Зарубіжні навігаційні і посадкові системи

 

Основною навігаційною кутомірною зарубіжною системою є система VOR (Very High Frequency Omnidirection range beacon), яка забезпечує вимірювання азимута на борту літака. Система навігації VOR належить до амплітудно-фазових систем та складається з наземних радіомаяків VOR і бортового обладнання. На вітчизняних літаках (наприклад Ил-76) встановлене бортове обладнання типу КУРС МП-2, яке забезпечує і навігацію за системою VOR, і посадку за посадковими системами ІСАО.

Радіомаяк VOR, як і радіомаяк системи навігації РСБН, має антену зі спрямованими властивостями, відмінність полягає у тому, що сама антенна система радіомаяка VOR є нерухомою. Обертання загальної діаграми спрямованості забезпечується електричним методом.

Радіомаяк VOR випромінює сигнал постійної фази (опорний) та сигнал змінної фази, фаза якого жорстко пов’язана з напрямком приймання, тобто на літак.

Антенна система радіомаяка VOR складається з трьох антен зі спільним електричним центром. Центральна антена неспрямована (F ₁(θ) = 1). Друга та третя антени спрямовані, та мають діаграми спрямованості у вигляді «вісімки» (F ₂(θ) = sin θ, F ₃(θ) = cos θ). Центральна антена утворює електромагнітне поле е ₁ = Е_{m 1} cos ω₀ t, а друга та третя антени поля відповідно е ₂ = Е_{m 2}·cos θ · cos ω t· cos ω₀ t, е ₃ = Е_{m 3}·sin θ·sin ω t × ×cos ω₀ t.

Множники sin ω t та cos ω t пояснюються тим, що антени 2 та 3 мають живлення амплітудно-модульованим сигналом з подавленою несучою та обвідною з частотою ω.

У просторі виконується додавання полів усіх трьох антен і сумарне поле радіомаяка VOR має вигляд:

е _Σ = е ₁ + е ₂ + е ₃ = Е _{m 1}(1 + m cos θ·cos ω t + m sin θ·sin ω t)cos ω₀ t = = Е_{m 1}[1+ m cos ω t – θ)]cos ω₀ t, де m = Е _{m 2}/ Е _{m 1} = Е _{m 3}/ Е _{m 1} – коефіцієнт амплітудної модуляції.

Аналізуючи останній вираз, можна зробити висновок, що антенна система радіомаяка VOR утворює у просторі сумарну діаграму спрямованості типу кардіоїда, яка обертається з частотою ω.

Приймач бортової апаратури (КУРС МП-2) приймає сигнал від радіомаяка та після перетворення виділяє обвідну прийнятого радіосигналу, яка і є сигналом змінної фази u _c = U _mcos(ω – t θ), де θ – азимут літака. Фаза цього сигналу залежить від азимута літака. Для визначення азимута на борту літака в апаратурі виконується порівняння змінної та опорної фази сигналів. Виділена різниця фаз Δφ = φ_зм – φ_пост перетворюється на напругу азимута, яка підводиться до пілотажно-навігаційного приладу.

 

Основні тактико-технічні дані системи VOR

Діапазон робочих частот…………………...………………..… 108…118 МГц

Точність вимірювання азимута…………..………..…………….…..……3…4^о

Швидкість обертання ДСА антени………………..…..………...…1 800 об/хв

Кількість каналів……………………………………...…………….………..200

Частотний інтервал дискретної сітки частот……….…............…….0,05 МГц

Потужність:

а) трасового радіомаяка……………………………….…………..…50 Вт

б) аеродромного радіомаяка…………….………................……..…25 Вт

Дальність дії:

а) трасового радіомаяка……………………………..…...………..370 км

б) аеродромного радіомаяка…………….....………………....…….45 км

Військовою зарубіжною системою навігації, яка ідентична за принципом побудови системі VOR, є амплітудно-фазова система навігації ТАСАN. Вона є на озброєнні ВПС і ВМС США та інших держав.

 

Основні тактико-технічні дані системи ТАСАN

Діапазон робочих частот……………………………….….… 962…1 213 МГц

Точність вимірювання:

а) азимута……..……….……………………………….…...…..………1,5^о

б) дальності……….…….…………………………...…….…...…….150 м

Кількість каналів…………………………………….………..………….…..252

Частотний інтервал дискретної сітки частот………………..…..……...1 МГц

Дальність дії ……………………….……………….………...…………..370 км

 

Дальність до наземного радіомаяка у зарубіжних навігаційних системах вимірюється, як і у системі РСБН, часовим методом. Система вимірювання дальності, яка називається DME, працює в діапазонах частот від 1 025 до 1 150 МГц (за запитом бортового запитувача) та від 962 до 1 213 МГц (за каналом відповіді). Дальність дії системи DME становить 365 км. Трасові відповідачі DME мають потужність випромінювання 6,5 кВт, а аеродромні –0,5 кВт і дальність дії 95 км. Передавач DME має 252 канали з частотним інтервалом 1 МГц. Сигнали запиту дальності мають, як і в системі РСБН, двоімпульсне кодування з кодами 12 або 36 мкс. Кодів відповіді дальності також два: 12 та 30 мкс.

Відповідачі DME можуть встановлюватись як окремо, так і разом з радіомаяком VOR. В останньому випадку утворюється кутомірно-дальномірна система VOR / DME.

Міжнародною посадковою інструментальною системою згідно з ICAO є система ILS, яка складається з курсового радіомаяка (КРМ), глісадного радіомаяка (ГРМ) та маркерних радіомаяків (МРМ).

Курсовий радіомаяк задає електромагнітним полем курсову лінію посадки. Він установлюється на продовженні поздовжньої осі ЗПС на відстані 450…1 200 м від початку ЗПС. Курсовий радіомаяк випромінює амплітудно-модульовані сигнали по двох пелюстках діаграми спрямованості з частотами модуляції 90 Гц (у лівому) та 150 Гц (у правому). Для розпізнавання курсовий радіомаяк ILS випромінює позивні сигнали радіотелеграфної азбуки. Визначення відхилення літака від курсової лінії посадки виконується рівносигнальним методом.

 

Основні тактико-технічні дані системи КРМ ILS

Діапазон робочих частот……………….…..…....…………..… 108…112 МГц

Кількість каналів……………………………….……………...……………....40

Зона дії в горизонтальній площині…………...……………..………..…… + 35^о

Дальність дії ……………………………………....…..………..………….45 км

Глісадний радіомаяк системи ILS, як і ГРМ системи ПРМГ, задає електромагнітне поле рівносигнального напрямку, який збігається з глісадою планерування. Глісадний радіомаяк установлюється на відстані 120 … 180 м від осі ЗПС і на відстані 200… 450 м від початку ЗПС у напрямку заходу на посадку. У вертикальній площині ГРМ утворює двопелюсткову діаграму спрямованості з частотами модуляції 150 Гц у верхньому і 90 Гц у нижньому пелюстках. Оптимальний нахил глісади 2^о40' (2,67^о).

 

Основні тактико-технічні дані системи ГРМ ILS

Діапазон робочих частот………………..………………..….… 329…335 МГц

Кількість каналів……………………………….…..………..….….……….....40

Зона дії:

а) у горизонтальній площині………………..……...…….…....…..……±8

б) у вертикальній площині…………………….....….....від 0,45 до 1,75ξ_г

Дальність дії ……………………………………..……..…..………..…….18 км

 

У системі ILS передбачено три маркерні радіомаяки (МРМ):

– дальній (зовнішній) – на відстані 7 400 м від початку ЗПС;

– середній – на відстані 1 050 м від початку ЗПС;

– пограничний – на відстані 75 м від початку ЗПС.

Основні тактико-технічні дані системи МРМ ILS

Діапазон робочих частот…………………...…………...……..….…… 75 МГц

Частота модуляції:

а) зовнішнього МРМ…………………...................................……..400 Гц

б) середнього МРМ………………..….…………………………..1 300 Гц

в) пограничного МРМ…………….………………………...……3 000 Гц

Сигнали розпізнавання:

а) дальнього МРМ…………….…...…………………………..…..2 тире/с

б) пограничного МРМ……….…………………………………6 крапок/с

в) середнього МРМ………………………...послідовність тире і крапок

Аналогом системи посадки ILS є системи посадки СП-50, СП-50М, СП-68 та СП-75. Радіомаяки цих систем посадки працюють у тому ж частотному діапазоні, що і системи ILS. Відмінність полягає у кількості робочих каналів та конструктивному виконанні.

Для роботи у міжнародних системах навігації та посадки використовується таке бортове обладнання: СП-50М, «Курс МП-2», «Ось-1», «Курс МП-70», «Курс-93М», DME/P-85.

Радіомаякові системи посадки, що працюють у метровому і дециметровому діапазонах радіохвиль (ПРМГ, ILS), мають недоліки. Через це вони обмежені у використані. Такими недоліками є малі сектори дії, значний вплив земної поверхні, великі розміри антенних систем, мала кількість частотних каналів та ін. Відповідно до регламентів організації ICAO нові системи посадки мають працювати у сантиметровому діапазоні хвиль. Такі системи посадки називаються мікрохвильовими типу MLS. Вони працюють на частоті 5 ГГц (λ = 6 см) і мають дальність дії до 50 км.

Система посадки MLS має таке наземне аеродромне обладнання (рис. 4.64):

– азимутальний радіомаяк заходу на посадку (АРМЗ);

– кутомірний радіомаяк заходу на посадку (КРМЗ);

– ретранслятор дальноміра (РД);

– радіомаяк зворотного зв’язку (РМЗА);

– кутомірний радіомаяк вимірювання (КРМВ).

 

 

 

Рис. 4.64. Розміщення наземних радіомаяків системи посадки MLS

 

Основні тактико-технічні дані азимутального радіомаяка заходу на посадку

Діапазон робочих частот………………….………...….…5 031…5 090,7 МГц

Частотний інтервал ……………………...………….………………….0,3 МГц

Кількість частотних каналів………………..….……………………..……..200

Зона дії:

а) у горизонтальній площині…………….……...….…..……….……±40^о

б) у вертикальній площині………………..………...…..…...…...…. ±15^о

Висота зони дії …………………………………...………...…….……...6 000 м

Дальність дії (від початку ЗПС)……………...………...…...….…..……..37 км

 

Основні тактико-технічні дані

радіомаяка зворотного азимута

 

Зона дії:

а) у горизонтальній площині…………...…….……..…...….........…. ±20^о

б) у вертикальній площині………………………...………....……… ±15^о

Висота зони дії …………………………………...………………....…...1 500 м

Дальність дії (від зупинного кінця ЗПС)……………...……….........…9 км

 

Основні тактико-технічні дані

кутомірного радіомаяка заходу на посадку

 

Зона дії:

а) у горизонтальній площині (сектор з точки 0)………..……...........±40^о

б) у вертикальній площині………………………..………………..…±15^о

Висота зони дії …………………………………...…...………….……...6 000 м

Дальність дії (від початку ЗПС)……………………………….…....…....37 км

 

Основні тактико-технічні дані

кутомірного радіомаяка вирівнювання

 

Зона дії:

а) в горизонтальній площині (сектор з точки 0₁)….…...................... ±10^о

б) у вертикальній площині………………………..………...…….… ±7,5^о

Дальність дії (від початку ЗПС)………………………….………....…......9 км

Зони дії по вертикалі на відстані 750 м від початку ЗПС

у бік зупинного кінця ЗПС …………….………………..….від 2,5 до 45 км

 

Принцип дії азимутального радіомаяка заходу

на посадку

Принцип дії усіх радіомаяків системи посадки MLS однаковий – це радіомаяки зі скануючим променем і опорним часом. Розглянемо принцип дії азимутального радіомаяка.

Передавач радіомаяка має гостро направлену антену, яка постійно сканує у секторі зони дії (рис. 4.65).

Ширина променя антенної системи радіомаяка від десятих часток градуса до одиниць градусів (4…6^о). Бортове обладнання MLS складається з азимутально-кутомірного радіоприймача, вимірювача азимутального кута, запитувача дальності та обчислювального пристрою. Оскільки антена сканує, то промінь опромінює літак за один цикл роботи два рази: один раз під час руху у бік правої межі зони, а другий раз під час руху у бік лівої межі зони. Тобто бортовий приймач приймає від радіомаяка два радіоімпульси: прямий та зворотний (рис. 4.66).

Аналіз часових інтервалів випромінювання та сканування дає вираз Θ= k (T ₀ – t), де Θ – кут азимутального відхилення від лінії посадкового курсу; k – коефіцієнт пропорційності; T ₀ – постійний часовий інтервал; t – часовий інтервал між прийнятими на борт літака імпульсами від радіомаяка.

Таким чином, для визначення кутового відхилення Θ необхідно визначити часовий інтервал t між імпульсами від радіомаяка.

 

Рис. 4.65. Сектори сканування діаграми спрямованості азимутального радіомаяка заходу на посадку

 

 

Рис. 4.66. Часова діаграма азимутального радіомаяка системи посадки MLS

Надалі виміряні параметри (азимутальний кут Θ, кут місця β, дальність до РД) подаються до обчислювача системи посадки MLS для визначення лінійного відхилення Δ Z від лінії посадкового курсу та відхилення за висотою Δ Н.

Виміряні параметри Δ Z та Δ Н подаються до системи автоматичного управління для виконання директорного або автоматичного заходу на посадку аж до приземлення. Одночасно ці ж параметри подаються до приладу системи посадки для індикації льотчику.