Особенности радиосистем ближней навигации и посадки

Особенности радиосистем ближней навигации (РСБН). К этому классу относятся угломерно-дальномерные и дальномерные позиционные системы определения местоположения ЛА в пределах дальности прямой видимости. Основу РСБН составляет сеть наземных дальномерных и угломерных радиомаяков, размещаемых в РНТ, относительно которых определяются дальность  и азимут  ЛА.

Каналы дальности и азимута РСБН работают независимо. Канал дальности строится по схеме импульсного радиодальномера с активным ответом (DME). Основным элементом канала азимута является наземный азимутальный радиомаяк (VOR). Отечественная РСБН и каналы дальности всех систем работают в диапазоне дециметровых волн ( см), а канал азимута зарубежных РСБН – в диапазоне метровых волн ( м).

Особенности радиосистем посадки (РСП). Эти позиционные системы предназначены для определения угловых отклонений ЛА  и  (рис. 12.1) от траектории захода на посадку, которая задается линией курса ЛК в горизонтальной и линией глиссады ЛГ в вертикальной плоскостях. Полученная от РСП информация используется для автоматизации посадки ЛА на взлетно-посадочную полосу ВПП и для индикации положения ЛА относительно траектории посадки на приборах экипажа. По принципу построения РСП представляют собой угломерные системы, состоящие из независимых и идентичных по принципу действия каналов курса и глиссады. В каждый из каналов входит наземный радиомаяк (курсовой КРМ или глиссадный ГРМ) и соответствующая часть общей для обоих каналов бортовой аппаратуры.

Рис. 12.1. Формирование заданной траектории захода на посадку и

измеряемые величины в РСП

Для определения  и  используют либо амплитудный (равносигнальный), либо импульсный (временной) метод. Сигнал, параметры которого содержат информацию об угловых отклонениях ЛА, формируется с помощью специальных антенн радиомаяков РСП. Равносигнальные РСП работают в диапазоне метровых (канал курса) и дециметровых (канал глиссады) радиоволн. Импульсные РСП используют сантиметровый диапазон.

 

Канал дальности РСБН

Принцип действия канала дальности РСБН. Канал дальности (рис. 12.2) состоит из установленного на ЛА запросчика и наземного ответчика – дальномерного радиомаяка ДРМ. Генератор запросных импульсов ГЗИ вырабатывает сигнал запроса дальности ЗД (два импульса с определенным кодовым интервалом между ними). Сигнал ЗД излучается на частоте . На ДРМ принятый сигнал после обработки в приемнике Прм–О подается на формирователь сигнала ответа ФСО, где изменяется интервал между импульсами. Излучаемый ДРМ на частоте  сигнал ответа дальности ОД принимается бортовой аппаратурой ЛА и поступает после приемника Прм–З на цифровой измеритель времени ИВ, который включается в момент излучения ЗД. Измеритель времени вырабатывает код, содержащий информацию о . Задержка сигнала в аппаратуре ДРМ () поддерживается постоянной и учитывается при измерении. Для повышения точности длительности импульсов сигналов ЗД и ОД выбирают в пределах 1…3 мкс.

Рис. 12.2. Структурная схема канала дальности РСБН (а), а также излучаемые и принимаемые сигналы (б)

 

Различия кодовых интервалов и несущих частот сигналов ЗД и ОД позволяют повысить помехоустойчивость запросчиков к сигналам запросов других ЛА и предотвратить запуск ДРМ собственными сигналами, отраженными от окружающих его объектов. Для исключения синхронных помех, которые возникают при повторном запуске ответчика сигналом запроса, отраженным от близких к ДРМ объектов, ответчик запирается на некоторое защитное время  после приема первого (пришедшего по кратчайшему пути) импульса запроса.

 

Канал азимута РСБН

Для определения азимута в РСБН используют либо импульсный, либо фазовый метод. Первый отличается большой точностью, и на его основе строятся отечественные РСБН. Фазовый метод более прост в реализации и применяется в зарубежных системах ближней навигации.

Принцип действия канала азимута, реализующего импульсный метод. Азимутальный радиомаяк АРМ формирует две ДНА в горизонтальной плоскости (рис. 12.3). Диаграмма ДН1 состоит из двух узких (около 4°) лепестков и вращается с частотой об/мин (600 град/с). В пределах этой ДНА излучаются непрерывные немодулированные колебания. Диаграмма ДН2 имеет в горизонтальной плоскости форму, близкую к окружности. С помощью ДН2 излучается опорный сигнал, представляющий собой две кодированные последовательности импульсов. Эти импульсы вырабатывает датчик, связанный с осью вращения антенны, создающей ДН1, и в соответствии с числом импульсов, приходящихся на один оборот ДН1, они называются опорными сигналами 35 («35») и 36 («36»). В момент, когда ось симметрии лепестков ДН1 совпадает с северным направлением меридиана, импульсы обеих последовательностей также совпадают, что служит сигналом начала отсчета времени (северный сигнал ОС) при определении азимута. Импульсы «36» следуют через каждые 10° оборота ДН1.

Рис. 12.3. Диаграммы направленности антенн АРМ (а) и сигналы канала азимута, реализующего импульсный метод (б, в)

 

Когда ДН1 проходит через точку приема, на выходе приемника образуется азимутальный сигнал АС, форма которого повторяет форму ДН1. Интервал времени , начало которого соответствует моменту прохождения минимума ДН1 через северное направление, а конец – средней точке азимутального сигнала, содержит информацию об азимуте  точки приема

.                                                                               (12.1)

Для повышения точности отсчет времени  производят по азимутальному импульсу АИ, который соответствует той точке среза азимутального сигнала, где крутизна огибающей максимальна. Возникающая при этом систематическая погрешность  компенсируется при определении азимута.

Цифровой измеритель азимута РСБН. Для измерения  применяют цифровые устройства (рис. 12.4). Поступающие с декодирующего устройства приемника, импульсы «35» и «36» подаются на контрольное устройство КУ, которое в момент их совпадения устанавливает счетчик Сч₁ на нуль и разрешает прохождение на него счетных импульсов от генератора ГСчИ. Счетчик Сч₁ подсчитывает число импульсов за время  и через каждый интервал времени, соответствующий 10°, выдает импульс на счетчик Сч₂. Азимутальный импульс АИ закрывает контрольное устройство КУ и разрешает перепись содержимого счетчиков через схемы переписи СП в запоминающие устройства ЗУ. С этих устройств снимается код азимута, так как при известном периоде  счетных импульсов их число  является мерой азимута . Счетчик Сч₁ выполняет функцию точного измерения азимута, а Сч₂ – грубого.

Рис. 12.4 Структурная схема цифрового измерителя азимута РСБН

 

Точность импульсного канала азимута. Главный источник погрешностей здесь – сигналы, отраженные от различных объектов (например, от объекта О на рис. 12.5,а). Искажения результатов измерений вызывают те отраженные сигналы, которые создают мешающее напряжение , по времени совпадающее со срезом первого импульса азимутального сигнала АС (рис. 9.11,б). Такая ситуация возможна для объектов, азимут которых  лежит в пределах , где  – суммарная ширина двух лепестков ДН1.

Рис. 12.5. Положение ЛА и отражателя в пределах диаграммы направленности АРМ (а) и результат интерференции азимутального и отраженного сигналов (б)

 

Погрешность измерения азимута при частоте вращения ДН1, равной , и длительности среза импульса АС, равной , составляет

                                                          (12.2)

где  – приращение напряжения АС в точке отсчета  из-за отраженного сигнала, а  – амплитуда АС.

Как следует из (12.2), для повышения точности следует уменьшать скорость вращения ДН1 и увеличивать крутизну фронта импульса . Уменьшение  приводит к снижению темпа поступления информации и к возможности существенного изменения азимута ЛА за один оборот ДН1. Повышение крутизны  достигается сужением ДН1, при этом также уменьшается вероятность одновременного появления отражающего сигнала объекта и ЛА в пределах ДН1. С учетом всех дестабилизующих факторов точность импульсного азимутального канала соответствует .

12.4. Принцип работы аппаратуры "VOR".

Система ближней навигации ''VOR'' представляет собой радиотехнический комплекс, со­стоящий из наземного радиомаяка и бортового приемного устройства. Маяк работает на одной из 160 частот диапазона 108,00 - 117,95 МГц.

Всенаправленный азимутальный радиомаяк или РМА (VHF Omnidirectional Radio Range, VOR) — вид радионавигационной системы, предназначенной для определения положения воздушного судна. Станция VOR передает в эфир позывные станции (азбукой Морзе) и информацию, которая позволяет радионавигационным системам на борту определить магнитный путевой угол направления станции, то есть угловое положение воздушного судна относительно станции. Данные с двух станций VOR или сочетание информации VOR с данными DME (дальность положения станции) позволяет однозначно определить положение самолета.