МП-70

11

3.3.Требования к содержанию отчёта по п.2.3

3.3.1.Курсовой канал ILS

A. Осциллограммы 11-13 изобразите в едином масштабе времени.

Б. По результатам измерений в табл.4 постройте зависимость курсового тока отклонения εk от РГМ. Аппроксимируйте полученную зависимость прямой, проходящей через начало координат. Вычислите Sεk (см. п.4.3.2) и результат занести в табл.6.

В. Используя полученное значение Sεk, уточните токи отклонения εk для стандартного сигнала отклонения и для границы курсового сектора. Рассчитайте ток отклонения для стандартного испытательного сигнала центрирования. Результаты занесите в табл.6.

Таблица 6

Курсовой сигнал ILS

Крутизна характеристики курсового приёмника ... мкА/ед РГМ Курсовой сектор = 4 град/±2 град/

Крутизна углового отклонения Sϕ = 0,225 радиан/ед РГМ Длина ВПП = 4000 м

Удаление маяка ILS-L от конца ВПП = 500 м

Номер	Название	РГМ,%	εk	U90/U150			Линейное откло-
сигнала	сигнала		мкА	раз		дБ	нение от оси
							у порога ВПП, м
1	Стандартный ис-	≤0,02
	пытательный
	сигнал центриро-
	вания
2	Стандартный	9,3
	сигнал отклоне-
	ния
3	Сигнал на грани-	15,5
	це курсового сек-
	тора
4	Сигнал, соответ-
	ствующий 1/3
	ошибки курсово-						2,5
	го канала систе-
	мы посадки 2-й
	категории

Г. Часто принято выражать РГМ в децибелах, понимая под РГМ отношение амплитуд напряжений U90/U150 на выходе фильтров. Используя соотношения п.4.3.2, получите для сигналов в табл.6 значения U90/U150 в естественных единицах и в децибелах.

Д. Для всех сигналов из табл.6 рассчитайте линейное отклонение самолёта от оси у порога ВПП в метрах. Длина ВПП и удаление маяка даны в табл.6.

Е. Формируемая маяками линия курса имеет ошибки. Эти ошибки для систем посадки 2-й категории не должны превышать такого значения, чтобы обеспе

12

чить вывод самолёта к порогу ВПП с отклонением не более ±7,5 м. Для того, чтобы ошибка пилотирования не влияла существенно на эту суммарную ошибку, примем её равной 2,5 м.

Для такого значения рассчитайте РГМ, εk и U90/U150 .

Ж. Используя график на рис.5, рассчитайте, какое положение должна занять вертикальная планка для сигналов 2,3,4, из табл.6.

Нарисуйте шкалу нуль-индикатора и нанесите на ней положение вертикальной планки для этих сигналов.

3.3.2. Глиссадный канал ILS

Требования к содержанию отчёта аналогичны требованиям в п.3.3.1. Результаты расчётов занесите в табл.7.

Таблица 7

Глиссадный сигнал ILS

Крутизна характеристики глиссадного приёмника ... мкА/ед РГМ Курсовой сектор = 1,3 град/±0,65 град/

Крутизна углового отклонения Sθ = 0,065 радиан/ед РГМ Удаление маяка ILS-G от начала /порога/ ВПП = 300 м

Номер	Название	РГМ,%	εг		U90/U150		Линейное от-
							клонение от
							глиссады у
сигнала	сигнала		мкА	раз		дБ	порога ВПП, м
1	Стандартный ис-	0,02
	пытательный сиг-
	нал центрирова-
	ния
2	Стандартный	9,2
	сигнал отклоне-
	ния
3	Сигнал на грани-	17,5
	це глиссадного
	сектора
4	Сигнал, соответ-
	ствующий 1/3
	ошибки глиссад-						0,4
	ного канала сис-
	темы посадки 2-й
	и 3-й категории

Удаление маяка ILS-G от начала ВПП примите равным 300 м.

Ошибки маяков систем 2-й и 3-й категории должны обеспечивать вывод самолёта к порогу ВПП с отклонением от глиссады не более 1,2 м.

Результаты расчётов нанесите на рисунок шкалы нуль-индикатора в виде положения горизонтальной планки.

3.3.3. Курсовой канал СП-50

Осциллограммы 17-23 изобразите в едином масштабе и относительно единого нулевого отсчёта времени.

13

4. Исходные данные к выполнению отчёта о работе

4.1.Общие сведения об аппаратуре "Курс МП-70", системах VOR, ILS и

СП-50

Бортовая аппаратура "Курс МП-70" предназначена:

1)для ближней навигации по азимутальным радиомаякам метрового диапазона волн международной системы ближней навигации VOR/DME* ;

2)для посадки по радиомаякам метрового диапазона волн международной системы посадки ILS**;

3)для посадки по радиомаякам метрового диапазона волн отечественной системы посадки СП-50.

Международная система VOR/DME является системой ближней навигации, т.е. обеспечивающей навигацию в пределах прямой видимости - примерно 400 км. Система VOR/DME имеет территориально совмещённые маяки: азимутальный маяк VOR и дальномерный маяк DME. Маяки работают независимо и могут использоваться как самостоятельные средства.

Маяки VOR получили широкое распространение за рубежом, их параметры регламентированы документами ICAO (International Civil Aviation Organization-

Международная организация гражданской авиации). Маяки VOR устанавливаются также в международных аэропортах и на воздушных трассах СССР, выделенных для полётов самолётов зарубежных авиакомпаний.

Существует несколько разновидностей азимутальных маяков VOR. Аппаратура "Курс МП-70" предназначена для работы со стандартным VOR. В сложных

условиях ошибка определения азимута (2σ) не должна превышать 3,6 град. Радиомаячные системы посадки отличаются допустимым при посадке ми-

нимумом погоды и используемым диапазоном радиоволн. В соответствии с метеоусловиями различают системы 1, 2 и 3 категорий (по нормам ICAO):

1-я категория - обеспечение посадки до высоты 60 м; 2-я категория - обеспечение посадки до высоты 15 м; 3-я категория - до нулевой высоты.

В настоящее время на аэродромах гражданской авиации находятся в эксплуатации радиомаячные системы посадки трёх типов: СП-70, СП-75, СП-80 [5, стр.127]. По принципу действия они относятся к типу ILS, при этом СП-70 удовлетворяет требованиям 3-й категории в аэропортах с благоприятными условиями местности и требованиям 1-й и 2-й категорий в аэропортах со сложным рельефом, СП-75 - требованиям 1-й и 2-й категорий , СП-80 - подобна СП-70 (более современная элементная база). В международных аэропортах устанавливают системы

ILS категорий 1, 2, 3.

Ранее в СССР использовались системы посадки СП-50 (хуже 1-й категории), СП-50М (1-й категории) и СП-68 (2-й категории) [2, стр.257]. Эти системы имеют одинаковый принцип действия и относятся к системам типа СП-50. В настоящее время системы типа СП-50 практически не используются.

* VOR - Very-high-frequency Omnidirectional Rangeкурсовой всенаправленный маяк УКВ-диапазона DME - Distance-Measuring Equipment - дальномерная система

** ILS - Instrument-Landing System - система инструментальной посадки

14

Аппаратура "Курс МП-70" обеспечивает работу как с маяками типа ILS, так и с маяками типа СП-50, а по своим параметрам относится к 3-й категории ICAO [3, стр.147].

4.2.Структура сигнала стандартного VOR

Всоставе принимаемого на самолёте сигнала от маяка VOR имеются сигналы опорной фазы и переменной фазы. Фаза опорного сигнала не зависит от положения самолёта относительно маяка, а фаза переменного сигнала зависит от направления приёма. Измеряя разность фаз между ними в точке приёма, можно определить направление на маяк.

Рассмотрим процесс формирования сигнала VOR (рис.1). Антенна маяка

VOR имеет диаграмму направленности (ДН) по напряжённости поля

1+ m

cosϕ при m=0,3 (улитка Паскаля). По форме эта ДН близка к форме окружности со смещённым центром.

ДН антенны маяка вращается со скоростью 30 об/сек (Fвр = 30 Гц).

Пусть в момент t = 0 максимум ДН направлен на магнитный север, т.е. магнитный меридиан проходит через ось симметрии ДН. Отметим, что все маяки VOR ориентированы на магнитный север (северный магнитный полюс находится к северу от Канады, на острове Принца Уэлльского).

Положение наблюдателя (самолёта) относительно маяка VOR принято характеризовать магнитным азимутом (магнитным пеленгом), т.е. углом между магнитным меридианом, проходящим через маяк, и направлением от маяка на наблюдателя. Угол измеряется от магнитного меридиана по часовой стрелке от 0 до 360 град. В дальнейшем вместо термина "магнитный азимут" ("магнитный пеленг") будем употреблять термин "азимут". Таким образом, на рис.1а азимут наблюдателя А равен 0 град, а азимут наблюдателя В равен α.

Пусть в момент t=0 напряжённость поля излучения антенны в направлении 0W и 00st равна 1, в направлении 0N равна 1+m, а в направлении 0S равна 1-m.

Предположим, что маяк излучает немодулированную несущую f0. Тогда

сигнал, принятый наблюдателем А, можно записать в виде
u	A	= U	m [	(	вр	t	)]	cos2π f	0	t	(п.1)
			1	+ m cos 2π F
а сигнал, приятый наблюдателем В, в виде
uB		=Um [1+m cos(2π Fврt −α)]cos2π f0t									(п.2)

Эпюры этих напряжений изображены на рис.1в.

15

Таким образом, в точках А и В наблюдатели получили на входах приёмников амплитудно-модулированный сигнал. Коэффициент модуляции m для маяков

VOR равен 30%.

В т. А максимум модулирующего напряжения достигается в момент t0, а в т. В - в момент t1. Если бы наблюдателю В был известен момент времени t0, то измеряя t1- t0 и зная частоту вращения ДН, можно было бы вычислить свой азимут

α.

Для того, чтобы сообщить наблюдателю момент совпадения максимума ДН с направлением на магнитный север (т.е. момент t0), в маяке формируют сигнал

16

"Опорной фазы" - гармонику частотой 30 Гц, максимум которой соответствует моменту t0 (рис.2а) и сигнал поднесущей - гармонику частотой 9960 Гц. Поднесущую модулируют по частоте сигналом "Опорной фазы" с девиацией частоты ± 480 Гц таким образом, что в момент совпадения максимума ДН с направлением на север сигнал поднесущей имеет максимум частоты, равный 10440 Гц (рис.2б).

Далее частотно-модулированной поднесущей модулируют излучаемый маяком сигнал по амплитуде с коэффициентом модуляции 30%.

На рис.2в показан ВЧ сигнал, принимаемый наблюдателем В. Его результирующая огибающая имеет сложный вид и содержит в себе информацию об "Опорной фазе" и о "Переменной фазе" (временные масштабы на рис.2 искажены). В приёмнике после амплитудного детектирования выделяют результирующую огибающую, а затем, после дальнейшей обработки, из неё выделяют сигнал "Опорной фазы" и "Переменной фазы". Измеряя разность фаз между ними, вычисляют азимут наблюдателя.

Следует отметить, что в действительности сигнал VOR описанного выше вида может формироваться различными способами, например, с помощью двух антенн - одной неподвижной и одной подвижной, или за счёт электронного вращателя и т.д. [2].

В системе VOR предусмотрена возможность опознавания маяка. Для этого используют тональную модуляцию несущих колебаний частотой 1020 Гц, а сообщение передают кодом Морзе. Используют также модуляцию речевым сообщением.

17

4.3.Система ILS

4.3.1.Состав наземного оборудования.

Врадиомаячных системах посадки пространственная траектория захода на посадку (глиссада планирования) формируется курсовым и глиссадным радиомаяком (рис.3). Курсовой маяк задаёт вертикальную плоскость (плоскость курса), проходящую через ось взлётно-посадочной полосы (ВПП). Глиссадный маяк задаёт наклонную плоскость (плоскость глиссады), которая в пересечении с плоско-

стью курса даёт глиссаду. Оптимальный угол глиссады

θ ≈ 20 40'.

В соответствии с нормами ICAO на системы посадки 1,2 и 3 категорий дальность действия курсового маяка должна быть не меньше 46 км, глиссадного - 18,5 км [3, стр.126].

Вдоль прохождения оси ВПП со стороны захода на посадку устанавливают 2 или 3 маркерных радиомаяка. Маркерный маяк имеет ДН, направленную вертикально вверх. Его несущая частота (75 МГц) модулируется определённой звуковой частотой, позволяющей опознать его на слух: 3000 Гц - ближний маяк, 1300 Гц - средний и 400 Гц - дальний.

Назначение маркерных маяков - звуковая и световая сигнализация о пролёте характерных точек глиссады. Например, в системах посадки 2-й категории пролёт среднего маяка означает начало визуального наведения, а пролёт ближнего - момент пролёта высоты принятия решения: выполнять посадку или уходить на второй круг.

4.3.2. Принцип формирования курсового сигнала отклонения.

Курсовой маяк ILS-L (ILS-Localize) формирует в пространстве поле излучения, амплитудно-модулированное одновременно двумя частотами - 90 Гц и 150 Гц (рис.4а). В плоскости посадочного курса, т.е. вдоль ВПП, глубина модуляции

каждой из этих частот m90 = m150 = m = 20%.

Если самолёт отклоняется от плоскости курса вправо (со стороны захода на посадку), то увеличивается глубина модуляции частотой 150 Гц и уменьшается глубина модуляции частотой 90 Гц, т.е. m150 > m90. Если самолёт отклоняется влево, то m150 < m90 . Величину m90 - m150 называют разностью глубин модуляции

(РГМ).

Технические пути создания такого поля различны и изложены, например, в [1] - [5]. Процесс формирования поля излучения можно пояснить наиболее наглядно на примере курсового маяка посадочной системы 1-й категории (наименее точной).

18

19

20

В курсовом маяке 1-й категории поле формируют с помощью двух антенн

(рис.4а), ДН которых F150(ϕ) и F90(ϕ) пересекаются. Антенны А1 и А2 запитываются в фазе от одного генератора ВЧ с частотой fk , а модуляция осуществляется та-

ким образом, что нулевые фазы модулирующих напряжений совпадают в каждый 3-й период частоты 90 Гц и в каждый 5-й период частоты 150 Гц, и с момента совпадения эти напряжения возрастают в одном и том же направлении рис.4б,в). Антенны А1 и А2 формируют два синфазных поля, которые в пространстве складываются и образуют суммарное поле ek с амплитудой Ek

ek = Ek [1 + m90 sin(2π90t) + m150 sin(2π150t)] cos2πf k t ,

(1)

где Ek, m90 и m150 зависят от угла ϕ.

Установленный на самолёте приёмник сигналов курсового маяка выделяет

(после усиления и амплитудного детектирования) огибающую А сигнала:
A = m90 sin(2π90t) + m150 sin(2π150t)	(2)

На рис.4г изображена огибающая при m90 = m150 = m = 20%, т.е. соответствующая оси ВПП.

Выделенную огибающую подают в приёмнике одновременно на входы двух полосовых фильтров - 90 Гц и 150 Гц.

При равенстве коэффициентов пропускания фильтров на их выходе получают сигналы:

u90	=U 90max sin(2π90t) = k1m90 sin(2π90t)				(3)
u150	=U150max sin(2π150t) = k1m150 sin(2π150t) ,				(4)
где k1 - коэффициент пропорциональности;
U 90max = k1m90	и U150max = k1m150			- амплитуды сигналов.
Далее сигналы подают на выпрямители и получают токи I90					и I150 , пропор-
циональные амплитудам U90max и			U150max , т.е. пропорциональные глубинам про-
странственной модуляции m90 и m150 :
	I90	= Sεk	m90		(5)
	I150	= Sεk	m150	,	(6)

где Sεk - коэффициент пропорциональности.

Вычитая токи друг из друга, получают ток отклонения (или разностный ток)

εk = I90 − I150

(7)

Ток εk является информативным параметром сигнала курсового канала ILS. Выразим его через РГМ:

εk = Sε	k	(m	90	− m	)	(8)
				150
Разностный ток εk используют для отклонения стрелки курсового индика-
тора положения и обычно измеряют в микроамперах (мкА).
Величину
Sεk	= εk		/ РГМ			(9)

называют крутизной характеристики курсового приёмника. Для курсо-

вого маяка ILS принято также использовать следующие понятия: