2.6. Автономные средства навигации: бортовая радиолокация

Бортовые радиолокационные станции являются автономными угломерно-дально-мерными средствами и служат (применительно к задачам воздушной навигации) для получения на экране индикатора условного изображения пролетаемой местности, измерения полярных координат - наклонной дальности и курсового угла ориентира.

При этом, бортовые радиолокаторы позволяют решать следующие задачи: вести общую ориентировку путем наблюдения за радиолокационным изображением местности и сравнения его с картой; осуществлять полет на радиолокационный ориентир и вывод на него воздушное судно; выводить воздушное судно на линию заданного пути; определять навигационные элементы полета; производить контроль пути по направлению, дальности и месту; корректировать данные автоматического счисления координат воздушного судна. С помощью бортовой радиолокационной станции место воздушного судна определяется визуальным обзорно-сравнительным способом, пролетом над радиолокационным ориентиром и методами координатных преобразований.

Обзорно-сравнительный способ обычно называется радиолокационной ориентировкой. Он заключается в сопоставлении изображения на экране с картой и визуальной оценке положения воздушного судна относительно опознанных радиолокационных ориентиров.

Определение местоположения воздушного судна пролетом над радиолокационным ориентиром возможно в случае наличия на линии пути характерных ориентиров. Погрешность в определении местоположения воздушного судна составляет 1 – 2 км.

Метод координатных преобразований. Местоположение воздушного судна может определяться дальномерным (по двум дальностям до двух радиолокационных ориентиров), угломерным (по двум пеленгам воздушного судна от двух опознанных ориентиров) и угломерно-дальномерным (по пеленгу воздушного судна и дальности от одного ориентира) способом. Преобразование может выполняться как прокладкой линии положения на карте, так и аналитическим решением системы уравнений.

Как уже было показано выше, определение навигационных параметров при помощи неавтономных средства навигации базируется на радиотехнических системах наземного и космического базирования. Поэтому далее рассмотрим радиотехнические средства навигации, входящие в соответствующие системы.

2.7. Системы наземного базирования: радиомаяки ndb, vor

Радиомаяки NDB, VOR являются средством оказания помощи экипажу воздушного судна в определении местоположения или направления на радиомаяк.

Ненаправленный радиомаяк (NDB – Non-Directional Beacon) передает постоянный, идущий по всем направлениям радиосигнал, используя низкочастотный и среднечастотный диапазоны (200-1600 кГц). Бортовой приемник воздушного судна, известный, в настоящее время как автоматический радиокомпас (ADF – Automatic Direction Finger), первоначально оснащался рамочной, управляемой пилотом вручную, антенной. Когда антенна вращалась так, что плоскость рамки становилась перпендикулярной к передаваемому сигналу достигалось так называемое “нулевое” положение и пилот не слышал этот сигнал.

С помощью магнитного компаса и приемника NDB пилот мог тогда определить пеленг воздушного судна в отношении данного ненаправленного маяка. Пеленг мог наноситься на карту в виде линии положения воздушного судна. Нанесение на карту линий положения относительно двух маяков NDB позволяло пилоту определить с высокой точностью местоположение воздушного судна. Если пилот желал выполнять полет в сторону маяка NDB, он должен был разворачивать воздушное судно пока NDB не оказывался прямо по курсу.

Ручное управление антенной радиокомпаса, производимое одновременно с управлением полетом воздушного судна оказалось довольно неудобным методом аэронавигации и обычно представляло пилоту относительно неточную информацию о местонахождении. В ходе развития бортового электронного оборудования управляемые вручную приемники NDB были вскоре заменены автоматическими радиокомпасами, которые могли определить пеленги на маяк NDB и выдавать пилоту визуально эту информацию на индикаторе автоматического радиокомпаса.

Используя оборудование ADF в сочетании с указателем курса пилот мог легко определить относительный пеленг воздушного судна от радиостанции (курсовой угол радиостанции) и использовать эту информацию для определения собственного курса, ведущего к данной радиостанции NDB.

Усовершенствование оборудования ADF ускорило принятие пилотами NDB в качестве радиотехнического средства аэронавигации. Первый маяк NDB был установлен в США в 1924 г., а к 1964 г. в стране насчитывалось уже 272 мощных радиомаяков NDB. Вскоре была разработана система федеральных авиатрасс, которая использовала маяки NDB в качестве средств маршрутной аэронавигации.

Технические характеристики системы NDB-ADF

Дальность действия	- 120 – 150 км;
Точность определения курсового угла радиостанции (2σ)	- 7;
Измеряемый параметр	- курсовой угол радиостанции;
Диапазон используемых частот	- 170 – 1750 кГц;
Наземный радиомаяк	- NDB;
Бортовое оборудование	- ADF;

Всенаправленный радиомаяк (VOR - VHF Omni-directional Radio Range (Beacon)) относится к угломерным радионавигационным системам, и является, в настоящее время, одним из основных радиотехнических средств навигации. Аппаратура VOR позволяет решать следующие навигационные задачи: определять магнитный пеленг наземного радиомаяка VOR выполнять полет по заданному магнитному пеленгу наземного радиомаяка; определять место самолета по магнитным пеленгам двух радиомаяков VOR; определять угол сноса в полете.

Самолетное радиооборудование обеспечивающее прием сигналов всенаправленного радиомаяка VOR принимает и сигналы курсового маяка инструментальной системы посадки (ILS – Instrument Landing System). Дальность действия VOR зависит от висоты полета воздушного судна:

- Н = 300 м ............. 60—90 км;

- Н = 1 500 м .......... 130—170 км;

- Н=6 000 м.............. 280—320 км;

- Н=9 000 м.............. 330—370 км;

Наибольшая дальность действия VOR достигается — при полетах над равнинной местностью и морем. Точность определения пеленгов радиомаяков VOR при помощи бортовой аппаратуры характеризуется, как правило, ошибкой в 2—3°. При полетах в горных районах ошибки могут доходить до 5—6°.

Каждому маяку VOR присваивается частота в диапазоне от 108 до 118 МГц. Передачи VOR формируются двумя сигналами: сигналом опорной фазы, который остается постоянным по всем направлениям и сигналом переменной фазы, фаза которого меняется вместе с изменением азимута. Сигнал переменной фазы модулируется таким образом, что в направлении магнитного севера опорный и переменный сигналы точно совпадают по фазе друг с другом. По всем другим направлениям маяки VOR устроены так, что эти два сигнала больше нигде не совпадают по фазе. Бортовой приемник VOR измеряет фазовые различия между двумя сигналами с тем, чтобы определить азимутальный угол воздушного судна относительно передатчика VOR. Когда воздушное судно находится строго на восток от маяка VOR переменный сигнал отстает от опорного на 90. О воздушном судне находящемся строго на восток от маяка VOR говорят, что оно находится на 90-м радиале данного маяка VOR, рисунок 21.

Воздушные суда, находящееся строго на юг от маяка VOR будет получать переменный сигнал, отстающий от опорного сигнала на 180 и будет находиться на 180-м радиале. Воздушные суда, находящееся на 359-м радиале (к северу от маяка VOR) будет получать переменный сигнал, отстающий от опорного сигнала на 359.

Рис. 21. Принцип работы VOR.

Рис. 00.

Все радиомаяки системы VOR работают автоматически и управляются дистанционно. Для того чтобы отличить один радиомаяк от другого, каждому из них присвоены свои позывные сигналы, представляющие собой три буквы латинского алфавита, передаваемые при помощи азбуки Морзе.

Технические характеристики VOR

Дальность действия	- до 370 км;
Точность определения курсового угла радиостанции (2σ)	-  4,7; - (0,5 DVOR);
Диапазон используемых частот	- 108 – 117, 975 МГц;
Число используемых каналов (при их разносе в 50 кГц)	- 160;
Структура сигнала:	- всенаправленный опорный сигнал ненаправленной антенны (R) и азимутальный сигнал направленной антенны (V);
Радиал определяется как разность фаз сигналов ненаправленной направленной антенн (R-V);
Наземный радиомаяк	- станция VOR;
Бортовое оборудование	- приемник VOR.

Примечание: Возрастание расстояния от воздушного судна до маяка VOR приводит к увеличению линейной погрешности местоопределения ВС по азимуту.

Неиспользуемые радиалы. В свое время при испытании VOR было обнаружено, что для надлежащей работы маяка требуется значительное свободное пространство маяка. Препятствие, находящееся внутри этой зоны, будут заглушать или отражать некоторые, излучаемые этим маяком, сигналы, что может быть причиной передачи неправильной навигационной информации. Высотные здания, расположенные вблизи передатчика VOR могут даже исказить передаваемый сигнал. В попытке решить эту проблему был разработан Доплеровский маяк DVOR (Doppler VOR).

Главное преимущество доплеровских VOR по сравнению с обычными – высокая эффективность подавления влияния местных предметов на точность работы, в результате чего средняя квадратическая погрешность определения азимута уменьшается примерно в 10 раз. Хотя принципы работы этого маяка VOR радикально отличаются от принципов работы обычного маяка VOR, оба они передают пилотам одну и ту же информацию. Бортовые приемники VOR не улавливают разницы между передачами обычных и Доплеровских маяков VOR.

Если же и оборудование DVOR не в состоянии исправить воздействие отражений или затемнений сигналов, радиалы, страдающие от этого должны зачисляться в разряд неиспользуемых, это означает, что хотя пилот и в состоянии получать сигналы относительно этих радиалов, эти сигналы неточны и их нельзя использовать. В этом случае неиспользуемые радиалы маяков VOR публикуются в документах аэронавигационной информации.

VOR обеспечивает пилотам информацию только по пеленгам (азимутам), но не по удалениям от радиостанций (маяков). Пилот может использовать VOR для точного определения местонахождения его воздушного следующим способом: на основе азимутальной информации, полученной от двух разных маяков VOR пилот прокладывает линии местоположений на аэронавигационной карте, от каждого из маяков VOR. Местоположение воздушного судна будет в точке пересечения двух радиалов.

Наибольшая точность в определении местоположения воздушного судна достигается при радиалах VOR расположенных примерно под углом 90. Если два радиала не пересекаются под приблизительно прямым углом, площадь определяемая этими двумя радиалами становится гораздо обширнее, делая определение местоположения ВС, таким образом, менее точным, рисунок 22.

Рис. 22. Фактическое местонахождение ВС, при использовании двух

VOR для определения местоположения.

Вероятное местонахождение ВС

В качестве стандартного радионавигационного средства VOR был принят ICAO в 1946 г.