Стандарты ИКАО предусматривают использование двух маркерных пунктов, называемых внешним (ВРП) и средним (СРП) и возможность, в случае необходимости, установки третьего, внутреннего. Средний МРМ предупреждает экипаж о приближении к точке начала визуального наблюдения, внутренний - для обозначения момента пролета ВПР в системах II категории.

Антенна системы КРМ устанавливается на оси ВПП у противоположного торца. Расстояние от антенной системы ГРМ до порога ВПП выбирается так, чтобы высота опорной точки траектории посадки (точка на оси ВПП над ее порогом) была равна 15_-0⁺³ м. Оно зависит от минимального угла наклона глиссады, уклонов местности и других факторов. Боковое смещение антенны ГРМ выбирают из условия обеспечения минимальной высоты пролета над препятствием, и оно не превышает 180 м.

Помимо опорной точки глиссады планирования, расположенной над торцом ВПП, в документах ИКАО отмечаются некоторые характерные точки на глиссаде (рис.26).

Рис. 26. Характерные точки на траектории захода

Типы РМСП, эксплуатируемые в настоящее время на аэродромах ГА, приведены в табл. 3.

В международных аэропортах устанавливают также РМСП типа ILS. По принципу действия и эксплуатационно-техническим характеристикам они аналогичны РМСП типа СП-70, СП-75, СП-80.

Таблица 3 Наземное оборудование РМСП

Параметр	Группа СП-50	Группа ILS
	СП-68	СП-70	СП-75	СП-80
Категория Число МРМ	2 2	3 3	1-2 2	3 3
Среднее время наработки на отказ в часах	-	5000	5000	8000

3.3.3 Принципы взаимодействия оборудования РМСП

Основное оборудование РМСП включает в свой состав наземные радиомаяки и бортовые радиоприемники, выходы которых подключаются к соответствующим индикаторным приборам и к системе автоматического управления полетом (САУ или АБСУ). Структурная схема оборудования РМСП представлена на рис.27.

Рис. 27. Структурная схема РМСП

Курсовой радиомаяк КРМ путем излучения электромагнитных колебаний определенного типа задает в пространстве вертикальную плоскость посадочного курса, и эта плоскость совмещается с осью ВПП.

Глиссадный радиомаяк задает в пространстве плоскость планирования, наклоненную к горизонту. В результате пересечения этих плоскостей образуется линия планирования - глиссада.

Маркерные маяки обозначают моменты пролета характерных точек на этапе захода на посадку.

Все три типа маяков РМСП работают на своих, независимых друг от друга несущих частотах.

На борту ВС сигналы КРМ, излучаемые на частоте f_КРМ принимаются курсовым радиоприемником КРП ,преобразуются и на его выходе выделяется электрический сигнал постоянного тока , величина которого пропорциональна угловому смещению ВС от плоскости посадочного курса, а полярность определяется стороной отклонения. Сигнал подается на вертикальную планку нуль-индикатора и в САУ ВС. Сигналы глиссадного маяка ГРМ, излучаемые на частоте f _ГРМ, принимаются глиссадным радиоприемником. На его выходе выделяется сигнал постоянного тока , величина и полярность которого характеризуют отклонение ВС от плоскости планирования. Этот сигнал поступает на вертикальную планку прибора посадки и в САУ ВС. В случае, когда ВС находиться точно на глиссаде, т.е. в точках пересечения плоскости посадочного курса и плоскости планирования, стрелки нуль-индикаторного прибора располагаются в центре шкалы, а сигналы рассогласования и , поступающие в САУ, равны нулю. Этот факт служит критерием экипажу для пилотирования ВС по глиссаде, задаваемой КРМ и ГРМ.

Маркерные радиомаяки работают на своей частоте f _МРМ. Сигналы этих маяков принимаются на бору маркерным радиоприемником МРП.

В момент пролета ВС над МРМ сигнал на выходе МРП вызывает срабатывание звуковой и световой сигнализации.

3.3.4 Принцип работы радиомаяков РМСП

Принцип работы КРМ и ГРМ РМСП аналогичен и имеет лишь некоторые различия в зависимости от категории системы посадки.

Так курсовые глиссадные маяки РМСП I-ой категории обеспечивают задание плоскостей курса и глиссады равносигнальным методом.

Для этого с помощью антенных систем маяка, имеющих диаграммы вида и , в пространстве формируется два поля излучения, отличающиеся частотами модуляции и (рис.28).

а) б)

Рис. 28. Структурная схема (а) и диаграммы излучения антенной системы КРМ (б).

Выражения, описывающие мгновенное значение напряженностей полей излучения антенн А1 и А2, имеют вид:

Результирующе поле излучения e_? также оказывается модулированным по амплитуде колебаниями частот и с одинаковыми глубинами модуляции

и ,

где .

На борту ВС курсовой (глиссадный) приемник принимает эти сигналы, и после обработки на его выходе выделяются огибающие колебаний частот и , затем определяется разность амплитуд огибающих, которая пропорциональна разности глубин модуляции

РГМ= .

Зависимость РГМ от угловых координат пропорциональна разности векторов диаграмм направленности и (рис.29). По величине РГМ можно судить о положении ВС относительно траектории захода на посадку.

Рис. 29. Зависимость РГМ от углового отклонения

На равносигнальном направлении (РСН), которое совмещается с плоскостью посадочного курса (глиссады), эта разность равна нулю, а при отклонении от него РГМ возрастает. Величина и знак РГМ будут зависеть от величины и стороны отклонения ВС относительно РСН. Из принимаемых на борту сигналов формируется постоянное напряжение, пропорциональное РГМ.

Оно подводится к планкам прибора посадки (ПСП), вертикальная планка которого указывает положение линии курса, а горизонтальная линии глиссады.

Структурная схема радиомаяка равносигнального типа (рис.28) включает:

генератор высокой частоты, генераторы низкочастотных колебаний ГНЧ₁ и ГНЧ₂, амплитудные модуляторы АМ₁ иАМ₂ и антенны А₁ и А_2. Колебания ВЧ, формируемые ГВЧ, подвергаются амплитудной модуляции колебаниями низких частот 90 и 150 Гц и подводятся к антеннам А₁ и А_2, формирующ_ими поля излучения, энергия которых распределена в пространстве в соответствии с зависимостью диаграмм направленности и . Линия пересечения диаграмм направленности представляет собой равносигнальное направление, с

помощью, которого задается линия планирования. Для приема сигналов КРМ и ГРМ на борту ВС используются радиоприемные устройства супергетеродинного типа (рис.30).

Рис. 30. Структурная схема КРП и ГРП

На выходе приемника с помощью фильтров Ф₁ и Ф₂ выделяются низкочастотные колебания частот 90 и 150 Гц. Эти колебания выпрямляются выпрямителями В₁ и В₂ и через схему вычитания подводятся к стрелочному указателю. Сигнал на выходе схемы вычитания пропорционален РГМ, а его полярность указывает сторону отклонения ВС от глиссады. Выходные сигналы приемника после выпрямления подводятся также и к сумматору, выходной, сигнал которого управляет работой бленкерной сигнализации. При отсутствии сигнала на выходе сумматора бленкерная сигнализация не срабатывает и бленкер экспонируется в поле зрения пилотов, что указывает на отказ наземного маяка или бортового приемника. В радиомаяках более высоких категорий (II и III), у которых требования к стабильности и точности задаваемых траекторий значительно выше, принцип работы КРМ и ГРМ несколько от рассмотренного и получил название метода угломерных измерений с «опорным нулем» (рис.31) [1].

Однако, следует отметить, что формируемое в таких маяках поле излучения имеет структуру аналогичную полю равносигнальных радиомаяков и не требует изменения бортового оборудования.

Рис.31. Диаграммы излучения маяка с “опорным нулем”

3.3.5 Требования ИКАО и основные эксплуатационно-технические характеристики РМСП МВ

В соответствии с действующими стандартами ИКАО определены основные эксплуатационно-технические характеристики на наземное и бортовое оборудование радиомаячных систем посадки метровых волн. Требуемые размеры зон действия подсистем "курсовой радиомаяк - курсовой радиоприемник", "глиссадный радиомаяк - глиссадный радиоприемник" представлены на рис. 32, 33, а основные эксплуатационно-технические характеристики - в табл. 4.

Таблица 4

Параметр	СП-68	СП-70	СП-75	СП-80
Категория	2	3	2	3
Диапазон частот, МГц: канал курса канал глиссады	108,3-110,3 332,6-335	108 … 112 328,6 … 335,4
Дальность действия, км: канал курса канал глиссады	45 18	46 18,5	45 18	46 18,5
Погрешность определения положения ЛА у начала ВПП (2): канал курса, м канал глиссады, град	13 0,3	8 0,15	13 0,15	8 0,15



Рис. 32. Зона действия подсистемы КРМ - КРП в горизонтальной плоскости

Рис. 33. Зона действия подсистемы ГРМ - ГРП в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях

Канал курса

Для работы КРМ-КРП систем посадки метровых волн выделяется диапазон частот 108…112 МГц ().

Зона действия КРМ в горизонтальной плоскости, т.е. область пространства, в пределах которой эксплуатационные характеристики удовлетворяют установленным требованиям, представляет собой сектор шириной ±35⁰ относительно оси ВПП. При использовании средств навигации, обеспечивающих ввод ВС в зону действия КРМ I и II категорий, допускается сужение зоны действия до ± 10⁰ (рис.32).

Зона действия в вертикальной плоскости (рис.34) охватывает сектор, нижняя граница которого проходит через электрический центр антенны и точку на высоте 600м над землей на удалении 46 км от него или точку, расположенную на 300 м выше препятствий в зоне захода на посадку. Дальность действия равна 46 км в секторе ±10⁰ и 32 км в секторах ± 10…35⁰.



Одна из важных характеристик КРМ - приборный курсовой сектор. Это область пространства в окрестности плоскости посадочного курса, на границах которой достигается отклонение стрелки бортового индикатора системы посадки на всю шкалу (4деления шкалы). В пределах курсового сектора обеспечивается прямопропорциональная зависимость между отклонением стрелки прибора и угловым отклонением ВС от плоскости посадочного курса. Под угловым отклонением ВС понимают угол между вертикальной плоскостью, проходящей через ВС и центр антенны КРМ и вертикальной плоскостью, проходящей через ось ВПП. Границы курсового сектора отстоят от оси ВПП на угол 2…3⁰.

Другой важной характеристикой КРМ является допустимое отклонение плоскости курса от оси ВПП. Это отклонение характеризует допустимое линейное смещение линии курса от оси ВПП у опорной точки (точка О рис.26). Оно не должно превышать ± 10,5; ± 5; ±3м соответственно для систем I…III категорий. Рекомендуемое значение для систем II категории ± 4,5м. Важнейшей эксплуатационной характеристикой КРМ является амплитуда искривлений задаваемой курсовой линии. Искривления курсовой линии возникают из-за воздействия сигналов КРМ, переотраженных неровностями рельефа и местными предметами, расположенными в окрестностях его антенной системы. Поскольку интенсивность отражений и расположение отражающих объектов носит случайный характер, учитываются только те искривления, вероятность которых наиболее высока (рис.35).

Выполнение этих требований обеспечивает в системах I категории выход ВС в точку С (рис.26) глиссады с боковым отклонением, которое с вероятностью 0,95 не превышает 10м, в системах II категории отклонение между точкой В и опорной точкой не более 5м, а в системах III категории отклонение между точками В и С не более 5м по положению и не более 2⁰ по тангажу и крену. Излучение КРМ содержит сигнал опознавания, передаваемый трехбуквенным кодом Морзе, первая из которых буква “И”, вторая, и третья - код аэродрома или ВПП. Автоматическая система контроля работы КРМ дает сигнал предупреждения или приводит к прекращению излучения за время не более 10; 5 или 2с для КРМ I…III соответственно, если установленные технические показатели работы маяка выходят за пределы допусков.

Канал глиссады

Глиссадные маяки работают в диапазоне частот 328,6…335,4 МГц (). Зона действия ГРМ в горизонтальной плоскости представляет собой сектор, ограниченный углами ± 8⁰ относительно оси ВПП и углами 0,45 и 1,75 в вертикальной плоскости (рис.33), где - угол наклона задаваемой глиссады, который в зависимости от местных условий лежит в пределах 2…4⁰ .

Дальность действия ГРМ равна 18км. Оптимальный наклон глиссады обычно выбирается 2⁰40'.

Приборный полусектор глиссады характеризует размер пространственной зоны, в пределах которой достигается отклонение стрелки бортового индикатора до крайних точек шкалы и пропорциональность между отклонениями стрелки и угловыми отклонениями ВС от заданной глиссады планирования. На границах полусектора стрелка должна отклоняться на половину шкалы. Границы полусектора определяются заданным углом наклона глиссады и удалены от линии глиссады на угол (0,1…0,14).

Отклонение средней линии глиссады от номинального значения не должно превышать для ГРМ I категории- 12^ґ; для ГРМ II и III категорий - 6,4^ґ при угле

2⁰40^ґ.

Амплитуда искривлений линии глиссады с вероятностью 0,95 не должна превышать значений, указанных на рис.35. При этом в системах I категории вертикальное смещение ВС в точке С (рис.26) не должно превышать 3м. В системах II и III категорий смещение ВС на высоте 15м не превышает 1,2м по высоте и 2⁰ по тангажу и крену.

В состав ГРМ входит контрольная аппаратура, обеспечивающая автоматическую сигнализацию, допусковый контроль и переключение на горячий резерв за время не более 6с для ГРМ II и III категорий.

3.3.6 Регламентированные, критические и чувствительные зоны РМСП

Точность работы КРМ и ГРМ зависит от характера местности вблизи антенных систем этих маяков. Сигналы, отраженные от местных предметов, рельефа местности и транспортных средств, находящихся в окрестностях антенных систем, приводят к искривлению формируемой маяками линии глиссады. Требования ИКАО к максимально допустимым значениям амплитуды искривлений ЛК и ЛГ приведены на рис.35. С целью соблюдения этих требований участки земной поверхности, примыкающие к местам расположения антенных устройств, тщательно выравниваются и освобождаются от деревьев и кустарника. На этих участках разрешается только установка стоек огней приближения, высота которых ограничивается строительными нормами. В пределах наиболее близко примыкающих к антеннам участков земли вводятся ограничения на высоту неровностей микрорельефа, травяного и снежного покрова. В эксплуатационной документации аэродрома фиксируются конфигурация и размеры этих участков земной поверхности и указываются допустимые значения высот микрорельефа. Эти участки называются регламентированными зонами РМСП (рис.36).

Рис. 36. Регламентированные зоны РМСП

Для исключения отклонения параметров КРМ и ГРМ более допустимых величин установлены критические зоны РМСП.

Критические зоны - это пространство вокруг КРМ и ГРМ, нахождение в котором транспортных средств, включая ВС, вызывает недопустимые искажения задаваемой глиссады.

Размеры критических зон определяются документами ИКАО (рис.37) и НГЭОА (рис.38).



В критической зоне не допускается нахождение рулящих ВС и автотранспорта с момента начала четвертого разворота другого заходящего на посадку самолета. На предпосадочной прямой после входа в глиссаду может находиться не более одного самолета. Границы критических зон данного аэродрома уточняются в процессе летной проверки и обозначаются средствами дневной и ночной маркировки.

Зоной чувствительности РМСП называют пространство за границами критической зоны, в пределах которого стоянка или передвижение транспортных средств, включая ВС, может повлиять на характеристики РМСП

Размеры зон чувствительности (рис.39) для РМСП различных категорий и различных типов ВС даны в табл.5 .

Таблица 5

Категория РМСП	Параметр	В-747	В-727	ВС L<18 м и H<6 м
1	X, м Y, м	915 60	730 30	250 30
2,3	X, м Y, м	975 90	825 60	250 30

3.3.7 Радиомаячные системы посадки сантиметровых волн

СП СМВ обеспечивают получение на борту ВС и выдачу экипажу и в САУ информации об угловых отклонениях ВС от заданной траектории посадки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Они обеспечивают дополнительно измерение дальности до расчетной точки приземления и содержат в своих сигналах разнообразную дополнительную информацию (рис.40).



СП СМВ (MLS) разработаны для замены существующих РМСП МВ. Они имеют значительно большими размеры секторов пропорционального наведения ВС, что позволяет формировать оптимальные траектории захода на посадку. Эти системы могут одновременно обслуживать большое число ВС, следующих по различным траекториям на всех этапах захода на посадку, посадки и руления, а также при взлете и уходе на второй круг. Ввод СП СМВ должен способствовать повышению БП, увеличению пропускной способности ВПП, экономии топлива, снижению уровня шума и облегчению посадки вертолетов и других ВС с крутыми траекториями снижения.

Кроме координатной информации, радиомаяки СП СМВ передают дополнительную информацию (основные и вспомогательные данные).

В качестве основных данных передается следующая информация:

- расстояние от антенны КРМ 1 до порога ВПП;

- границы зоны пропорционального наведения по азимуту;

- ширина луча ДНА;

- расстояние от ТНО до порога ВПП;

- расстояние от антенны РД до порога ВПП;

- минимальный угол наклона глиссады;

- высота угломестной антенны и ее смещение.

К вспомогательным данным относятся:

- информация о размещении наземного оборудования;

- информация о состоянии ВПП;

- метеорологическая информация и др.

Разработано два варианта комплектации наземного оборудования РМПС СМВ, рассчитанных на различные уровни обслуживания. Основной вариант, удовлетворяющий требованиям II категории, включает КРМ1, ГРМ1, ретранслятор дальномера и аппаратуру КДП, обеспечивающую автоматическую передачу данных на борт ВС, дистанционное управление РМ и сигнализацию. Расширенный вариант удовлетворяет требованиям III категории и включает, кроме подсистем, аналогичных подсистемам основного варианта, также КРМ обратного азимута КРМ 2.

Схема предполагаемого размещения оборудования РМСП СМВ приведена на рис. 41.

Принцип функционирования радиомаяков РМСП СМВ

Принцип действия КРМ и ГРМ РМСП СМВ одинаков. Они реализуют временной метод измерения угловых координат без задания начала отсчета. Диаграммы направленности РМ имеют веерообразную (ножевидную) форму (рис.42,а,б). ДНА КРМ в горизонтальной плоскости имеет ширину 1…2, в вертикальной - 15. Она совершает вращательные движения вокруг вертикальной оси вначале по часовой, а затем против часовой стрелки в пределах сектора 40. Ось симметрии антенны глиссадного маяка ориентирована под некоторым углом к горизонту, и этот угол изменяется по тому же закону, что и азимутальный угол КРМ. Функционирование КРМ и ГРМ разнесено во времени, т.е. в них реализуется временное разделение каналов измерений и каналов передачи данных, благодаря чему все РМ и аппаратура передачи данных работают на одной и той же несущей частоте.

Рис. 42. Рабочие секторы и диаграммы направленности КРМ (а) и ГРМ (б) РМСП СМВ

На ВС также осуществляется временное разделение каналов. В курсовом и глиссадном канале формируются по два импульса, временной интервал между которыми пропорционален азимутальному углу или углу места. В частности:

А = 0,5 Щ (t₀ - t_А). Измерение длительности временного интервала на борту осуществляется путем заполнения его, так называемыми счетными импульсами, период следования которых известен, и подсчета числа этих импульсов цифровым счетчиком.

Основные эксплуатационно-технические характеристики РМСП СМВ

РМСП СМВ в целом удовлетворяют требованиям, предъявляемым к современным и перспективным РТС посадки. Они обеспечивают непрерывное определение азимута и угла места самолета при посадке и дальности от самолета до точки приземления. Эти операции выполняются подсистемами азимута посадки, угла места посадки, подсистемой угла места при выравнивании, называемой подсистемой выравнивания и радиодальномером.

РМСП СМВ позволяет определять азимут самолета при взлете и уходе на второй круг. Данные операции выполняются подсистемой обратного азимута.

Бортовое оборудование РМСП СМВ осуществляет задание любой четырехмерной пространственно-временной программной траектории посадки, а также производит определение отклонений между действительными и программными координатами самолета и формирование управляющих сигналов для системы директорного или автоматического управления движением на посадке. Эти операции выполняются бортовым оборудованием микроволновой системы посадки.

С помощью РМСП СМВ осуществляется автоматическая передача на ЛА информации об аэродроме (ВПП), его категории, метеоусловиях, а также данные технического характера, необходимые для точного выполнения захода на посадку. Указанные функции выполняет подсистема автоматической передачи данных.

Эксплуатационно-технические характеристики измерительных и информационных подсистем различных типов РМСП СМВ приведены в таблице 6.

Таблица 6

Диапазон частот, МГц: для угломерного оборудования для дальномерного оборудования	5000…5750 960…1215
Число рабочих каналов	200
Зона действия: по дальности, км по азимуту, град по углу места, град по обратному азимуту, град дальность по обратному азимуту, км	37 62 0,9…20 42 9,3
Погрешность (2), м: по дальности по азимуту* по углу места*	30,5 4,1 0,4

* У начала ВПП длиной 3000 м.

Требования к угловой точности радиомаяков международным стандартом не устанавливаются, но можно указать следующие ориентировочные значения погрешностей (2), выраженные в угловых единицах: 0,05 … 0,075 для КРМ 1; 0,1 … 0,15 для КРМ2; 0,05 … 0,075 для ГРМ1; 0,02 для ГРМ2.

3.4 Наземные радиопеленгаторы

Наземные автоматические радиопеленгаторы (АРП) предназначены для определения азимута ВС относительно точки установки АРП по сигналам, излучаемым бортовыми РС диапазона МВ.

Результаты измерения азимута используются диспетчерами для УВД, управления посадкой и, в частности, для идентификации отметок от ВС на экранах РЛС (т.е. для определения принадлежности той или иной отметки определенному ВС). Они могут быть переданы на ВС и использованы экипажем для самолетовождения.

Антенные системы АРП, работающих в радиосетях "Подхода", "Круга" и "Посадки", ориентируются по магнитному меридиану, а антенные системы АРП, работающих в радиосетях РДП, - по истинному меридиану. Антенные системы двухканальных АРП, работающих в сетях "Подход", "Круг", "Посадка" и РДП одновременно, ориентируются по магнитному меридиану. При этом шкала индикатора АРП, установленного на рабочем месте диспетчера РДП, выставляется с учетом магнитного склонения и позволяет непосредственно определять истинный азимут ВС.

Диапазон рабочих частот АРП совпадает с диапазоном частот, выделенным для авиационной связи, и располагается в пределах от 118 до 136 МГц. Точность пеленгования составляет 3. В новых пеленгаторах доплеровского типа ее удается уменьшить до 1. Дальность действия АРП зависит от высоты полета ВС и при пеленговании бортового радиопередатчика мощностью 5 Вт равна 150 км при высоте полета 3000 м и 80 … 100 км при высоте 1000 м. Продолжительность измерений составляет 3 … 5 с. Существуют одно-, двух-, четырех-, восьми- и 16-канальные АРП. Последние позволяют вести одновременное пеленгование нескольких ВС.

Радиопеленгаторы получили широкое распространение, так как они не предполагают использования на ВС специального оборудования, а бортовые РС МВ устанавливают на ВС всех типов.

Наиболее существенное влияние на точность пеленгования оказывают сигналы, отражаемые земной поверхности и местными предметами в окрестностях точки установки антенны АРП. Поэтому требуется, чтобы площадка в радиусе 100 м от нее была ровной. Антенна должна располагаться на расстоянии не менее 400 м от стоянок и не менее 500 м от линий электропередачи. Характер зависимости погрешностей от азимута, реальная форма и размеры рабочей области радиопеленгатора определяются путем его облета. Облет производится при вводе АРП в эксплуатацию и включает определение точности пеленгования по 12 … 14 направлениям на удалениях 40 … 70 км от радиопеленгатора. Основные характеристики типовых АРП ГА представлены в таблице 7.

Наибольшее распространение в гражданской авиации получили радиопеленгаторы АРП-80 и АРП-85 ("Пихта").

Радиопеленгаторы АРП-80 и АРП-85 ("Пихта") относятся к пеленгаторам доплеровского типа. Главной отличительной особенностью пеленгаторов этого

типа является их высокая точность, которая достигается за счет уменьшения погрешностей, обусловленных влиянием отражений от земли и местных предметов.

Таблица 7

Характеристика	АРП-7(6)	АРП-75	АРП-80
Диапазон частот, МГц	118…136	118…136	118…136
Зона обзора в вертикальной плоскости, град	-	38	60
Дальность действия, км: Н = 300 м Н = 1000 м Н = 3000 м Н = 10000 м	- 80 150 -	- 100 180 300	65 120 200 -
Погрешность пеленгования (2), град	6	2	3
Число каналов: рабочих резервных	1(2) -	8 2	1 или 2 1 или 0
Тип индикатора	Стрелочный (ЭЛТ)	стрелочный	Стрелочно-цифровой

3.5 Дальномерные радионавигационные системы

Дальномерные РМС предназначены для точного измерения дальности до фиксированного наземного пункта, в котором установлен ретранслятор дальномера.

Принцип действия дальномерных РНС основан на временном (импульсном) запросном методе измерения дальности. Искомое расстояние определяется по времени запаздывания ответных сигналов наземного ретранслятора (ответчика) относительно момента излучения сигналов запроса, формируемых в самолетных дальномерах (запросчиках).

Сигналы запроса и ответа передаются на разных частотах с использованием отличных друг от друга двухимпульсных интервально-временных кодов. Эта мера позволяет избежать запуска наземного ретранслятора сигналами, отраженными от местных объектов, уменьшить влияние соседних маяков и повысить помехозащищенность канала дальности.

В практике оснащения воздушных трасс и аэродромов дальномерные РМС обычно совмещаются с всенаправленными азимутальными радиомаяками или входят в состав оборудования радиомаячных систем посадки. В первом сочетании образуется угломерно-дальномерная система ближней навигации (РСБН, ВОР/ДМЕ, ТАКАН), во втором - имеется возможность определения удаления от оптимальной точки приземления.

Стандартами ИКАО определяются основные параметры дальномерных РНС:

- дальность действия (если она не ограничивается дальностью прямой видимости) для трассовых ретрансляторов не менее 370 км;

- дальность действия для аэродромных ретрансляторов 95 км;

- погрешность измерения дальности (2_Д), м:

при Д < 148 км 370 м;

при Д > 148 км 0,25% Д;

- погрешность прецизионного ретранслятора систем посадки в

опорной точке (2_Д), м - 30;

- число частотно-кодовых каналов 252;

- пропускная способность, число ВС 100.

3.5.1 Основные характеристики дальномерной системы ДМЕ

Импульсная дальномерная система ДМЕ (Distance Measuring Equipment) рекомендована ИКАО в качестве международной системы для обеспечения полетов ВС ГА [2]. В системе использован принцип измерения дальности "запрос-ответ". С учетом назначения (обеспечение посадки или полета по трассам) в системе могут использоваться ретрансляторы, обладающие различной импульсной мощностью передатчиков - 1, 4 или 16 кВт. Соответствующие этим значения мощности зоны действия показаны на рис. 43. Из него следует, что максимальная дальность действия системы при высоте полета ВС 12000 м характеризуется значениями 160, 270 и 350 км в зависимости от импульсной мощности передатчика ретранслятора. Ретрансляторы мощностью в 1 кВт обеспечивают полеты в зоне аэродрома, а мощностью 4 и 16 кВт - полеты по воздушным трассам.

Аэродромные ретрансляторы обычно используются совместно с системой посадки ИЛС для определения наклонной дальности до точки приземления на ВПП, в силу чего их размещают в точке установки глиссадного радиомаяка ИЛС. Ретрансляторы ДМЕ используются также в системах посадки сантиметрового диапазона. Для обеспечения меньшей погрешности при этом применяется прецизионная система ДМЕ/П.

Трассовые ретрансляторы часто совмещают с всенаправленными фазовыми радиомаяками ВОР. Образующаяся при этом угломерно-дальномерная система ВОР/ДМЕ получила широкое распространение.

Наземные ретрансляторы выпускаются в виде одиночных и сдвоенных комплектов в зависимости от уровня требований к их надежности.

Ретрансляторы, входящие в состав систем посадки, как правило, имеют сдвоенный комплект.

Средняя частота излучаемых ответных сигналов поддерживается постоянной. Кроме того, через каждые 30 … 40 с наземный маяк передает представленные кодом Морзе сигналы звукового опознавания. Эти сигналы имеют вид кодированных пар импульсов и следуют с частотой 1350 Гц. На время передачи сигналов опознавания излучение ответных сигналов дальности прекращается. Время передачи позывных маяка, состоящих из трех букв, не более 5 с.

Ретрансляторы ДМЕ, используемые совместно с системой посадки ИЛС или радиомаяком ВОР, излучают позывные сигналы курсового радиомаяка или радиомаяка ВОР соответственно.

Удвоенная среднеквадратическая погрешность измерения наклонной дальности от ВС до ретранслятора в пределах рабочей области характеризуется значениями

2_Д = 370 м при Д 148 км;

2_Д = 0,25%Д при Д > 148 км.

Погрешность прецизионной системы ДМЕ/П

2_Д = 30 м при Д < 18 км.

Система ДМЕ работает в диапазоне частот 962 … 1213 МГц. Запрос с борта осуществляется на 126 фиксированных частотах f₃. На каждой из несущих частот используются два кода запроса t_К1 = 12 мкс и t_К2 = 36 мкс. Это позволяет сформировать 252 частотно-кодовых канала сигналов запроса дальности. 252 частотно-кодовых канала ответа ретранслятора образуются путем использования 126 несущих частот f_отв = f₃ - 63 МГц при значении t_К1 = 12 мкс и 126 несущих частот f_отв = f₃ + 63 МГц с кодовым интервалом t_К2 = 30 мкс.

При совместном использовании ДМЕ с системами ИЛС и ВОР, работающими в диапазоне 108 … 117,95 МГц осуществляется сопряжение каналов связи ДМЕ с каналами данных систем ИЛС или ДМЕ, при этом используются только 200 частотно-кодовых каналов ДМЕ. Каналы с частотами запроса f₃₁ … f₃₁₆ и f₃₆₀ … f₃₆₉ не используются.

Смена кодов запроса происходит при переходе на 64-ю фиксированную частоту.

Наземный ретранслятор имеет антенную систему высотой 10,5 м. Ширина основного лепестка диаграммы направленности в вертикальной плоскости согласно требований ИКАО - 6. В горизонтальной плоскости антенна ретранслятора всенаправлена.

3.5.2 Принцип функционирования ретранслятора ДМЕ

Принцип работы наземных ретрансляторов ДМЕ (рис.44) заключается в следующем. Они работают в режиме постоянного импульсного заполнения с приоритетом сильных сигналов. Запросные сигналы бортовых дальномеров принимаются приемо-передающей антенной (А) на частоте запроса f_з и представляют собой кодированные пары импульсов. Количество поступающих запросов зависит от числа ВС в зоне действия маяка и может изменяться от0 до 3000 пар в секунду. Принятые запросные сигналы через антенный переключатель (АП) поступают в приемник (ПРМ), где усиливаются и детектируются. С выхода ПРМ запросные сигналы поступают в дешифратор (ДШ), где преобразуются в одиночные импульсы запроса.

Эти импульсы запускают устройство формирования ответов (УФО) и счетчик импульсов (СЧ). Последний осуществляет подсчет поступивших запросов и вырабатывает управляющие сигналы, которые запускают в работу устройство дополнения ответов (УДО) и управляют работой схемы автоматической регулировки усиления приемника (АРУ). Устройство дополнения ответов вырабатывает последовательность импульсных сигналов, число которых может меняться от 0 до 2700 импульсов в секунду. Импульсы УДО поступают в УФО, обеспечивая на его выходе постоянное число ответов, равное 2700 импульсов в секунду. Таким образом, независимо от числа поступивших запросов количество сформированных ответов остается всегда постоянным (постоянное импульсное заполнение). С другой стороны по мере увеличения числа запросов СЧ изменяет управляющее напряжение АРУ и коэффициент усиления приемника, отсеивая слабые (поступившие от ВС, находящихся на больших удалениях) запросные сигналы. С выхода УФО сформированные импульсы ответа поступают в блок задержки (БЗ), где задерживаются на постоянное время Т_о, что необходимо для обеспечения возможности измерения на борту ВС дальностей до ретранслятора_, близких к нулевой. С выхода БЗ импульсы ответа поступают в шифратор (Ш), где преобразуются кодовые ответные пары. С выхода шифратора сигналы поступают на запуск передатчика (ПРД), который формирует высокочастотные ответные сигналы на частоте f_отв. Через АП сигналы ПРД поступают в антенну и излучаются в пространство.

Важнейшей характеристикой ретранслятора ДМЕ является его пропускная способность, т.е. количество воздушных судов, обслуживаемых одновременно. Она характеризуется коэффициентом ответности К_отв, который является отношением числа ответов к числу поступивших запросов. Для ретранслятора ДМЕ значение К_отв устанавливается равным 0,9, что соответствует 100 одновременно обслуживаемым ВС. Стандартами ИКАО этот параметр ретранслятора оговаривается в пределах К_отв ? 0,5…0,7 при максимальном числе ВС не более 100.

В настоящее время отечественной промышленностью разработан наземный ретранслятор РМД-96, полностью соответствующий стандарту ДМЕ/N и имеющий погрешность измерения дальности 2у_д= 75м.

3.6 Угломерно-дальномерные радионавигационные системы (уд рнс)

радиомаяк ретранслятор глиссада навигация

3.6.1 Общая характеристика УД РНС

Угломерно-дальномерные радионавигационные системы работают в диапазонах МВ и ДМВ и поэтому относятся к радиотехническим средствам ближней навигации. Наземное оборудование этих систем, называемое радиомаяками (РМ), устанавливается на воздушных трассах и аэродромах и предназначено для навигационного обеспечения полетов по воздушным трассам, привода ВС в район аэродрома и выхода в зону действия посадочных систем.

Угломерно-дальномерные РНС обеспечивают непосредственное получение информации об азимуте ВС относительно точки установки РМ и о расстоянии от ВС до этой точки. Поэтому такие системы часто называются азимутально-дальномерными. Новейшие поколения бортовой аппаратуры УДС предоставляют возможность измерять не только азимут и дальность до одного РМ, но и дальности до двух РМ (режим 2D). Измерение двух дальностей при определенных условиях позволяет достигнуть более высокой точности определения места ВС.

В гражданской авиации применяются отечественные азимутально-дальномерные системы РСБН (радиотехнические системы ближней навигации). За рубежом используются системы, в состав которых входят всенаправленные маяки семейства VOR и радиодальномеры DME. Эти же системы устанавливаются в отечественных международных аэропортах.

В настоящее время эксплуатируется несколько разновидностей бортового оборудования и наземных РМ системы РСБН: РСБН-4Н, Е-324 и Е-239 в магистральных аэропортах и на воздушных трассах и РСБН-6 и Е-326 на местных воздушных линиях.

Радионавигационная система РСБН позволяет решать следующие задачи воздушной навигации:

- непрерывное автоматическое определение местоположения ВС на борту и опознавание наземных РМ;

- полет по любому прямолинейному и ломаному маршруту как проходящему через точку расположения РМ, так и не проходящему через нее в режиме ручного, директорного или автоматического управления ВС;

- коррекцию автономных систем воздушной навигации.

Система РСБН обладает рядом отличительных особенностей, к числу которых относится прежде всего то, что, помимо решения основных задач воздушной навигации, предполагающих определение координат ВС на борту, она также обеспечивает получение на земле информации о динамической воздушной обстановке в районе установки РМ, т.е. создает информационную базу для управления воздушным движением. С помощью системы РСБН на земле определяют полярные координаты всех ВС, находящихся в зоне ее действия. Системы VOR-DME лишены такой возможности.

Другая важная особенность РСБН состоит в том, что в ней впервые в мировой практике реализованы принципы зональной навигации: она позволяет осуществлять ручное или автоматическое вождение ВС по любой прямолинейной или ломаной траектории, в том числе и по траекториям, не проходящим через точку расположения наземного радиомаяка системы. На первом этапе эксплуатации, длительность которого составляет 20 … 30 лет, системы VOR-DME не предоставляли подобной возможности. Они предназначались для самолетовождения на РМ и от него, т.е. обеспечивали полеты лишь по траекториям, проходящим через точку расположения РМ.

В настоящее время за рубежом разработана бортовая аппаратура зональной навигации, позволяющая осуществлять самолетовождение по произвольным прямолинейным траекториям, в том числе, и не проходящим через точку расположения РМ, с использованием информации УДС VOR-DME.

В нашей стране принципы зональной навигации были реализованы уже в первом поколении систем РСБН в конце 50-х годов. Необходимо заметить, что в состав первых поколений бортовой аппаратуры системы РСБН для осуществления зональной навигации включались специальные бортовые вычислители (счетно-решающие приборы (СРП)). На новых типах ВС, оснащенных бортовыми навигационными и пилотажно-навигационными комплексами цифрового типа, функции СРП возлагаются на эти комплексы; специальных вычислителей в составе РСБН не предусматривается.

Третья особенность системы РСБН состоит в том, что в современных поколениях бортовой аппаратуры наряду с возможностью ручного управления работой предусмотрен автоматический режим управления от БПНК, обеспечивающий включение, установку требуемого номера частотно-кодового канала и контроль работоспособности.

В состав азимутально-дальномерной системы входит наземный азимутально-дальномерный РМ и бортовая аппаратура ВС. В свою очередь, наземный азимутально-дальномерный РМ включает всенаправленный радиомаяк (ВРМ), ретранслятор дальномера (РД), индикатор кругового обзора (ИКО), устанавливаемый на РМ для отображения информации о воздушной обстановке в районе расположения РМ. На КДП устанавливается выносной индикатор кругового обзора (ВИКО) с пультом дистанционного управления, устанавливаемый, выполняющий те же функции, что и ИКО, аппаратуру контрольного выносного пункта (КВП) и РС для связи с самолетами.

В системе РСБН выделяют три функциональных канала:

- канал измерения дальности на борту, называемый дальномерным;

- канал измерения азимута на борту, называемый азимутальным;

-канал измерения координат ВС на земле, получивший название индикаторного.

3.6.2 Принцип действия каналов УД РНС

Дальномерный канал

Измерение дальности на борту осуществляется импульсным методом путем запроса с борта ВС и переизлучения запросных сигналов наземным ретранслятором дальности. При этом для обеспечения высокой надежности функционирования запрос с ВС и ответ с земли осуществляются двухимпульсными кодированными посылками. Функциональная схема канала измерения дальности в системе РСБН аналогична функциональной схеме радиодальномера. В состав РД входит приемник и передатчик с ненаправленными в горизонтальной плоскости антеннами.

Азимутальный канал РСБН включает элементы наземного всенаправленного РМ, в том числе антенную систему, которая обладает высокой направленностью в горизонтальной плоскости и вращается с постоянной скоростью 100 об/мин.Измерение азимута ВС сводится к измерению временного интервала между моментом, когда ось азимутальной антенны проходит северное направление, и моментом, когда она проходит направление на ВС.

Измерение азимута ВС сводится к измерению временного интервала t_б между моментом, когда ось симметрии ДНА азимутальной проходит северное направление, и моментом, когда она проходит направление на ВС (рис.45).

Рис. 45. Схема азимутального канала и временные диаграммы его работы

Через азимутальную антенну излучаются немодулированные колебания Прд 200М (рис.45). Так как антенна вращается, сигнал, принятый на борту ВС, имеет форму двух примыкающих друг к другу импульсов (рис.45, диаграмма 2). На борту из них формируется так называемый азимутальный импульс И _а, передний фронт которого совпадает со средней точкой азимутального сигнала (рис.45, диаграмма 3).

Кроме передатчика Прд 200М и направленной антенны, в состав ВРМ входит так передатчик Прд 20А и ненаправленная антенна. Они предназначены для передачи специальных опорных сигналов, из которых на борту формируется северный опорный сигнал И _о, ось симметрии которого совпадает по времени с моментом, когда ось симметрии ДНА направленной антенны проходит через направление север (рис.45, диаграмма 6). Так как угловая скорость вращения азимутальной антенны постоянна, этот временной интервал будет пропорционален азимуту ВС. Этот временной интервал измеряется на борту, причем шкала измерителя градуируется непосредственно в угловых величинах, отображающих азимут ВС.

Для повышения точности измерения азимута передача северного опорного сигнала производится не одиночным импульсом, а двумя сериями импульсов. Первая серия включает 36 импульсов, а вторая - 35 импульсов за один оборот направленной антенны (рис.45, диаграммы 4 и 5). Импульсы первой серии следуют через 10⁰ угла поворота антенны и используются для грубого определения азимута. Импульсы второй серии совместно с импульсами первой серии позволяют сформировать северный опорный импульс И_0. С этой целью импульсы обеих серий совмещаются друг с другом только один раз за период обращения антенны в момент, когда ось симметрии направленной антенны

ориентирована на север. Поэтому формирования северного сигнала на борту осуществляется путем определения момента совпадения импульсов серии 35 и 36.

Импульсные последовательности И35 и И36 (рис.45) формируются на земле с помощью дисков Д35 и Д36, имеющих магнитные вставки и закрепленными на оси вращения направленной антенны, а также индукционных катушек, установленных на неподвижном основании. При вращении антенны магнитные вставки возбуждают в катушках импульсы, из которых формируются двухимпульсные кодовые последовательности, подводимые к передатчику Прд 20А и излучаемые ненаправленной антенной. Сигналы ВРМ принимаются на борту ВС приемником АДПК, и после усиления и преобразования поступают в блок измерения и обработки БИО. Измерение временного интервала между северным опорным и азимутальным сигналами осуществляется двухшкальным методом, причем вначале определяется число десятиградусных импульсов серии “36”, а затем интервал между последним десятиградусным и азимутальным импульсами. Результаты измерений отображаются на индикаторах и на некоторых типах ВС могут подаваться в навигационное вычислительное устройство НВУ.

Индикаторный канал

Позволяет определять на земле и отображать на экране ИКО полярные координаты ВС, оснащенных бортовым оборудованием РСБН. Координаты ВС определяют методом вторичной радиолокации путем использования основных элементов азимутального ВРМ, ретранслятора дальномера и бортового оборудования ВС. Принцип измерения состоит в излучении наземным передатчиком зондирующих импульсов (запрос индикации), ретрансляции этих импульсов бортовым оборудованием РСБН и приеме их на земле. Измеряя время задержки принятого сигнала, определяют расстояние от РМ до ВС, а фиксируя угловое положение оси ДНА в момент прихода ответного сигнала, находят азимут ВС.

Индикаторный канал (рис.46) работает независимо от азимутального и дальномерного каналов, обеспечивающих измерение азимута и дальности на борту. Независимость обеспечивается использованием в этом канале трехимпульсных кодовых посылок (для измерения на борту используются двух импульсные коды). Датчиком импульсов запроса являются магнитные вставки, закрепленные на диске, установленном на оси вращения направленной антенны через каждые 2⁰ угла поворота (рис.46). С помощью этих датчиков осуществляется запуск схемы формирования напряжения развертки, управляющего радиальным движением луча на экране ИКО. Принятый с ВС ответный сигнал в дешифраторе ДУ радиомаяка (рис.46) преобразуется в одиночный импульс, который отображается на линии развертки ИКО в виде яркостной отметки (рис.47, б).

Рис. 46. Схема индикаторного канала РСБН

(а) оборудование РМ, (б) бортовое оборудование РСБН

Расстояние этой отметки от центра экрана пропорционально дальности до ВС, а угловое положение линии развертки с соответствующей отметкой характеризует его азимут. Индукционный датчик, управляемый магнитными вставками “180”, формирует запускающие импульсы, из которых в Прд1,с помощью шифратора Ш, формируются трехимпульсные посылки запроса индикации (рис.47, а7).



Они ретранслируются самолетным приемником АДПК и передатчиком СЗД. В процессе ретрансляции производиться декодирование принятых сигналов в ДУ и кодирование излучаемых сигналов “ответ индикации” в КУ бортового оборудования. Запросные сигналы излучаются с земли ненаправленной антенной Прд1 через каждые 2⁰ угла поворота направленной антенны (рис.47, а1). Из всей совокупности принятых на борту 180 импульсов за один оборот направленной антенны с помощью блока ВИЗ (выделения импульсов запроса) выделяется один импульс, принимаемый в тот момент, когда направленная антенна ориентирована по азимуту на ВС. Выделение этого импульса

осуществляется схемой совпадения, на которую подаются двухградусные импульсы запроса индикации и азимутальный импульс (рис.47, а4). Выделенный таким образом импульс (первый двухградусный после азимутального импульса) преобразуется в шифраторе (КУ на борту ВС) в трехимпульсную посылку для ИКО. Предусмотрена возможность опознавания отметок ВС на ИКО. Для этой цели диспетчер производит запрос по радиоканалу МВ, в ответ экипаж нажимает кнопку “О” (опознавание). При этом включается блок задержки ЛЗ и бортовой передатчик СЗД излучает две кодовые посылки - основную и задержанную на определенное время. На линии развертки ИКО отображаются две отметки, смещенные друг относительно друга по дальности, что позволяет диспетчеру выделить отметку отвечающего ВС из всей совокупности отметок на ИКО.

В табл. 8 приведены основные ЭТХ отечественных радиосистем ближней навигации:

Таблица 8

ЭТХ	РСБН-2Н	РСБН-4Н	РСБН-6Н
Дальность действия (км), на высотах: Н = 10000 м Н = 5000 м	350 250	350 250	150 - -
Зона действия РМ по углу места, град	0…45	0…45	0…45
Погрешность измерения (2) номинальная (в неблагоприятных условиях): азимута, град дальности, м	0,25+4/D (км) (до 1…1,6) 200+0,03%D (до 1000…1800)	3 600
Точность индикаторного канала (2): по азимуту, град по дальности, км	1,5	1,5	1,5
	2 (на масштабе 100 км) 6 (на масштабе 400 км)
Пропускная способность, число ВС: канал азимута канал дальности	не ограничена
	100	100	100
Число частотно-кодовых каналов	40	88	176

3.7 Всенаправленные радиомаяки

Всенаправленные РМ предназначаются для привода ВС на аэродромы и для самолетовождения по воздушным трассам. Они устанавливаются на аэродромах и в определенных точках воздушных трасс, в первую очередь в районах с высокой интенсивностью воздушного движения, в интересах обеспечения безопасности и эффективности полетов в качестве стандартной международной системы.

Всенаправленные РМ (ВРМ) получили широкое распространение за рубежом. Их устанавливают также в международных аэропортах и на воздушных трассах СНГ, выделенных для полетов ВС зарубежных авиакомпаний. ВРМ обеспечивают определение магнитного азимута ВС, называемого также магнитным пеленгом ВС, относительно точки расположения РМ. Информация об азимутах ВС, измеренных по двум разнесенным РМ, позволяет определить место ВС, однако основное назначение ВРМ - обеспечение полета воздушного судна на радиомаяк и от радиомаяка.

Информация, получаемая с помощью РМ, отображается на борту в виде магнитного пеленга РМ, связанного с азимутом ВС следующей зависимостью:

МПР = А 180 + ,

где - поправка на схождение меридианов, знак “+” требуется для 0 A 180, знак “ - “ при 180 A 360.

Азимут используется для определения КУР, МПР, МК (рис.48).

Рис. 48. Величины, измеряемые с помощью ВРМ

Величины КУР, МРП и МК отображаются на радиомагнитном индикаторе, входящем в состав навигационно-посадочного оборудования "Курс-МП".

Всенаправленные радиомаяки обеспечивают самолетовождение по линиям равных пеленгов ВС, представляющим собой прямолинейные ортодромические траектории, проходящие через точку расположения РМ. Антенны РМ всегда ориентируются по магнитному меридиану.

В гражданской авиации находят применение несколько разновидностей ВРМ типа VOR (very high freguency omnidirectional range beacon). Радиомаяки могут применяться автономно или совместно с дальномерной системой DME (Distance measuring eguipment).

Основные эксплуатационно-технические характеристики ВРМ всех типов (за исключением точности) одинаковы и соответствуют нормам ИКАО. Они работают в диапазоне 108 … 118 МГц, в котором формируется 200 частотных каналов с разносом частот 50 кГц. При этом 160 каналов отводится для работы ВРМ, 40 - для работы курсовых РМ (КРМ) систем посадки самолетов.

...