Что представляет собой сигнал нбч

10 Диаграммы направленности глиссадных радиомаяков

Диаграммы направленности ( ДН) ГРМ формируются специальной антенной системой, включающей несколько антенных решеток, которые возбуждаются сигналами несущей с боковыми частотами CSB (НБЧ), сигналами с подавленной несущей SBO (БЧ), а в варианте 2F — также и сигналами клиренса. Питание антенных решеток обеспечивает требуемые характеристики РГМ в заданном секторе воздушного пространства. Антенные решетки представляют собой синфазные линейные решетки симметричных вибраторов, расположенных над отражающей поверхностью, находящейся перед антенной системой. Излучатели возбуждаются идентичными сигналами для формирования лепестков ДН симметричной формы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Сигнал НБЧ (CSB) содержит сигналы несущей и боковых частот (+90/+150 Гц), синфазные с несущей. Сигнал БЧ (SBO) включает только сигналы боковых частот (-90/+150 Гц) с взаимно противоположными фазами. Сигнал клиренса в варианте 2F содержит несущую частоту, смещенную на 8 кГц относительно несущей сигнала глиссады (CSB), амплитудно- модулированную сигналами частотой 150 Гц (с глубиной модуляции 55%) и частотой 90 Гц (с глубиной модуляции 25%), что обеспечивает в итоге значение РГМ, равное 30%, а также значение СГМ 80%. Излучаемые антенной прямые волны складываются в пространстве с волнами, отраженными от земной поверхности. При этом обеспечивается линейная зависимость РГМ от угла места в пределах сектора глиссады. Пространственные характеристики излучаемых сигналов таковы, что могут использоваться для работы при углах места, не превышающих 1.75θ (θ — угол глиссады), как это определено в Рекомендациях ИКАО, Приложение 10, так как при большем значении угла места может находиться минимум напряженности поля и направление ложной глиссады. Амплитуда несущей определяет дальность действия ГРМ, в то время как амплитуда сигнала БЧ (SBO) определяет чувствительность РГМ к изменению угла места и, тем самым, ширину сектора глиссады. Ширина сектора уменьшается с увеличением амплитуды БЧ (SBO).

11 Заключение

В ходе прохождения аэродромной практики ознакомился со структурой службы РГП «Казаэолнавигация» и её основных частей. Ознакомился с принципом работы: Центром управления связи (ЦУС), Радионавигационным комплексом(РНК) и радиолокационным комплексом (РЛК),в состав которой входили ГРМ (глиссадный радиомаяк) и КРМ (курсовой радиомаяк) Получил необходимые знания в области радиолокации и радионавигации, необходимых для обеспечения посадки воздушных судов.

12 Список литературы

1 ILS420 инструментальная система посадки Техническое руководство Часть1 описание оборудования «Thales»

2 ILS420 инструментальная система посадки Техническое руководство Часть2 описание оборудования «Thales»

3 ILS420 инструментальная система посадки Техническое руководство Часть3 антенные системы.«Thales»

12 Приложения

Рисунок 11.1. Формирование диаграмм направленности глиссадного радиомаяка GP-1F (опорный нуль)

Рисунок 11.3.Диаграммы направленности в вертикальной плоскости глиссадного радиомаяка GP-1F (опорный нуль)

Рисунок 11.4.Сравнение диаграмм направленности глиссадных радиомаяков GP-2F М-типа, и GP-1F В-типа

Рисунок 11.5.Антенная система ГРМ с двумя антенными решетками симметричных вибраторов

Рисунок 11.6.Диаграммы направленности антенной решетки

Рисунок 11.7.Пример установки антенной системы ГРМ

Рисунок 11.8.Стойка передатчика ГРМ GP-1F (дублированный вариант) с открытой передней и задней дверцами

Влияние поперечного уклона местности на информационный параметр курсового радиомаяка ils Текст научной статьи по специальности «Физика»

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Зотов Андрей Васильевич, Жданов Б. В., Войтович Н. И.

Представлено обобщение модели курсового маяка, приведённой в ранее опубликованной статье (Войтович Н.И., Жданов Б.В., Зотов А.В. Моделирование работы двухчастотной системы посадки самолётов, 2013). В упомянутой статье предполагалось, что курсовой радиомаяк (КРМ) расположен на подстилающей поверхности в виде горизонтальной плоскости, безграничной во всех направлениях. Влияние Земли в этом случае учитывается интерференционным множителем Земли. Тогда пространственная диаграмма направленности антенны КРМ представляется произведением двух функций, одна из которых зависит только от азимутального угла, другая от меридионального угла. Поэтому было удобно рассматривать интересующие величины как функции только от азимутального угла. В данной работе мы предположим, что антенная решётка излучающих элементов антенны КРМ расположена горизонтально, а подстилающая поверхность в области, существенной для отражения радиоволн (в области первой зоны Френеля на подстилающей поверхности), представляет собой участок плоскости с поперечным уклоном по отношению к направлению оси взлётно-посадочной полосы (ВПП). Из-за отсутствия осевой симметрии задачи разделить зависимости интересующих величин от азимутального и меридионального углов не представляется возможным.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF TRANSVERSE-SLOPE ON INFORMATION PARAMETER ILS LOCALIZER

This article presents a generalization of the model localizer antenna that is given in an previously published article (Voytovich N.I., Zhdanov B.V., Zotov A.V. Simulation of the Fwo-Trequency Instrument Landing System, 2013). It was assumed in the mentioned article that localizer (LOC) is located on an underlying surface as a horizontal infinite in all direction plane. The influence of the Earth takes in this case into account the interference factor of the Earth. Then the spatial directivity pattern of the LOC antenna is represented by a product of two functions, one of which depends only on the azimuthal angle, and the other from the meridional angle. It was therefore convenient to consider the interest of magnitude as a function only on the azimuthal angle. We assume in this paper that the antenna array of radiating antenna elements LOC horizontal and the underlying surface in essential for the reflection of radio waves field (in the area of the first Fresnel zone on the underlying surface), represents a portion of a plane with a transverse-slope relative to the direction of the axis of the runway (RWY). It is not possible to divide according to interest values from the azimuthal and meridional angles due to the lack of axial symmetry of the problem.

Текст научной работы на тему «Влияние поперечного уклона местности на информационный параметр курсового радиомаяка ils»

ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО УКЛОНА МЕСТНОСТИ НА ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПАРАМЕТР КУРСОВОГО РАДИОМАЯКА ILS

А.В. Зотов, Б.В. Жданов, Н.И. Войтович

Представлено обобщение модели курсового маяка, приведённой в ранее опубликованной статье (Войтович Н.И., Жданов Б.В., Зотов А.В. Моделирование работы двухчастотной системы посадки самолётов, 2013). В упомянутой статье предполагалось, что курсовой радиомаяк (КРМ) расположен на подстилающей поверхности в виде горизонтальной плоскости, безграничной во всех направлениях. Влияние Земли в этом случае учитывается интерференционным множителем Земли. Тогда пространственная диаграмма направленности антенны КРМ представляется произведением двух функций, одна из которых зависит только от азимутального угла, другая -от меридионального угла. Поэтому было удобно рассматривать интересующие величины как функции только от азимутального угла. В данной работе мы предположим, что антенная решётка излучающих элементов антенны КРМ расположена горизонтально, а подстилающая поверхность в области, существенной для отражения радиоволн (в области первой зоны Френеля на подстилающей поверхности), представляет собой участок плоскости с поперечным уклоном по отношению к направлению оси взлётно-посадочной полосы (ВПП). Из-за отсутствия осевой симметрии задачи разделить зависимости интересующих величин от азимутального и меридионального углов не представляется возможным.

Ключевые слова: моделирование, курсовой радиомаяк, глиссадный радиомаяк, разность глубин модуляции, эффект захвата.

В настоящее время основным средством обеспечения инструментального захода самолётов на посадку на аэродромы гражданской авиации являются радиомаячные системы посадки метрового диапазона волн формата ILS, включающие в себя курсовой радиомаяк (КРМ) и глиссадный радиомаяк (ГРМ). В соответствии с требованиями норм ИКАО [1] и норм проектирования объектов посадки [2, 3] КРМ размещается на продолжении оси ВПП со стороны направления, противоположного стороне захода на посадку, на расстоянии 400-1150 м от порога ВПП (в зависимости от длины ВПП, рельефа местности и других местных условий). Рекомендуется устанавливать курсовые радиомаяки таким образом, чтобы обеспечивалась прямая видимость между электрическим центром антенны и опорной точкой (точкой на высоте 15 м над порогом ВПП).

В плане лётное поле аэродрома окаймляют боковые и концевые полосы безопасности взлёта и посадки. Концевые полосы безопасности (КПБ) уменьшают опасность аварии в случаях выкатывания самолёта за пределы лётной полосы при посадке. Длина концевой полосы безопасности для аэродромов ГА составляет обычно не менее 400 м. Концевую полосу безопасности по ширине делают равной общей ширине лётного поля. Таким образом, перед позицией для установки КРМ на расстоянии более 400 м оказываются складки местности с формой и покровом в естественном состоянии, которые далее переходят в выровненную поверхность упомянутой КПБ.

Формирование линии курса (а также глиссады) происходит с участием радиоволн, отражённых от подстилающей поверхности. В связи с тем, что углы места, под которыми происходит отражение радиоволн в направлении на снижающийся самолёт малы, а поляризация поля излучения горизонтальная, то отражение радиоволн от земной поверхности можно полагать эквивалентным излучению зеркального отображения антенны. Для обеспечения точностных характеристик КРМ перед антенной традиционно выравнивают площадку с размерами в плане примерно 300 х 200 м2. При инженерной подготовке площадки ей придают некоторый уклон для обеспечения стока с неё воды. Как правило, при благоприятной обстановке в отношении местных предметов в зоне действия КРМ инженерная подготовка местности предполагается достаточной для обеспечения выходных параметров КРМ по заданной категории посадки.

Реальная обстановка такова, что на некоторых аэродромах выполнение требований норм [2, 3] проектирования объектов посадки сопряжено с необходимостью выполнения большого объёма дорогостоящих земляных работ. В частности, это наблюдается в том случае, когда местность в естественном состоянии имеет большой (порядка 2°) поперечный уклон. В то же время в литературе нет информации по влиянию уклона подстилающей поверхности, поперечного по отношению к оси ВПП. Соответственно, нет ясности в вопросе о допустимости или недопустимости уклонов большей величины, чем это требуют нормы [2, 3].

Настоящая статья посвящена устранению этого пробела.

В настоящей статье будем пользоваться обозначениями величин, принятыми в предыдущих статьях [4, 5].

Пусть антенная решётка излучающих элементов антенны КРМ расположена над плоской поверхностью с поперечным уклоном относительно направления оси ВПП (рис. 1).

Рис. 1. Система координат

Будем пользоваться сферической системой координат с осью Оz, перпендикулярной к горизонтальной плоскости Земли. Начало координат находится на продолжении оси ВПП, в точке, являющейся проекцией центра антенны КРМ на упомянутую плоскость. Азимутальный угол ф отсчитывается от оси ВПП.

Антенно-фидерный тракт КРМ совместно с передающим устройством формируют в пространстве четыре сигнала: сигнал «несущая частота плюс боковые частоты» (НБЧ) узкого канала (НБЧ УК) £/нбч (6, ф, (), сигнал «боковые частоты» (БЧ) узкого канала (БЧ УК) (6, ф, (), сигнал «несущая частота плюс боковые частоты» широкого канала (НБЧ ШК) иЩ* (6, ф, t) и сигнал

«боковые частоты» широкого канала (БЧ ШК) Ц™ (6, ф, t) .

Сигнал «несущая частота плюс боковые частоты» узкого канала имеет вид:

инубкч (9, ф,t) = х(0, Ф,t)cos ayKt + уук + у (0, Ф)

х (0, ф, t) = FH64 (0, ф) • [1 + m cos (Q1t) + m cos (Q2t)];

0 — меридиональный угол; Ф — азимутальный угол; t — время;

¿нбЧ (0,ф) — комплексная (пространственная) диаграмма направленности (ДН) антенны КРМ

по сигналу НБЧ УК, ¿Х (0, ф) = ¿Х (0, ф)

F& (Э, ф) — амплитудная ДН антенны КРМ по сигналу НБЧ УК; Y (Э, ф) — фазовая ДН антенны КРМ по сигналу НБЧ УК; шук — угловая частота несущей сигнала УК;

Yук — начальная фаза колебаний несущей частоты сигнала УК на входе антенны; m — глубина модуляции сигнала УК (ШК) на входе антенны;

f = 90Гц, Л = 150Гц.

Сигнал «боковые частоты» УК имеет вид:

иучк (Э, ф, t) = y (ф, t) cos («^t — Yук + Y2 (Э, ф)),

y(Э, ф, t) = aук ^учк (Э, ф) .[m cos (Q1t)- m cos (Q2t)];

(Э, ф) — комплексная диаграмма направленности антенны КРМ по сигналу БЧ УК,

(Э, ф) — амплитудная ДН антенны КРМ по сигналу БЧ УК; Y 2 (Э, ф) — фазовая пространственная ДН антенны КРМ по сигналу БЧ УК;

ау — коэффициент, равный отношению амплитуд напряжений сигналов с угловыми частотами Qj и Q2 модуляции в сигналах БЧ и НБЧ УК на входе антенны (как следует из соотношений ниже, величиной коэффициента ау регулируют крутизну зоны УК).

Сигнал «несущая частота плюс боковые частоты» широкого канала имеет вид:

UШк (Э,ф,t) = у(Э, ф,t)cos (шш17 + ушк + Y3 (Э,ф)),

v(Э, ф, t) = b РЩч (Э, ф)| • [1 + m cos (Q1t) + m cos (Q2t)];

(Э, ф) — комплексная ДН антенны КРМ по сигналу НБЧ ШК; FX (Э, ф) — амплитудная ДН антенны КРМ по сигналу НБЧ ШК; Y3 (Э, ф) — фазовая ДН антенны КРМ по сигналу НБЧ ШК;

b — коэффициент, равный отношению амплитуды сигнала НБЧ ШК к амплитуде сигнала НБЧ УК на входе антенны;

шшк — угловая частота несущей сигнала ШК;

ушк — начальная фаза колебаний несущей частоты сигнала ШК.

Сигнал «боковые частоты» широкого канала имеет вид:

ибшчк (Э, ф, t) = ^Э, ф, t) cos (a^t — ушк + у4 (Э, ф)), (6)

w (Э, ф, t) = ашкЬ (Э, ф) • [m cos (Q1t) — m cos (Q2t)]; (7)

ашк — коэффициент, равный отношению амплитуд напряжений сигналов с угловыми частотами Q1 и Q2 в каналах БЧ и НБЧ ШК на входе антенны (как следует из соотношений ниже, величиной коэффициента ашк регулируют уровень разности глубин модуляции (РГМ) в зоне широкого канала КРМ);

(0, ф) — комплексная ДН антенны КРМ по сигналу БЧ ШК, Т™ (0, ф) = ^ (0, ф) ^(0,ф).

(0, ф) — амплитудная ДН антенны КРМ по сигналу БЧ ШК;

V 4 (0, ф) — фазовая ДН антенны КРМ по сигналу БЧ ШК.

Как следует из (1) и (3), разность фаз сигналов НБЧ и БЧ узкого канала равна 2уук. Из (5) и (7) следует, что разность фаз сигналов НБЧ и БЧ широкого канала 2ушк. Принятый в (1), (3), (5), (7) учёт разности фаз сигналов НБЧ и БЧ не нарушает общности анализа, однако упрощает в дальнейшем преобразования получаемых соотношений.

Принятый на борту самолёта суммарный сигнал проходит через входные цепи приёмника, смеситель, усилитель промежуточной частоты и поступает на вход первого линейного детектора, на выходе которого формируется огибающая суммарного сигнала, называемая в [6] физической огибающей. Далее сигнал поступает на входы полосно-пропускающих фильтров, которые выделяют составляющие сигнала с частотами / и /2. Амплитуды напряжений выделенных колебаний / и /2 нормируются схемой АРУ приёмника относительно постоянной составляющей суммарного сигнала. Выделенные нормированные составляющие сигнала проходят через выпрямители, на выходе которых формируется разностное напряжение, поступающее на микроамперметр, который показывает величину тока, пропорциональную РГМ. Коэффициент пропорциональности между величиной тока и РГМ одинаков для всех бортовых приёмников ILS. Поэтому при лётных проверках параметров КРМ и ГРМ значения РГМ измеряют в микроамперах, не переводя их в проценты.

Нашей задачей является нахождение зависимости РГМ (0, ф) и траектории снижения

РГМ = 0 , формируемой при разных величинах угла поперечного уклона подстилающей поверхности, при заданных соотношениях амплитуд сигналов широкого и узкого каналов Ь, при заданной разности фаз между сигналами НБЧ и БЧ в упомянутых каналах (2уук в узком канале, 2 ушк в широком канале).

Принятый на борту самолёта суммарный сигнал и1 (0, ф, t) на входе приёмника является узкополосным сигналом. Сигнал и Е(0, ф, t) подвергается линейному детектированию. Для нахождения сигнала на выходе линейного детектора воспользуемся методикой, используемой для описания детектирования квазигармонических колебаний [6]. Для точного нахождения амплитуд колебаний О! и О2, выделяемых низкочастотными фильтрами, и постоянной составляющей используем разложение модуля огибающей суммарного сигнала в ряд Фурье. Глубину модуляции колебанием с частотой О! (О 2 ) найдём как частное от деления амплитуды колебания О! (О 2 ) к величине постоянной составляющей.

Выберем в качестве опорной угловой частоты сигнала, получаемого в результате суммирования сигнала УК и сигнала ШК иЕ (0, ф, t) , частоту ю0 :

Введём обозначение юр частоты, равной половине разности частот несущих частот ШК Юшк и УК юук:

Тогда сигнал и1 (0, ф, t) на входе приёмника может быть представлен в следующем виде:

иL (е, Ф, t) = инукч (е, Ф, t)+и£ (е, Ф, t)+иншбкч (е, Ф, t)+ибшчк (е, Ф, t) =

+Ьашк |f67 (е, ф)| • [m cos (Q1t) — m cos (Q2t)]cos ((< +

Принятый на борту сигнал Us (е, ф, t) является узкополосным сигналом. Следуя [6], преобразуем выражение Us (е, ф, t) в (11) к виду:

Как известно, узкополосные сигналы представляют собой квазигармонические колебания. Функцию A (е, ф, t) принято называть синфазной амплитудой узкополосного сигнала Us (е, ф, t) , а функцию B (е, ф, t) — его квадратурной амплитудой при заданной опорной частоте о0 .

Модуль огибающей U (е, ф, t) узкополосного сигнала выражается через синфазную и квадратурную амплитуды сигнала Us (е, ф, t) на входе приёмника:

Запишем Us (ф, t) с учётом ранее введённых обозначений (2), (3′), (6), (8):

Выделим в суммарном сигнале синфазную и квадратурную амплитуды сигнала. Выполнив в (13) тригонометрические преобразования, получим:

a (е, ф, t) = x (е, ф, t) cos (уук — юрt+у1 (е, ф))+y (е, ф, t) cos (-уук + у2 (е, ф)) +

+v (е, Ф, t) cos (ушк + юрt + у3 (е, ф)) + w (е, Ф, t) cos (-ушк + Oj/ + у4 (е, ф)) ; (14)

в (е, ф, t) = x (е, ф, t) sin (уук -о^; + у1 (е, ф))+y (е, ф, t) sin (-уук — юрt + у2 (е, ф)) +

+v (е, ф, t) sin (ушк+юрt + у3 (е, ф))+w (е, ф, t) sin (-ушк+юрt + у 4 (е, ф)). (15)

a2 (е, ф, t)+в2 (е, ф, t ) =

= x2 (е, ф, t)+y2 (е, ф, t)+v2 (е, ф, t)+w2 (е, ф, t) + +2x(е, ф, t)y (е, ф, t)cos (2уук + ух (е, ф) — у2 (е, ф)) + +2x (е, ф, t)v (е, ф, t) cos (уук — ушк — 2оу+ух (е, ф) — у3 (е, ф)) + +2x (е, ф, t) w (е, ф, t) cos (уук + ушк — 2юрt+у1 (е, ф) — у4 (е, ф))+ +2y (е, ф, t) v (е, ф, t) cos (-уук — ушк — 2юрt + у2 (е, ф) — у3 (е, ф))+ +2y (е, ф, t) w (е, ф, t) cos (-уук + ушк — 2юрt + у2 (е, ф) — у4 (е, ф)) +

+2v (е, ф, t) w (е, ф, t) cos (2ушк + у3 (е, ф) — у4 (е, ф)) . (16)

Точные значения РГМ (9, ф)

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Для точного вычисления разности глубин модуляции суммарного сигнала РГМЕ (9, ф) воспользуемся разложением функции и (9, ф, t) в ряд Фурье. Функция и (9, ф, t) является периодической функцией с периодом Т :

Обозначим частоту, равную 30 Гц, буквой f , с нижним индексом 0: /, а соответствующую

угловую частоту: Оо, (Ц = 2л/0) . Тогда угловые частоты Ц1 и Ц2 представляются как 3-я и 5-я

гармоники модуля огибающей суммарного сигнала (Ц = 3Ц0, Ц2 = 500) . Функция и(9,ф,t) (12)

является чётной функцией переменной величины ?, следовательно, в разложении будут отличными от нуля только постоянная составляющая и косинусоидальные составляющие сигнала. Амплитуда М1 (9, ф) колебания с частотой 90 Гц равна:

2 2 2 2 М1 (9, ф) = — | и (9, ф, г)cos (Ц^)Л = — | и (9, ф, t)^ (3Ц/)Л. (17)

Сделаем в подынтегральном выражении в (17) замену переменной = Л =-. В ре-

зультате верхний предел интеграла в (17) при интегрировании по переменной ^ (при t = —) ра-

вен 00 — = л . Нижний предел равен -л .

М1 (9,ф) =- I и(9,ф,соэ3^Л^ = — I и(9,ф,г|. (18)

Аналогично получим, что амплитуда М 2 (9, ф) колебания с частотой 150 Гц и постоянная

составляющая М0(9, ф) равны соответственно:

М2 (9,ф) = -[ и(9,ф,; М0 (9,ф) = — | и(9,ф,ц)Лц. (19)

Глубина модуляции огибающей сигналом 90 Гц (150 Гц) представляет собой частное от деления амплитуды М1(9, ф) [М2 (9, ф^ на постоянную составляющую М0 (9, ф) :

РГМе(9, ф) = т1 (9, ф)- т2 (9, ф), (20)

Согласно определению, приведённому в нормах ИКАО [1], под разностью глубин модуляции (РГМ) понимается «процент глубины модуляции наибольшего сигнала минус процент глубины модуляции наименьшего сигнала», т. е. модуль разности двух глубин модуляции. Для удобства рассмотрения и графического представления мы будем рассматривать разность глубин модуляции РГМЕ (9, ф) в соответствии с формулой (20), принимающую как положительные, так и отрицательные значения. В области направлений, где сигнал 90 Гц превышает сигнал 150 Гц, функция РГМ 2 (9, ф) является положительной величиной.

Формулы (18-(20) далее используем для вычисления точных значений функции РГМ1 (9, ф) .

Рассмотрим влияние поперечного уклона местности на примере работы КРМ с 16-элемент-ной линейной неэквидистантной антенной решёткой. Расстояние излучающих элементов от центра антенной решётки, аплитудно-фазовое распределение токов в излучающих элементах для сигналов НБЧ и БЧ узкого и широкого каналов приведены в таблице, представленной также в работе [5].

АФР антенны КРМ

у — координата, м Н эЧ БЧ

№ ИЭ Нормированная Начальная фаза Нормированная Начальная фаза

амплитуда тока тока, ° амплитуда тока тока, °

1 -19,23 0,1377 0 0,6003 -90

2 -16,09 0,2961 0 0,7450 -90

3 -13,13 0,5057 0 0,9605 -90

4 -10,34 0,7113 0 1,0 -90

5 -7,73 0,8764 0 0,8863 -90

6 -5,3 0,9746 0 0,6571 -90

7 -3,04 1,0 0 0,3817 -90

8 -0,95 0,9442 0 0,1118 -90

9 0,95 0,9442 0 0,1118 +90

10 3,04 1,0 0 0,3817 +90

11 5,3 0,9746 0 0,6571 +90

12 7,73 0,87646 0 0,8863 +90

13 10,34 0,7113 0 1,0 +90

14 13,13 0,5057 0 0,9605 +90

15 16,09 0,2961 0 0,7450 +90

16 19,23 0,1377 0 0,6003 +90

2 -16,09 — — 0,0415 +90

3 -13,13 0,0317 180 0,0334 +90

4 -10,34 0,0582 180 0,0621 +90

5 -7,73 0,2036 180 0,0292 -90

6 -5,3 0,0227 180 0,0474 -90

7 -3,04 0,6192 180 0,2411 -90

8 -0,95 1,0 0 1,0 -90

9 0,95 1,0 0 1,0 +90

10 3,04 0,6192 180 0,2411 +90

11 5,3 0,0227 180 0,0474 +90

12 7,73 0,2036 180 0,0292 +90

13 10,34 0,0582 180 0,0621 -90

14 13,13 0,0317 180 0,0334 -90

15 16,09 — — 0,0415 -90

16 19,23 0,0252 0 — —

Как было отмечено, распределения токов сигналов НБЧ УК и НБЧ ШК являются чётными функциями координат излучающих элементов относительно центра АР, а распределения токов сигналов БЧ УК и БЧ ШК являются нечётными функциями, причём токи сигналов БЧ УК (БЧ ШК) сдвинуты по фазе относительно токов НБЧ УК (НБЧ ШК) на 90°. Сдвиг по фазе выполнен таким образом, чтобы выполнялось требование п. 3.1.3.1.2 [1]: «для наблюдателя, обращённого лицом к курсовому радиомаяку и находящемуся на пороге ВПП со стороны захода на посадку, глубина модуляции несущей высокой частоты тональным сигналом 150 Гц преобладает справа, а глубина модуляции несущей тональным сигналом 90 Гц — слева от него» (см. таблицу). Частота

несущей равна 110 МГц. АР размещена на высоте 3 м относительно горизонтальной плоскости. При учёте наклона предположено, что плоскости с поперечным уклоном повёрнуты на заданный угол а относительно прямой, проходящей через точку, являющейся проекцией центра антенны на горизонтальную плоскость. Все расчёты выполнены для меридионального угла 9 = 87° . Указанный угол выбран с учётом того, что стандартным углом для захода самолёта на посадку по глиссаде является угол глиссады, равный 3°.

Амплитудные и фазовые ДН антенны КРМ

у1 (9, ф) , у2 (9, ф), у3 (9, ф) , у4 (9, ф) рассмотрены в [5].

Из анализа формул (18)-(20) следует, что РГМ в узком канале может принимать значение, равное нулю (и таким образом определится положение линии курса) при Vук = 0, в следующих

двух случаях. В первом случае амплитудная диаграмма направленности Рбук (9, ф) имеет значение, равное нулю. Во втором случае разность фаз сигнала НБЧ и сигнала БЧ равна Лу12 (9, ф) = у1 (9, ф) — у2 (9, ф) = 90°, 90° ± 180° . Аналогичное замечание справедливо в отношении зависимости РГМ в широком канале. Ниже рассмотрим поведение Лу12 (9, ф) = у1 (9, ф) — у2 (9, ф) и поведение функции Лу3 4 (9, ф) = у3 (9, ф) — у4 (9, ф), а затем перейдём к рассмотрению поведения функции РГМ.

Разность фаз сигнала НБЧ УК и сигнала БЧ УК

Рассмотрим зависимость разности фаз Лу 12 сигнала НБЧ УК и сигнала БЧ УК от азимутального угла при фиксированном меридиональном угле 9 = 87°, Лу12 (87°, ф) = у1 (87°, ф) — у2 (87°, ф) . Ограничимся рассмотрением упомянутой зависимости в некоторой окрестности точки ф = 0 .

Графики зависимости Лу12 для некоторых значений угла поперечного уклона плоскости приведены на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость разности фаз Ау12 от азимутального угла ф

Как видно из графиков на рис. 2, в случае горизонтальной ориентации плоскости функция Л^! 2 (87°, ф) в рассматриваемой области представляет собой разрывную ступенчатую функцию, принимающую значение, равное -180° при отрицательных значениях переменной ф, и значение, равное 0° при положительных значениях переменной ф.

При а > 0 (см. рис. 2) функция Лу! 2 достигает значения, равного 90° (-270°), при некотором отрицательном азимутальном угле Лф . С ростом величины угла а растёт абсолютная величина угла Лф.

В пределах главных лепестков разностной ДН УК зависимость РГМ от азимутального угла (рис. 3, а) изменяется монотонно в пределах от -0,4 до +0,4. Поперечный уклон подстилающей поверхности приводит к смещению графика зависимости практически параллельно самому себе (рис. 3, б). При этом при положительных значениях угла уклона график смещается в направлении отрицательных значений азимутального угла, а при отрицательных смещается в направлении положительных значений азимутального угла. Как видно из графиков на рис. 3, б, поперечный уклон поверхности величиной +2° (-2°) приводит к смещению РГМ = 0 на величину 0,1°.

За пределами сектора углов главных лепестков рассматриваемая зависимость имеет осциллирующий характер, изменяясь в пределах от -0,4 до +0,4. Детальное рассмотрение поведения РГМ в этих областях не представляет интереса, поскольку при двухчастотной работе радиомаяка решающее значение за пределами сектора углов главных лепестков имеют сигналы широкого канала.

Рис. 3. Зависимость РГМ от азимутального угла по сигналу УК (см. также с. 80)

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 3. Окончание Разность фаз сигналов НБЧ и БЧ в широком канале

Как видно из графиков на рис. 4, в случае горизонтальной ориентации плоскости функция Лу3 4 (87°, ф) в рассматриваемой области представляет собой разрывную ступенчатую функцию, принимающую значение, равное 180°, при отрицательных значениях переменной ф и значение, равное 0°, при положительных значениях переменной ф.

Рис. 4. Зависимость разности фаз Ау34 от азимутального угла ф по сигналу ШК

При а > 0 (см. рис. 4) функция Лу3 4 достигает значения, равного 90°, при некотором отрицательном азимутальном угле Лф . С ростом величины угла а растёт абсолютная величина угла Лф .

Рис. 5. Зависимость РГМ от азимутального угла по сигналу ШК

Как видно из графиков на рис. 5, а, зависимость РГМ от азимутального угла в широком канале в рабочем секторе углов (-35°, +35°) имеет вид двух ступенек с монотонно возрастающим

переходом от одной ступеньки к другой. При принятой величине ашк = 0,6 первая ступенька в зависимости РГМ расположена на уровне, примерно равном -0,18, вторая — на уровне, примерно равном +0,18. Переход от одной к другой ступеньке начинается при -7° и завершается при +7°.

Поперечный уклон подстилающей поверхности приводит к смещению зависимости вдоль ф -й координаты: при а> 0 в сторону отрицательных значений координаты ф, при а< 0 в сторону положительных значений координаты ф (рис. 5, б).

Зависимость РГМ от азимутального угла при совместной работе УК и ШК

На рис. 6 приведены зависимости РГМ2 (9 = 87°, ф) при совместной работе УК и ШК, при

РГМЪ 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 -0,05 -0,10 -0,15 -0,20 -0,25 -0,30 -0,35

.40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Рис. 6. Зависимость РГМ от азимутального угла при совместной работе УК и ШК

-0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Рис. 6. Окончание

Зависимость смещения линии курса

По мере захода самолёта по глиссаде самолёт оказывается под разными углами места в системе координат, связанной с антенной КРМ. На предельной дальности этот угол близок к углу глиссады. Когда самолёт окажется на ВПП, этот угол близок к нулю. Угловое уклонение линии курса от оси ВПП зависит как от угла наклона поверхности, так и от угла места точки наблюдения. Линейное отклонение линии курса от оси ВПП, естественно, зависит от расстояния между КРМ и точкой наблюдения.

0,250,200,15′ 0,10 0,05 • 0,00-0,05 • -0,10 -0,15 • -0,20 • -0,25 •

90,0 89,5 89,0 88,5 88,0 87,5 87,0 86,5 86,0 85,5 85,0 84,5 84,0

Рис. 7. Зависимость смещения ф линии курса от меридионального угла 6

На рис. 7 представлена зависимость углового смещения линии курса от меридионального угла 9 (от угла места т, т = 90° — 9) для разных величин угла наклона подстилающей поверхности. Как видно при рассмотрении графиков, зависимость является практически линейной.

При уменьшении угла места т по мере снижения самолёта уменьшается угол смещения линии курса. Угол смещения стремится к значению, равному нулю, при стремлении точки наблюдения к подстилающей поверхности. Найдём при заданном угле наклона поверхности проекцию траектории снижения самолёта на горизонтальную плоскость при условии, что при снижении строго выдерживается заданный угол глиссады.

Итак, будем далее полагать, что из численного эксперимента нам известна зависимость уклонения курса ф от меридионального угла (или угла места) ф = ф(9) . Мы полагаем, что обозначение уклонения курса буквой ф, такой же как и азимутальная координата, не вызовет затруднений при выводе формул. Обозначим буквой L расстояние между КРМ (точкой O) и точкой пересечения спрямлённой глиссады с поверхностью ВПП (точкой O2). Будем полагать, что самолёт заходит на посадку по глиссаде с углом глиссады 91.

Для решения поставленной задачи введём местную сферическую систему координат 02/»191ф1 с центром в точке O2 . Ось O2х^аправим вдоль оси ВПП, ось O2- вертикально вверх, ось O2У1 — в направлении с образованием правой декартовой системы координат O2 Xi. Найдём соотношения для вычисления линии курса для самолёта, снижающегося по глиссаде с углом 91 . Координаты точки наблюдения в основной (связанной с точкой размещения КРМ) и местной системах координат:

z = r cos 9; z1 = r1 cos 91;

х = r sin 9 cos ф; х1 = r1 sin 91 cos ф1;

y = r sin 9 sin ф; y1 = r1 sin 91 sin ф1.

Учитывая тот факт, что используем известную зависимость ф= ф(9), примем для анализа 9 в качестве независимой переменной. Область изменения переменной 9 от 0 до 91. При этом равенству 9 = 90° соответствует точка пересечения спрямлённой глиссады с поверхностью ВПП.

Очевидно, справедливы равенства:

х = х1 + L, y = y1, z = z1.

Из третьего равенства (z = z^) получим:

Тогда из второго равенства (y = y1) следует:

Из третьего равенства (х = Х1 + L) получим: L cos 9

cos 91 sin 9 cos ф — sin 91 cos ф1 cos 9

По известным ф1 найдём в декартовых координатах Х1, y1 проекцию траектории полёта на горизонтальную плоскость z1 = 0 (рис. 8). Проекция траектории вычислена при следующих исходных данных: а = 2°, L = 3500 м, 91 = 87°.

Как видно из графика на рис. 8, проекция траектории представляет собой практически прямую линию, составляющую с осью ВПП угол, примерно равный Дф’ = 5,4′. Поскольку точка касания самолета находится на расстоянии от 200 до 450 м от порога ВПП то поперечное смещение линии курса на торце ВПП составит от 0,3 до 0,7 м.

О 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000

Рис. 8. Проекция траектории полёта на плоскость O1x1y1 при снижении самолёта по глиссаде с углом 3°; поперечный уклон местности а = 2°

В настоящее время основным средством обеспечения инструментального захода самолётов на посадку на аэродромы гражданской авиации являются радиомаячные системы посадки метрового диапазона волн формата ILS. В соответствии с требованиями норм [1-3] проектирования объектов посадки КРМ размещается на продолжении оси ВПП со стороны направления, противоположного стороне захода на посадку, на расстоянии 400-1150 м от порога ВПП (в зависимости от длины ВПП, рельефа местности и других местных условий). Рекомендуется устанавливать курсовые радиомаяки таким образом, чтобы обеспечивалась прямая видимость между электрическим центром антенны и опорной точкой (точкой на высоте 15 м над началом ВПП).

В плане лётное поле аэродрома окаймляют боковые и концевые полосы безопасности взлёта и посадки. Концевые полосы безопасности уменьшают опасность аварии в случаях выкатывания самолёта за пределы лётной полосы при посадке. Длина концевой полосы безопасности для аэродромов ГА составляет обычно не менее 400 м. Концевую полосу безопасности по ширине делают равной общей ширине лётного поля. Таким образом, перед КРМ, установленным на расстоянии более 400 м, оказываются складки местности с формой и покровом в естественном состоянии, которые далее переходят в выровненную поверхность КПБ.

Формирование линии курса (глиссады) происходит с участием радиоволн, отражённых от подстилающей поверхности. При этом предполагается, что отражение радиоволн от земной поверхности эквивалентно излучению зеркального отображения антенны. Для обеспечения зеркального отображения перед антенной выравнивают площадку. В плане выровненная площадка и примыкающий к ней участок местности показаны на рис. 9 [3].

По требованиям к местности инструкции по эксплуатации КРМ [3] в зоне В уклоны впадин рельефа протяженностью более 50 м и глубиной менее 10 м допускаются до 0,025. Уклон местности в любом направлении в зонах А и Б должен быть не более 0,01, в зоне Г — не более 0,02.

При проектировании новых и реконструкции действующих аэродромов часто возникают обстоятельства, при которых для установки антенн курсовых радиомаяков требуется выполнение большого объёма земляных работ. В частности, для выполнения требований по ограничению поперечного уклона местности объём земляных работ может достигать нескольких десятков и сотен тысяч кубических метров перемещаемого грунта. Стоимость работ по подготовке площадок для размещения радиомаяков на аэродромах со сложным рельефом местности составляет сумму, большую стоимости КРМ и ГРМ вместе взятых, достигая сотен миллионов рублей.

Представленный анализ показывает, что характеристики курсовых радиомаяков не столь критичны к поперечному уклону местности, как это предполагалось разработчиками нормативных документов. Как следует из анализа, уклон местности перед радиомаяком не приводит к искривлениям линии курса. Уклон местности приводит к уклонению линии курса от оси ВПП. При этом формируемая траектория посадки представляет собой прямую линию. При уклонах подстилающей поверхности до 0,03 угол между этой прямой и осью ВПП составляет величину менее 6 минут. Излом формируемой траектории для захода на посадку и пробежки самолёта по ВПП величиной до 6 минут представляется допустимым для управления самолётом. Поэтому представляется целесообразным в некоторых ситуациях допустить поперечный уклон подстилающей поверхности большей величины, чем это предусмотрено нормативными документами. Площадка непосредственно под антенной КРМ не должна иметь уклона. Однако размеры этой площадки не столь велики. Площадка под антенной должна иметь размеры порядка зоны Френеля для наблюдателя, находящегося в зените. Это означает, что её длина должна быть равна длине антенны плюс Ь1 = у/ХИ , где А — длина волны, И — высота подвеса антенны, а ширина площадки равна Ь2 = 2%/АН .

В сложных ситуациях размещения КРМ, когда выполнение нормативных требований затруднено, целесообразно прибегать к электродинамическому моделированию с целью определения не стандартной, но более экономичной инженерной подготовки местности.

1. Представлены обобщённые соотношения для вычисления параметров КРМ, учитывающие фазовые диаграммы направленности антенны КРМ для сигналов НБЧ УК, БЧ УК, НБЧ ШК, БЧ ШК.

2. Рассмотрено поведение зависимости разности фаз между сигналами НБЧ УК и НБЧ УК, а также между сигналами НБЧ ШК и НБЧ ШК, обусловленные влиянием поперечного по отноше-

нию к направлению оси ВПП уклона подстилающей поверхности во всей рабочей зоне КРМ. Показано, что в окрестности направления оси ВПП при наличии уклона наблюдается монотонное изменение разности фаз в отличие от скачкообразного изменения, имеющего место в случае расположения КРМ на горизонтальной плоскости.

3. Влияние поперечного уклона местности проявляется:

— в смещении линии курса в УК;

— в изменении уровня РГМ в ШК, причём с правой и с левой сторон от ВПП изменения уровня РГМ происходит в противоположных направлениях;

— при совместной работе УК и ШК наблюдается смещение линии курса, примерно равное смещению линии курса в УК, и изменение уровня РГМ в широкой зоне, аналогичное изменению уровня РГМ в широком канале.

4. Показано, что траектория полёта самолёта при заходе на посадку по глиссаде с КРМ, установленным на площадке с поперечным уклоном до двух градусов, представляет собой практически прямую линию, составляющую с осью ВПП угол величиной менее шести угловых минут. При этом линейное смещение курса над порогом ВПП составляет не более 0,5 м.

5. Судя по представленным материалам, допустимы поперечные уклоны местности перед антенной КРМ большей величины, чем это изложено в инструкциях по размещению КРМ на аэродроме, что может существенно снизить стоимость работ по инженерной подготовке позиций для размещения КРМ в реальных условиях аэродромов.

Работа выполнялась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства антенн и аппаратных модулей для двухчастотного радиомаячного комплекса системы посадки метрового диапазона формата ILS III категории ICAO для аэродромов гражданской авиации, включая аэродромы с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности» по договору № 02.G25.31.0046 между Министерством образования и науки Российской Федерации и Открытым акционерным обществом «Челябинский радиозавод «Полёт» в кооперации с головным исполнителем НИОКТР — Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет).

1. Приложение 10 к Конвенции о международной гражданской авиации. Авиационная электросвязь. Т. 1: Радионавигационные средства. — Монреаль (Канада): ИКАО, 2006. — 606 с.

2. ВСН 7-86. Нормы проектирования объектов управления воздушным движением, радионавигации и посадки. — М.: Министерство гражданской авиации, 1987.

3. Радиомаяк курсовой СП-90 (ИЦРВ.461512.019ИЭ). — Челябинск: НИИИТ-РТС, 1998. — 91 с.

4. Войтович, Н.И. Моделирование работы двухчастотной системы посадки самолётов / Н.И. Войтович, Б.В. Жданов, А.В. Зотов //Вестник ЮУРГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». — 2013. — Т. 13, № 4. — С. 55-69.

5. Зотов, А.В. Диаграммы направленности антенны курсового радиомаяка ILS на поверхности с поперечным уклоном / А.В. Зотов, Б.В. Жданов, Н.И. Войтович // Вестник ЮУРГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». — 2014. — Т. 14, № 4. — С. 5-27.

6. Баскаков, С.И. Радиотехнические цепи и сигналы / С.И. Баскаков. — М. : Высшая школа. -2005. — 464 с.

Зотов Андрей Васильевич, аспирант кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры, Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск); tnt1000@mail.ru.

Жданов Борис Викторович, канд. техн. наук, доцент кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры, Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск); boris.z@inbox.ru.

Войтович Николай Иванович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой конструирования и производства радиоаппаратуры, Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск); voytovichni@mail.ru.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Поступила в редакцию 30 августа 2014 г.

Bulletin of the South Ural State University Series «Computer Technologies, Automatic Control, Radio Electronics»

2014, vol. 14, no. 4, pp. 71-88

INFLUENCE OF TRANSVERSE-SLOPE ON INFORMATION PARAMETER ILS LOCALIZER

A.V. Zotov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, tnt1000@mail.ru,

B. V. Zhdanov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, boris. z@inbox. ru,

N.I. Voytovich, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, voyto vichni@mail. ru

Keywords: simulation, localizer, glide slope, difference in depth modulation, capture effect.

1. Annex 10 to the Convention on International Civil Aviation. Vol. 1. Radio Navigation Aids. Monreal (Canada), ICAO, 2006. 606 p.

2. VSN 7-86. [Design Standards Facilities for Air Traffic Control, Navigation and Landing]. Moscow, Ministry of Civil Aviation, 1987. (in Russ.)

3. Radiomayakkursovoy SP-90 (ITsRV.461512.019IE) [Localizer SP-90]. Chelyabinsk, NIIIT-RTS, 1998. 91 p.

4. Voytovich N.I., Zhdanov B.V., Zotov A.V. [Simulation of the Two-Frequency Instrument Landing System]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Computer Technologies, Automatic Control, Radio Electronics, 2013, vol. 13, no. 4, pp. 55-69. (in Russ)

5. Zotov A.V., Zhdanov B.V., Voytovich N.I. [Antenna Pattern of ILS Localizer on the Surface with Transverse-Slope]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Computer Technologies, Automatic Control, Radio Electronics, 2014, vol. 14, no. 4, pp. 5-27. (in Russ)

6. Baskakov, S.I. Radiotekhnicheskie tsepi i signaly [Radio Circuits and Signals]. Moskow, Vysshaja shkola Publ., 2005. 464 p. (in Russ.)

Received 30 August 2014

Исследование влияния рельефа местности на выходные характеристики курсового радиомаяка системы инструментальной посадки самолётов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.14, кандидат наук Зотов, Андрей Васильевич

Оглавление диссертации кандидат наук Зотов, Андрей Васильевич

ГЛАВА 1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОВЕДЕНИЯ СИГНАЛОВ УЗКОГО И ШИРОКОГО КАНАЛОВ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ КУРСОВОГО РАДИОМАЯКА

1.2 Постановка задачи нахождения зависимости разности глубины модуляции при различных соотношениях амплитуд и фаз сигналов широкого и узкого каналов

1.3 Метод решения задачи нахождения величины РГМ

1.4 Решение задачи нахождения величины РГМ

1.5 Точные соотношения для вычисления величины РГМ

1.6 Приближённые соотношения для вычисления величины РГМ

1.7 Анализ результатов в частных случаях решения задачи

1.8 Анализ результатов в общем случае решения задачи

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ С ПОПЕРЕЧНЫМ НАКЛОНОМ НА ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ КУРСОВОГО РАДИОМАЯКА

2.2 Постановка задачи влияния поперечного наклона местности на диаграммы направленности антенны КРМ

2.3 Определение координат зеркальных источников

2.4 Амплитудные и фазовые диаграммы направленности антенны КРМ

2.5 Диаграммы направленности антенны КРМ при наличии поперечного наклона подстилающей поверхности

2.5.1 Амплитудные диаграммы направленности антенны для сигнала НБЧ УК

2.5.2 Фазовые диаграммы направленности антенны для сигнала НБЧ УК

2.5.3 Пример антенной решетки с двумя излучающими элементами

2.5.4 Амплитудные диаграммы направленности антенны для сигнала БЧ УК

2.5.5 Фазовые диаграммы направленности антенны для сигнала БЧ УК

2.5.6 Амплитудные диаграммы направленности антенны для сигнала НБЧ ШК

2.5.7 Фазовые диаграммы направленности антенны для сигнала НБЧ ШК

2.5.8 Амплитудные диаграммы направленности антенны для сигнала БЧ ШК

2.5.9 Фазовые диаграммы направленности антенны для сигнала БЧ ШК

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО НАКЛОНА МЕСТНОСТИ НА ПОВЕДЕНИЕ ЛИНИИ КУРСА КУРСОВОГО РАДИОМАЯКА

3.2 Постановка задачи влияния поперечного наклона местности на параметры КРМ

3.3 Метод решения задачи

3.4 Решение задачи

3.5 Точные значения для вычисления величины РГМ

3.6 Зона действия курсового радиомаяка

3.6.1 Зависимость разности фазы сигнала НБЧ УК и фазы сигнала БЧ УК от азимутального угла при фиксированном меридиональном угле

3.6.2 Зависимость разности фазы сигнала НБЧ ШК и фазы сигнала БЧ ШК от азимутального угла при фиксированном меридиональном угле

3.6.3 Зависимость РГМ от азимутального угла при совместной работе узкого и широкого канала КРМ

3.7 Зависимость смещения линии курса от угла места при разных величинах угла наклона подстилающей поверхности

3.8 Анализ результатов

ГЛАВА 4. ДИФРАКЦИЯ ВОЛН НА КЛИНООБРАЗНОЙ АЭРОДРОМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

4.2 Постановка задачи

4.3 Коротковолновое асимптотическое разложение строгого решения задачи дифракции сферической волны на клине с идеально проводящими гранями

4.3.1 Структура электромагнитного поля в клиновидной области

4.3.2 Преобразование интеграла Макдональда

4.3.3 Экспериментальные исследования на макете клина

4.3.4 Численное моделирование структуры поля дифракции волн на клине с конечными размерами

4.3.5 Анализ результатов

4.3.6 Нормированная напряженность электрического поля в зоне действия

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КУРСОВОГО РАДИОМАЯКА

5.2 Постановка задачи экспериментальных исследований

5.3 Процедуры измерений

5.3.1 Процедуры наземных измерений

5.3.2 Процедуры летных измерений

5.3.3 Процедуры обработки результатов измерений

5.4 Результаты исследований характеристик курсового радиомаяка

5.4.1 Наземные исследования пространственных и точностных характеристик курсового радиомаяка

5.4.2 Летные исследования пространственных и точностных характеристик курсового радиомаяка

5.5 Анализ результатов наземных и летных исследований КРМ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния рельефа местности на выходные характеристики курсового радиомаяка системы инструментальной посадки самолётов»

Актуальность темы исследования

Заход самолётов на посадку является одним из наиболее сложных этапов полёта. Основным средством обеспечения инструментального захода самолётов гражданской авиации на посадку и посадки являются радиомаячные системы (РМС) посадки метрового диапазона длин волн формата ILS (Instrument Landing System).

Проблема посадки самолётов в условиях ограниченной видимости взлетно-посадочной полосы (ВПП) возникла уже вскоре после первого полета братьев Райт в 1903 г. C изобретением в 1905 г. А.С. Поповым радио появились технические предложения по использованию электромагнитных волн для решения проблемы задания в пространстве так называемой радиотехнической траектории захода самолёта на посадку. Таким образом, радиотехнические системы посадки (СП) имеют почти вековую историю развития. История развития СП в США описана в [1, 6, 7, 11, 12]. Основные вехи развития СП в нашей стране освещены в [2]. Радиомаячная СП [63, 65] включает в себя (рис. 1) курсовой радиомаяк (КРМ), глиссадный радиомаяк (ГРМ) и бортовую аппаратуру (БА) (на рис. 1 не показана).

Рисунок 1 — Схема размещения радиомаячной системы посадки формата ILS на аэродроме [32]

Курсовой радиомаяк (КРМ) установлен на продолжении оси взлетно-посадочной полосы, на стороне, противоположной стороне захода самолёта на посадку (на расстоянии от 400 до 1150 м от торца ВПП). Антенна КРМ излучает в окружающее пространство электромагнитные волны в диапазоне частот от 108 до 111,975 МГц [3, 60], модулированные по амплитуде сигналами тональных частот 90 и 150 Гц. В идеальном случае поверхность, на которой разность глубин модуляции (РГМ) сигналами равна нулю, представляет собой вертикальную плоскость, проходящую через ось ВПП (поверхность курса рис. 2). Справа от поверхности курса (по направлению захода самолета) преобладает сигнал с глубиной модуляции несущей тональной частотой 150 Гц, а слева сигнал с глубиной модуляции несущей тональной частотой 90 Гц.

При удалении от поверхности курса РГМ возрастает. Таким образом, по величине РГМ можно судить о величине отклонения от линии курса, а по тому, глубина модуляции какой частоты (90 или 150 Гц) является преобладающей, о стороне отклонения.

Рисунок 2 — Формирование глиссады инструментальной системой посадки

Глиссадный радиомаяк (ГРМ) установлен на расстоянии примерно 300 м от торца ВПП со стороны захода самолёта на посадку и смещен от оси ВПП на некоторое расстояние. Антенна ГРМ излучает в окружающее пространство электромагнитные волны в диапазоне частот от 328,6 до 335,4 МГц [3, 60], модулированные сигналами с частотами 90 и 150 Гц (на рис. 2).

Поверхность, на которой разность глубин модуляции радиочастотных сигналов тональными сигналами 90 и 150 Гц равна нулю, представляет собой

конус, вершина которого находится в основании антенн. Ось конуса вертикальна, а образующая наклонена на заданный угол относительно поверхности Земли (поверхность глиссады рис. 2). Выше поверхности глиссады преобладает сигнал с глубиной модуляции несущей тональной частотой 90 Гц, а ниже с глубиной модуляции несущей тональной частотой 150 Гц.

Пересечение указанных поверхностей задает в пространстве линию для захода самолёта на посадку (рис. 2), называемую глиссадой (или радиотехнической траекторией). Бортовая аппаратура индицирует отклонения самолёта от глиссады, ее показания используются для принятия решения пилотом или автопилотом о корректировке траектории полета самолёта.

Принцип работы глиссадного и курсового радиомаяков предполагает, что местность перед радиомаяками представляет собой горизонтальную плоскость. Тогда каждая из антенн создаёт поле, которое можно представить в виде суммы поля самой антенны и поля её зеркального отображения. В этом случае траектория захода на посадку представляет собой идеальный луч.

Реальная ситуация на аэродромах такова, что вместо идеального луча наблюдается некая кривая линия, поведение которой обусловлено влиянием неровностей земной поверхности. По мере развития летательных аппаратов и расширения использования радиомаячных систем инструментальной посадки ужесточаются требования, предъявляемые к траектории захода самолётов на посадку. Эти требования изложены в отечественных стандартах [57] и нормах международной организации гражданской авиации ИКАО [3].

Достижение высоких точностных характеристик систем посадки затруднено на аэродромах со сложным рельефом местности. Аэродромами со сложным рельефом местности в настоящей диссертационной работе названы аэродромы, на которых подготовка площадки в соответствии с типовым проектом требует

перемещения большого объёма грунта (более 10 000 м ). Как показывает опыт, стоимость работ по инженерной подготовке местности для размещения курсо-глиссадных радиомаяков на некоторых аэродромах оказывается соизмеримой со

стоимостью аппаратуры радиомаяков, а в некоторых случаях на один-два порядка выше.

Размещение маяков на аэродроме без предварительного расчёта его характеристик часто приводит к неоправданным расходам. Затраты на планировку площадки перед радиомаяком, монтажные работы и лётные испытания оказываются неоправданными в тех случаях, когда на данном аэродроме из-за влияния складок местности обеспечить требуемые параметры траектории не представляется возможным. В связи с этим целесообразно, моделирование характеристик радиомаяков, которое должно служить целям снижения объёма дорогостоящих земляных работ по инженерной подготовке площадок перед антеннами (путём оптимизации формы рельефа площадки).

Как известно, Земная поверхность в естественном состоянии обычно имеет неровности: хребты, холмы, сопки, лощины, седловины, котловины. Для аэродромов стремятся выбрать участки с достаточно ровной поверхностью (во избежание больших объёмов земляных работ при строительстве). Чтобы обеспечить высокое качество строительства и приёмки работ, поверхности элементов проектируют в виде ряда соприкасающихся плоскостей. По проекту лётное поле, по существу, представляет собой многогранник [54, 78, 79]. Расстояние между курсовым радиомаяком и торцом ВПП должно обеспечивать безопасность посадки самолётов (от 400 до 1050 м). В том случае, когда курсовой радиомаяк расположен на расстоянии 400 м, перед ВПП оказывается спланированная поверхность концевой полосы безопасности. Однако, когда по тем или иным соображениям курсовой радиомаяк необходимо разместить на большем расстоянии, то перед курсовым радиомаяком оказывается Земная поверхность в естественном состоянии, с неровностями и наклонами местности, которые могут не удовлетворять требованиям нормативных документов [30, 31, 69-71]. Ниже рассмотрим эти вопросы более подробно на примере конкретного аэродрома и возникающие при этом проблемы по выбору места размещения курсового радиомаяка и инженерной подготовке местности.

Рассматриваемый аэродром расположен на границе Урала и Сибири. Взлетно-посадочная полоса и концевые полосы безопасности расположены на плато, которое в направлении продолжения осевой линии в восточном направлении ВПП продолжается нисходящим наклоном местности в сторону тектонического разлома Земной поверхности. В западном направлении концевая полоса безопасности продолжается нисходящим наклоном земной поверхности в естественном состоянии. Земная поверхность в западном направлении представляет собой лощину (рис. 3), линейно вытянутую с севера на юг с эрозионным понижением на склоне глубиной 4,5 м и длиной до 1,5 км.

Лощина образовалась в результате размывающей работы временных водотоков (ливневый и талый водный сток). В южной части лощины расположено небольшое озерцо, наполняемое талыми и ливневыми водами, из которого вытекает ручей. В поперечном сечении лощина имеет форму корыта с заболоченным дном и мягко очерченными задернованными и поросшими кустарниками склонами без явно выраженных бровок.

Профиль местности вдоль оси ВПП представлен на рис. 32 (стр. 106). При выборе места для размещения курсового радиомаяка принимались во внимание следующие два обстоятельства. Во-первых, зона действия курсового радиомаяка в вертикальной плоскости должна включать в себя пространство, ограниченное следующей замкнутой ломаной линией: снизу ограничиваться прямой, проходящей через центр антенной системы и точку над началом ВПП на высоте 6 м и далее прямой, идущей от этой точки под углом 0,8° к горизонту. Сверху -ограничиваться прямой, проходящей через центр антенной системы под углом 7° к горизонту. На дальности 46,3 км от центра антенной системы — вертикальной прямой [3]. Нормативные документы [3, 31] рекомендуют устанавливать курсовой радиомаяк таким образом, чтобы обеспечивалась прямая видимость между электрическим центром антенны и опорной точкой (точкой на высоте 15 м над началом ВПП).

Анализ показывает, что местность, предназначенная для установки курсового

Рисунок 3 — Местность перед антенной курсового радиомаяка

радиомаяка в большинстве случаев имеет величины углов наклона местности, превышающие требования нормативных документов, а также имеет другие отклонения от норм. Размещение курсового радиомаяка на данном аэродроме непосредственно за концевой полосой безопасности потребовало бы установить антенну на большой высоте. При этом курсовой радиомаяк оказался бы лётным препятствием.

Во-вторых, размещение курсового радиомаяка в пределах дна лощины затруднено тем, что в весенний период лощина заполняется талой водой. В результате потребовалось бы выполнить большой объём земляных работ и инженерных работ по недопущению залива водой площадки перед курсовым радиомаяком в пределах первой зоны Френеля (30 х 50 м) и строительству дороги для подъезда к КРМ.

На данном аэродроме представляется целесообразным разместить КРМ на короткой плоской площадке, в которую переходит западный склон лощины. Однако при этом возникает проблема инженерной подготовки местности, обусловленная существенными отличиями формы площадки перед антенной КРМ от требований нормативных документов к местности перед КРМ. Во-первых, на площадках перед курсовым маяком величина поперечного угла наклона площадки, равная 1,6°, превышает допустимую величину 0,57° (уклоны 0,01 [31, 57]). Величина продольного угла наклона площадки, равная 0,74°, превышает допустимую величину 0,57° (уклоны 0,01 [31, 57]). Более, того продольный наклон местности в пределах площадки меняет свой знак, что не допустимо по установленным нормам. Инженерная подготовка площадки с целью удовлетворения требований нормативных документов к ней требует выполнения большого объёма работ по перемещению грунта.

В то же время в литературе нет обоснования для упомянутых требований к местности перед курсовым радиомаяком. Детального анализа формирования зоны действия и влияния подстилающей поверхности в литературе не приведено. В связи с этим представляется актуальным выполнить теоретические и экспериментальные исследования влияния рельефа местности и, в частности, её

поперечного по отношению к продолжению оси ВПП наклона местности и клинообразной формы. Поперечный наклон местности и клинообразная форма площадки перед КРМ характерны для аэродромов в предгорной местности, балочно-овражистой местности и другой местности со складчатой поверхностью.

Работы по влиянию рельефа местности и местных предметов на характеристики инструментальной системы посадки развивались несколькими научными коллективами: под руководством G. Chin [10], Н.И. Войтовича [42-44], A. Thain и других ученых.

Влиянию неровностей микрорельефа на характеристики курсо-глиссадных радиомаяков посвящены работы Жданова Б.В.

Среди многочисленных работ, посвященных дифракции волн на клине важное место занимают работы Н.М. Macdonald [39-40], A. Sommerfeld [41], Н.И. Войтович [42], А.Ф. Крячко [92].

Степень разработанности темы исследования

Проведённый анализ ситуации на конкретном аэродроме и нормативных требований показал жесткость требований к местности [31, п. 4, 54,57 п. 3.5, 69-71, 78, 79] перед антеннами курсового радиомаяка (требования инструкций по размещению радиомаяков на местности выше требований аэродромных норм к лётному полю).

Двухчастотные радиомаяки используются за рубежом и в нашей стране давно [61]. Однако детального анализа формирования их зоны действия и влияния подстилающей поверхности в литературе не приведено. В то же время в литературе нет обоснования для упомянутых требований к местности перед курсовым радиомаяком [31, 72, 73]. Настоящая работа преследует цель устранить указанный пробел. В связи с этим представляется актуальным:

— выполнить теоретические и экспериментальные исследования по влиянию поперечного наклона местности на характеристики КРМ;

— выполнить теоретические и экспериментальные исследования влияния клинообразной формы площадки на пространственные характеристики курсового радиомаяка.

Объектом исследования является радиомаячная система инструментальной посадки самолётов метрового диапазона длин волн.

Предметом исследования являются пространственные и точностные характеристики опытного образца курсового радиомаяка на аэродроме в предгорной местности.

Цели и задачи исследования

Основной целью работы является исследование влияния рельефа местности на выходные характеристики курсового радиомаяка системы инструментальной посадки самолётов формата ILS метрового диапазона длин волн.

Основные задачи для достижения поставленной цели сформулированы на основе анализа ситуации по размещению курсового радиомаяка на аэродроме в предгорной местности, представленном во введении.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— исследовать взаимное влияние сигналов узкого и широкого каналов на формирование навигационного параметра курсового радиомаяка ILS;

— исследовать влияние поперечного наклона земной поверхности перед антенной системой курсового радиомаяка на её диаграммы направленности;

— изучить влияние угла поперечного наклона местности на поведение навигационного параметра курсового радиомаяка системы инструментальной посадки;

— выполнить исследования структуры электромагнитного поля дифракции волн на клинообразной аэродромной поверхности и провести сравнение данных летных измерений и результатов моделирования структуры электромагнитного поля;

— получить результаты экспериментальных исследований курсового радиомаяка путем натурных наземных и летных измерений, а также сравнить экспериментальные и расчетные характеристики опытного образца системы инструментальной посадки самолётов.

Методология и методы исследования

При решении общей задачи исследования взаимного влияния сигналов узкого и широкого каналов, а также изучения влияния угла поперечного наклона местности на формирование и поведение навигационного параметра курсового радиомаяка ILS использованы известные методы анализа прохождения модулированных радиосигналов через радиотехнические линейные и нелинейные цепи бортовой аппаратуры приёма и обработки сигналов. Среди этих методов использованы методы, основанные на спектральном представлении сигналов и анализе воздействия узкополосных радиосигналов на нелинейные элементы, объединенные с частотно-избирательными звеньями. При исследовании полученных выражений применялись методы математического анализа и численного моделирования на ЭВМ.

При решении задач исследования влияние поперечного наклона земной поверхности перед антенной системой курсового радиомаяка на её диаграммы направленности и структуры электромагнитного поля дифракции волн, полученных при отражении от клинообразной аэродромной поверхности, использованы методы теории дифракции и распространения радиоволн в условиях присутствия в поле излучения антенных систем поверхности земли. Среди них методы зеркальных изображений, стационарной фазы, принцип Гюйгенса-Френеля, использование формул Кирхгофа и Фраунгофера, асимптотические методы вычисления интегралов, удобные для расчета структуры поля на ЭВМ.

В работе применены методы математического анализа, теории вероятностей, численного моделирования на ЭВМ, методы наземных исследований с помощью мобильной лаборатории и лётных исследований с помощью воздушных судов -лабораторий и учебных самолётов.

При проведении экспериментальных исследований использовались методы лабораторного и натурного эксперимента, полунатурного моделирования, методы аналоговой и цифровой обработки сигналов с привлечением компьютерной

обработки сигналов. При обработке результатов экспериментов применялись также методы теории вероятностей и математической статистики.

Положения и результаты, выносимые на защиту

1. Решение задачи нахождения информационного параметра двухчастотного КРМ — разности глубин модуляции. Данное решение учитывает взаимное влияние сигналов узкого и широкого каналов КРМ, в том числе, с учётом отражения радиоволн от местности перед антенной КРМ с поперечным относительно продолжения оси ВПП наклоном.

1.1 В зоне действия КРМ сигналы узкого и широкого каналов меняются ролями в отношении «слабый» (меньший по амплитуде) и «сильный» (больший по амплитуде). Иными словами, сигнал широкого канала подавляется сигналом узкого канала в окрестности линии курса, сигнал узкого канала подавляется сигналом широкого канала в зоне наведения радиомаяка. При этом в узкой угловой рабочей зоне в окрестности направления вдоль оси ВПП сильным сигналом является сигнал узкого канала, слабым — сигнал широкого канала. За пределами узкой угловой зоны сильным сигналом является сигнал широкого канала, слабым — сигнал узкого канала. В переходной зоне сигналы узкого и широкого каналов равноценны, при этом обеспечивается плавный ход функции разности глубины модуляции при переходе из одной зоны в другую. В результате такого поведения сигналов в зоне действия КРМ устраняется влияние сигналов широкого канала, отражённых от местных предметов, на точностные характеристики КРМ, при этом самолёт обеспечивается информацией о его местоположении во всей (широкой) зоне действия КРМ.

2. Закономерности в поведении амплитудных и фазовых диаграмм направленности антенны для сигналов: «несущая плюс боковые» и «боковые частоты» узкого канала, «несущая плюс боковые» и «боковые частоты» широкого канала КРМ, установленного на местности с поперечным наклоном.

2.1 При наличии поперечного по отношению к оси ВПП наклона подстилающей поверхности излучающая система курсового радиомаяка не имеет фазового центра. Боковые лепестки ДН антенной системы в стороне понижения

местности увеличиваются по уровню, а в стороне повышения местности, наоборот, уменьшаются по сравнению с боковыми лепестками ДН антенны, расположенной над горизонтальной плоскостью.

При этом фазовые ДН антенны курсового радиомаяка имеют вид монотонно изменяющихся функций, тогда как в случае работы антенны над горизонтальной плоскостью, фазовые ДН имеют ступенчатый вид: при переходе из одного лепестка амплитудной ДН в другой фаза изменяется скачком на 180°.

3. Поперечный наклон местности приводит к смещению линии курса относительно оси ВПП. Допустимую величину угла поперечного по отношению к продолжению оси ВПП наклона местности перед антенной курсового радиомаяка можно увеличить до 2°. При этом глиссада представляет собой практически прямую линию, составляющую с осью ВПП угол, величиной менее шести угловых минут, и линейное смещение курса на пороге ВПП составляет величину не более 0,5 м.

4. Если площадка перед антенной системой КРМ имеет клинообразный вид поверхности, то напряжённость поля в дальней зоне, может увеличиваться в несколько раз по сравнению с напряжённостью поля, которая имела бы место при размещении источника над горизонтальной поверхностью.

4.1 Равномерные относительно угловых координат источника излучения и точки наблюдения коротковолновые (источник расположен вдали от ребра клина) асимптотические разложения строгого решения задачи дифракции сферической волны на клине с идеально проводящими гранями. Процедуры расчёта напряженности электромагнитного поля КРМ применительно к клинообразной форме местности перед антенной курсового радиомаяка.

5. Результаты наземных и лётных исследований параметров курсового радиомаяка, установленного на аэродроме в предгорной местности со сложным рельефом и сложными гидрогеологическими условиями, показали соответствие характеристик курсового радиомаяка III категории ИКАО.

5.1 Критическое влияние поперечного наклона местности перед антенным полем КРМ на требования к величине искривлений разности глубин модуляции и возможности получения характеристик по III категории норм ИКАО отсутствует.

Достоверность защищаемых положений и результатов обеспечивается качественным и количественным соответствием теоретических выводов данным, полученным экспериментально, корректностью упрощающих предположений, применяемых при построении математических моделей, использованием поверенной измерительной аппаратуры и подтверждается успешным практическим использованием в реализованных устройствах и системах.

Дополнительно достоверность основных результатов работы аргументируется их апробацией на конференциях и симпозиумах, а также публикациями в рецензируемых журналах.

Новизна защищаемых положений и результатов диссертации

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Найдены строгие и приближённые соотношения в виде квадратур для вычисления навигационного параметра — разности глубин модуляции двухчастотного радиомаяка КРМ (ГРМ). Полученные соотношения обобщают известные соотношения для линейного детектирования гармонического сигнала в присутствии помехи на случай, когда на вход линейного детектора одновременно поступает «сильный» сигнал, модулированный по амплитуде двумя низкочастотными тонами, и «слабый» сигнал с точно такой же модуляцией.

2. Установлено влияние величины угла поперечного наклона местности относительно направления продолжения оси ВПП на формирование ДН антенной системы КРМ.

3. Установлены закономерности формирования глиссады в зависимости от величины угла поперечного наклона местности относительно направления продолжения оси ВПП.

4. Разработана обобщённая математическая модель формирования сигналов курсового канала системы посадки самолётов формата ILS, учитывающая дифракцию и двукратное отражение радиоволн на трассе «передающая антенна —

точка наблюдения». Найдены коротковолновые асимптотические разложения строгого решения задачи дифракции сферической волны на идеально проводящем клине с углом раствора, близким к 180°. Решение получено в виде суммы четырёх полутеневых волн, описываемых интегралами Макдональда. При этом приближённое решение впервые учитывает все полюса подынтегральной функции вблизи точек перевала.

5. Получены результаты экспериментальных исследований инструментальной системы посадки самолётов, подтверждающие правильность расчетов и позволяющие снизить требования к местности для размещения курсового радиомаяка.

Теоретическая значимость работы состоит в том, что в ней в рамках единого методологического подхода к решению задачи исследования взаимного влияния сигналов узкого и широкого каналов на формирование навигационного параметра курсового радиомаяка ILS уточнена теория функционирования системы посадки. Данная теория обеспечивает возможность более полно учитывать различные параметры и характеристики условий формирования поля, излучаемого антенными системами системы посадки, а также факторов, вызванных влиянием поверхности земли, прилегающей к антенным системам, на выходные навигационные параметры.

Результаты диссертационных исследований, посвящённых изучению влияния угла поперечного наклона земной поверхности перед курсовым радиомаяком на диаграмму направленности антенны курсового радиомаяка ILS, а также на поведение навигационного параметра курсового радиомаяка ILS, являются оригинальными, развивают и дополняют теорию систем радионавигации самолётов.

Практическая значимость и прикладная ценность работы заключается в следующем:

1. Результаты представленных в диссертации исследований позволили решить проблему размещения антенной системы КРМ на конкретном аэродроме в предгорной местности со сложным рельефом и сложными гидрогеологическими

условиями. Антенна КРМ размещена на незатопляемом участке с естественными углами наклона местности без дополнительной планировки, которая была необходима для удовлетворения требованиям инструкции по размещению существующих курсовых радиомаяков.

Полученные в работе результаты являются основой для уточнения требований к площадкам для размещения курсовых радиомаяков. Данное уточнение требований позволяет более рационально планировать земляные работы для подготовки площадок и, тем самым, удешевить и ускорить как реконструкцию существующих, так и строительство новых аэродромов.

2. Разработаны процедуры выполнения наземных измерений диаграмм направленности антенн и выходных характеристик КРМ с помощью передвижной лаборатории на базе автомобиля, включающей в себя аппаратуру для приёма и анализа сигналов системы инструментальной посадки, аппаратуру для точного определения координат лаборатории относительно центра антенны курсового радиомаяка по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и локальной контрольно-корректирующей станции (ЛККС).

RU2543083C1 — Двухчастотный курсовой радиомаяк (варианты) — Google Patents

Publication number RU2543083C1 RU2543083C1 RU2013151405/07A RU2013151405A RU2543083C1 RU 2543083 C1 RU2543083 C1 RU 2543083C1 RU 2013151405/07 A RU2013151405/07 A RU 2013151405/07A RU 2013151405 A RU2013151405 A RU 2013151405A RU 2543083 C1 RU2543083 C1 RU 2543083C1 Authority RU Russia Prior art keywords input output signals sensors adder Prior art date 2013-11-18 Application number RU2013151405/07A Other languages English ( en ) Inventor Николай Иванович Войтович Борис Викторович Жданов Original Assignee Открытое акционерное общество «Челябинский радиозавод «Полет» Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 2013-11-18 Filing date 2013-11-18 Publication date 2015-02-27 2013-11-18 Application filed by Открытое акционерное общество «Челябинский радиозавод «Полет» filed Critical Открытое акционерное общество «Челябинский радиозавод «Полет» 2013-11-18 Priority to RU2013151405/07A priority Critical patent/RU2543083C1/ru 2015-02-27 Application granted granted Critical 2015-02-27 Publication of RU2543083C1 publication Critical patent/RU2543083C1/ru

Images

Abstract

Двухчастотный курсовой радиомаяк (КРМ) предназначен для обеспечения инструментального захода на посадку и посадки самолетов. Достигаемый технический результат — сокращение количества элементов фидерного тракта апертурного контроля КРМ за счет последовательного сложения сигналов от датчиков, а также более простая настройка устройства апертурного контроля. Указанный результат достигается за счет того, что двухчастотный курсовой радиомаяк содержит устройства сигналов узкого канала (УК) и широкого канала (ШК), линейную антенную решетку (АР) 2N излучающих элементов (ИЭ) в первом варианте или 2N+1 ИЭ во втором варианте КРМ. ИЭ расположены симметрично относительно центра АР, при этом все элементы и устройства, входящие в состав первого и второго вариантов двухчастотного курсового радиомаяка, выполнены и соединены между собой определенным образом. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиомаячных системах (РМС) посадки метрового диапазона длин волн формата ILS (Instrument Landing System) для инструментального обеспечения захода на посадку и посадки самолетов. Курсовые радиомаяки (КРМ), входящие в упомянутые системы, формируют зону курса, предназначенную для управления самолетом в горизонтальной плоскости. КРМ в соответствии с настоящим изобретением позволяет обеспечить инструментальный заход самолетов на посадку и посадку самолетов при неблагоприятных для визуальной посадки метеорологических условиях.

Уровень техники

Антенная система КРМ ILS устанавливается на продолжении осевой линии взлетно-посадочной полосы (ВПП) у ее конца, противоположного ее порогу со стороны захода самолета на посадку. Антенна КРМ излучает в окружающее пространство электромагнитные волны в диапазоне частот 108-112 МГц, модулированные по амплитуде сигналами тональных частот f₁=90 Гц, f₂=150 Гц. В идеальном случае поверхность, на которой разность глубин модуляции (РГМ) сигналами f₁ и f₂ равна нулю, представляет собой вертикальную плоскость, проходящую через ось ВПП (поверхность курса). В реальных условиях аэродрома наблюдаются некая поверхность точек, в которых РГМ=0, уклоняющаяся от плоскости. В процессе эксплуатации первых РМС посадки в середине прошлого века была обнаружена связь между этими уклонениями (точностными характеристиками систем посадки (СП)) и размерами и расположением местных предметов на аэродроме, таких как здание аэровокзала, ангары, стоянки самолетов и др., а также формой рельефа местности в зоне захода самолетов на посадку. Причиной искривлений линии курса оказалась интерференция в области курса электромагнитных волн, отраженных от местных предметов, с электромагнитными волнами, формирующими поверхность курса. К точности ILS предъявляются высокие требования, которые на порядок превышают таковые к аэродромным навигационным и радиолокационным системам.

Естественным стремлением разработчиков РМС было сужение диаграмм направленности антенны КРМ в горизонтальной плоскости, при котором местные предметы облучались бы пренебрежимо малым уровнем сигналов КРМ [Watts, С.В., Jr. Instrument Landing Scrapbook / С.В., Jr. Watts. — Trafford Publishing, 2005. — стр.165 (392 p.p.), НИИ-33 / ВНИИРА. История становления и развития Всесоюзного НИИ радиоаппаратуры — СПб.: 2007. — 291 с.]. Однако пилоту трудно попасть в узкую зону. Международной организацией гражданской авиации установлены минимальные угловые размеры зоны действия системы КРМ [Приложение 10 к Конвенции о международной гражданской авиации. Авиационная электросвязь. Том 1. Радионавигационные средства. ИКАО, Монреаль (Канада), 2006. — 606 с.]: ±35° в азимутальной плоскости.

Проблема обеспечения, с одной стороны, высокой точности задания траектории полета путем сужения ДН антенны и, с другой стороны, обеспечения широких зон действия КРМ была решена в радиомаяках с двухчастотным режимом работы. При этом используется так называемый эффект захвата (capture effect). Двухчастотный режим КРМ предполагает формирование двух высокочастотных сигналов: основного — сигнала узкого канала (УК) и дополнительного — сигнала широкого канала (ШК). Задачей УК является формирование узких угловых зон: зоны курса в пределах ±2° относительно оси ВПП. В этих зонах задается линейная зависимость между величиной информационного параметра (РГМ) и угловым отклонением самолета от заданной траектории. Широкий канал обеспечивает пилота информацией во всей остальной зоне действия, «указывая» направление «правильного» движения к траектории снижения. При этом несущая частота сигнала ШК смещена относительно частоты сигнала УК на 5-15 кГц.

Путем формирования ДН специальной формы добиваются существенного превышения уровня сигналов УК по сравнению с уровнем сигналов ШК в пределах узкой зоны в окрестности линии курса (±2° относительно оси ВПП) и существенного превышения уровня сигналов ШК по сравнению с уровнем сигналов УК в пределах зоны наведения.

Точность КРМ непосредственно связана с характеристиками диаграмм направленности их антенн. Как известно, форма ДН антенной системы определяется амплитудным и фазовым распределением токов, питающих данную антенную систему. Положение в пространстве линии курса чувствительно к изменениям фазового и амплитудного распределений питающих токов. Так, например, при изменении положения линии курса на противоположном торце ВПП на величину более 3 м относительно ее в ту или иную сторону происходит переключение аппаратуры КРМ на резервный комплект. Поэтому, наряду с высокими требованиями к трактам формирования сигнала блоков СП, предъявляются и высокие требования к точности системы контроля параметров СП.

Традиционно для повышения достоверности контроля КРМ используют, во-первых, так называемый «встроенный контроль», выполняемый по сигналам, ответвляемым в фидерном тракте, во-вторых, апертурный контроль, выполняемый по сигналам КРМ, принимаемым зондами в ближней зоне антенны, и, в-третьих, вынесенный контроль, выполняемый по сигналам КРМ в промежуточной зоне АР (в зоне Френеля).

Существенные признаки настоящего технического предложения построения КРМ относятся к устройству апертурного контроля его выходных характеристик.

Известен первый двухчастотный КРМ, входящий в состав системы посадки СП-70 [Сосновский А.А., Хаймович И.А., Шолупов Е.И. Радиомаячные системы посадки самолетов, Москва, 1974].

Первый КРМ содержит первое устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» узкого канала (НБЧ УК) (далее, первое устройство), второе устройство формирования сигнала «боковые частоты» узкого канала (БЧ УК) (далее, второе устройство), третье устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» широкого канала (НБЧ ШК) (далее, третье устройство), четвертое устройство формирования сигнала «боковые частоты» широкого канала (БЧ ШК) (далее, четвертое устройство), первое распределительное устройство (РУ), второе распределительное устройство, первую линейную антенную решетку (АР) узкого канала, вторую линейную АР широкого канала, три датчика апертурного контроля. Сигналы узкого канала через первое распределительное устройство поступают на первую АР. Сигналы широкого канала через второе распределительное устройство поступают на вторую АР. АР узкого канала содержит 18 излучающих элементов, вблизи которых расположены 3 датчика, называемых иногда измерительными зондами. Далее будем использовать термин датчик.

Недостатком первого КРМ является недостоверный апертурный контроль, т.к. контролю подвергается лишь три из 18 излучающих элементов АР.

Известно устройство апертурного контроля КРМ, которое работает автономно, без гальванической связи с остальными устройствами КРМ [US 4,107,688 Andrew Alford. Monitor for localizer antenna arrays].

В упомянутом устройстве апертурного контроля число датчиков равно числу излучающих элементов в АР. Недостатком рассматриваемого устройства апертурного контроля является слишком сложное устройство суммирования сигналов датчиков. Сложность устройства обусловлена необходимостью обеспечить равные комплексные коэффициенты передачи от каждого датчика до выхода оконечного сумматора. По сути, фидерный тракт устройства апертурного контроля по количеству входящих в него элементов превышает количество элементов контролируемого тракта. Сложность настройки устройства апертурного контроля превышает сложность настройки распределителя сигналов КРМ. Поскольку надежность устройства обратно пропорциональна количеству элементов в устройстве, то оказывается, что надежное устройство-распределитель контролируется менее надежным устройством — устройством суммирования сигналов датчиков. Ситуация усугубляется при реализации предложенного принципа в двухчастотном КРМ. В двухчастотном КРМ необходимо контролировать наряду с контролем положения курсовой линии («0» РГМ) и крутизны зоны по узкому каналу (S_ук) еще один параметр — крутизну зоны по широкому каналу (S_шк).

Известен третий двухчастотный КРМ (СП-90, радиомаяк курсовой (РМК). Техническое описание ИЦРВ.461512.019ТО, НИИИТ-РТС, 1996-1999).

Известный третий КРМ содержит первое устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» узкого канала (НБЧ УК) (далее, первое устройство), второе устройство формирования сигнала «боковые частоты» узкого канала (БЧ УК) (далее, второе устройство), третье устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» широкого канала (НБЧ ШК) (далее, третье устройство), четвертое устройство формирования сигнала «боковые частоты» широкого канала (БЧ ШК) (далее, четвертое устройство), распределительное устройство (РУ) с четырьмя входами и 16 выходами, линейную антенную решетку (АР) из 16 излучающих элементов, расположенных симметрично относительно центра АР, 16 датчиков с кабелями снижения, фазирующих отрезков кабеля, сумматор сигналов, измеритель разности глубин модуляции (РГМ), согласованные нагрузки; при этом датчики расположены вблизи излучающих элементов АР.

Существенным недостатком известного третьего КРМ является сложность сумматора.

Сложность упомянутых выше устройств обусловлена тем, что их работа основана на принципе параллельного суммирования сигналов.

Известно устройство формирования сигналов апертурного контроля КРМ [Заявка №2012119089/08(028764)], в котором прием и суммирование сигналов выполняется коаксиальным волноводом с излучающими щелями, длина волны принимаемых сигналов в котором равна шагу антенной решетки. Коаксиальный волновод с излучающими щелями при этом выполняет две функции: функцию датчиков и функцию сумматора. Реализация этих двух функций обеспечивается выбором шага антенной решетки, равным длине волны в кабеле. Это устройство устраняет недостатки упомянутых выше КРМ, заключающиеся в чрезвычайной сложности суммирующего устройства.

Недостатком устройства по заявке №2012119089/08(028764) является то, что оно не может быть применено в случае неэквидистантной АР. Это сужает область применения указанного устройства. Известно, что применение неэквидистантного расположения излучающих элементов позволяет оптимизировать характеристики антенных решеток. Так применение неэквидистантного расположения ИЭ в АР КРМ СП-90 позволило уменьшить число ИЭ в решетке на 2 ИЭ без ухудшения параметров КРМ в зоне его действия.

Известны другие технические решения построения КРМ:

US 8,239,077 B2 Alexandre Colomer. Method and device for detecting noise on a guide signal of LOC type received by an aircraft.

US 6,414,632 July 2, 2002. Kleiber Monitoring of the phase angle of course and clearance signals in instrument landing system.

US 5,323,165 Jun. 21, 1994 Gerhard Greving. Two-frequency transmitting apparatus with tone-modulation phasing for an Instrument Landing System.

US 4,907,005 Mar.6, 1990. Robert W. Redlich. Radiofrequency power distributor for Instrument Landing System localizer antenna arrays.

US 4,068,236 June 22, 1978 Andrew Alford Monitor for two frequency localizer guidance system.
US 3,711,857 Jan.16 1973. Willian C. Cummings. Capture effect system.
US 2,293,694 Aug.25 1942. Andrew Alford. Directive radio system for guiding arrangements.

Их общим недостатком является сложность фидерного тракта устройства апертурного контроля, обусловленная параллельным суммированием сигналов, поступающих с датчиков.

Авторы принимают в качестве прототипа третий известный КРМ.
Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является повышение надежности КРМ, снижение трудоемкости изготовления и настройки фидерного тракта апертурного контроля, снижение себестоимости изготовления КРМ за счет меньшего количества СВЧ элементов фидерного тракта по сравнению с аналогами.

Поставленная цель достигается тем, что в КРМ по первому варианту, содержащему первое устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» узкого канала (НБЧ УК) (далее, первое устройство), второе устройство формирования сигнала «боковые частоты» узкого канала (БЧ УК) (далее, второе устройство), третье устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» широкого канала (НБЧ ШК) (далее, третье устройство), четвертое устройство формирования сигнала «боковые частоты» широкого канала (БЧ ШК) (далее, четвертое устройство), линейную антенную решетку (АР) 2N (где N — целое число, большее или равное двум) излучающих элементов, расположенных симметрично относительно центра АР N левых 1_лев, 2_лев, …, N_лев и N правых 1_пр, 2_пр, …, N_пр излучающих элементов, причем счет левых и правых излучающих элементов выполняется от центра антенной решетки к левому и правому краю АР, соответственно, распределительное устройство (РУ) с четырьмя входами и 2N выходами, N левых и N правых датчиков с кабелями снижения, при этом датчики расположены вблизи излучающих элементов АР, причем датчик имеет тот же номер, что и номер излучающего элемента АР, устройство измерения информационного параметра — разности глубин модуляции (РГМ) с тремя входами, дополнительно содержит направленный ответвитель (НО) сигналов узкого канала (НО УК), направленный ответвитель сигналов широкого канала (НО ШК), N-1 левых направленных ответвителей (НО) на связанных линиях, N-1 правых НО на связанных линиях, 2N-4 фазирующих отрезков кабеля, делитель мощности с первым и вторым выходами, фиксированный фазовращатель на 90°, мост, первый сумматор с первым и вторым входами, второй сумматор с первым и вторым входами.

Введение в состав КРМ дополнительно N-1 левых НО на связанных линиях, N-1 правых НО на связанных линиях, 2N-4 фазирующих отрезков кабеля, делитель мощности с первым и вторым выходами, фиксированного фазовращателя на 90° и моста позволило выполнить последовательное суммирование сигналов от контрольных датчиков и тем самым упростить устройство суммирования сигналов от контрольных датчиков по сравнению с устройством, использующим принцип параллельного суммирования сигналов. Введение в состав КРМ направленного ответвителя (НО) сигналов узкого канала (НО УК), направленного ответвителя сигналов широкого канала (НО ШК), фиксированный фазовращатель на 90°, моста, первого сумматора с первым и вторым входами, второго сумматора с первым и вторым входами позволило с помощью простых в изготовлении устройств реализовать контроль крутизны зоны по узкому и широкому каналам. Указанные преимущества достигаются благодаря использованию левого суммирующего устройства (ЛСУ) и правого суммирующего устройства (ПСУ) для суммирования всех сигналов КРМ, а также благодаря тому, что для измерения крутизны зоны по узкому и по широкому каналам выполнен отбор мощности от первого и третьего устройств.

Во втором варианте двухчастотного КРМ по настоящему изобретению содержит первое устройство формирования сигнала НБЧ УК (далее, первое устройство), второе устройство формирования сигнала БЧ УК (далее, второе устройство), третье устройство формирования сигнала НБЧ ШК (далее, третье устройство), четвертое устройство формирования сигнала БЧ ШК (далее, четвертое устройство), линейную антенную решетку (АР) 2N+1, где N — целое число, большее или равное двум, излучающих элементов, из расположенных симметрично относительно центра АР N левых (1_лев, 2_лев, …, N_лев), N правых (1_пр, 2_пр, …, N_пр) излучающих элементов, причем счет левых и правых излучающих элементов выполняется от центра антенной решетки к левому и правому краю АР, соответственно, и расположенного в центре АР излучающего элемента с номером 0, кроме того, содержит первый делитель мощности с первым и вторым выходом, распределительное устройство (РУ) с четырьмя входами и 2N+1 выходами, N левых и N правых датчиков и датчик излучающего элемента с номером 0, при этом датчики расположены вблизи излучающих элементов АР, причем датчик имеет тот же номер, что и номер излучающего элемента АР, устройство измерения информационного параметра-разности глубин модуляции (РГМ) с тремя входами, дополнительно содержит направленный ответвитель (НО) сигналов узкого канала (НО УК), направленный ответвитель сигналов широкого канала (НО ШК), N левых направленных ответвителей на связанных линиях (НО), N правых НО на связанных линиях, 2N-2 фазирующих отрезков кабеля, первый делитель мощности с первым и вторым выходами, второй делитель мощности с первым и вторым выходами, фиксированный фазовращатель на 90°, мост, первый сумматор с первым и вторым входами, второй сумматор с первым и вторым входами.

Применение во втором варианте курсового радиомаяка линейной антенной решетки с 2N+1 излучающими элементами, распределительного устройства (РУ) с четырьмя входами и 2N+1 выходами, N+1 левых направленных ответвителей на связанных линиях (НО), N+1 правых НО на связанных линиях, 2N-2 фазирующих отрезков кабеля и дополнительно в сравнении с первым вариантом второго делителя мощности позволило получить ДН с меньшим уровнем боковых лепестков по узкому каналу, тем самым снизить уровень облучения местных предметов и вследствие этого уменьшить величину искривлений линии курса.

Решение этих и других задач поясняется далее текстом и рисунками на фигурах.
Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема КРМ в соответствии с настоящим изобретением по первому варианту.

На упомянутой схеме указаны следующие устройства:
1 — первое устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» узкого канала (НБЧ УК),
2 — второе устройство формирования сигнала «боковые частоты» узкого канала (БЧ УК),
3 — третье устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» широкого канала (НБЧ ШК),
4 — четвертое устройство формирования сигнала «боковые частоты» широкого канала (БЧ ШК),
5 — направленный ответвитель (НО) сигналов узкого канала (НО УК),
6 — направленный ответвитель сигналов широкого канала (НО ШК),
7 — распределительное устройство (РУ),
8 — линейную антенную решетку (АР),
9 — N левых и N правых датчиков с кабелями снижения,
10 — направленные ответвители (НО) на связанных линиях передачи,
11 — фазирующие отрезки кабеля,
12 — фиксированный фазовращатель,
14 — делитель мощности,
15 — первый сумматор,
16 — второй сумматор,
17 — измеритель разности глубин модуляции (РГМ),
18 — согласованные нагрузки,
19 — левое суммирующее устройство (ЛСУ),
20 — правое суммирующее устройство (ПСУ).

На фиг.2 представлена структурная электрическая схема второго варианта КРМ в соответствии с настоящим изобретением.

Упомянутая схема дополнительно к устройствам на фиг.1 содержит:
80 — центральный излучающий элемент АР,
90 — датчик центрального излучателя АР,
21 — делитель мощности,
100_лев — нулевой по счету левый НО,
100_пр — нулевой по счету правый НО.
Осуществление изобретения

Обратимся к фиг.1, на которой представлена структурная электрическая схема двухчастотного курсового радиомаяка (КРМ) в соответствии с настоящим изобретением по первому варианту.

КРМ содержит первое устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» узкого канала (НБЧ УК) (далее, первое устройство 1), второе устройство формирования сигнала «боковые частоты» узкого канала (БЧ УК) (далее, второе устройство 2), третье устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» широкого канала (НБЧ ШК) (далее, третье устройство 3), четвертое устройство формирования сигнала «боковые частоты» широкого канала (БЧ ШК) (далее, четвертое устройство 4), направленный ответвитель (НО) сигналов узкого канала (НО УК) 5, направленный ответвитель сигналов широкого канала (НО ШК) 6, распределительное устройство (РУ) 7 с четырьмя входами 71-74 и 2N выходами, линейную антенную решетку (АР) 8 из 2N (здесь и далее, N — целое число, большее или равное двум, n — порядковый номер устройства в однородной группе устройств: излучающих элементов АР, датчиков, НО, согласованных нагрузок, n≥1; нижний индекс номера указывает сторону расположения устройства относительно центра АР) излучающих элементов, расположенных симметрично относительно центра АР: N левых 1_лев, 2_лев, …, n_лев, …, N_лев и N правых 1_пр, 2_пр, …, n_пр, …, N_пр излучающих элементов, причем счет левых и правых излучающих элементов выполняется от центра антенной решетки АР к ее левому и правому краю, соответственно, N левых и правых датчиков 9 с кабелями снижения, при этом датчики расположены вблизи излучающих элементов АР, причем датчик имеет тот же номер, что и номер излучающего элемента АР, N-1 левых направленных ответвителей (НО) 10 на связанных линиях, N-1 правых НО 10 на связанных линиях 10, 2N-4 фазирующих отрезков кабеля 11, фиксированный фазовращатель 12 на 90°, мост 13, делитель мощности 14 с первым и вторым выходами, первый сумматор 15 с первым и вторым входами, второй сумматор 16 с первым и вторым входами, измеритель разности глубин модуляции (РГМ)) 17 с тремя входами, 2N-2 согласованных нагрузок 18.

Первое 1, второе 2, третье 3 и четвертое 4 устройства представляют собой генераторы, формирующие указанные выше сигналы. Эти устройства выполнены, например, так, как они выполнены в серийных радиомаяках метрового диапазона волн СП-90, выпускаемых Челябинским радиозаводом «Полет» и эксплуатируемых на аэродромах гражданской авиации. НО 5, 6, 10, мост 13, делитель 14, сумматоры 15, 16 широко известны, построены на основе связанных полосковых линий передачи. НО представляет собой четырехплечное устройство, образованное двумя связанными линиями передачи. Линия, к плечу которой подключен источник, называется главной линией, другая линия называется связанной линией. Электромагнитная энергия от источника распределяется между выходным плечом главной линии и одним из плеч связанной линии. На второе плечо связанной линии энергия не поступает. Это плечо называют развязанным плечом. НО характеризуется коэффициентом связи K по напряжению, равным корню квадратному из отношения мощности в плече связанной линии к мощности на входе НО. Мощность на выходе главной линии равна входной мощности, умноженной на 1-K 2 . Распределительное устройство представляет собой многополюсник, выполненный на основе полосковых устройств, рассчитанных по формулам из известных справочников. Линейная АР может содержать от 12 до 24 и более излучающих элементов. В качестве излучающих элементов АР могут использоваться горизонтально ориентированные полуволновые вибраторы или широкополосные симметричные вибраторы (патент РФ на изобретение №2357337) с общим рефлектором, логопериодические антенны без рефлектора, антенны типа «волновой канал» и др. Датчики 9 применяют в виде коротких по сравнению с длиной волны вибраторов (Л.Я. Ильинский, А.А. Болбот. Антенные устройства аэропортов гражданской авиации. М.: Транспорт. — 1983. — с.53 (191).) либо в виде рамок (US patent №4,107,688). Фазирующие отрезки выполняют из стандартного фазостабильного кабеля, такого как, например, РК-50-7-58C. В качестве фиксированного фазовращателя на 90° может быть применен четвертьволновый отрезок стандартного кабеля. Измеритель РГМ представляет собой приемник высокочастотных сигналов, в котором после детектирования принятых сигналов выделяют с помощью полосовых фильтров сигналы тональной модуляции 90 Гц и 150 Гц. Сравнением амплитуд сигналов с частотами 90 Гц и 150 Гц определяют разность глубин модуляции. Измерители РГМ широко применяются в практике эксплуатации радиомаяков системы посадки самолетов.

При этом выход первого устройства 1 последовательно соединен с НО УК 5 и первым входом 71 РУ 7, второе устройство 2 соединено со вторым входом 72 РУ 7, третье устройство 3 последовательно соединено с НО ШК 6 и третьим входом 73 РУ 7, четвертое устройство 4 соединено с четвертым входом 74 РУ 7, выходы РУ 7 соединены с излучающими элементами АР 8; левые НО с помощью фазирующих отрезков кабеля 11 последовательно соединены друг с другом с образованием левого суммирующего устройства (ЛСУ) 19, входом которого служит вход НО с номером (N-1)_лев, а выходом служит выход НО с номером 1_л; правые НО с помощью фазирующих отрезков кабеля 11 последовательно соединены друг с другом с образованием правого суммирующего устройства (ПСУ) 20, входом которого служит вход НО с номером (N-1)_пр, а выходом служит выход НО с номером 1_пр; датчик N_лев соединен со входом ЛСУ 19, датчик (N-1)_лев и предшествующие датчики соединены с развязанными плечами НО с совпадающими номерами; выход ЛСУ 19 соединен последовательно с фиксированным фазовращателем и первым входом моста 13, правый датчик N_пр соединен со входом ПСУ 20, правый датчик (N-1)_пр и предшествующие правые датчики соединены с развязанными выходами НО с совпадающими номерами; выход ПСУ соединен последовательно со вторым входом моста 13, первый выход которого соединен с первым входом измерителя РГМ 17, а второй выход моста 13 соединен с делителем мощности 14, первый выход которого соединен последовательно с первым входом первого сумматора 16 и вторым входом устройства измерения РГМ 17, а второй выход соединен последовательно с первым входом второго сумматора 16 и третьим входом устройства измерителя РГМ; выход связанной линии НО УК 5 соединен со вторым входом первого сумматора 15, выход связанной линии НО ШК 6 соединен со вторым входом второго сумматора 16, согласованные нагрузки 18 соединены с плечами НО 10.

Двухчастотный КРМ по настоящему изобретению работает следующим образом.
Первое устройство 1 формирует сигналы НБЧ УК U н б ч у к ( t )

которые по главной линии НО УК 5 поступают на первый вход 71 РУ 7. Второе устройство формирует сигналы БЧ U б ч у к ( t )

которые поступают на второй 72 вход РУ. Третье устройство 3 формирует сигналы НБЧ ШК:

которые по главной линии НО ШК 6 поступают на третий вход 73 РУ 7.
Четвертое устройство формирует сигналы БЧ ШК U н б ч ш к ( t )

которые поступают на четвертый вход 74 РУ 7.
m — глубина модуляции сигнала УК (ШК) на входе антенны,

ω ук — угловая частота несущей сигнала узкого канала,
ω шк — угловая частота несущей сигнала широкого канала.

РУ распределяет поступившие сигналы следующим образом. На входы излучающих элементов с одинаковыми номерами n_лев=n_пр поступают:

— синфазные сигналы НБЧ УК с равными амплитудами:

— противофазные сигналы БЧ УК с равными амплитудами:

— синфазные сигналы НБЧ ШК с равными амплитудами:

— противофазные сигналы БЧ ШК с равными амплитудами

В приведенных соотношениях i = − 1

, мнимая единица. Фазовый множитель e ±i90° означает сдвиг сигнала по фазе на ±90° относительно фазы НБЧ УК сигнала либо фазы НБЧ ШК сигнала. Законы распределения амплитуд упомянутых сигналов по излучающим элементам определяются по известным алгоритмам синтеза диаграмм направленности антенн (ДН), исходя из требований к ДН для упомянутых сигналов в дальней зоне. Поступившие на вход упомянутые сигналы излучаются в окружающее пространство, формируя диаграммы направленности для сигналов НБЧ УК, БЧ УК, НБЧ ШК, БЧ ШК. АР формирует для сигналов НБЧ УК узкую ДН суммарного вида (колоколообразного вида) с максимумом, ориентированным в направлении оси ВПП. АР формирует для сигналов БЧ УК узкую ДН разностного вида (вида двойного колокола) с нулевым уровнем, ориентированным в направлении оси ВПП. АР формирует для сигналов НБЧ ШК широкую ДН суммарного вида в виде пьедестала с углублением, минимум которого направлен вдоль оси ВПП. АР формирует для сигналов БЧ ШК широкую ДН разностного вида с нулевым уровнем, ориентированным в направлении оси ВПП.

Датчики, расположенные в окрестности излучающих элементов АР, извлекают из электромагнитного поля сигналы НБЧ УК, БЧ УК, НБЧ ШК, БЧ ШК (коэффициент передачи ИЭ-датчик на уровне минус 25 дБ). При этом нормированное амплитудно-фазовое распределение упомянутых сигналов на выходе датчиков повторяет нормированное амплитудно-фазовое распределение упомянутых сигналов на излучающих элементах АР. Сигналы с левых датчиков поступают на ЛСУ, сигналы с правых датчиков поступают на ПСУ. Задачей ЛСУ и ПСУ является суммирование сигналов так, как они суммируются в пространстве в дальней зоне АР на оси ВПП. Для решения этой задачи необходимо, во-первых, чтобы сигналы от всех датчиков имели бы одно и то же ослабление, и, во-вторых, все сигналы на выходе ЛСУ и на выходе ПСУ были бы синфазны. Равное ослабление сигналов в ЛСУ, равно как и в ПСУ, обеспечивается тем, что НО с разными номерами n имеют разные коэффициенты связи. Обозначим α_n как коэффициент передачи по напряжению сигнала с n-го датчика на выход ЛСУ (ПСУ). Очевидно, что α_n будет равен произведению коэффициента связи n-го датчика и коэффициентов передачи n-1 НО, расположенных на участке пути распространения сигнала от упомянутого датчика до выхода ЛСУ:

Требование равенства коэффициентов передачи от каждого датчика на выход ЛСУ (ПСУ) сводится к равенству:

Из равенства

следует рекуррентное соотношение для значений коэффициентов передачи НО:

Длины соединительных кабелей от датчиков до НО одинаковы, и, стало быть, одинаково затухание во всех указанных соединительных кабелях. Поэтому, потери в кабелях можно не принимать во внимание, а коэффициент связи N-го датчика с ЛСУ (ПСУ), K_N, принять равным 1. Тогда:

Т.е. коэффициент связи (N-1)-го НО должен быть равным минус 3 дБ. Коэффициенты связи предыдущих по номерам НО определяются по рекуррентному соотношению.

Длины фазирующих отрезков кабеля 11 определены из условия синфазного сложения сигналов от всех левых датчиков на выходе ЛСУ и от всех правых датчиков на выходе ПСУ. При этом учтено, что волна в кабеле распространяется медленнее, чем в свободном пространстве в ε ′

— относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика коаксиальной линии передачи в случае сплошного заполнения и эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость в случае частичного заполнения кабеля диэлектриком. Кроме того, учтено, что при распространении по главной линии НО сигнал запаздывает на 90°. Таким образом, длины фазирующих отрезков 11 выбраны равными целому числу волн в кабеле минус четверть длины волны в кабеле. Число волн в кабеле выбрано, с учетом расстояния между излучателями в АР. Физическая длина кабеля должна быть равна или быть больше расстояния между излучающими элементами АР.

Сигналы U_ЛСУ на выходе ЛСУ равны:

Сигналы на выходе ПСУ равны:

где (a _{n ук})_лев, (b_{n ук}e i90° )_лев, (a _{n ук})_пр, (b_{n ук}e i90° )_пр — относительные амплитуды и фазы токов сигналов УК левых и правых датчиков,

(a _{n шк})_лев, (b_{n шк}e i90° )_лев, (a _{n шк})_пр, (b_{n шк}e i90° )_пр — относительные амплитуды и фазы токов сигналов ШК левых и правых датчиков.

Сигналы с выхода ЛСУ поступают через фиксированный фазовращатель 90° на первый вход 131 моста 13. В качестве моста применен направленный 3 дБ НО, который поступающие на его первый вход 131 сигналы без изменения фазы ответвляет на первый выход 133 моста и задерживает сигналы ЛСУ на втором 134 выходе моста на 90°. Сигналы ПСУ поступают на второй 132 вход моста 13. Сигналы ПСУ без изменения фазы ответвляются на второй выход 134 моста и с задержкой на 90° поступают на первый 133 выход моста 13. В результате сигналы ЛСУ и ПСУ синфазно складываются на первом 133 выходе и противофазно на втором 134 выходе моста. В результате, на первом 133 выходе моста 13 сигналы суммируются синфазно. Суммарный сигнал U₁₃₃ равен:

На втором 134 выходе моста 13 сигналы суммируются противофазно. Суммарный сигнал U₁₃₄ равен:

При идеальной настройке и идеальной работе КРМ:

Следовательно, при идеальной настройке КРМ:

Сигналы с первого выхода моста поступают на первый вход измерителя РГМ с наименованием «O» РГМ. Поскольку в идеальном случае в сигнале с первого 133 выхода моста отсутствует сигнал БЧ, т.е. РГМ сигнала равна нулю, то измеритель РГМ зафиксирует нулевые значения РГМ. В том случае, когда по какой-либо причине, например, в случае выхода из строя какого-либо излучающего элемента, наличия слоя мокрого снега на излучающем элементе и др. на выходе моста в составе суммарного сигнала появится сигнал БЧ. В этом случае измеритель РГМ зафиксирует отличную от нулевого значения величину РГМ. Причем это значение окажется равным значению РГМ в точках в дальней зоне АР на оси ВПП.

Сигналы со второго 134 выхода моста, содержащие в идеальном случае лишь сигналы БЧ УК и БЧ ШК, поступают на вход делителя, с выхода которого поступают на первый вход первого сумматора и на первый вход второго сумматора. Ответвленный в НО УК 5 НБЧ УК сигнал поступает на второй вход первого сумматора, выход которого соединен со вторым входом измерителя РГМ с наименованием «S_ук«. Ответвленный в НО ШК 6 НБЧ ШК сигнал поступает на второй вход второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом измерителя РГМ с наименованием «S_шк«. На выходе первого сумматора может быть сформирован сигнал, РГМ которого по узкому каналу равен значению РГМ в пределах от 10% до 20%. Сигнал широкого канала со второго входа измерителя РГМ отфильтровывается упомянутым устройством, этот сигнал не оказывает влияние на измерения РГМ УК. При возникновении ошибок в амплитудно-фазовом распределении токов в излучающих элементах АР, соответствующим сигналам УК измеритель РГМ покажет отклонение показания измерителя РГМ от ранее установленного значения. Если отклонения показания измерителя РГМ не превысят 25% от заранее установленного значения РГМ для индикации крутизны зоны по узкому каналу, КРМ продолжит работу в обычном режиме, в противном случае измеритель КРМ выдаст сигнал предупреждения о нарушении в работе КРМ.

На выходе второго сумматора может быть сформирован сигнал, РГМ которого по широкому каналу равен РГМ в пределах от 10% до 20%. Сигнал узкого канала с третьего входа измерителя РГМ отфильтровывается упомянутым устройством, этот сигнал не оказывает влияние на измерения РГМ ШК. При возникновении ошибок в амплитудно-фазовом распределении токов в излучающих элементах АР, соответствующем сигналам ШК измеритель РГМ покажет отклонение показания измерителя РГМ от ранее установленного значения РГМ ШК. Если отклонения показания измерителя РГМ не превысят 25% от заранее установленного значения РГМ для индикации крутизны зоны по широкому каналу, КРМ продолжит работу в обычном режиме, в противном случае измеритель КРМ выдаст сигнал предупреждения о нарушении в работе КРМ. Таким образом, если в процессе эксплуатации КРМ появятся отклонения (дефекты) в амплитудно-фазовом распределении токов АР КРМ, то это приведет к изменению контролируемых величин РГМ: «0», S_ук, S_шк. Система допускового контроля, исходя из сопоставления этих изменений с допусками, принимает решение либо продолжить эксплуатацию КРМ, либо выполнить отключение КРМ.

Примеры реализации КРМ по первому варианту

В качестве конкретной реализации технического предложения рассмотрим КРМ с 16-ти элементной антенной решеткой для работы на частоте 110 МГц. Фазирующие отрезки кабеля изготовлены из фазостабильного кабеля РК-50-7-58C. Расстояния между излучающими элементами АР приведены в табл.1.

Таблица 1
№ ИЭ	1_лев	2_лев	3_лев	4_лев	5_лев	6_лев	7_лев	8_лев
№ ИЭ	1_пр	2_пр	3_пр	4_пр	5_пр	6_пр	7_пр	8_пр
Расстояние от центра, м	0,95	3,04	5,3	7,73	10,34	13,13	16,09	19,23
Расстояние между ИЭ	2-1	3-2	4-3	5-4	6-5	7-6	8-7
Расстояние между ИЭ	2,09	2,26	2,43	2,61	2,79	2,96	3,32

Коэффициент укорочения длины волны в кабеле РК-50-7-58C равен 1,1.
Следовательно, длина волны в кабеле λ_к на частоте 110 МГц равна:

Отрезок кабеля длиной λ к − λ к 4

меньше меньшего из расстояний между ИЭ. Поэтому он оказывается не пригодным в качестве фазирующего отрезка. Отрезок кабеля длиной 2 λ к − λ к 4

больше большего расстояния между ИЭ (3,32 м
приняты в качестве фазирующих отрезков в рассматриваемой антенне.

Для построения ЛСУ и ПСУ применены 7 пар направленных ответвителей с коэффициентами связи, указанными в табл.2.

Таблица 2
№ ИЭ	1	2	3	4	5	6	7
Обозначение НО	НО_{7 лев}	НО_{6 лев}	НО_{5 лев}	НО_{4 лев}	НО_{3 лев}	НО_{2 лев}	НО_{1 лев}
Обозначение НО	НО_{7 пр}	НО_{6 пр}	НО_{5 пр}	НО_{4 пр}	НО_{3 пр}	НО_{2 пр}	НО_{1 пр}
Обознач. коэф. связи	K₇	K₆	K₅	К₄	K₃	K₂	K₁
Коэф. связи	-3 дБ	-4,8 дБ	-7 дБ	-7,8 дБ	-8,5 дБ	-9,0 дБ	-9,5 дБ

Потери электромагнитной энергии в фидере определяются коэффициентом затухания кабеля РК-50-7-58C на частоте 110 МГц, равным 0 , 008 д Б м

. При прохождении сигнала от наиболее удаленного НО, НО_{7 лев} или HO_{7 пр}, до выхода суммирующего устройства ЛСУ или ПСУ потери составят не более 0,21 дБ. При указанной величине затухания волны в кабеле нет необходимости корректировать коэффициенты связи, рассчитанные по рекуррентным соотношениям и указанные в табл.2.

Обратимся теперь к фиг.2, на которой представлен второй вариант двухчастотного КРМ для обеспечения инструментального захода на посадку и посадки самолетов, содержащий первое устройство формирования сигнала НБЧ УК (далее, первое устройство), второе устройство формирования сигнала БЧ УК (далее, второе устройство), третье устройство формирования сигнала НБЧ ШК (далее, третье устройство), четвертое устройство формирования сигнала БЧ ШК (далее, четвертое устройство), линейную антенную решетку (АР) 2N+1, где N — целое число, большее или равное двум, излучающих элементов, из расположенных симметрично относительно центра АР N левых (1_лев, 2_лев, …, N_лев), N правых (1_пр, 2_пр, …, N_пр) излучающих элементов, причем счет левых и правых излучающих элементов выполняется от центра антенной решетки к левому и правому краю АР, соответственно, и расположенного в центре АР излучающего элемента с номером 0, кроме того, содержит первый делитель мощности с первым и вторым выходом, распределительное устройство (РУ) с четырьмя входами и 2N+1 выходами, N левых и N правых датчиков и датчик излучающего элемента с номером 0, при этом датчики расположены вблизи излучающих элементов АР, причем датчик имеет тот же номер, что и номер излучающего элемента АР, устройство измерения информационного параметра — разности глубин модуляции (РГМ) с тремя входами, дополнительно содержит направленный ответвитель (НО) сигналов узкого канала (НО УК), направленный ответвитель сигналов широкого канала (НО ШК), N левых направленных ответвителей на связанных линиях (НО), N правых НО на связанных линиях, 2N-2 фазирующих отрезков кабеля, первый делитель мощности с первым и вторым выходами, второй делитель мощности с первым и вторым выходами, фиксированный фазовращатель на 90°, мост, первый сумматор с первым и вторым входами, второй сумматор с первым и вторым входами.

При этом выход первого устройства последовательно соединен с НО УК и первым входом РУ, второе устройство соединено со вторым входом РУ, третье устройство последовательно соединено с НО ШК и третьим входом РУ, четвертое устройство соединено с четвертым входом РУ, выходы РУ соединены с излучающими элементами АР; левые НО с помощью фазирующих отрезков кабеля последовательно соединены друг с другом с образованием левого суммирующего устройства (ЛСУ), входом которого служит вход НО с номером (N-1)_лев, а выходом служит выход НО с номером 0_лев; правые НО с помощью фазирующих отрезков кабеля последовательно соединены друг с другом с образованием правого суммирующего устройства (ПСУ), входом которого служит вход НО с номером (N-1)_пр, а выходом служит выход НО с номером 0_пр; датчик с номером 0 соединен с первым делителем мощности, первый выход которого соединен развязанным выходом НО с номером 0_лев, а второй выход соединен с развязанным выходом НО с номером 0_пр; датчик N_лев соединен со входом ЛСУ, датчики с номерами с (N-1)_лев по 1_лев соединены с развязанными плечами НО с совпадающими номерами; выход ЛСУ соединен с первым входом моста, датчик N_пр соединен со входом ПСУ, правые датчики с номерами с (N-1)_пр по 1_пр соединены с развязанными выходами НО с совпадающими номерами; выход ПСУ соединен последовательно с фиксированным фазовращателем и вторым входом моста, первый выход которого соединен с первым входом устройства измерения РГМ, а второй выход моста соединен с делителем мощности, первый выход которого соединен последовательно с первым входом первого сумматора и вторым входом устройства измерения РГМ, а второй выход соединен последовательно с первым входом второго сумматора и третьим входом устройства измерения РГМ; выход связанной линии НО УК соединен со вторым входом первого сумматора, выход связанной линии НО ШК соединен со вторым входом второго сумматора, согласованные нагрузки соединены с плечами НО, в которые поступает связанная мощность. Величина коэффициента связи К_n левого и правого НО с одинаковыми номерами n одна и та же и должна быть равной величине, вычисляемой по следующей формуле Длины фазирующих отрезков кабеля выбираются из условия синфазного сложения сигналов от всех левых датчиков на выходе ЛСУ и от всех правых датчиков на выходе ПСУ.

Двухчастотный КРМ по второму варианту работает следующим образом. Первое устройство 1 формирует сигналы НБЧ УК U н б ч у к ( t )

, которые по главной линии НО УК 5 поступают на первый вход 71 РУ 7. Второе устройство формирует сигналы БЧ УК U б ч у к ( t )

, которые поступают на второй вход 72 РУ 7. Третье устройство 3 формирует сигналы НБЧ ШК U н б ч ш к ( t )

, которые по главной линии НО ШК 6 поступают на третий вход 71 РУ 7. Четвертое устройство формирует сигналы БЧ ШК U б ч ш к ( t )

, которые поступают на четвертый вход 74 РУ 7. РУ 7 распределяет поступившие сигналы следующим образом. На входы излучающих элементов с одинаковыми номерами n_лев=n_пр (n≠0) поступают:

— синфазные сигналы НБЧ УК с равными амплитудами:

— противофазные сигналы БЧ УК с равными амплитудами:

— синфазные сигналы НБЧ ШК с равными амплитудами:

— противофазные сигналы БЧ ШК с равными амплитудами

В центральный излучатель (n=0) поступают сигналы НБЧ УК и НБЧ ШК с амплитудами (a _{нбч ук})₀ и (a _{нбч шк})₀, соответственно. Сигналы БЧ УК и БЧ ШК на центральный излучающий элемент не поступают,

(b_{бч ук})₀=(b_{бч шк})_n=0.

Поступившие на вход АР упомянутые сигналы излучаются в окружающее пространство, формируя диаграммы направленности для сигналов НБЧ УК, БЧ УК, НБЧ ШК, БЧ ШК. АР формирует для сигналов НБЧ УК узкую ДН суммарного вида (колоколообразного вида) с максимумом, ориентированным в направлении оси ВПП. АР формирует для сигналов БЧ УК узкую ДН разностного вида (вида двойного колокола) с нулевым уровнем, ориентированным в направлении оси ВПП. АР формирует для сигналов НБЧ ШК широкую ДН суммарного вида в виде пьедестала с углублением, минимум которого направлен вдоль оси ВПП. АР формирует для сигналов БЧ ШК широкую ДН разностного вида с нулевым уровнем, ориентированным в направлении оси ВПП.

Датчики, расположенные в окрестности излучающих элементов АР, извлекают из электромагнитного поля небольшую долю энергии сигналов НБЧ УК, БЧ УК, НБЧ ШК, БЧ ШК (на уровне -25 дБ). При этом нормированное амплитудно-фазовое распределение упомянутых сигналов на выходе датчиков повторяет нормированное амплитудно-фазовое распределение упомянутых сигналов на излучающих элементах АР. Сигналы с левых датчиков с номерами n≠0 поступают непосредственно на ЛСУ, сигналы с правых датчиков с номерами n≠0 поступают непосредственно на ПСУ. Сигналы с датчика с номером n=0 (90) делятся 3 дБ делителем мощности на два равных по амплитуде и с одинаковой фазой сигнала, которые поступают на выходы 211 и 212. С выхода 211 сигнал поступает на НО ЛСУ с номером n=0 (100_лев). С выхода 212 сигнал поступает на НО ПСУ с номером n=0 (100_пр).

ЛСУ и ПСУ суммируют сигналы со всех датчиков так, как суммируются в пространстве в дальней зоне на оси ВПП сигналы, излучаемые АР. Для решения этой задачи необходимо, во-первых, чтобы сигналы от всех датчиков имели бы одно и то же ослабление, и, во-вторых, все сигналы на выходе ЛСУ и на выходе ПСУ были бы синфазны. Равное ослабление сигналов в ЛСУ, равно как и в ПСУ, обеспечивается тем, что НО с разными номерами n имеют определенные по приведенной выше рекуррентной формуле коэффициенты передачи по напряжению К_n сигнала с n-го датчика на выход ЛСУ (ПСУ) (n=0, 1, …, N).

Длины фазирующих отрезков кабеля 11 определены из условия синфазного сложения сигналов от всех левых датчиков на выходе ЛСУ и от всех правых датчиков на выходе ПСУ. Электрическая длина от датчика 90 до входа НО 100_лев (а также от датчика 90 до входа НО 100_пр) должна быть равна электрической длине соединительных кабелей от датчиков до НО с номерами n≠0. Далее описание работы КРМ по второму варианту аналогично описанию работы КРМ по первому варианту с непринципиальным отличием, заключающимся в том, что суммирование в формулах начинается с n=0, при этом b_{0 ук}=b_{0 шк}=0.

Claims ( 2 )

1. Двухчастотный курсовой радиомаяк (КРМ) для обеспечения инструментального захода на посадку и посадки самолетов, содержащий первое устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» узкого канала (НБЧ УК) (далее, первое устройство), второе устройство формирования сигнала «боковые частоты» узкого канала (БЧ УК) (далее, второе устройство), третье устройство формирования сигнала «несущая плюс боковые частоты» широкого канала (НБЧ ШК) (далее, третье устройство), четвертое устройство формирования сигнала «боковые частоты» широкого канала (БЧ ШК) (далее, четвертое устройство), линейную антенную решетку (АР) 2N (где N — целое число, большее или равное двум) излучающих элементов (ИЭ), из расположенных симметрично относительно центра АР N левых (1_лев, 2_лев, …, N_лев) и N правых (1_пр, 2_пр, …, N_пр) излучающих элементов, причем счет левых и правых ИЭ выполняется от центра АР к левому и правому ее краю, соответственно, распределительное устройство (РУ) с четырьмя входами и 2N выходами, N левых и N правых датчиков с кабелями снижения, при этом датчики расположены вблизи излучающих элементов АР, причем датчик имеет тот же номер, что и номер излучающего элемента АР, устройство измерения информационного параметра — разности глубин модуляции (РГМ) с тремя входами, дополнительно содержит направленный ответвитель (НО) сигналов узкого канала (НО УК), направленный ответвитель сигналов широкого канала (НО ШК), N-1 левых направленных ответвителей (НО) на связанных линиях, N-1 правых НО на связанных линиях, 2N-4 фазирующих отрезков кабеля, делитель мощности с первым и вторым выходами, фиксированный фазовращатель на 90°, мост, первый сумматор с первым и вторым входами, второй сумматор с первым и вторым входами; при этом выход первого устройства последовательно соединен с НО УК и первым входом РУ, второе устройство соединено со вторым входом РУ, третье устройство последовательно соединено с НО ШК и третьим входом РУ, четвертое устройство соединено с четвертым входом РУ, выходы РУ соединены с излучающими элементами АР; левые НО с помощью фазирующих отрезков кабеля последовательно соединены друг с другом с образованием левого суммирующего устройства (ЛСУ), входом которого служит вход НО с номером (N-1)_лев, а выходом служит выход НО с номером 1_л; правые НО с помощью фазирующих отрезков кабеля последовательно соединены друг с другом с образованием правого суммирующего устройства (ПСУ), входом которого служит вход НО с номером (N-1)_пр, а выходом служит выход НО с номером 1_пр; датчик N_лев соединен со входом ЛСУ, датчик (N-1)_лев и последующие датчики соединены с развязанными плечами НО с совпадающими номерами; выход ЛСУ последовательно соединен с фиксированным фазовращателем и первым входом моста; правый датчик N_пр соединен со входом ПСУ, правый датчик (N-1)_пр и последующие правые датчики соединены с развязанными выходами НО с совпадающими номерами; выход ПСУ соединен со вторым входом моста, первый выход которого соединен с первым входом устройства измерения РГМ, а второй выход моста соединен с делителем мощности, первый выход которого соединен последовательно с первым входом первого сумматора и вторым входом устройства измерения РГМ, а второй выход соединен последовательно с первым входом второго сумматора и третьим входом устройства измерения РГМ; выход связанной линии НО УК соединен со вторым входом первого сумматора, выход связанной линии НО ШК соединен со вторым входом второго сумматора, согласованные нагрузки соединены с плечами НО, в которые поступает связанная мощность; длины фазирующих отрезков кабеля выбираны из условия синфазного сложения сигналов от всех левых датчиков на выходе ЛСУ и от всех правых датчиков на выходе ПСУ.

2. Двухчастотный КРМ для обеспечения инструментального захода на посадку и посадки самолетов, содержащий первое устройство формирования сигнала НБЧ УК (далее, первое устройство), второе устройство формирования сигнала БЧ УК (далее, второе устройство), третье устройство формирования сигнала НБЧ ШК (далее, третье устройство), четвертое устройство формирования сигнала БЧ ШК (далее, четвертое устройство), линейную антенную решетку (АР) 2N+1, где N — целое число, большее или равное двум, излучающих элементов, из расположенных симметрично относительно центра АР N левых (1_лев, 2_лев, …, N_лев), N правых (1_пр, 2_пр, …, N_пр) излучающих элементов, причем счет левых и правых излучающих элементов выполняется от центра антенной решетки к левому и правому краю АР, соответственно, и расположенного в центре АР излучающего элемента с номером 0, кроме того, содержит первый делитель мощности с первым и вторым выходом, распределительное устройство (РУ) с четырьмя входами и 2N+1 выходами, N левых и N правых датчиков и датчик излучающего элемента с номером 0, при этом датчики расположены вблизи излучающих элементов АР, причем датчик имеет тот же номер, что и номер излучающего элемента АР, устройство измерения информационного параметра — разности глубин модуляции (РГМ) с тремя входами, дополнительно содержит направленный ответвитель (НО) сигналов узкого канала (НО УК), направленный ответвитель сигналов широкого канала (НО ШК), N левых направленных ответвителей на связанных линиях (НО), N правых НО на связанных линиях, 2N-2 фазирующих отрезков кабеля, первый делитель мощности с первым и вторым выходами, второй делитель мощности с первым и вторым выходами, фиксированный фазовращатель на 90°, мост, первый сумматор с первым и вторым входами, второй сумматор с первым и вторым входами; при этом выход первого устройства последовательно соединен с НО УК и первым входом РУ, второе устройство соединено со вторым входом РУ, третье устройство последовательно соединено с НО ШК и третьим входом РУ, четвертое устройство соединено с четвертым входом РУ, выходы РУ соединены с излучающими элементами АР; левые НО с помощью фазирующих отрезков кабеля последовательно соединены друг с другом с образованием левого суммирующего устройства (ЛСУ), входом которого служит вход НО с номером (N-1)_лев, а выходом служит выход НО с номером 0_лев; правые НО с помощью фазирующих отрезков кабеля последовательно соединены друг с другом с образованием правого суммирующего устройства (ПСУ), входом которого служит вход НО с номером (N-1)_пр, а выходом служит выход НО с номером 0_пр; датчик с номером 0 соединен с первым делителем мощности, первый выход которого соединен развязанным выходом НО с номером 0_лев, а второй выход соединен с развязанным выходом НО с номером 0_пр; датчик N_лев соединен со входом ЛСУ, датчики с номерами с (N-1)_лев по 1_лев соединены с развязанными плечами НО с совпадающими номерами; выход ЛСУ последовательно с фиксированным фазовращателем и с первым входом моста, датчик N_пр соединен со входом ПСУ, правые датчики с номерами с (N-1)_пр по 1_пр соединены с развязанными выходами НО с совпадающими номерами; выход ПСУ соединен вторым входом моста, первый выход которого соединен с первым входом устройства измерения РГМ, а второй выход моста соединен с делителем мощности, первый выход которого соединен последовательно с первым входом первого сумматора и вторым входом устройства измерения РГМ, а второй выход соединен последовательно с первым входом второго сумматора и третьим входом устройства измерения РГМ; выход связанной линии НО УК соединен со вторым входом первого сумматора, выход связанной линии НО ШК соединен со вторым входом второго сумматора, согласованные нагрузки соединены с плечами НО, в которые поступает связанная мощность; длины фазирующих отрезков кабеля выбраны из условия синфазного сложения сигналов от всех левых датчиков на выходе ЛСУ и от всех правых датчиков на выходе ПСУ.

RU2013151405/07A 2013-11-18 2013-11-18 Двухчастотный курсовой радиомаяк (варианты) RU2543083C1 ( ru )

Priority Applications (1)

Application Number	Priority Date	Filing Date	Title
RU2013151405/07A RU2543083C1 ( ru )	2013-11-18	2013-11-18	Двухчастотный курсовой радиомаяк (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number	Priority Date	Filing Date	Title
RU2013151405/07A RU2543083C1 ( ru )	2013-11-18	2013-11-18	Двухчастотный курсовой радиомаяк (варианты)

Что представляет собой сигнал нбч

10 Диаграммы направленности глиссадных радиомаяков

11 Заключение

12 Список литературы

12 Приложения

Влияние поперечного уклона местности на информационный параметр курсового радиомаяка ils Текст научной статьи по специальности «Физика»

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Зотов Андрей Васильевич, Жданов Б. В., Войтович Н. И.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Зотов Андрей Васильевич, Жданов Б. В., Войтович Н. И.

INFLUENCE OF TRANSVERSE-SLOPE ON INFORMATION PARAMETER ILS LOCALIZER

Текст научной работы на тему «Влияние поперечного уклона местности на информационный параметр курсового радиомаяка ils»

Оглавление диссертации кандидат наук Зотов, Андрей Васильевич

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Радиолокация и радионавигация», 05.12.14 шифр ВАК

Наземный контроль характеристик излучения радиотехнических средств обеспечения полётов 2004 год, доктор технических наук Нечаев, Евгений Евгеньевич

Математическое моделирование систем посадки самолетов сантиметрового диапазона 2002 год, кандидат технических наук Тельный, Андрей Викторович

RU2543083C1 — Двухчастотный курсовой радиомаяк (варианты) — Google Patents

Links

Images

Abstract

Description

Claims ( 2 )

Priority Applications (1)

Applications Claiming Priority (1)

Добавить комментарий Отменить ответ