траектории - глиссады планирования и управление ВС в пределах определенных, достаточно узких, секторов вокруг нее. На РМСП диапазона СМВ возлагаются более сложные функции. Эти системы должны обеспечивать определение пространственных координат ВС в определенной области пространства, размеры которой значительно (рис.22,б) превосходят сектора управлений существующих ныне РМСП, и позволять выполнение полетов по любой криволинейной четырехмерной пространственно-временной траектории посадки.



Таким образом, перспективные РМСП предоставляют большую свободу в выборе траектории посадки и открывают возможности для создания высокоэффективных систем контроля процесса захода ВС на посадку.

Они используются для наземного контроля процесса захода на посадку и в случае необходимости передачи на борт с помощью систем воздушной связи указания о корректирующих маневрах относительно траектории захода.

3.3.2 Состав и размещение

Состав оборудования аэродрома для обеспечения посадки ВС зависит от категории аэродрома. На некатегорированных аэродромах устанавливают упрощенные системы посадки (ОСП) (рис.23). В их состав входят дальний и ближний приводные маркерные радиопункты (ДПРМ и БПРМ), оснащенные приводными радиостанциями (ПРС) и маркерными радиомаяками (МРМ). ДПРМ и БПРМ устанавливают на расстояниях соответственно 400020 и 1050150 м от порога ВПП.

Дальний МРМ обеспечивает экипажу сигнализацию момента времени проверки высоты полета (по радиовысотомеру), расстояния до точки приземления и готовности бортовых систем к обеспечению полета на конечном этапе захода на посадку. Ближний МРМ сигнализирует момент времени проверки по РВ высоты принятия решения и переходе к визуальному этапу посадки.

Аэродромы оборудуют, кроме того, светосигнальными системами огней малой интенсивности, автоматическим радиопеленгатором (АРП) и обзорным радиолокатором (ОРЛ-А).

При установке на аэродроме РМСП состав оборудования и его эксплуатационные характеристики определяются соответствующими стандартами ИКАО [3].

ИКАО определены 3 категории критериев для посадочных систем. СП любой категории должна обеспечивать с высокой вероятностью успешный заход на посадку до нижнего предела высоты H_min при дальности видимости на ВПП не менее X_min. Значения H_min и X_min приведены в табл.2.

Системы посадки 3 категории должны также обеспечивать автоматизацию приземления, движения по ВПП и рулежным дорожкам.



В РМСП МВ пространственная траектория (глиссада) планирования формируется курсовым и глиссадным радиомаяками (КРМ и ГРМ). Первый из них задает в пространстве вертикальную плоскость (плоскость курса), проходящую через ось ВПП, а второй - наклонную плоскость (плоскость глиссады), которая при пересечении с плоскостью курса дает линию глиссады

(рис.24). На рис.25 представлена схема размещения РТС посадки на аэродроме и требования стандартов ИКАО к размещению элементов РМСП метрового диапазона волн.

Рис. 24. Плоскости курса и глиссады, задаваемые в РМСП

Рис.25. Схема размещения элементов РМСП на некоторых аэродромах СНГ

Таблица 2

Hmin, Xmin	Категория
	1	2	3A	3B	3C
Hmin, м Xmin, м	60 800	30 400	0 200	0 50	0 0

На аэродромах II и III категорий со сложным рельефом местности перед порогом ВПП в состав оборудования может дополнительно входить внутренний МРМ, предупреждающий экипаж о близости порога ВПП.

Он размещается на удалении 75 … 450 м от порога ВПП и не более чем 30 м от оси ВПП. На аэродромах со сложным рельефом в зоне захода или другими особенностями в состав РМСП может быть включен дополнительный МРМ, размещенный на удалении до 11 км от торца ВПП.

...