2. Радионавигационные устройства определения углового положения летательного аппарата

Радионавигационные устройства, предназначенные для определения угловых координат, разделяют на радиопеленгаторы и радиомаяки. Радиопеленгатором называется устройство, предназначенное для определе­ния направления на источник излучения. Радиопеленгование основано на свойстве электромагнитных волн распространяться с конечной скоростью по кратчайшему расстоянию. Радиопеленгатор состоит из антенной системы, обладающей направленными характеристиками, радиоприёмного устройства, блока преобразования информации и индикатора для отсчёта пеленга. Радиопеленгаторы бывают наземные и бортовые.

Радиопеленгаторы классифицируются по различным признакам:

1. по диапазону частот – радиопеленгаторы сверхдлинных, длинных, средних, коротких и ультракоротких волн; в гражданской авиации наибольшее распространение получили радиопеленгаторы средних волн (бортовые радиокомпасы) и ультракоротких волн (наземные автоматические пеленгаторы);

2. по способу пеленгования – амплитудные и фазовые радиопеленгаторы (типа Н и М), т. е. навигационная информация заключена в амплитуде или фазе радиосигнала, а также фазоамплитудные;

1. по отсчёту пеленга – слуховые и с визуальным отсчётом;

3. по типу антенных систем – с малой базой (рамочные антенны), с большой базой;

4. по уровню автоматизации процессов измерений – автоматические и неавтоматические; в неавтоматическом радиопеленгаторе оператор после настройки приёмника поворотом антенны вручную опреде­ляет по индикатору пеленг.

Радиомаяк представляет собой передающее устройство, характеристики излучаемого сигнала которого зависят от направления излучения. В основном радиомаяки устанавливают на Земле.

3.1 Фазовый радиомаяк

Наиболее широко распространённым представителем угломерных радионавигационных систем (РНС), с использованием фазового метода измерения азимута, является всенаправленный азимутальный радиомаяк VOR, который вместе с радиодальномером DME образует комплексную систему ближней навигации, принятую в качестве стандартной странами – членами ICAO (Международная организация гражданской авиации). Угломерный канал состоит из двух радиолиний «Земля-борт».

По одной из них (радиолиния азимутального сигнала) передаётся информация об азимуте самолёта, по второй – опорный сигнал. Азимутальный сигнал передаётся на борт самолёта с помощью вращающейся в горизонтальной плоскости диаграммы направленности того или иного вида, при этом сами азимутальные антенны могут быть вращающимися или неподвижными. За счёт вращения диаграммы направленности антенны (ДНА) параметры принимаемого на «борту» сигнала оказываются зависящими от углового положения ДНА. Зная в момент приёма азимутального сигнала положение ДНА, можно на борту самолёта определить его азимут (истинный пеленг аппарата – ИПА). С помощью опорного сигнала задаётся так называемый «северный» момент времени, т. е. тот момент времени, в который максимум ДНА совпадает с направлением северного магнитного меридиана, проходящего через радиомаяк.

Параметры опорного сигнала не должны зависеть от углового положения самолёта. Передача его на все самолёты должна осуществляться одновремённо, поэтому излучение опорного сигнала осуществляется с помощью ненаправленных антенн. В целях упрощения устройства, опорный сигнал передаётся на несущей частоте азимутального сигнала и поэтому должен быть дополнительно кодирован. ДНА радиомаяка VOR представляет собой кардиоиду, вращающуюся в горизонтальной плоскости со скоростью 1800 об/мин. За счёт этого в любой точке рабочей зоны радиомаяка создаётся амплитудно-модулированный сигнал с частотой огибающей, равной 30 Гц, и фазой , зависящей от азимута самолёта А.

На рис. 13 показан принцип формирования этого сигнала.

Рисунок 13 Принцип действия фазового угломерного канала

Сигнал принимается на борту самолёта. Сплошной линией показан азимутальный сигнал, пунктирной – опорный сигнал. В «северный» момент времени фазы этих сигналов совпадают ( ). Как видно из рис. 13, фаза огибающей принимаемого сигнала зависит от азимута самолёта – точки приёма (на рис. 13 они находятся под азимутами ). Огибающая этого сигнала, имеющая частоту 30 Гц, называется напряжением переменной фазы.

При передаче опорного сигнала колебания несущей частоты радиомаяка модулируются по амплитуде напряжением поднесущей частоты 9960 Гц, которое, в свою очередь, модулируется по частоте сигналом 30 Гц, соответствующим частоте вращения кардиоиды.

Для приёма и преобразования информации на борту самолёта должна быть установлена специальная аппаратура. Отечественная бортовая навигационно-посадочная аппаратура типа КУРС-МП имеет канал VOR.

Радиомаяк VOR работает в диапазоне УКВ. Дальность действия его зависит от высоты полёта. При высоте дальность действия составляет . Погрешность измерения азимута находится в пределах и зависит от характера местности.

а)

б)

Рисунок 14 Принцип действия угломерного канала системы TACAN

Для повышения точности в угломерном канале американской системы ближней навигации TACAN используется двухканальный метод измерения азимута. Диаграмма направленности антенной системы (рис. 14, а) представляет собой кардиоиду (ДНА грубого канала), на которую нало­жена периодическая функция азимутального угла, имеющая 9 периодов, каждый из которых равен 40° (ДНА точного канала).

Диаграмма вращается с угловой скоростью , равной , поэтому принимаемый сигнал всегда промодулирован по амплитуде (рис. 14, б). Когда максимум кардиоиды направлен на север, передатчик излучает се­рию импульсов определённой длительности. Эти импульсы служат в качестве опорного сигнала частотой . Каждый раз, когда через северное направление проходит очередной максимум ДНА, передатчиком излуча­ется второй опорный сигнал (частотой ), отличающийся от первого ко­личеством импульсов.

Принятый на самолёте сигнал детектируется и подаётся на фильтры и (рис. 15), разделяющие частоты и . Колебания частотой используются для грубого, но однозначного, измерения фазы в измерите­ле И , на выходе которого включён грубый указатель азимута ( ).

Рисунок 15 Схема бортового оборудования для обработки сигналов

бортового радиомаяка системы TACAN

Опорный сигнал частоты подаётся на от генератора для синхронизации которого используется первый начальный сигнал, выделяемый декодирующим устройством . Аналогичным образом производятся и точные измерения азимута ( , , ). При использовании только частоты показания повторяются через каждые 40° по азимуту. Реальная точность измерения азимута в системе TACAN примерно в 5 раз выше, чем в радиомаяке VOR в тех же условиях.