CC BY
253
2010
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
№ 152
УДК 621.396.933.23
СТРУКТУРА БОРТОВОГО И НАЗЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ МОБИЛЬНОЙ МНОГОПОЗИЦИОННОЙ РАДИОДАЛЬНОМЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПОСАДКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Я.В. КОНДРАШОВ, Т.С. ФИАЛКИНА
Статья представлена доктором технических наук, профессором Логвиным А. И.
В статье представлены информационные составляющие для режимов предпосадочного маневрирования летательных аппаратов в мобильной многопозиционной радиодальномерной системе посадки МПСП воздушных судов. Скомплексирован состав бортового БО и наземного НО оборудования МПСП. Определены методы технического обслуживания БО и НО МПСП.
Ключевые слова: многопозиционная радиодальномерная система, предпосадочное маневрирование и ком-плексирование.
Введение
Совокупность различных систем аэронавигации можно представить в виде некоторой глобальной сети, составляющими которой, в общем виде, являются системы космического базирования - спутниковые навигационные системы GPS, ГЛОНАС и системы наземного базирования на основе формата сигналов ILS (Instrumental Landing System), VOR (Very High Frequency V.H.F. Omnidirection Range), DME (Distance Measuring Equipment), регламентированные международным комитетом гражданской авиации ICAO.
Однако существующие в настоящее время и вводимые в эксплуатацию стандартные навигационно-посадочные системы ILS, VOR, DME, РСБН (радиотехническая система ближней навигации), СП (системы посадки) по своему прямому и единственному назначению являются стационарными, обслуживающими трассы с высокой плотностью полетов. Как правило, они работают с постоянным излучением электромагнитной энергии, обладают большими массогабаритными характеристиками, энергоемкостью и стоимостями как бортового, так и наземного оборудования. По этим причинам они ни в коей мере не могут удовлетворять принципам оснащения трасс местных воздушных линий МВЛ и полетов воздушных судов ВС (летательных аппаратов ЛА).
Использование же спутниковой навигационной системы СНС в настоящее время определено ICAO как элемент глобальной навигационной сети, и ее информацию разрешено использовать как дополнительную к другим системам для повышения надежности навигационных данных. А для обеспечения режима посадки ЛА дополнительно требуется наземное размещение достаточно объемного и дорогостоящего оборудования - дифференциальной станции.
Отсюда возникает необходимость создания малогабаритной, мобильной (переносной), дешевой, унифицированной для различных потребителей радиотехнической системы для ВС МВЛ и ЛА АОН (авиации общего назначения) и ПАНХ (применения авиации в народном хозяйстве), совместимой с регламентированными ICAO средствами аналогичного назначения для магистральных ВС, как с точки зрения навигационных электромагнитных полей, так и максимального использования бортового оборудования, размещаемого на ВС (ЛА). Тем самым открывается двойная возможность использования ВС как на магистральных воздушных линиях, так и на необорудованных стандартными системами трассах.
Использование принципов дальнометрии в обеспечении навигации и автоматической посадки ЛА на неоснащенные стационарным оборудованием аэродромы и посадочные площадки привлекает значительное внимание для практического решения задач в связи с актуальностью такой проблемы для легкомоторной авиации.
Одновременно с вышеизложенным, в последние годы неуклонно повышается интерес к вопросам теории и практики многопозиционных измерительных систем различного назначения, в том числе основанных на принципах дальнометрии. Отличительной особенностью этих систем является использование, в той или иной мере, пространственно-временных методов обработки информации, заложенной в волноводных полях и радиосигналах, принимаемых одновременно из пространственно разнесенных точек.
Г лавной причиной такого интереса к многопозиционным радиосистемам является широта и разнообразие их применения (в радиолокации, радионавигации, радиоастрономии, радиогеодезии и др.) с реализацией высокочастотных характеристик, которые не под силу однопозиционным системам, слабо использующим пространственную когерентность радиосигналов.
В этой связи, для создания навигационно-посадочной системы для ВС МВЛ, ЛА АОН (ПАНХ), представляется целесообразным использование принципов многопозиционности и дальнометрии, при максимальной аппаратурной и программно-математической унификации со стандартными средствами аналогичного назначения обслуживающими магистральные ВС, на основе сигналообразующих рекомендаций ICAO, в частности DME.
Состав информации в режимах предпосадочного маневрирования и посадки воздушных судов местных воздушных авиалиний
Задача обеспечения посадки воздушных судов ВС местных воздушных линий МВЛ включает в себя режимы привода ВС в зону аэродрома, предпосадочного маневрирования ВС и, собственно, посадки ВС. Предпосадночное маневрирование представляет собой ряд последовательных эволюций ВС в пространстве, в результате которых ВС занимает определенное положение относительно взлетно-посадочной полосы ВПП для входа в глиссаду и совершения посадки. Для ориентирования в пространстве в поле сигналов многопозиционной радиодально-мерной системы посадки (МПСП) [1] пилот должен получать информацию о координатах ВС [2, 3]. Для МПСП удобно воспользоваться системой координат, связанной с ВПП (рис. 1.). При этом задача предпосадочного маневрирования сводится к определениям на плоскости линейного отклонения ВС от оси ВПП (Z) и продольного отклонения до торца ВПП (X).
Рис. 1. Размещение маяков и геометрические соотношения при полете ВС:
М1, М2, М3 - маяки-ответчики; ВПП - взлетно-посадочная полоса; Д - текущая дальность между ВС и началом ВПП; Д1з Д2, Дз - текущие дальности между маяками-ответчиками и ВС; А, 11з 12, 13, Б - составляющие координатной привязки между маяка-ми-ответчиками и ВПП; 8 - угол глиссады; КУ - курсовой угол
Для решения задачи предпосадочного маневрирования в полярной системе координат (также связанной с ВПП) положение ВС на плоскости может быть представлено в виде курсового угла КУ и горизонтальной дальности (Б) от ВС до торца ВПП.
Для индикации пилоту отклонений по координатам Ъ и Х или курсового угла КУ и дальности Б (в полярной системе координат) можно воспользоваться индикатором самолётным дальности (ИСД-1) и индикатором самолетным азимута (ИСА), которые серийно выпускаются и используются в составе аппаратуры бортового радиодальномера "СД-75" [4]. Представляемой пилоту информации в сочетании с информацией о высоте полета (получаемой от баро или радиовысотомера, например, [5]) достаточно для выполнения предпосадочного маневра.
Процесс посадки начинается после окончания предпосадочного маневрирования, в результате которого ВС занимает определенное положение относительно оси ВПП, находясь от торца ВПП на определенном удалении и высоте, т. е. выполняет снижение по глиссаде. Для совершения посадки пилоту необходимо получение информации об отклонении ВС от курса (ЛК), глиссады (ЛГ) и дальности до торца ВПП (Д), которые представляются в связанной с ВПП системе координат (рис. 1).
Состав и схема структурная бортового оборудования МПСП
Индикация пилоту информации об отклонениях ЛК и ЛГ может осуществляться курсовыми и глиссадными планками прибора навигационного планкового (например, ПНП-72-2М [6]), который размещен на ряде ВС (например, АН-28).
Информация о дальности (Д) ВС до ВПП в режиме посадки может индицироваться прибором ИСД-1. Информация о боковом отклонении от оси ВПП (Ъ), продольном отклонении до торца ВПП (X), отклонениях ЛК, ЛГ может быть получена в результате обработки вычислительным устройством, размещаемым на борту ВС, информации о трех наклонных дальностях (Д1, Д2, Дз) до наземных маяков, измеряемых штатным дальномером БМЕ/Р [1].
Для вычисления указанных параметров (координат), необходимо использовать вычислительное устройство, обладающее достаточным быстродействием и соответствующим объемом памяти. Дальномер, используемый на ВС, должен обеспечивать вычисление наклонной дальности с минимальными погрешностями [7]. Алгоритм работы системы определяет как структуру размещения маяков-ответчиков, так и состав бортового оборудования [1].
Погрешность определения местоположения ВС в вертикальной плоскости (на некоторых дальностях глиссады) в ряде ситуаций неудовлетворительна [1]. Уменьшить погрешность измерения системой МПСП высоты полета ВС возможно введением и обработкой в вычислительном устройстве информации о высоте полета ВС, получаемой от штатного баровысотомера (или радиовысотомера - на малых высотах).
Для преобразования аналогового сигнала с потенциометрического выхода баровысотомера (ВЭМ-72-ЗА) в цифровой [8] в бортовое оборудование должно быть введено устройство сопряжения (УС), осуществляющее аналого-цифровое преобразование сигнала.
Управление режимами работы и программами обработки информации бортовой аппаратурой и индикация ее готовности осуществляется пультом управления (ПУ).
Схема структурная бортового оборудования приведена на рис. 2.
Блок БМЕ/Р предназначен для измерения наклонной дальности между ВС и каждым наземным маяком-ответчиком при программной его перестройке на частоту и временные коды "ведущего" маяка и маяков ретрансляторов. Информация о каждой измеренной дальности выдается в бортовой вычислитель з2-разрядным последовательным биполярным кодом.
Конструктивно блок БМЕ/Р выполнен на базе ФКМ (функционально-конструктивных модулей). Передние панели каждого ФКМ, установленные в блок, образуют переднюю панель блока.
На рис. 2 пунктиром обведена вновь вводимая, дополнительно к штатному, часть бортового оборудования ВС системы МПСП.
В состав бортового оборудования входят: БМЕ/Р - радиодальномер;
ВУ - вычислительное устройство;
ПУ - пульт управления;
ИСД - индикатор самолетный дальности; ИСА - индикатор самолетный азимута; ПНП - прибор навигационный планковый; БВ - баровысотомер; РВ - радиовысотомер; УС - устройство сопряжения.
Рис. 2. Схема электрическая структурная бортового оборудования МПСП
На основании изложенного можно заключить следующее:
1. На этапе предпосадочного маневрирования для ориентирования положения ВС в горизонтальной плоскости относительно ВПП экипажу ВС достаточно иметь двухкоординатную информацию в виде бокового (Ъ) и продольного (X) отклонений от торца ВПП или в виде горизонтальной дальности (Б) и курсового угла (КУ). Высота полета выдерживается по баро или радиовысотомеру.
2. На этапе посадки (снижения по глиссаде) экипажу ВС достаточно иметь трехкоординатную информацию в виде наклонной дальности Д до торца ВПП и отклонений от опорных траекторий по курсу и глиссаде ЛК, ЛГ.
3. Для формирования указанной выходной информации с заданным качеством система МПСП должна использовать штатное, для любого типа ВС МВЛ, бортовое оборудование: блок БМЕ/Р, баро или радиовысотомер, прибор ПНП. Дополнительной принадлежностью к штатному для ВС бортовому оборудованию МПСП являются: вычислительное устройство, пульт управления, устройство сопряжения, самолетные индикаторы дальности и азимута.
4. Общая масса, дополнительного к штатному, бортового оборудования » 2,5 кг.
5. Указанный состав и характеристики бортового оборудования представлены в положении автономной работы системы МПСП. При иных предпосылках в конфигурации МПСП построение вычислительного устройства, пульта управления и индикаторов может быть другим.
6. Для настройки, контроля и испытаний указанного бортового оборудования может применяться наземная автоматизированная система контроля, например, унифицированный эксплуатационно-ремонтный комплекс - УЭРК [9].
Состав и схема структурная наземного оборудования МПСП
Как было отмечено в статье [1], наземный маяк дециметрового БМЕ диапазона частот может быть построен в двух вариантах: как маяк-ответчик и как ретранслятор. Такой подход обеспечивает возможность использования различной тактики и различной комплектации наземного оборудования.
Упрощение маяка-ответчика относительно стандартного маяка БМЕ [1] состоит в:
• отсутствии требований к перестройке частоты передатчика и приемника (работа на одной из фиксированных частот системы);
• существенном снижении требований к пропускной способности (3^10 ВС в разных режимах работы системы);
• некотором снижении требований к стабильности задержки сигналов (задача посадки ВС
Вводимая часть оборудования
ПУ
ИСД ИСА
ВУ ус
-Ф-—
БМЕ/Р БВ —1
ПНП-2 ПНП-1
МВЛ по I категории ICAO);
• отсутствии требований к формированию сигналов звукового опознавания;
• снижении требований по формированию и передаче сигналов контроля работоспособности (предполагается осуществлять дистанционный контроль по наличию сигналов каждого маяка-ответчика);
• снижении требований к резервированию аппаратуры (при учете многопозиционного размещения нескольких, например, не менее четырех маяков-ответчиков в районе ВПП);
• изменении зоны действия маяка: она должна быть до высоты 60 м, а не до плоскости земли.
Следовательно, общий объем и сложность аппаратуры маяка-ответчика должны быть
меньше аппаратуры стационарного маяка DME. Но самое главное то, что и стоимость его самого и стоимость его обслуживания должны быть существенно невелики.
Построение маяка-ответчика как ретранслятора дополнительно упрощает построение приемника, так как ретрансляторы работают от постоянного запросного для них и ответного для ВС сигнала "ведущего" маяка и приемник получается несложным. Блок-схема маяка-ответчика с учетом электропитания и контроля представлена на рис. 3.
Как видно из рис. 3 приемопередающая антенна А маяка-ответчика дециметрового диапазона волн [1] через антенный переключатель (АП) подсоединена к приемному и передающему устройствам.
Приемник и передатчик работают на одной из фиксированных частот, одном из временных кодов системы DME. При этом частота приемника на 63 МГ ц выше частоты передатчика. Формирование данных частот Рис 3 Схема электрическая структурная
осуществляется синтезатором, кото- маяка-ответчика.
рый, в свою очередь, управляется от панели контроля. Таким образом, обеспечивается литерность маяка, его "окраска" по частоте и временному коду. Комбинация данных частотно-кодовых каналов ЧКК нескольких маяков составляет программу ЧКК, которая известна на борту ВС.
После выделения приемником запросных сигналов ВС плата сопряжения формирует привязку точек отсчета к уровням 0,5 или 0,1 амплитуды на передних фронтах видеоимпульсов в соответствии с режимом работы бортового оборудования [1].
Устройство обработки осуществляет декодирование запросных сигналов бортового блока DME/Р, управление работой маяка-ответчика, кодирование ответных сигналов маяка. Управление работой маяка состоит в формировании сигналов ХИП передатчика, формировании сигнала бланка приемника, формировании стандартных задержек ответных сигналов относительно запросных в зависимости от величины запросного временного кода.
Панель контроля служит для задания литерности маяка, а также для подключения подносных стандартных средств для контроля параметров работы маяка, а именно: частоты и мощности излучаемых сигналов, чувствительности приемника, кодовой расстановки запросных и ответных сигналов, задержек ответных сигналов, питающих напряжений.
Электропитание маяка-ответчика выполняется в двух вариантах: от автономного источника постоянного напряжения +27В и от блока преобразования напряжения 220В 50Гц в тех случаях, когда можно подвести кабель промышленной электросети. Устройства вторичного электропитания (ВИПы) формируют из напряжения +27 В весь набор напряжений, необходимый для работы радиотехнических устройств маяка.
Функции и схема структурная "ведущего" маяка-ответчика и ретрансляторов одинакова.
Приемник ^ Синтезатор ^ Передатчик
Панель
контроля
ВИПы
Разница состоит в упрощении приемного устройства ретранслятора, во введении в ретрансляторе постоянной задержки (в устройстве управления) и в дополнительных кодовых комбинациях ответных сигналов (также в устройстве управления). Конструкция и массо-габаритные характеристики "ведущего" маяка и ретранслятора примерно одинаковы. Стоимость ретранслятора за счет упрощения приемного устройства, снижение требований к его контролю и к питающим напряжениям должна быть меньше.
На основании изложенного можно заключить следующее:
1. Независимо от того, в каком виде выполняется маяк-ответчик - „ведущего” или ретранслятора, его состав остается одинаковым: приемник, передатчик, устройство обработки (с платой сопряжения), синтезатор, источники энергоснабжения, антенно-фидерное устройство.
2. Антенно-фидерное устройство (АФУ) представляет собой четырехъярусную антенную решетку, состоящую из двух плоских модулей по два излучателя с распределительными устройствами. Конструктивно АФУ размещается отдельно от маяка на штанге, позволяющей устанавливать и изменять его высоту на 3^3,5 м и более.
3. Контроль работоспособности каждого маяка-ответчика (ретранслятора) производится дистанционно с командно-диспетчерского пункта [9].
ЛИТЕРАТУРА
1. Кондратов В. И., Кондратов Я. В. Принципы и структуры мобильных, локальных, многопозиционных навигационно-посадочных систем наземного базирования // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №76, 2004. - С. 84-92.
2. Пути развития радиолокационных систем. Whither radar Radford M.F. GEC7.Res. I985, v.3, №2, p. 137-143.
3. Развитие радиолокационных методов наведения. The evolution of radar guidance/ GEC7. Res. 1985, r 3, № 2, p. 92-103.
4. Руководство по технической эксплуатации бортового авиационного радиодальномера СД-75.
5. Руководство по технической эксплуатации бортового авиационного высотомера ВЭМ-72-ЗА.
6. Руководство по технической эксплуатации бортового авиационного планкового навигационного прибора ПНП-72-2М.
7. Руководство по технической эксплуатации бортового авиационного дальномера DME/P.
8. Проектирование радиоприемных устройств / под ред. Сиверса А. П. - М.: Сов.радио, 1976.
9. Кондратов Я. В., Фиалкина Т. С., Фирсанов В. В. Анализ методов технического обслуживания и ремонта авиационного навигационно-посадочного оборудования // Научно-производственный журнал «Арсенал-XXI», №3-4, Киев. - 2007. - С. 29-31.
STRUCTURE OF THE ONBOARD AND LAND EQUIPMENT MOBILE MULTIITEM RADIO LONGWAY MEASURING SYSTEMS OF PLANTING FLYING MACHINES
Kondrashov Ya. V., Fialkina T. S.
In article information components for modes of prelanding maneuvering of flying machines in mobile multiitem radio longway measurinare presented system of planting MPLS of air courts. The structure onboard and land equipment MPLS are showed. Methods of technical service OE and LE MPLS are defined.
Сведения об авторах
Кондратов Ярослав Викторович, 1970 г. р., окончил МАИ (1993), кандидат технических наук, член-корреспондент Аэрокосмической Академии Украины, главный специалист Центра информационных технологий "Инфотех", автор более 100 научных работ, область научных интересов - радиолокация, радионавигация, управление воздушным движением, сигналообразующие технологии.
Фиалкина Татьяна Станиславовна, 1987 г. р. окончила Национальный авиационный университет (НАУ, г. Киев, 2008), аспирант НАУ, автор 15 научных работ, область научных интересов - навигация и управление воздушным движением, авиационные компьютерно-интегрированные комплексы.
