Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М.Ф. Решетнева»

(СибГАУ)

ФАКУЛЬТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ И ТАМОЖЕННОГО ДЕЛА

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 162500.62 - ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСИСТЕМ И ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ КАФЕДРА ПНК

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Разработка прибора контроля работоспособности курсового радиомаяка ILS

Студент ( Р.С.Пашков )

Руководитель (В. М. Мусонов)

Нормоконтроль (В. М. Мусонов)

Допускается к защите

Зав. кафедрой ( А.В. Кацура)

Красноярск 2016 г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М. Ф. Решетнева»

(СибГАУ)

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой______________________

«______»_________________ 20___г.

ЗАДАНИЕ

на выполнение выпускной квалификационной работы (ВКР)

Студенту__Пашкову Р.С. группы__БАП11-01_ специальности__162500.62__

1. Тема ВКР:Разработка прибора контроля работоспособности курсового радиомаяка ILS

2. Утверждена приказом по университету№___от___________20__г.

3. Срок сдачи студентом первого варианта ВКР ________________

4. Срок сдачи студентом законченного ВКР ___________________

5. Исходные данные ___________

_______________________________________________________________________________________________________________________________

6. Содержание (перечень вопросов подлежащих разработке в ВКР) _____________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Перечень графического материала с указанием обязательных чертежей ______________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________

Нормоконтроль

Дата выдачи задания «____» _________ 20___г.

Подпись научного руководителя _____________________

Задание принял к исполнению дата «____» ____________ 20___г.

Подпись студента ___________________

КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК

работы над проектом на весь период проектирования

(с указанием сроков выполнения и трудоемкости отдельных этапов)

№	Содержание этапов проектирования	Трудоемкость в %	Срок выполнения
	Подготовительная часть:
1	Сбор необходимой технической и технологической информации	20	01.09.15-20.11.15
2	Техническое обоснование	10	23.11.15-30.11.15
3	Анализ технического задания	10	01.12.15-07.12.15
	Проектная часть:
4	Разработка графической части системы	20	07.12.15-21.12.15
5	Оформление пояснительной записки	15	21.12.15-29.12.15
6	Оформление графической части и пояснительной записки	20	30.12.15-18.01.16
7	Компоновка материала и запись на информационной носитель	5	25.01.16-05.02.16

Оглавление

Аннотация

Введение

Глава 1 .Виды систем посадки

1.1 Каналы навигации VOR, PVOR и DVOR.

Глава 2. Принцип действия и структура сигналов канала посадки ILS

2.1 Наземное оборудование

Глава 3. Бортовое оборудование

3.1 Аппаратура проверки бортового оборудования

3.2 Аппаратура контроля работоспособности курсового радиомаяка.

3.3 Использование

Специальная часть

Заключение

Аннотация

Автор работы студент Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Пашков Роман Сергеевич

Предмет исследования - Радиомаячная система посадки самолетов

Объект исследования - Контрольный приемник

Цель исследования - разработка прибора для контроля работоспособности курсового радиомаяка ILS.

Цель исследования может быть достигнута при решении следующих поставленных вопросов:

· Изучением РМСП

· Изучением бортового оборудования посадки

· Анализом существующей аппаратуры контроля курсового радиомаяка

В ходе научного исследования использована следующая методология:

· Логический метод - синтез, обработка, анализ, сравнение различных данных и источников;

· Метод сопоставления данных;

· Практический подход.

Объем выпускной квалификационной работы составляет 67 страниц и включает; вводную часть, две главы и перечень использованной литературы.

Введение

Назначение радиотехнических систем посадки в общем виде можно сформулировать следующим образом. С помощью системы посадки ЛА должен быть выведен с высокой вероятностью успешного решения задачи в некоторую ограниченную по размерам область пространства и при этом должны быть достигнуты определенная скорость и направление движения ЛА в пространстве.

Успех захода на посадку и посадки зависят от ряда факторов и их сочетаний, меняющихся случайным образом. Поэтому его исход носит вероятностный характер. При этом предъявляются весьма жесткие требования к надежности выполнения посадочных операций и по допустимому разбросу значений определяемых параметров движения ЛА на посадке. В частности, для наиболее совершенных систем посадки вероятности выхода ЛА за пределы допустимой области значений координат и скорости в определенной точке траектории (например, у порога ВПП) не должны превышать 10 ^-7.

В зависимости от используемого оборудования и принципов действия различают следующие системы посадки:

упрощенные системы посадки (ОСП - оборудование системы посадки);

радиолокационные системы посадки (РСП);

радиомаячные системы посадки (РМСП).

В свою очередь, в зависимости от используемого диапазона волн, радиомаячные системы посадки подразделяются на РМСП диапазонов метровых волн (MB), дециметровых волн (ДМВ) и сантиметровых волн (СМВ).

Глава 1. Виды систем посадки

Упрощенные системы посадки обеспечивают вывод ЛА на аэродром, выполнение предпосадочного маневра и определение места ЛА в двух фиксированных точках траектории посадки. Систему ОСП устанавливают обычно на некатегорированных аэродромах. Наземное оборудование включает дальний и ближний приводные радиомаркерные пункты (ДПРМ и БПРМ), оснащенные дальней и ближней приводными аэродромными радиостанциями (ПРС) и маркерными радиомаяками (МРМ). Дальний и ближний радиомаркерные пункты устанавливают на расстояниях соответственно 4000±200 м и 1050±150 м от порога ВПП. Дальний МРМ обеспечивает экипажу контроль высоты полета, расстояния до точки приземления и готовности бортовых систем к обеспечению полета на конечном этапе захода на посадку. Ближний МРМ предназначен для информирования экипажа о близости визуального этапа посадки. В качестве маркерных радиомаяков могут быть установлены МРМ-48, МРМ-70, МРМ-В, РММ-95. ПРС используются для привода самолетов в район аэродрома, построения траектории предпосадочного маневра и посадки. Дальняя и ближняя ПРС различаются структурой сигналов опознавания: дальним ПАР назначается двухбуквенный, а ближним - однобуквенный позывные сигналы. Приводные аэродромные радиостанции - ПАР-9, ПАР-10, РМП-200. Аэродромы оборудуют, кроме того, светосигнальными системами, автоматическими радиопеленгаторами (АРП) МВ-ДМВ диапазонов и обзорными радиолокаторами (ОРЛ). Расположение наземного радиотехнического оборудования в районе аэродрома показано на рис. 1.2.



Рис. 1. Схема размещения оборудования системы ОСП

Бортовое оборудование состоит из автоматического радиокомпаса (АРК-15М, АРК-22, АРК-25), радиовысотомера (А-031, А-035, А-037, А-041, А-052, А-053), маркерного радиоприемника (МРП-66, А-611), измерителя скорости (ДИСС-7, ДИСС-013, ДИСС-016, ШО-13, система ДВС). Посадка по системе ОСП может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режимах.

Радиолокационные системы посадки позволяют на земле определять положение ЛА относительно требуемой траектории снижения и удаление ЛА от точки приземления. Они используются для наземного контроля процесса захода на посадку и, в случае необходимости, передачи на борт с помощью систем воздушной радиосвязи указаний о коррекции траектории. РСП предназначены для посадки самолетов, не имеющих специального посадочного оборудования, снабженных обычными связными радиостанциями и навигационными приборами, в сложных метеоусловиях днем и ночью. В состав системы входят обзорный и диспетчерский радиолокаторы. Обзорный радиолокатор используется для непрерывного наблюдения за общей воздушной обстановкой в районе аэродрома в радиусе 70…80 км и управления движением самолетов на подходах к аэродрому и в процессе их захода в зоне ожидания. Диспетчерский радиолокатор используется для наблюдения за воздушной обстановкой в радиусе 30…50 км от аэродрома и для контроля за летным полем. Для определения отклонения ЛА от траектории посадки в системе РСП применяется посадочный радиолокатор. В систему РСП входят также радиопеленгаторы и средства радиосвязи. Основное оборудование радиолокационной системы посадки устанавливается на расстоянии 150…200 м от оси ВПП, не ближе 750 м от начала ВПП и не далее ±200 м относительно центра ВПП. В настоящее время используются радиолокационные системы посадки типа РСП-6, РСП-11.

Радиомаячные системы посадки обеспечивают задание линии планирования самолета с помощью наземных радиомаяков при выполнении посадки. Информация об отклонениях от линии планирования поступает на приборы летчиков. Наземные радиомаяки формируют в пространстве две плоскости (рис. 1.3) курса и планирования (глиссады), пересечение которых определяет линию планирования (глиссаду).

Рис. 2. Принцип задания глиссады

Управление ЛА осуществляется в пределах секторов вокруг глиссады планирования, горизонтальные и вертикальные размеры которых примерно равны ±4 и ±1 соответственно. Угол планирования (угол глиссады) при выполнении посадки выдерживается постоянным и равен примерно 3.

Кроме радиомаячного оборудования, предназначенного для задания в пространстве линии планирования, в состав РМСП может входить радиотехническое и светотехническое оборудование, образующее упрощенную систему посадки, а также диспетчерское оборудование. Радиотехнические средства упрощенной системы посадки используются для привода самолетов в район аэродрома, облегчения расчета и маневра при заходе на посадку, дополнительного контроля за правильностью снижения самолетов по линии планирования и обеспечения расчета и захода на посадку самолетов, оборудованных только аппаратурой для посадки по упрощенной системе, а также как резервные посадочные средства.

С помощью диспетчерского оборудования группа руководства полетами осуществляет наблюдение за воздушной обстановкой, управление и контроль за движением самолетов в районе аэродрома.

По используемому частотному диапазону различают:

системы посадки сантиметрового диапазона (угломерный канал - 5030…5091 МГц, дальномерный канал - 960…1215 МГц);

системы посадки дециметрового диапазона (курсовой канал - 905,1…932,4 МГц, глиссадный канал - 939,6…966 МГц, дальномерный канал: направление самолет-земля - 772…808 МГц, направление земля-самолет - 939,6…966,9 МГц);

системы посадки метрового диапазона (курсовой канал - 108…112 МГц, глиссадный канал - 329…335 МГц, маркерный канал - 75 МГц).

Системы посадки диапазона СМВ предназначены для определения пространственных координат ЛА в определенной области пространства (обычно эта область охватывает сектор ±40° относительно оси ВПП в горизонтальной плоскости и сектор 1...15 в вертикальной) и для обеспечения полета по любой криволинейной четырехмерной пространственно-временной траектории посадки. Это свойство позволяет повысить пропускную способность аэродрома на 10…15 % и открывает возможность обхода густонаселенных жилых районов. РМСП СМВ может обеспечивать вывод ЛА на траекторию посадки, взлет, уход на второй круг и автоматическую передачу на борт требуемой для посадки технической и метеорологической информации. Несмотря на определенные преимущества перед другими СП, система широкого распространения в нашей стране пока не получила. В состав наземного оборудования РМСП СМВ могут входить азимутальный, угломестный и дальномерный радиомаяки, в расширенной комплектации дополнительно включаются азимутальный радиомаяк обратного азимута и угломестный радиомаяк выравнивания. Примером бортовой аппаратуры микроволновой системы посадки является MLS-85.

Радиомаяки системы посадки диапазона ДМВ позволяют задавать прямолинейную пространственную траекторию захода на посадку и определять текущее положение ЛА относительно нее. Кроме угловых отклонений от линии глиссады система позволяет непрерывно измерять дальность до ВПП. Основой современного наземного радиооборудования РМСП ДМВ является посадочная радиомаячная группа ПРМГ-5 или ПРМГ-76, состоящая из дальномерно-курсового и глиссадного радиомаяков. Дециметровая система посадки является составной частью отечественной навигационной системы РСБН и выделение посадочной информации на ЛА осуществляется бортовым оборудованием РСБН.

Радиомаячное оборудование системы посадки диапазона МВ обеспечивает непрерывное получение на борту ЛА следующей информации:

о положении ЛА относительно плоскости посадочного курса по каналу курса;

о положении ЛА относительно плоскости планирования (глиссады) по каналу глиссады;

о расстоянии до начала ВПП по маркерному каналу.

В состав радиомаячного оборудования входят:

курсовой радиомаяк (КРМ);

глиссадный радиомаяк (ГРМ);

маркерные радиомаяки (МРМ).

Расположение радиомаяков в районе аэродрома показано на рис. 3. КРМ устанавливается на продолжении оси ВПП со стороны, противоположной направлению посадки, на расстоянии 500…1200 м. Минимальное удаление КРМ от конца ВПП обусловлено высотой оборудования и требованиями безопасности при пролете самолетов над препятствиями. Максимальное удаление определено параметрами диаграммы направленности антенной системы. Основным вариантом размещения антенны КРМ следует считать расстояние 1100±100 м от конца ВПП.

ГРМ, из соображений безопасности посадки, также выносится в сторону от оси ВПП на расстояние 120…180 м и устанавливается на расстоянии 215…430 м от порога ВПП со стороны направления посадки. Расстояние от порога ВПП зависит от выбранного угла планирования. При выборе угла планирования равном 240 расстояние должно быть 320±60 м. МРМ самостоятельно или в составе радиомаркерных пунктов (ДПРМ и БПРМ) устанавливаются на расстоянии 4000±200 м и 1050±150 м от порога ВПП соответственно.

Рис. 3. Схема размещения оборудования РМСП МВ

На аэродромах со сложным рельефом местности перед порогом ВПП в состав РМСП может дополнительно входить внутренний МРМ (ВнМРМ), предназначаемый для информирования экипажа о близости порога ВПП. Он должен размещаться на расстоянии 75….450 м от порога ВПП и не более чем на ±30 м смещен от ее оси.

На аэродромах со сложным рельефом местности в зоне захода на посадку или с другими особенностями в состав РМСП может быть включен, кроме того, еще и дополнительный внешний МРМ (ВМРМ), размещаемый на расстоянии до 11 км от порога ВПП.

Стандарты ICAO предусматривают необходимость использования двух приводных радиомаркерных пунктов, называемых внешним (дальним) ВПРМ и средним СПРМ, и возможность, в случае необходимости, установки третьего, внутреннего (ближнего), маркерного радиомаяка (ВнМРМ). Схема размещения РТС посадки по стандартам ICAO приведена на рис. 4.

Рис.4. Схема размещения оборудования РМСП МВ по стандартам ICAO

Внешний радиомаркерный пункт располагается на удалении 7200 м от порога ВПП, средний - на удалении 1050±150 м, а внутренний - на удалении 75...150 м. Средний радиомаркерный пункт предназначен для информирования экипажа о приближении к точке начала визуального наведения, внутренний радиомаяк - для обозначения момента пролета высоты принятия решения.

Антенная система КРМ устанавливается на осевой линии ВПП у противоположного торца на удалении, не превышающем 1150 м и обеспечивающем безопасную высоту пролета над препятствием. Расстояние от антенной системы ГРМ до порога ВПП выбирается таким, чтобы высота опорной точки траектории посадки (точки глиссады или продолженной глиссады, расположенной на оси ВПП над ее порогом), была равной м. Оно зависит от номинального угла наклона глиссады, уклонов местности и других факторов. Боковое смещение антенны ГРМ выбирают из условия обеспечения минимальной высоты пролета над препятствиями, и оно не превышает 180 м.

Современные отечественные системы посадки разрабатываются и устанавливаются согласно требований, предъявляемых ICAO.

В случае если противоположные направления захода на посадку на данную ВПП обслуживаются различными системами посадки, обеспечивается возможность функционирования только одной из них и блокировка другой.

Международная организация ICAO стандартизовала и классифицировала радиотехнические системы посадки по эксплуатационным характеристикам. В основу этой классификации, которая принята также в нашей стране, положена возможность обеспечения захода на посадку самолетов при определенных метеорологических условиях. Одним из основных показателей является высота принятия решения (ВПР) - это высота полета ЛА, на которой командир экипажа должен принять решение о посадке или о необходимости ухода на второй круг.

Радиомаячные системы посадки метрового диапазона волн соответствуют классификации ICAO. Различают системы I, II и III (А, В, С) категорий эксплуатационных характеристик:

система I категории обеспечивает управление самолетом при заходе на посадку до ВПР 60 м при визуальной видимости на ВПП не менее 800 м (наземное оборудование СП-50М, СП-90М);

система II категории обеспечивает управление самолетом при заходе на посадку до ВПР 30 м при визуальной видимости на ВПП не менее 400 м (наземное оборудование СП-68, СП-75, СП-90Н);

системы III категории предназначены для посадки с приземлением при значительном ограничении или отсутствии видимости земли, т.е. ВПР равна нулю (наземное оборудование СП-70, СП-80, СП-90).

Регламентированы три группы РМСП III категории, обеспечивающие посадку при визуальной видимости на ВПП:

система категории III А - 200 м;

система категории III В - 50 м;

система категории III С - при полном отсутствии видимости.

Таким образом, РМСП I, II, III категорий обеспечивают данные для управления самолетом от границ зоны действия до точки, расположенной на глиссаде на высоте соответственно 60, 30, 0 м над горизонтальной плоскостью, включающей ВПП.

В РМСП МВ предусмотрено опознавание аэродрома, с этой целью с сигналом курсового радиомаяка предаются позывные, присвоенные данному аэродрому.

Выделение посадочной информации системы диапазона МВ выполняет навигационно-посадочное оборудование угломерной системы VOR (см. п.1.1.1. При необходимости на борту ЛА устанавливается только посадочное оборудование ОСЬ-1, ILS-02, ILS-85.

1.1 Каналы навигации VOR, PVOR и DVOR

Канал VOR

Радиомаяки VOR имеют две передающие антенны:

ненаправленную антенну А₁ с диаграммой направленности (ДНА) в горизонтальной плоскости ;

направленную антенну А₂ с диаграммой направленности в горизонтальной плоскости .

В любом азимутальном направлении значение диаграммы направленности А₂характеризуется величиной

.

Антенна А₁ создает поле с напряженностью

(1.)

с амплитудой .

Антенна А₂ в любом азимутальном направлении создает поле

(2)

с амплитудой . (3)

Обычно для радиомаяков VOR выполняется условие .

Диаграммы излучения антенн радиомаяка VOR показаны на рис. 5(а).

Высокочастотные сигналы формируются одним передатчиком и излучаются антеннами, имеющими общий фазовый центр. При сложении полей в пространстве образуется суммарное поле всенаправленного РМ (рис. 5(б))

.



Рис. 5. Диаграммы излучения антенн радиомаяка VOR

С учетом выражений (1.2) и (1.3) величину суммарного поля можно выразить

. (4)

Диаграмма направленности А₂ вращается в горизонтальной плоскости с угловой скоростью

,

где n - частота вращения ДНА в минуту.

Длительность одного оборота Т равна периоду вращения, , а частота . Частота вращения в VOR составляет n=1800 об/мин (F=30 Гц).

Положение диаграммы направленности А₂ (положение ее максимумов) - функция времени . Вращение антенны вызовет периодическое изменение суммарного поля. Обозначим отношение амплитуд и, подставив в (1.4) значения и , получим

. (5)

В результате образуется поле с глубиной амплитудной модуляции , частотой модуляции и фазой огибающей, зависящей от азимута . Колебания, принимаемые бортовым приемником, можно представить выражением

, (6)

гдеК - коэффициент, учитывающий ослабление.

После усиления и детектирования можно выделить напряжение низкой частоты

, (7)

фаза которого содержит информацию об азимуте самолета :

. (8)

Для выделения этой информации на борту ЛА необходимо иметь опорное колебание, несущее информацию о мгновенном положении ДНА. Эта информация должна быть заложена в фазе опорного колебания

с текущим значением фазы

(9)

соответствующим угловому положению ДНА в данный момент времени t.

При наличии на борту ЛА такого опорного напряжения можно определить азимут ЛА как разность фаз опорного и азимутального сигналов (8) и (9):

.

Для работы бортового измерителя необходим опорный сигнал, причем одинаковый для всех ЛА. Этот сигнал необходимо передавать по отдельному каналу связи. В целях сокращения частотных каналов связи опорный сигнал в этих системах передают на той же несущей частоте , что и азимутальный. Разделение азимутального и опорного сигналов по каналам происходит на приемной стороне методом частотной селекции продетектированного по амплитуде комбинированного сигнала. Такая возможность появляется при использовании для передачи опорного сигнала двойной амплитудно-частотной модуляции.

Канал PVOR

PVOR. Система РVOR явилась дальнейшим развитием системы VOR с целью повышения точности азимутальных измерений. Точность фазовых измерений можно повысить за счет увеличения частоты сравниваемых колебаний. Однако увеличение частоты азимутального и опорного сигналов приводит к необходимости повышения частоты вращения направленной антенны, в противном случае возникает неоднозначность измерений азимута. Увеличение же частоты вращения антенн связано с конструктивными проблемами.

Для повышения точности измерения в системе PVOR используется двухканальный метод измерения азимута. Два канала, грубый и точный, предназначены для решения задач однозначности и точного измерения фазы соответственно.

Антенная система радиомаяка PVOR (рис. 6(а)) состоит из центральной антенны А₁, представляющей собой вертикальный вибратор, и двух вращающихся вокруг своей оси коаксиальных цилиндров А₂и А₃.

Цилиндры выполнены из радиопрозрачного материала и вращаются синхронно с частотой 15 Гц. Вдоль одной из образующих внутреннего цилиндра А₂ расположен один пассивный отражающий элемент (рефлектор). Центральная антенна питается импульсно-модулированными колебаниями несущей частоты с постоянным коэффициентом заполнения. Система, состоящая из центрального вибратора А₁ и цилиндра А₂, имеет ДН типа «кардиоида», в которой максимум излучения направлен на север в тот момент времени, когда рефлектор располагается в южном направлении. Повышение точности измерения азимута достигается применением многолепестковых ДНА. Для получения такой ДН на внешнем вращающемся цилиндре А₃ устанавливается 9 рефлекторов, которые располагаются вдоль образующих на равных расстояниях друг от друга (через 40).

Применение многолепестковых ДН теоретически должно приводить к уменьшению погрешностей, обусловленных переотраженными сигналами, вК раз, где К - число лепестков. Однако при большом количестве лепестков возникает проблема с разрешением неоднозначности определения азимута. С учетом всех факторов, влияющих на точность измерения азимута, погрешность в грубом канале в условиях сильно пересеченной местности может достигнуть значения 20. В связи с указанными причинами количество лепестков выбирается равным 9.



Рис. 6. Антенная система PVOR:

а) конструкция антенной системы; б) ДНА в горизонтальной плоскости

При вращении внешнего цилиндра А₃ синхронно с внутренним А₂ на основную модуляцию (15 Гц) накладывается девятая гармоника колебаний, имеющая частоту 135 Гц. На частоте 135 Гц производится уточнение азимута (точный канал).

Диаграмма направленности системы (рис. 1.10(б)) представляет собой кардиоиду (ДНА грубого канала), на которую наложена периодическая функция азимутального угла, имеющая 9 периодов, каждый из которых равен 40 (ДНА точного канала). Диаграмма вращается в горизонтальной плоскости с частотой 15 Гц.

Распределение интенсивности излучения в азимутальной плоскости в радиомаяках PVOR

, (10)

где - численные коэффициенты, характеризующие глубину АМ на соответствующих частотах модуляции; К- число максимумов используемой функции направленности.

При такой диаграмме направленности уровень излучения в любом азимутальном направлении (рис. 7) характеризуется величиной

. (11)

Диаграмма излучения вращается в горизонтальной плоскости с угловой скоростью и занимает угловое положение . (12)

Наличие вращения антенны позволяет сформировать азимутальный сигнал

. (13)

Подставив в выражение (13) выражения (12) и (11) получим

. (14)

Рис. 7. Измерение азимута в системе PVOR

После приема, усиления и детектирования азимутального сигнала в бортовом оборудовании, можно выделить низкочастотное напряжение

. (15)

Выражение можно упростить, представив

где - фаза азимутального сигнала грубого канала;

- фаза азимутального сигнала точного канала.

Это напряжение содержит информацию о частоте вращения ДНА (частоте грубого канала)

,

откуда . При n=900 об/мин F_Г=15 Гц.

Напряжение содержит также информацию о частоте точного канала

, где .

Через центральную антенну А₁ излучается сигнал, содержащий опорные колебания. Опорные сигналы для грубого и точного каналов передаются посредством импульсно-кодовой модуляции.

Передатчик радиомаяка PVOR работает в импульсном режиме. Каждый сигнал передатчика представляет группу из двух импульсов длительностью по 3,2 мкс с постоянным интервалом между ними, равным 12 мкс. Сигналы радиомаяка, за исключением сигналов опорного напряжения, имеют случайное распределение во времени. Количество хаотически следующих во времени сигналов равно 2700 импульсов в секунду или 180 за один оборот антенны.

Опорные сигналы грубого измерения передаются один раз за один оборот антенны, когда максимум излучения проходит через северное направление. Северный опорный сигнал представляет последовательность двенадцати пар импульсов, следующих одна за другой с постоянным интервалом 30 мкс. Следовательно, для грубого измерения передается в секунду пар импульсов.

Канал DVOR

Сигналы от антенн А_Ци А_Б принимаются бортовым оборудованием в удаленной точке с азимутом . Боковая антенна вращается по окружности радиуса R с угловой скоростью

,

где n - частота вращения антенны в минутах.

Линейная скорость вращения антенны . тогда радиальная составляющая скорости по направлению

. (16)

Рис. 8. Использование эффекта Доплера в DVOR

Текущее угловое положение боковой антенны . Когда , антенна находится на начальной линии отсчета. С учетом (1.30) радиальная скорость

. (17)

При приеме колебаний от вращающейся боковой антенны А_Б в точке приема возникает доплеровский сдвиг частоты

.

С учетом выражения (17)

. (18)

Обозначим = , тогда

. (19)

Из выражения (19) видно, что доплеровский сдвиг частоты , полученный в результате вращения боковой антенны, связан с азимутом летательного аппарата .

Принимая такой сигнал на ЛА, можно выделить рабочее напряжение вида

,

фаза которого зависит от азимута.

Через центральную антенну А_Ц, на борт ЛА передается опорное напряжение вида

,

фаза которого не зависит от азимута. При сравнении фазы опорного и переменного сигнала в бортовом оборудовании определяется азимут самолета.

Основное преимущество доплеровских радиомаяков по сравнению со стандартными радиомаяками VOR - высокая эффективность подавления влияния местных предметов на точность работы. Для эффективного подавления радиус вращения антенн R должен быть относительно большим и составлять , а скорость пеленгования должна сохраняться высокой, что требует большой частоты вращения. По этим причинам в современных системах DVOR вместо вращающихся антенн устанавливают неподвижные антенные решетки, состоящие из большого числа антенн, расположенных по окружности, и применяют механическую или электронную коммутацию антенн. При этом формат сигналов доплеровских радиомаяков DVOR стремятся выбрать одинаковым с радиомаяками VOR, чтобы иметь возможность приема их на самолете с помощью однотипной бортовой аппаратуры без какой-либо доработки или замены.

Антенная система радиомаяка DVOR (рис. 9) состоит из большого числа, например пятидесяти, вибраторов В₁…В₅₀, размещенных равномерно по окружности радиусом R. Противоположные вибраторы, например В₁ и В₂₆, питают токами с частотами , где - несущая частота, - частота, равная поднесущей частоте системы VOR 9960 Гц. Поочередное подключение пар вибраторов к источникам высокой частоты имитирует их вращение по окружности с частотой вращения .



Рис. 9. Антенная система радиомаяка DVOR

Принимаемые на борту ЛА колебания в связи с наличием доплеровского сдвига имеют частоты , т.е. колебания промодулированы по частоте с девиацией частоты

.

Через центральную антенну излучается опорный сигнал, представляющий собой амплитудно-модулированные колебания

.

результате сложения полей центральной антенны и боковых вибраторов в точке приема образуется сигнал

, (20)

где - индекс частной модуляции.

Из выражения (20) видно, что данный сигнал по структуре идентичен сигналу стандартного VOR. Отличие обработки сигнала радиомаяка DVOR заключается в том, что азимутальный сигнал (сигнал переменной фазы) передается по ЧМ каналу и выделяется фильтром,а опорный сигнал передается по АМ каналу и выделяется в ботовом оборудовании.

Погрешность определения азимута в системе DVOR составляет примерно 0,5.

Практически полностью удалось исключить влияние рельефа местности на точность канала азимута при разработке прецизионной системы PDVOR (PrecisionDoppler VOR). В наземных радиомаяках этой системы сигнал опорной фазы передается с помощью частотной модуляции вспомогательной поднесущей частоты .

Преимущества системы PDVOR могут быть реализованы только при помощи специального бортового оборудования. Стандартный приемник VOR работает с радиомаяками PDVOR так же, как и с радиомаяками DVOR. Для этого в спектре сигнала PDVOR сохранены составляющие, соответствующие опорному сигналу DVOR.

Глава 2. Принцип действия и структура сигналов канала посадки ILS

КРМ и ГРМ систем типа ILS имеют одинаковый принцип работы и работают как равносигнальные маяки. В связи с этим принцип действия системы рассмотрим на примере курсовых радиомаяков системы посадки ILS.

2.1 Наземное оборудование

сигнал канал курсовой радиомаяк

Равносигнальные маяки. В пространстве эти маяки создают высокочастотное электромагнитное поле, одновременно промодулированное по амплитуде двумя различными частотами. На задаваемом маяком направлении (курс посадки) коэффициенты модуляции для этих частот одинаковы (рис. 10). При отклонении от этого направления коэффициенты модуляции оказываются неравными, причем, чем больше отклонение, тем больше разница коэффициентов модуляции, а при отклонении в различные стороны соотношение коэффициентов модуляции изменяется на обратное. На самолете о его положении относительно задаваемого направления можно судить по соотношению коэффициентов модуляции, т.е. путем сравнения амплитуд огибающих двух частот модуляции.

Рис. 10. Зависимость коэффициента модуляции от направления

Антенны КРМимеют совмещенные электрические центры, а токи, питающие эти антенны, находятся в фазе и поэтому в пространстве, окружающем маяк, образуются два синфазных поля:

,

где - амплитуда в максимуме и ; m - коэффициент глубины амплитудной модуляции излучаемых колебаний.

В пространстве электромагнитные поля, возбуждаемые каждой антенной, складываются и в результате образуется суммарное поле, выражение для напряженности которого имеет вид:

После преобразований получим:

или

(21)

где - коэффициент модуляции для частоты ; - коэффициент модуляции для частоты ;

Выражения (21) показывают, что суммарное поле маяка промодулировано одновременно двумя частотами и . Оно образовано из трех составляющих: суммарного поля несущей частоты и двух полей боковых частот модуляциии . Поле несущей частоты обладает направленностью , поле боковых частот модуляции - направленностью и поле боковых частот модуляции - направленностью . Ввиду того, что интенсивности поля несущей частоты и полей боковых частот модуляции изменяются от направления по различным законам (рис. 11), то коэффициенты модуляции и для частот и зависят от направления.

Рис. 11. Диаграмма направленности КРМ типа ILS

В соответствии с уравнениями (21)

;

. (22)

Из выражений (22) следует, что в том направлении, где коэффициенты модуляции для частот и равны: . Таким образом, радиомаяк создает равносигнальное излучение боковых частот модуляции в направлении пересечения диаграмм направленности и антенн маяка. Это равносигнальное направление служит для задания посадочной траектории. При отклонении от равносигнального направления в одну сторону увеличивается, a уменьшается, т. е. (рис. 1.34). При отклонении же в другую сторону соотношение между коэффициентами модуляции будет обратным: уменьшается, а увеличивается ().Разница между коэффициентами модуляции (разность глубин модуляции), т.е. информационный параметр зависит от углового отклонения от равносигнального направления, в определенных пределах она увеличивается с ростом отклонения (рис. 12).

Рис. 12. Зависимость разности глубин модуляции от направления

На самолете путем сравнения амплитуд огибающих частот и можно определить его положение относительно равносигнального направления, задаваемого маяком. При этом разделение сигналов, передаваемых различными антеннами, возможно, так как спектры этих сигналов отличны друг от друга (рис. 13).

Рис. 13. Спектры сигналов КРМ

В маяках системы посадки типа ILS используются частоты модуляции 90 и 150 Гц, при этом в ГРМ сигналами с частотой модуляции 90 Гц запитывается нижняя антенна, а сигналами с частотой модуляции 150 Гц - верхняя антенна, т.е. распределение колебаний боковых частот модуляции по верхнему и нижнему лепесткам ДНА оказывается обратным по отношению к ГРМ системы посадки типа СП-50.

КРМ и ГРМ посадочных систем III и II категорий должны обеспечивать высокую стабильность задаваемых направлений в пространстве и других выходных характеристик. Такие требования не могут обеспечить равносигнальные маяки, используемые в системах ILS I категории. Поэтому в системах посадки высокой точности (III категории, а иногда и II категории) в качестве КРМ и ГРМ применяются так называемые радиомаяки с опорным нулем.

Радиомаяки с опорным нулем. Рассмотрим работу системы посадки ILS на примере упрощенной структурной схемы курсового канала (рис. 14).

Рис. 14. Структурная схема канала курса ILS

Принцип работы радиомаяка с опорным нулем состоит в следующем. В радиомаяке используются две антенные системы A₁ и A₂. Антенная система A₂ обладает двухлепестковой диаграммой направленности (рис. 15), направление минимума которой совпадает с задаваемым направлением, а при переходе через направление минимума знак ДНА изменяется на обратный. Антенная система A₁ имеет однолепестковую диаграмму направленности , направление максимума которой совпадает с задаваемым направлением.

Антенна A₂запитывается разностью двух балансно-модулированных колебаний и с разными частотами модуляции, которые формируются двумя балансными модуляторами БМ1, БМ2и ГВЧ. В системе ILS применяются частоты модуляции , . Разность колебаний образуется в результате их суммирования в противофазе, а фазовый сдвиг в 180° обеспечивается фазовращателем (ФВ).

Рис. 15. Диаграмма направленности антенной системы радиомаяка с опорным нулем

Напряженность электрического поля, излучаемого антенной А₂,

(23)

Антенна А₁запитывается суммой балансно-модулированных колебаний и колебаний несущей частоты , которая образуется в суммирующем устройстве (СУ). В пространство излучается поле

. (24)

Электромагнитные колебания вида (23) и (24), излучаемые антенными системами А₁и А₂, складываются в пространстве, в результате чего образуется суммарное поле, электрическая напряженность которого

(25)

Структура суммарного поля (25) маяка показывает, что оно является высокочастотным колебанием, промодулированным по амплитуде одновременно колебаниями двух частот модуляции и , коэффициенты модуляции которых и зависят от направления. Эти коэффициенты модуляции определяются выражениями:

(26)

(27)

где - коэффициент модуляции для частоты ;

- коэффициент модуляции для частоты ;

С учетом выражений (26) и (27) соотношение (25) может быть записано в виде

. (28)

Из сравнения выражений (28) и (21) видно, что структура суммарного сигнала равносигнального радиомаяка такая же, как и радиомаяка с опорным нулем. Следовательно, основные свойства этих сигналов (форма и спектральный состав, характер изменения от направления и т. д.) одинаковы, хотя способы образования электромагнитного поля у этих маяков различны.

Коэффициенты модуляции и изменяются от угла по различным законам (рис. 16). На задаваемом направлении (курс посадки), где , коэффициенты модуляции одинаковы: . При отклонении от задаваемого направления в одну сторону () , а при отклонении в другую сторону () соотношение коэффициентов модуляции изменяется на обратное, т.е.. Разность глубин модуляции изменяется от направления так же, как и в равносигнальном радиомаяке (рис. 1.36).

Рис. 16. Зависимость коэффициента модуляции от направления

После преобразования выражения (28) к виду

(29)

очевидно, что суммарный сигнал маяка состоит из трех составляющих: колебания несущей частоты, колебаний боковых частот модуляции и колебаний боковых частот модуляции . Амплитуды указанных составляющих зависят от положения самолета относительно линии курса и определяются соответственно функциями , и . В направлении излучаемые колебания боковых частот модуляции и одинаковы. Таким образом, радиомаяк с опорным нулем создает равносигнальное излучение колебаний боковых частот модуляции в направлении минимума диаграммы направленности . Это равносигнальное направление служит для задания посадочного курса в КРМ или глиссады в ГРМ.

КРП представляет собой супергетеродинное радиоприемное устройство, в выходной части которого выделяется посадочная информация о положении самолета относительно плоскости посадочного курса. На рис. 17 представлены временные диаграммы сигналов в характерных точках бортового оборудования.



Рис. 17. Временные диаграммы сигналов в характерных точках бортового оборудования системы ILS

Суммарный сигнал, который представляет собой высокочастотный сигнал, одновременно промодулированный по амплитуде двумя частотами и (1), принимается антенной системой КРП. После усиления и детектирования суммарного сигнала, на выходе приемного устройства выделяется сумма двух низкочастотных напряжений с частотами 90 и 150 Гц, амплитуды которых пропорциональны коэффициентам модуляции и соответственно. Эти напряжения выделяются с помощью двух фильтров Ф1(2)и Ф2(3), настроенных на частоты 90 и 150 Гц, и выпрямляются выпрямителями В1 и В2 (4). После выпрямителей образуются постоянные напряжения и , пропорциональные коэффициентам модуляции и . Постоянные напряжения поступают в схему сложения (ССл), где формируется их сумма и разность. Разность этих напряжений (5) подается на стрелки индикаторного прибора системы посадки. Так как , а , , отклонение стрелки прибора прямо пропорционально угловому отклонению от задаваемого направления при малых отклонениях (6).

Сумма постоянных напряжений и служит для формирования в ССл напряжения «Готовность курса» (Гот.К), поступающего на устройства индикации и в бортовые системы.

В КРМ с опорным нулем применяются антенные системы различных типов. Так, могут использоваться параболические антенны с тремя или двумя облучателями (рис. 18). Если используются три облучателя, то центральный облучатель совместно с отражателем служит в качестве антенны A₁и формирует диаграмму направленности . Боковые облучатели запитываются в противофазе и используются совместно с отражателем в качестве антенны А₂, обладающей диаграммой направленности . При использовании двух облучателей антенна А₂ образуется в результате противофазного питания облучателей, а антенна А₁ - при синфазном питании. Могут применяться также антенны типа линейный ряд. Такая антенна состоит из нескольких десятков слабонаправленных антенн (например, рамочного типа или типа волновой канал), расположенных на одной линии, перпендикулярной оси ВПП, и на одинаковых расстояниях друг от друга и запитываемых с определенными амплитудами и фазами для получения нужной ДНА.



Рис. 18. Антенны КРМ с опорным нулем

При использовании антенны типа линейный ряд антенная система А₁образуется в результате синфазного литания облучателей, а антенная система А₂ - при противофазном питании двух групп антенн, середины которых расположены на определенном расстоянии друг от друга, и при синфазном питании антенн, образующих каждую группу.

В ГРМ с опорным нулем применяются две слабонаправленные антенны, подвешенные над земной поверхностью на различных высотах, причем высота подвеса верхней антенны в 2 раза больше, чем нижней антенны. Верхняя антенна совместно с зеркально отражающей земной поверхностью используется в качестве антенной системы А₂. Нижняя антенна совместно с земной поверхностью работает в качестве антенной системы А₁. Для задания глиссады используется нижний лепесток диаграммы направленности и два нижних лепестка диаграммы направленности . Поскольку высоты подвеса антенн отличаются в 2 раза, первый минимум диаграммы F₂() совпадает с максимумом нижнего лепестка диаграммы направленности нижней антенны.

При повышении точности работы КРМ и ГРМ возникает необходимость не только в увеличении стабильности положения в пространстве курсовой линии и глиссады, но и в уменьшении искривлений этих линий. Требование минимальных искривлений курсовой линии и глиссады находится в противоречии с необходимостью обеспечения достаточно широкой зоны действия в горизонтальной плоскости для КРМ и работы под малыми углами места для ГРМ. При расширении зоны действия все большее число предметов и неровностей рельефа участвует в образовании отраженных сигналов, вследствие чего амплитуда искривлений возрастает. Указанное противоречие устраняется в радиомаяках, использующих двухканальный принцип работы.

Двухканальные радиомаяки. Рассмотрим принцип работы двухканального радиомаяка на примере КРМ. Двухканальный КРМ содержит два канала: узкий и широкий, в каждом из которых используется своя антенная система. Антенная система узкого канала формирует достаточно узкие ДНА шириной 6-12° в горизонтальной плоскости (рис. 19). Антенная система широкого канала создает широкие ДНА, обеспечивающие заданную ширину зоны действия (±35°).

Рис. 19. Диаграмма излучения двухканального КРМ

Узкий канал образует практически прямолинейную курсовую линию, поскольку зона действия этого канала свободна от переотражающих предметов и неровностей земной поверхности. Этот канал используется для управления самолетами при небольших отклонениях от плоскости посадочного курса. При больших отклонениях применяется широкий канал, который подвержен влиянию переотраженных сигналов, однако для зоны действия этого канала не предъявляются жесткие требования к точностным характеристикам в связи с большими отклонениями от плоскости посадочного курса. Для того чтобы уменьшить влияние сигналов широкого канала на работу узкого канала маяка, в зоне действия узкого канала предусматривается провал в ДНА широкого канала.

Оба канала радиомаяка имеют одинаковый принцип работы, рассмотренный выше. На самолете сигналы узкого и широкого каналов должны использоваться раздельно, и с этой целью в широком канале либо применяется несущая частота, отличающаяся от несущей частоты узкого канала на 9-11 кГц, либо используется одинаковая с узким каналом несущая частота, но сигналы каналов имеют сдвиг по фазе на 90°.

Глава 3. Бортовое оборудование

Бортовая аппаратура ILS-85 предназначена для решения задач посадки по маякам типа ILS или СП-50 метрового диапазона и функционирует в составе пилотажно-навигационного комплекса. Аппаратура позволяет осуществлять прием сигналов курсового и глиссадного радиомаяков, определения по ним отклонений самолета от плоскостей курса и планирования (глиссады) на этапе посадки и выдачи этой информации на индикацию и в САУ. Информация об отклонении самолета от курса и глиссады посадки выдается в виде 32-х разрядного последовательного биполярного кода по двум независимым выходам. По электрическим и конструктивным параметрам аппаратура ILS-85 соответствует требованиям ICAO в том числе в части помехоустойчивости к воздействию помех от радиостанция УКВ-ЧМ радиовещания.

Аппаратура работает в следующих режимах:

«ILS» - прием сигналов курсового и глиссадного радиомаяков типа ILS и выработка сигналов отклонения от курса и глиссады;

«СП» - прием сигналов курсового и глиссадного радиомаяков типа СП-50 и выработка сигналов отклонения от курса и глиссады;

«Контроль» - по сигналам «Контроль», выдаваемым от вычислительной системы самолетовождения (ВСС) или комплексного пульта радиотехнических средств (КП РТС), вырабатываются тестовые значения отклонений от равносигнальных зон курса и глиссады «вверх-влево» и «вниз-вправо» и индицируется контрольное значение частоты настройки на индикаторе.

ILS-85 также ретранслирует в СЭИ курс ВПП, заданный с КП РТС или ВСС. В состав ILS-85 входят:

-приемники ILS №1, №2, №3;

-антенна курсовая АКН-005;

-антенна глиссадная АГ-006 (обе с тремя раздельными выходами);

-устройство симметрирующее (3 шт.);

-соединительные колодки (2 шт.).

-выключатель

Радиоприемный блок ILS-85 предназначен для формирования информации об отклонении по курсу и глиссаде в режимах ILS, СП-50 и осуществляет прием высокочастотных сигналов с курсовой и глиссадной антенн, аналого-цифровое преобразование выделенных низкочастотных составляющих, их обработку и формирование выходной информации заданного формата.

Кроме того, часть элементов блока используется для организации встроенного контроля работоспособности блока.

Обработка информации, контроль и управление работой модулей осуществляется с помощью встроенного специализированного цифрового вычислительного устройства (СЦВУ). Рассмотрим структурную схему аппаратуры посадки ILS-85(20)



Рис.20

Блок состоит из девяти модулей:

# модуля высокочастотного курсового;

# синтезатора частот курсового;

# модуля высокочастотного глиссадного;

# синтезатора частот глиссадного;

# модуля процессора;

# модуля цифрового обмена;

# модуля селективного преобразователя;

# модуля комбинированного посадочного;

# модуля вторичного электропитания.

Рассмотрим функции модулей:

высокочастотный курсовой модуль - выполняет прием, фильтрацию, усиление и детектирование ВЧ сигналов, поступающих от курсовой антенны, а также формирование контрольных курсовых ВЧ сигналов;

высокочастотный глиссадный модуль - выполняет прием, фильтрацию, усиление и детектирование ВЧ сигналов, поступающих от глиссадной антенны, а также формирование контрольных глиссадных ВЧ сигналов;

синтезаторы частот - формируют в курсовом и глиссадном каналах сигналы перестраиваемых гетеродинов с цифровым управлением;

селективный преобразователь - выделяет и усиливает сигналы телефонной связи и опознавания маяковILS;

комбинированный посадочный модуль - преобразует НЧ сигналы ILSв цифровую форму;

процессор - выполняет программу, записанную в ПЗУ;

модуль цифрового обмена - выполняет прием и передачу биполярного кода, которым осуществляется информационный обмен с внешними системами, формирование и прием управляющих сигналов;

модуль вторичного электропитания - преобразует напряжение сети 115 В 400 Гц в стабилизированные постоянные напряжения 5 В, 15 В, 20 В и минус 15 В, используемые для питания всех модулей блока.

Для организации взаимодействия, управления и контроля модули процессора, цифрового обмена, селективного преобразователя и комбинированный посадочный связаны между собой Q-шиной в соответствии с ОСТ 11.305. 903-80.

Сигналы телефонной связи и опознавания маяков с выхода модуля ВЧ курсового поступают на модуль селективного преобразователя, где выделяются, усиливаются и поступают на выход приемника.

Общая характеристика системы посадки ILS-85:

№ п/п	Параметр, характеристика	Значение
1	Количество курсовых и глиссадных каналов В режиме ILS В режиме СП-50	40 20
2	Чувствительность курсового канала, не хуже, мкв	3
3	Чувствительность глиссадного канала, не хуже, мкв	6
4	Погрешность кода отклонения (при сигнале центрирования), 3: по курсу, не более по глиссаде, не более	0,0077 РГМ 0,014 РГМ
5	Погрешность центрирования курсового канала в режиме СП-50, не более, 3	0,0103 КАМ
6	Погрешность отклонения курсового канала в режимах ILS, СП-50, не более, 3	10%
7	Отклонение в режиме «Контроль»: по курсу по глиссаде	0,092 РГМ 0,093 РГМ
8	Частота в режиме «Контроль», МГц	108,10
9	Масса блока, не более, кг	5,5
10	Время непрерывной работы, не более, ч	16

3.1 Аппаратура проверки бортового оборудования

МИМ-70

Малогабаритный имитатор маяков МИМ-70 предназначен для проверки бортовой аппаратуры посадочных систем СП-50, ILS и VOR. Проверка может производиться на различных этапах подготовки самолетов по эфиру или по кабелю, при регламентных работах на стоянках или в условиях лаборатории при температурах окружающего воздуха - 50...+55C в условиях инея, росы, влажности. Проводимые проверки:

проверка курсового и глиссадного каналов в режимах «ILS», «СП-50»;

проверка маркерного приёмника;

оценка чувствительности приёмников;

оценка точности отработки;

оценка точности настройки приёмников;

проверка антенно-фидерной системы.

Прибор, как и ЛИМ-70, имеет шесть режимов работы:

«СП-К» («СП-50 Курс»);

«СТ-Г» («СП-50 Глиссада»);

«ILS-L» («ILS-LOCALIZE»);

«ILS-G» («ILS-GLIDS SLOPE»)

«Маркер» (частота модуляции 400, 1300, 3000 Гц);

«VOR».

Питание имитатора осуществляется от сети постоянного тока 27 В.

На рис. 3.7представлена передняя панель прибора.

Переключатели «МЕГАГЕРЦЫ» - для установки частоты излучаемого сигнала.

Переключатель «РЕЖИМ РАБОТЫ» - для выбора проверяемого режима работы изделия.

Индикаторный прибор - для контроля работоспособности прибора.

Шкала частот и затуханий - для пересчета частоты настройки глиссадного приемника и установки уровня выходного сигнала.

...