Принципы построения самолетных радиостанций.
Самолетные радиостанции, несмотря на различие в назначении и используемых, диапазонах электромагнитных волн имеют много общего: требования к стабильности частоты, надежности и т.п., а также достаточно общими являются основные принципы их построения. Структурная схема типовой самолетной радиостанции приведена на рисунке 1.
Передатчик радиостанции генерирует высокочастотный (ВЧ) сигнал, промодулированный по амплитуде, фазе, либо частоте низкочастотным. ВЧ сигнал, генерируемый возбудителем (В), усиливается усилителем высокой частоты (УВЧ), затем оконечным усилителем мощности (УМ) и поступает через высокочастотный коммутатор (К) в антенну (А). Низкочастотный модулирующий сигнал формируется ларингофонами (ЛГ) авиагарнитуры оператора, усиливается усилителем низкой частоты (УНЧ) и поступает в УВЧ, который одновременно выполняет функции модуляционного устройства.
Рис. 1.
Принятый антенной ВЧ сигнал через К поступает в УВЧ, усиливается и подается на детектор (Д). Детектирование сигнала детектором - процесс обратный его модуляции. Полученный на выходе Д. сигнал звуковой частоты усиливается УНЧ и прослушивается в телефонах (ТЛФ) авиагарнитуры.
Некоторые самолетные радиостанции для уменьшения габаритов и веса строятся по трансиверным схемам, в этом случае передатчик и приемник имеют общие элементы. В приведенном примере таким элементом может быть УНЧ. В этом случае не говорят передатчик и приемник, а говорят приемный или передающий тракт. ВЧ коммутатор (К) переключает А либо ко входу приемника, либо к выходу передатчика, в зависимости от выбранного режима работы станции (прием-передача). Выбор режима работы станции и канала связи (рабочей частоты) осуществляется с пульта дистанционного управления и настройки.
Аппаратура записи и воспроизведения речевой информации.
Бортовая аппаратура воспроизведения речевых сообщений П-591-Б предназначена для речевого оповещения членов экипажа летательного аппарата и операторов наземного командного пункта (через бортовую радиостанцию) об аварийных ситуациях и опасных режимах в полете путем воспроизведения стандартных команд по сигналам, поступающим от оконечной аппаратуры.
Магнитофон МС-61 предназначен для записи речи с выходов радиостанций, СПУ-8 и автономной записи с ларингофонов на проволочный звуконоситель.
На магнитофоне обеспечивается запись сигналов с ларингофонов типа ЛА-5 с уровнем 0,15 ...3В, а также с выходов радиоприемников или СПУ-8 с уровнем 5 ...120В. Запись производится на проволочный звуконоситель типа ЭИ-708А с автоматическим стиранием предыдущей записи речи. Обеспечивается самопрослушивание записываемых сигналов.
При обрыве или окончании звуконосителя протяжный механизм магнитофона останавливается, на пульте управления МС-61 предусмотрена световая сигнализация обрыва.
Принципы построения, классификация и основные требования, предъявляемые к самолетным радионавигационным устройствам.
Навигация - это наука о средствах и способах вождения кораблей (от латинского слова navis - корабль). Авиационная радионавигация - это наука о радиотехнических средствах способах вождения летательных аппаратов (ЛА).
Для осуществления управляемого полета на борту ЛА необходимо иметь специальные измерительные устройства, предназначенные для определения различных навигационных элементов (координат места ЛА, величины и направления вектора скорости, высоты полета, направления на цель, расстояния до нее и ряд других).
Технические средства, при помощи которых осуществляется навигация ЛА, называются навигационными устройствами и системами, которые в соответствии с используемыми в них физическими принципами действия, можно разделить на пять основных групп:
навигационно-пилотажные приборы (НПП) общего назначения, принцип действия которых основан на использовании различных физических свойств Земли и ее атмосферы (земной магнетизм, время, атмосферное давление, давление воздуха в зависимости от скорости и т.п.);
светотехнические и другие визуальные средства наземного обеспечения самолетовождения, к которым относятся светомаяки, прожекторы, ракеты, цветные дымовые шашки, полотнища;
астрономические средства навигации, принцип действия которых основан на использовании закономерного изменения взаимоположения Земли и различных светил. К ним относятся авиационный секстант, астрономический космос, автоматический астроориентир;
инерциальные навигационные устройства, принцип действия которых основан на измерении ускорений ЛА, вызванных силами негравитационного происхождения (тяга двигателей, подъемная сила, сила сопротивления атмосферы);
радиотехнические средства навигации, принцип действия которых основан на использовании закономерностей распространения в пространстве электромагнитных колебаний (АРК, РСБН, РСДН и т.д.).
Каждая из перечисленных групп имеет свои особенности, обусловленные применением соответствующих физических принципов, свои достоинства и недостатки. Поэтому на ЛА они применяются комплексно, что позволяет компенсировать недостатки одних преимуществами других и в результате получить более высокую точность измерения навигационных параметров.
Комплексирование технических средств навигации осуществляется на базе электронных цифровых вычислительных машин.
Для нас наибольший интерес представляют радиотехнические средства навигации, к изучению которых мы приступаем.
Классификация радиотехнических средств навигации
В зависимости от измеряемого навигационного параметра радиотехнические средства и системы подразделяются на угломерные, дальномерные, разностно-дальномерные и угломерно-дальномерные.
К угломерным радиотехническим средствам относятся радиопеленгаторы и радиомаяки.
В настоящее время в авиации применяются в основном автоматические радиопеленгаторы, которые называются автоматическими радиокомпасами (АРК). Антенная система АРК улавливает электромагнитные колебания, излучаемые источником радиоволн, и передает их в приемник, где они усиливаются и преобразуются к виду, необходимому для приведения в действие оконечного устройства. С помощью оконечного устройства осуществляется отсчет углового положения (пеленга), источника радиоволн относительно продольной оси ЛА,
Радиомаяки предназначены для контроля правильности полета ЛА по заданному маршруту, позволяют осуществлять полет от радиомаяка или на него, производить заход на посадку и т.п.
Радиомаяк состоит из антенной системы и радиопередатчика, сигналы которого принимаются бортовыми радиоприемниками ЛА.
По назначению радиомаяки можно подразделить на маркерные, зональные, пеленговые (или всенаправленные)
Маркерные радиомаяки предназначены для обозначения определенных пунктов на земной поверхности (ближний привод, дальний привод и т.п.).
Зональные радиомаяки предназначены для задания одного или нескольких определенных направлений в горизонтальной или вертикальной плоскости.
Пеленговые радиомаяки предназначены для определения направлений (пеленгов) на радиомаяк или от него при расположении ЛА в любой точке относительно маяка, а также для создания радиомаячных систем посадки.
К дальномерным радионавигационным средствам относятся радионавигационные дальномеры и высотомеры, в которых для определения расстояний или высот используется принцип измерения времени запаздывания принимаемых сигналов относительно опорных (излученных). Существуют импульсные дальномеры, а также импульсные высотомеры и высотомеры с частотной модуляцией.
К угломерно-дальномерным радионавигационным средствам относятся доплеровские измерители путевой скорости и угла сноса, принцип действия которых основан на использовании эффекта Допплера
Разностно-дальномерные радионавигационные средства позволяют измерять при помощи радиоволн разности расстояний от подвижных объектов до неподвижных наземных точек (примером такого средства является РСДН, устанавливаемая на ЛА).
Системы координат и основные навигационные элементы
Для выполнения полета в заданную точку пространства в течение заданного времени ЛА должен лететь по определенной траектории, для чего необходимо выдерживать определенное направление и режим полета, характеризуемые, навигационными элементами.
Навигационные элементы — это геометрические величины, характеризующие положение ЛА в пространстве, координаты, скорость и направление его движения.
Координаты ЛА в пространстве определяются в географической системе координат (λ, φ, Н). См. рис.2, где:
λ - географическая долгота, определяется углом между плоскостью гринвичского меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через точку М -местоположения ЛА;
φ- географическая широта, определяется углом между плоскостью экватора и направлением радиуса-вектора точки М и отсчитывается на север (северная широта) и на юг (южная широта);
Н — высота полета, определяется расстоянием, между ЛА и земной поверхностью, измеренным по вертикали. Высота полета ЛА бывает абсолютной (Н абс), истинной (Н ист.), относительной (Н отн.) (см. рис.3).
Рис. 2
Рис. 3
При определении положения летательного аппарата в пространстве пользуются горизонтальной и связанной системами прямоугольных координат.
В горизонтальной системе координат (рис.4) за основную плоскость отсчета принята горизонтальная плоскость, перпендикулярная местной вертикали. Начало системы координат Oxoyozo совмещено с центром тяжести самолета, горизонтальная ось Охо направлена на север и касается географического меридиана, горизонтальная ось Оуо направлена на восток, а вертикальная ось Ozo совпадает с линией отвеса.
В связанной системе координат (рис.5), начало которой также совмещено с центром тяжести ЛА, ось ох направлена вдоль продольной оси самолета, ось oz - по нормальной оси вверх, а ось оу - по поперечной оси вправо. Эта система координат жестко связана с ЛА.
Рис. 4
Рис. 5
Положение ЛА относительно системы координат в горизонтальной и вертикальной плоскости определяется углами истинного курса, истинного тангажа и истинного крена.
Истинным курсом (ИК) ЛА (рис.6) называется угол в горизонтальной плоскости между северным направлением географического меридиана и проекцией продольной оси ЛА на горизонтальную плоскость.
Рис. 6
Курс в навигации отсчитывается по часовой стрелке от меридиана к проекции продольной оси в пределах 0° - 360°. Для измерения курса используются магнитные компасы, у которых началом отсчета является направление магнитной стрелки, устанавливающейся в плоскости магнитного меридиана точки, в которой находится ЛА.
Магнитный меридиан в общем случае не совпадает с географическим меридианом и отклонен от него на угол ΔM, называемым магнитным склонением.
Курс, отсчитанный между направлением магнитного меридиана См и проекцией продольной оси ЛА на горизонтальную плоскость называется магнитным курсом (МК).
Угол тангажа (v) называется угол между горизонтальной плоскостью Охоуо и продольной осью ЛА ох (рис. 7а).
Рис. 7
Угол тангажа считается положительным, если продольная ось ЛА отклонена против часовой стрелки относительно плоскости горизонта.
Углом крена (γ) (рис. 76) называется угол между плоскостью горизонта и направлением поперечной оси оу ЛА при повороте вокруг продольной оси ох.
При решении ряда навигационных и боевых задач необходимо знать скорость полета ЛА. В воздушной навигации различают воздушную и путевую скорость.
Воздушной скоростью (V) называют скорость полета ЛА относительно воздушной среды.
-..
Рис. 8
Скорость ЛА относительно земной поверхности называют полной скоростью (W) Полная скорость равна геометрической сумме воздушной скорости V и скорости ветра U (рис.8), т.е.
W = V + U
и соответственно Wn = Vr + Ur, где Vr и Ur — горизонтальные составляющие векторов V и U. Эти составляющие образуют так называемый навигационный треугольник скоростей. Горизонтальная составляющая полной скорости Wn называется путевой скоростью.