Основы ближней радионавигации. Взаимодействие с наземным оборудованием

Назначение и принцип работы самолётных автоматических радиокомпасов (АРК) DME, ILS, ADF.

Радиокомпас (автоматический радиокомпас, АРК) — самолётный радиопеленгатор для автоматического определения направления на наземные передающие радиостанции (широковещательные и радиомаяки).

Действие самолётных радиопеленгаторов основано на одновременном приёме сигналов радиостанции на две антенны — рамочную и ненаправленную. Ненаправленная антенна представляет собой вертикальный штырь или провод,диаграмма направленности которых представляет собой окружность. Коэффициент усиления этих антенн постоянен независимо от направления приходящего радиосигнала. Если плоскость рамки совпадает с направлением на радиостанцию, то сила приёма максимальна; если плоскость рамки перпендикулярна направлению на радиостанцию, то сила приёма равна нулю. При дальнейшем повороте рамки сигнал появится вновь (перевёрнутый по фазе) и достигнет максимума, когда плоскость рамки вновь совпадёт с направлением на радиостанцию. При одновременном приёме на обе антенны суммарная диаграмма силы приёма изобразится кардиоидой. При соответствующем подборе параметров антенн кардиоида однозначно определяет направление на радиостанцию, однако минимум, определяемый кардиоидой, недостаточно ярко выражен. Для того, чтобы устранить этот недостаток,ЭДС от рамочной антенны подают на балансный модулятор, то есть на электронный переключатель, который несколько десятков раз в секунду изменяет на 180° фазу сигнала рамочной антенны.

По назначению и диапазону частот АРК делятся на две группы — средневолновые (навигационные) и поисковые, работающие в УКВ-диапазоне.

· Средневолновые АРК предназначены для самолётовождения по приводным и широковещательным радиостанциям и радиомаякам, обеспечивают решение навигационных задач при маршрутных полетах и при заходе на посадку. Обычный диапазон частот средневолнового АРК 150—1750 кГц.

· Поисковые УКВ радиокомпасы применяются для определения направления на аварийную УКВ радиостанцию или аварийный радиомаяк при поисково-спасательных работах. Диапазон частот поискового АРК находится в пределах 100—150 МГц.

Всенаправленный дальномерный радиомаяк или РМД (англ. Distance Measuring Equipment, DME) — вид радионавигационной системы, обеспечивающей определение расстояния от наземной станции до воздушного судна. Основана на измерении длительности прохождения радиосигнала.

Как на воздушном судне, так и на наземной станции для работы в системе DME установлены приёмник и ОВЧ/УВЧ/СВЧпередатчик (УКВ/VHF, ДМВ/UHF, СМВ/SHF диапазоны).

При определении расстояния до наземной станции передатчик на борту самолёта излучает пару сигналов определённой длительности, с определённой задержкой. На наземной станции, которая на практике обычно совмещена с навигационной системой VOR (см. VOR/DME), установлен ответчик передающий ответный сигнал на предписанной частоте. Иногда также оборудование DME может быть размещено вместе с курсо-глиссадной системой (ILS) для определения расстояния до станции при заходе на посадку.

Сочетание дальномерного оборудования с азимутальным маяком (например, VOR) позволяет однозначно определить положение воздушного судна в пространстве.

Ку́рсо-глисса́дная система, КГС. В России, согласно действующему на 2010 год ГОСТу именуется — Система инструментального захода самолётов на посадку радиомаячная^[1]. — Наиболее распространённая в авиации радионавигационная система захода на посадку по приборам. В зависимости от длины волны делятся на системы метрового (англ. ILS (Instrument Landing System)) и сантиметрового диапазонов (англ. MLS, Microwave landing system -Микроволновая система посадки).

КГС состоит из двух радиомаяков: курсового (КРМ) и глиссадного (ГРМ).

Антенная система КРМ представляет собой многоэлементную антенную решётку, состоящую из линейного ряда направленных антенн метрового диапазона частот с горизонтальной поляризацией. Для расширения рабочего сектора радиомаяка до углов ±35° часто используется дополнительная антенная решётка. Диапазон рабочих частот КРМ 108—112 МГц (используется 40-канальная сетка частот, где каждой частоте КРМ поставлена в соответствие определённая частота ГРМ). КРМ размещают за пределами взлётно-посадочной полосы на продолжении её осевой линии. Его антенная система формирует в пространстве одновременно две горизонтальных диаграммы излучения. Первая диаграмма имеет один широкий лепесток, направленный вдоль осевой линии, в котором несущая частотапромодулирована по амплитуде суммой сигналов с частотой 90 и 150 Гц. Вторая диаграмма имеет два узких противофазных лепестка по левую и правую сторону от осевой линии, в которых радиочастота промодулирована по амплитуде разностью сигналов с частотой 90 и 150 Гц, а несущая подавлена. В результате сложения сигнал распределяется в пространстве таким образом, что при полёте вдоль осевой линии глубина модуляции сигналов 90 и 150 Гц одинакова, а значит разность глубин модуляции (РГМ) равна нулю. При отклонении от осевой линии глубина модуляции сигнала одной частоты растёт, а другой — падает, следовательно, РГМ увеличивается в положительную или отрицательную сторону. При этом сумма глубин модуляции (СГМ) в зоне действия маяка поддерживается на постоянном уровне. Бортовое пилотажно-навигационное оборудование измеряет величину РГМ, определяя сторону и угол отклонения воздушного судна от посадочного курса.

Антенная система ГРМ представляет собой в простейшем случае решётку из двух разнесенных по высоте направленных антенн дециметрового диапазона с горизонтальной поляризацией (решётка «0»). Диапазон рабочих частот ГРМ 329—335 МГц. ГРМ размещают со стороны, противоположной участку застройки и рулёжным дорожкам, на расстоянии 120—180 м от оси ВПП напротив зоны приземления. Удаление ГРМ от порога ВПП определяется таким образом, чтобы при заданном угле наклона глиссады опорная точка (точка над торцом ВПП, через которую проходит прямолинейная часть глиссады) находилась на высоте 15±3 м для радиомаячных систем посадки I и II категории и 15+3−0 м для систем III категории. Диаграмма направленности антенной системы ГРМ формируется в результате отражения радиоволн от поверхности земли, поэтому к чистоте зоны, непосредственно прилегающей к антенной системе ГРМ, предъявляются особые требования. Чтобы уменьшить влияние неровностей подстилающей поверхности на диаграмму направленности, а, следовательно, и искривления линии глиссады, используется антенная решётка из трёх вертикально разнесенных антенн (решётка «M»). Она обеспечивает пониженную мощность излучения под малыми углами к горизонту. ГРМ использует тот же принцип работы, что и КРМ. Его антенная система формирует в пространстве одновременно две вертикальных диаграммы излучения, с одним широким лепестком и с двумя узкими — выше и ниже плоскости глиссады (плоскости нулевого значения РГМ). Пересечение плоскости курса и плоскости глиссады даёт линию глиссады. Линию глиссады можно назвать прямой только условно, так как в идеальном случае она представляет собой гиперболу, которая в дальней зоне приближается к прямой, проходящей через точку приземления. В реальных условиях из-за неровностей рельефа местности и препятствий в зоне действия радиомаяков линия глиссады подвержена искривлениям, величина которых нормируется для каждой категории системы посадки.

Угол наклона глиссады (УНГ) примерно равен 3°, но может зависеть от местности. Чем меньше УНГ, тем удобнее садиться самолёту, так как ниже вертикальная скорость. В России в аэропортах, где местность не мешает низкому заходу, используется УНГ 2°40'. В горах или если глиссада проходит над городом, УНГ больше. Например, в аэропорту Новосибирск Северный, который находится близко к центру города, глиссада, проходящая над лесом, наклонена под углом 2°40' (уклон 4,7 %), а заход со стороны города производится под углом 3°40' (наклон 6,4 %, в 1,5 раза больше). В аэропорту города Кызыла, в горной местности, УНГ равен 4° (7 %)

Вопрос 5

Структура типового АРК: основные эксплуатационно-технические данные, режимы работы и условия их использования.

Для примера рассмотрим автоматический радиокомпас АРК-25 (рисунок 1).

Малогабаритный автоматический радиокомпас АРК-25 предназначен для использования на самолетах и вертолетах в качестве угломерного радионавигационного устройства. Радиокомпас обеспечивает решение навигационных задач при маршрутных полетах и при заходах на посадку. Данный радиокомпас относится к числу последних отечественных разработок в этой области. Серийно устанавливается на самолеты ТУ-204, ИЛ-96, ИЛ-114.

Схемно-технические и конструктивные реше­ния, использованные при построении этого радиокомпаса, отражают последние дости­жения мировой практики в этой области бор­товой техники. В состав аппаратуры, реали­зующей принцип прямого фазоизмерения, включены: встроенный вычислитель, цифро­вой синтезатор, схемы двойного преобразо­вания частоты, синхронный детектор. Изде­лие построено в основном на отечественной элементной базе, в ряде схем использованы высокотехнологичные компоненты иностран­ного производства.

АРК-25.

Радиокомпас АРК-25 может использоваться в двух режимах:

- режим "компас" (основной режим работы)

- режим автоматического пеленгования радиостанций.

Работа радиокомпаса в режиме "компас" основана на автоматическом сравнении сигналов, принимаемых как направленной, так и ненаправленной антеннами.

В этом режиме радиокомпас при настройке его на частоту пеленгуемой радиостанции автоматически устанавливает стрелки приборов указателей курса в положение, соответствующее курсовому углу на пеленгуемую радиостанцию. В самолете ТУ-204 они отображаются на дисплеях пилотов (рисунок 2). При этом сигналы радиостанции могут прослушиваться с помощью телефонов на выходе радиокомпаса.

Кабина самолета ТУ-204.

Режим "антенна" - режим работы, когда радиокомпас используется в качестве средневолнового приемника.

Пеленгование (определение направления на радиостанцию) основано на использовании направленной характеристики рамочной антенны, диаграмма направленности которой имеет вид восьмерки (две соприкасающиеся окружности). Интенсивность приема такой антенны меняется в зависимости от того, с какого направления приходят радиоволны.

В режиме "антенна" радиокомпас работает как обычный связной средневолновый приемник, отключается весь рамочный вход, а также ряд других элементов схемы. Этот режим используется для прослушивания радиостанций и использования радиокомпаса в качестве резервного приемника с достаточно высокой чувствительностью.

Радиокомпас работает в международном диапазоне частот, основные характеристики удовлетворяют требованиям ICAO.

Основные технические характеристики АРК-25 приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные технические характеристики АРК-25.

Вопрос 6

Принцип измерения истинной высоты полёта в радиовысотомерах (РВ) малых высот. Структурная схема РВ. Схема сигнализации заданной высоты и контроля работоспособности. Погрешности РВ и их учёт.

Радиовысотомер (радиоальтиметр — устаревшее, производное из иных европейских языков) — бортовое или наземное устройство для определения истинной высоты полёта летательного аппарата (самолёта, вертолёта, спутника и т. д.) над поверхностью Земли радиотехническими методами. Является дополнением и альтернативой барометрическому высотомеру, предназначенному для измерения относительной или абсолютной высоты полёта. Фактически, радиовысотомер является частным случаем радиодальномера или специализированной РЛС, однако, в связи с удобством классификации по назначению, его выделяют в отдельный класс устройств.

Радиовысотомеры бывают разными по исполнению:

· как самостоятельная станция (подвижная или стационарная);

· как часть радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов;

· трёхкоординатная РЛС одновременно играет роль высотомера

По типу используемого радиоизлучения и методу его обработки бортовые радиовысотомеры делятся на две группы:

· радиовысотомеры с частотной модуляцией (ЧМ) имеют диапазон измерений до нескольких сотен метров (обычно до 1500 м) и используются в основном при заходе самолёта на посадку;

· радиовысотомеры с импульсной модуляцией (ИМ) предназначены для измерения бо́льших высот и применяются преимущественно в военной авиации, в космонавтике, при аэрофотосъёмке и в других специальных целях.

Бортовой

Принцип действия радиовысотомера основан на определении времени прохождения радиосигнала от передающей антенны до отражающей поверхности и обратно, к приёмной антенне (основной принцип радиолокации). Высота и время задержки сигнала связаны формулой:

,

где h — высота; t — время задержки; c — скорость распространения радиоволн (равна скорости света).

Метод определения задержки сигнала зависит от его типа:

· при использовании импульсных сигналов, обычными методами импульсной техники (с помощью аналоговых цепей либо цифровых счетчиков) измеряется интервал времени между импульсами передатчика и приёмника;

· при частотной модуляции радиосигнала пилообразными или треугольными импульсами, результирующий сигнал представляет собой высокочастотные колебания, с мгновенной частотой, кусочно-линейно изменяемой по времени, то есть задержанный сигнал по мгновенной частоте немного отличается от исходного. Присмешивании излучаемого и принимаемого сигналов образуется биения с частотой, равной разности мгновенных частот, так как закон изменения мгновенной частоты по времени линеен, разностная частота пропорциональна задержке. Частота биений измеряется частотомером (аналоговым в старых моделях или цифровым — в новых), после чего измерительная информация выводится на показывающее устройство в виде значения расстояния до земли.

Наземный

Радиовысотомер ПРВ-17

РЛС определяет расстояние до самолёта, скорость и направление его движения. Устройство управления высотомером вычисляет угловую скорость самолёта относительно станции и начинает вращать антенну высотомера с соответствующей скоростью. Одновременно антенна ходит вверх-вниз, сканируя пространство узконаправленным лучом. Таким образом вычисляется угол места самолёта. Простейшими преобразованиями можно определить высоту над землёй.

Трёхкоординатные РЛС с той же целью используют большое количество лучей, излучаемых несколькими передающими антеннами. Такой метод нахождения высоты менее точный, но после первичной обработки вместе с координатами самолёта выдаётся и его высота.

Вопрос 7

Аудио панель GMA-1347 с маркерным радиоприёмником. Назначение органов управления и индикации. Подключение радиостанций. Режимы работы.

Аудиопанель обеспечивает коммутацию всех цифровых сигналов NAV/COM, систему селекторной связи и средства управления маркерным радиомаяком, и установлена между основным пилотажным (PFD) и многофункциональным (MFD) дисплеями. Аудиопанель обеспечивает режим реверсивного управления дисплеями (красная кнопка DISPLAY BACKUP).

Управление осуществляется через центры коммуникации GIA 63W, используя стандарт RS-232.

Примечание: когда нажимается необходимая клавиша подсвечивается треугольник-сигнализатор, расположенный выше

выбранной клавиши.

1. COM1 MIC– выбирается передатчик УКВ радиостанции №1 для передачи информации. Одновременно с нажатием данной

клавиши выбирается приемник УКВ радиостанции №1 (COM1) для приема поступающей информации. Для прослушивания

информации через приемник УКВ радиостанции №2 необходимо дополнительно нажать клавишу COM2.

2. COM1– при нажатии прослушивается информация поступающая через приемник УКВ р/с №1.

3. COM2 MIC– выбирается передатчик УКВ радиостанции №2 для передачи информации. Одновременно с нажатием данной

клавиши выбирается приемник УКВ радиостанции №2 (COM2) для приема поступающей информации. Для прослушивания

информации через приемник УКВ радиостанции №1 необходимо дополнительно нажать клавишу COM1.

4. COM2– при нажатии прослушивается информация поступающая через приемник УКВ р/с №2.

5. COM3 MIC– не используется для самолета Cessna NAV III.

6. COM3– не используется для самолета Cessna NAV III.

7. COM 1/2– не используется для самолета Cessna NAV III.

8. TEL– не используется для самолета Cessna NAV III.

9. PA– при нажатии позволяет осуществлять внутреннюю радиосвязь с пассажирами. В этом случае выбранный для радиосвязи передатчик УКВ р/с (COM) блокируется.

10. SPKR– активирует/деактивирует кабинный громкоговоритель. Через данный громкоговоритель возможно прослушивание

информации поступающей через УКВ р/с (СOM) или навигационное средство (NAV).

11. MKR/MUTE– блокирует звуковую информацию, поступающую от маркерного радиомаяка. Разблокировывается

при поступлении сигналов от другого маркерного маяка. Дополнительно используется для остановки режима записи

информации.

12. HI SENS– при нажатии увеличивается уровень чувствительности приема сигналов маркерного маяка.

13. DME– при нажатии включает/выключает прослушивание звукового сигнала DME (код Морзе).

14. NAV1– при нажатии возможно прослушивание звукового сигнала навигационного средства через приемник NAV1 при

установке соответствующей частоты.

15. ADF– при нажатии включает/выключает прослушивание звукового сигнала ADF (код Морзе).

16. NAV2– при нажатии возможно прослушивание звукового сигнала навигационного средства через приемник NAV2 при установке соответствующей частоты.

17. AUX– не используется для самолета Cessna NAV III.

18. MAN SQ– нажмите для выключения подавителя шумов. В течении активизации режима подавителя шумов нажмите кнопку PILOT, подсветится «SQ». Поверните кнопку PILOT/PASS для регулировки уровня громкости подавителя шумов.

19. PLAY– нажмите один раз, чтобы прослушать предыдущую аудиозапись переговоров. Нажатие клавиши PLAY во время прослушивания записи позволяет начать прослушивание предыдущей записи. Каждое последующее нажатие клавиши PLAY

позволяет прослушивать предыдущий блок записи переговоров. Нажмите клавишу MKR/MUTE для остановки режима прослушивания.

20. PILOT– при нажатии активирует/деактивирует левого пилота от режима внутренней радиосвязи.

21. COPLT– при нажатии активирует/деактивирует правого пилота от режима внутренней радиосвязи.

22. PILON Knob– кнопка PILOT предназначена для управления уровнем громкости в режимах «VOL» или «SQ». Выбранный режим подсвечивается. Вращением ручки установите желаемый уровень громкости. Для регулировки уровня громкости подавителя шумов необходимо обязательно нажать клавишу MAN SQ.

23. PASS Knob– поверните, чтобы отрегулировать желаемую громкость внутренней связи или подавителя шумов режиме связи Copilot/Passenger. Для регулировки уровня громкости подавителя шумов необходимо обязательно нажать клавишу MAN SQ.

24. DISPLAY BACKUP– при нажатии позволяет вручную выбрать Резервный режим работы дисплея.