Характеристика и применение радиомаяков VOR .

Радиомаячная угломерная система VOR (Very High Frequency Omnidirectional Range) включает в себя наземное оборудование — радиомаяк VOR и бортовое оборудование, принимающее сигналы этого радиомаяка. Система работает в УКВ диапазоне на частотах от 108,0 до 117,95 МГц, что соответствует длине волны около 3 м. В принципе, частоты радиомаяков всегда кратны 0,05 МГц (50 кГц), например 108,05 МГц, 110,80 МГц, 112,65 МГц и т. д. Во многих регионах мира для радиомаяков используют только те частоты, которые кратны 1/10 мегагерца, и тогда вместо, например, 110,80 указывают 110,8 МГц. Часть указанного диапазона (а именно от 108 до 111,95 МГц) занимает одновременно и другая навигационная система — радиомаячная система посадки ILS (Instrument Landing System), но у нее первая цифра частоты после запятой всегда нечетная (например, 108,35 МГц). Соответственно у VOR, работающих в этой же части диапазона (а это аэродромные радиомаяки), такая цифра четная, например 110,80 МГц. В оставшейся части диапазона (свыше 112 МГц) работают трассовые радиомаяки VOR, и частоты могут быть любые, но также с дискретностью 50 кГц. Для правильного применения системы VOR необходимо иметь представление о том, как она работает. Подробно устройство и работа системы рассматриваются в дисциплине «Авиационные радиотехнические средства». Здесь же рассмотрим принцип ее действия в значительно упрощенном и огрубленном виде, достаточном лишь для понимания того, какой именно навигационный параметр измеряет система и каким образом.

На одной и той же несущей частоте радиомаяк излучает два вида сигналов по двум диаграммам направленности: опорный (reference) сигнал и

переменный (variable) сигнал. Опорный сигнал промодулирован по частоте огибающей синусоидой с частотой 30 Гц и имеет круговую диаграмму направленности, то есть излучается одинаково во все стороны. В любой точке пространства фаза огибающей опорного сигнала одинакова (рис. 5.1). У переменного сигнала диаграмма излучения направленная и имеет форму «восьмерки». Если бы ориентация этой «восьмерки» была постоянной, то в любой точке пространства амплитуда принимаемого сигнала была бы постоянной и зависела от угла между направлением оси «восьмерки» (здесь будет максимальная амплитуда) и направлением на данную точку. Но эта диаграмма вращается вокруг вертикальной оси со скоростью 30 оборотов в секунду (в современных VOR вращение создается электронным путем при неподвижной антенне). А 30 оборотов в секунду — это и есть 30 Гц. В результате получается, что в любой точке пространства амплитуда принимаемого сигнала меняется с частотой 30 Гц, то есть сигнал оказывается амплитудно промодулированным этой частотой. При этом фаза огибающей будет различной по разным направлениям от радиомаяка. Ведь из-за вращения диаграммы максимум амплитуды сначала пройдет через одно направление, потом через другое… В направлении на север, где пеленг равен нулю, фазы огибающих опорного и переменного сигналов совпадают. По любому другому направлению эти два сигнала оказываются сдвинутыми по фазе как раз на такую величину, которая равна углу между северным направлением меридиана и данным направлением. А ведь это и есть пеленг этого направления Пс.

 

Из изложенного должно быть понятно, что с помощью VOR измеряется пеленг ВС относительно меридиана, проходящего через радиомаяк.

 

За рубежом маяки классифицируются в зависимости от объема воздушного пространства, в котором предполагается их применение. Поскольку маяки работают в УКВ-диапазоне, то в принципе максимальная дальность их действия определяется дальностью прямой видимости (см. разд. 2.6) и зависит от высоты полета. Но если радиомаяк будет использоваться лишь в ограниченном районе (например, в районе аэродрома), то он может работать на пониженной мощности, что, естественно, повлияет на дальность уверенного приема сигнала. 169

 

 Радиомаяки класса T — Terminal (в данном случае это можно перевести как «аэродромные») предназначены для навигации в районе аэродрома и должны обеспечивать получение навигационной информации на высотах от 300 до примерно 4000 м на удалении не менее 25 морских миль (примерно 46 км).

 Радиомаяки класса L — Low Altitude (малых высот) должны обеспечивать прием сигнала от них на высотах от 300 м до 18 000 футов (около 5500 м) на удалении до 40 морских миль (74 км).

 Радиомаяки класса H — High Altitude (больших высот) должны обеспечивать прием сигнала на высотах (рис. 5.9):

 

Как следует из описанного принципа работы данной навигационной системы, бортовое оборудование путем измерения разности фаз опорного и переменного сигналов определяет пеленг самолета относительно меридиана, проходящего через радиомаяк. Какого именно меридиана? В подавляющем большинстве случаев радиомаяки ориентируются так, что нулевое значение пеленга совпадает с северным направлением магнитного меридиана радиомаяка. Поэтому с помощью VOR непосредственно 172

измеряется магнитный пеленг самолета (МПС) относительно меридиана радиомаяка. Так мы далее и будем считать в данном учебном пособии.

 

При работе с VOR процесс получения этих же данных идет как бы в противоположном направлении. Непосредственно измеряется МПС от 178

Рис. 5.14. Радиомагнитный индикатор меридиана радиомаяка (отсчитывается напротив тупого конца стрелки). Следовательно, МПР (напротив острого конца) тоже отсчитывается от меридиана радиомаяка (отличается от МПС ровно на 180 º). Но ведь МК по-прежнему измеряется от текущего меридиана МС. Следовательно, когда из МПР механически вычитается МК, то полученный КУР оказывается неточным, так как МПР и МК отсчитаны от разных меридианов.

 

                                            

 

где Н — абсолютная высота полета, м;

h — абсолютная высота антенны радиомаяка, м.

       В сборнике JAM в разделе RADIO AIDS представлена аналогичная формула для расчета дальности действия радиомаяка в милях:

                                          (4)

где H и  h — в футах.

       Отметим, что формула (4) дает завышенное значение дальности более чем на 7 %.

       Рабочая область VOR не является сплошной. Над маяком имеется «воронка» нерабочей области. Диаметр воронки d зависит от высоты и определяется соотношением

d = 3,4 H,

где H — относительная высота полета над маяком. На практике для упрощения принимают

d = 3 H.

Для целей навигации ИКАО приняло следующую точность VOR:

       1) при выдерживании заданного радиала 5,2 ° (2σ). Эта величина вычисляется как квадратный корень из суммы квадратов следующих величин:

а) 3,5 ° — допуск на погрешность наземной системы или погрешность, установленная методом облета;

б) 1,0 ° — допуск на погрешность контрольного устройства;

в) 3,7 ° — допуск на погрешность бортового оборудования;

г) 3,5 ° — допуск на погрешность техники пилотирования;

2) суммарный допуск на погрешность средства, обеспечивающего пересечение радиала с линией заданного пути 4,5 ° (2σ). При определении данной погрешности не учитывается допуск на погрешность техники пилотирования.

Для опознавания маяков VOR последний излучает позывные сигналы кодом Морзе тремя буквами, в редких случаях — двумя.