2.11. Системы наземного базирования: радионавигационная система

дальней навигации OMEGA

Фазовая радионавигационная система OMEGA разрабатывалась с 1957 г. по заказу военно-морских сил США совместно с Береговой охраной США и при участии стран-партнеров в целях обеспечения всепогодной радионавигации воздушных и морских пользователей, как военных так и гражданских и является навигационной системой, работающей на тех же принципах, что и LORAN-С. Ответственность за эксплуатацию системы возложена на Береговую охрану США. Система состоит из восьми передающих станций расположенных в Австралии, Японии, Норвегии, Либерии, Аргентине, на о.Реюньон (Франция), в штате Северная Дакота и на Гавайях.

Приемник системы OMEGA определяет свое местонахождение, используя известные координаты передающих станций и измеренные фазовые углы принятых сигналов. Первоначально необходимо использовать сигналы по меньшей мере трех станций. Далее достаточно сигналов двух станций. Рабочая зона системы практически глобальная, но точность, ею обеспечиваемая, не удовлетворяет требованиям основной массы современных потребителей. В связи с этим с 1 января 1995 г. Министерство обороны США прекратило использование системы OMEGA в своих интересах и с 1998 г. а не с 2005 г. как намечалось ранее, США прекратили эксплуатацию системы.

Аналогом системы OMEGA является разностно-дальномерная, фазовая радиотехническая система сверхдальнего действия “Альфа” разработанная в 60-х годах по заказу Министерства обороны СССР. Данная система предназначена для обеспечения континентальных и океанических полетов самолетов, плавания морских надводных и подводных судов в открытых водах.

Состав системы - 4 станции, расположенные в районах н.п. Новосибирск (ведущая), Краснодар, Комсомольск-на-Амуре, Ревда (ведомые).

Система позволяет обеспечить определение плановых координат с точностью (СКП) 1 -5 км на расстоянии до 13000 км от наземных станций (до 60 процентов поверхности Земли). Система “Альфа” также так и OMEGA не удовлетворяет требованиям потребителей по точности. Новые модели аппаратуры потребителей не разрабатываются с начала 80-х годов.

2.12. Системы наземного базирования: системы инструментального захода

на посадку ILS, MLS

Система инструментального захода на посадку (ILS – Instrument Landing System)

представляет собой стандартную невизуальную систему ICAO для обеспечения захода на посадку и посадки.

Система ILS функционально состоит из трех частей, рис. 26:

- курсового и глиссадного радиомаяков остронаправленного действия, предостав-

ляющих экипаж информацию относительно наведения воздушного судна вдоль траекто-

рии захода на посадку;

- маркерных радиомаяков, обеспечивающих информацией о дальности в основных точках траектории захода на посадку;

- огней приближения, огней зоны приземления, осевых и посадочных огней взлетно-посадочной полосы, предоставляющих экипажу визуальную информацию о местоположении воздушного судна на конечном этапе захода на посадку.

По возможностям использования ILS они подразделяются на системы первой, второй и третьей категорий (ILS-I, ILS-II, ILS-III).

ILS-I категории – точный заход на посадку и посадка по приборам с относительной высотой принятия решения не менее 60 м и либо при видимости не менее 800 м, либо при дальности видимости на ВПП не менее 550 м.

ILS-II категории – точный заход на посадку и посадка по приборам с относительной высотой принятия решения менее 60 м, но не менее 30 м и при дальности видимости на ВПП не менее 350 м.

ILS-IIIА категории – точный заход на посадку и посадка по приборам:

а) с относительной высотой принятия решения менее 30 м или без ограничения по относительной высоте принятия решения и

б) при дальности видимости на ВПП не менее 200 м.

ILS-IIIВ категории – точный заход на посадку и посадка по приборам:

а) с относительной высотой принятия решения менее 15 м или без ограничения по относительной высоте принятия решения и

б) при дальности видимости на ВПП менее 200 м, но не менее 50 м.

ILS-IIIС категории – точный заход на посадку и посадка по приборам без ограничений по относительной высоте принятия решения и дальности видимости на ВПП.

В отдельных местах, где размещение маркерных радиомаяков сопряжено с трудностями, они могут быть заменены аппаратурой DME, совмещенной с аппаратурой ILS. Такая схема особенно целесообразна, если заход на посадку осуществляется над водной поверхностью.

Антенная система курсового радиомаяка размещается на продолжении осевой линии ВПП, со стороны, противоположного направлению захода на посадку, на расстоянии до 1150 м от порога ВПП. Боковое смещение антенной системы курсового радиомаяка от осевой линии не допускается.

Передатчик курсового радиомаяка работает на одном из 40 каналов системы ILS в диапазоне частот 108-112 МГц и обеспечивает курсовое наведение вдоль всей траектории снижения до торца ВПП, начиная с расстояния в 18 м. миль ( 33 км)

Антенная система глиссадного радиомаяка размещается у начала ВПП, со стороны противоположной рулежным дорожкам и зданиям аэровокзального комплекса, на расстоянии120-180 метров от осевой линии ВПП и на расстоянии 200-450 метров от порога ВПП (расстояние отпределяется расчетом). Угол наклона глиссады устанавливается в пределах от 2-х до 4-х градусов.

Передатчик глиссадного радиомаяка работает на одном из 40 каналов системы ILS в диапазоне частот 329, 15 – 335 МГц

При использовании системы ILS для обеспечения посадки по ІІ категории ICAO она включает внутренний маркерный радиомаяк, выдающий информацию о положении воздушного судна на глиссаде, соответствующем высоте принятия решения, т.е. высоте на которой следует прекратить выполнение посадки, если условия видимости не позволяют продолжить заход на посадку с применением предписанных визуальных средств.

Переход от посадки по категории І к посадке по категории II, или к посадке по категориям IIIA, IIIB, IIIC требует большей операционной точности со стороны оборудования системы, т.е. пилот должен получать более точные сигналы от курсового и глиссадного радиомаяков. При установке системы приходится определять, какой вариант системы установить. Чтобы перейти к полетам от категории I к категории II, потребуется значительно расширить состав оборудования системы,еще большие затраты потребуются при переходе от посадки по категории II к посадке по категории III. Поэтому, владелец системы должен произвести оценку экономической целесообразности ее установки, просчитав, с одной стороны, затраты на установку более совершенного оборудования для обеспечения посадки по более высокой категории, а с другой стороны – убытки и последствия закрытия аэропорта в период плохих метеоусловий.

Установка обычных систем инсрументального захода на посадку связано с рядом проблем, которые для некоторых аэродромов, могут быть весьма серьезными. Система ILS допускает заход на посадку только по прямой, так как с ее помощью задается одна единственная прямолинейная траектория захода на посадку. Следовательно, все ВС совершающие заходы на посадку должны быть сосредоточены на этой общей траектории. Так как скорости различаются (как при заходе на посадку на конечном этапе, так и при выполнении предпосадочных маневров в зоне аэродромного центра), то это приводит к ограничению темпа посадки. В результате воздушное пространство в районе аэродрома используется недостаточно эффективно и возникают ограничения, связанные с пропускной способностью системы.

Инструментальным системам посадки метрового диапазона присущи малые угловые размеры курсового и глиссадного секторов, что вызывает Поэтому возникают затруднения в выводе самолетов на эту траекторию и органы обслуживания воздушного движения вынуждены производить вывод воздушного судна на посадочный курс на сравнительно большом удалении от аэродрома, где линейные размеры секторов достаточно велики.

Также, пространственное положение траекторий снижения воздушного судна зависит от электрических свойств земной поверхности в окрестностях радиомаяков и может изменяться при выпадении осадков. Кроме того, системы посадки метрового диапазона подвержены влиянию помех из-за переотражения сигналов местными предметами, неровностями рельефа и воздушными судами, попадающими в зону облучения маяков. В результате задаваемая курсовыми и глиссадными маяками траектория движения оказывается не прямолинейной, а искривленной. Изгибы траектории, величина и знак которых носят хаотический характер, затрудняют управление воздушным судном и увеличивают разброс точек зоны приземления.

К основным недостаткам системы ILS можно отнести следующие:

- заход на посадку только с одного направления;

- малые размеры курсового и глиссадного секторов, в пределах которых обеспечивается пропорциональная зависимость информационного сигнала отклонения ВС относительно номинальной посадочной траектории и отклонения стрелок бортовых индикаторов, что существенно уменьшает возможности ВС на этапе предпосадочного маневрирования и ограничивает пропускную способность аэродрома;

- заход на посадку производится при одном угле наклона глиссады планирования (3);

- сигналы системы ILS, в значительной степени подвержены влиянию рельефа местности, ввиду сильной зависимости формирования равносигнального направления линии глиссады от подстилающей земной поверхности;

- для уменьшения искажений траектории приходится применять более сложные и дорогие антенны глиссадного и курсового маяков, которые занимают большую площадь, а их установка требует нивелировки, что существенно повышает стоимость строительно-монтажных работ;

- приходится проводить большой объем инженерных работ по расчистке мест для установки антенн и выравниванию окружающих их территорий. Это повышает стоимость строящихся аэродромов и не всегда позволяет избавиться от переотражений.

- передатчики курсовых и глиссадных радиомаяков имеют ограниченное число каналов (40), что снижает эффективность использования данных систем.

Вышеперечисленные недостатки устранены в разработанной позднее микроволновой системе посадки (MLS-Microwave Landing System), представляющей собой усовершенствованый вариант инструментальной системы захода на посадку. В общем виде, MLS представляет собой точную угломерно-дальномерную систему и предназначена для выполнения следующих функций: передачи на борт воздушного судна азимутальной и угломестной информации при заходе воздушного судна на посадку, измерения дальности между воздушным судном и фиксированной точкой на земной поверхности.

Использование гораздо более высоких частот позволяет решить большинство проблем, связанных с использованием ILS. Прежде всего антенны становятся системы становятся гораздо меньшими по размеру и проще для установки. Полезная навигационная информация обеспечивается в зоне 40 относительно осевой линии ВПП, 2-10 по вертикали и 20-40 м. миль (37-74 км) по дальности. На формируемый такой системой навигационный сигнал (излучаемый в диапазоне сантиметровых радиоволн  6 см) практически не влияют метеоусловия, отражение от близлежащих предметов в направлении излучения, распространение сигнала не зависит от характера местности. В отличие от двухлучевого сигнала системы ILS, система MLS может формировать большое количество лучей, что позволяет обеспечивать столь же большое количество траекторий захода на посадку, рис. 27. MLS в меньшей степени зависит от проблем размещения наземного оборудования системы, поскольку в этом отношении ее характектеристики менее критические, чем у ILS. Система MLS, позволяет внедрить криволинейные, множественные траектории захода на посадку. Такие возможности увеличивают пропускную способность системы обслуживания воздушного движения, позволяют избежать полетов на малых высотах над населенными районами. Оборудование MLS можно устанавливать в данном районе в больших количествах, не опасаясь возникновения взаимных помех, поскольку в используемой MLS полосе частот имеется 200 каналов работы по сравнению с максимум 40 каналами в системе ILS.

Утвержденная ICAO в качестве международного стандарта посадочная система MLS обеспечивает наведение на посадку в пространстве шириной по азимуту 40 (по обе стороны от продолженной оси ВПП). Находясь в перекрываемом маяками MLS воздушном пространстве экипаж воздушного судна может непрерывно с высокой точностью получать информацию о своем местоположении. Указанные возможности делают MLS основной навигационной системой при выполнении полета внутри аэродромной маневренной зоны и позволяют выполнять полет по наиболее оптимальным, в том числе и по криволинейным траекториям захода на посадку, так как в отличие от радиомаячных систем посадки, где формируется только одна траектория посадки, MLS обеспечивает возможность формирования множества траекторий посадки различного профиля, а высокая точность определения пространственных координат воздушного судна в широком секторе азимутальных углов позволит наиболее точно выводить самолет в заданную точку и таким образом, сократить прямолинейный участок до 1-4 км.

Преимущества MLS перед ILS определяются способностями ее функционирования и по мнению экспертов FAA могут быть объеденены по отличительным признакам в пять основных категорий:

1. Использование криволинейных и сегментальных траекторий во время предпосадочных маневров и захода на посадку. Кроме этого, применение криволинейно-сегментальных траекторий позволяет уменьшить уровень шума в районе аэропорта и близлежащих зонах подхода и обеспечить равномерный доступ в зону аэродрома.

2. Возможность управления воздушным судном, со стороны органов обслуживания воздушного движения: при покидании им зоны аэродрома, т.е. при обратных значениях азимута. Возможность управления прибывающими и вылетающими самолетопотоками большой интенсивности, сходящимися в одной точке.

3. Возможность захода на посадку по выбранному углу наклона глиссады с использованием сигналов MLS позволяет решить проблему уклонения от спутной турбулентности следа впереди следующих воздушных судов при заходе на посадку на параллельные ВПП. Потенциальные возможности MLS позволяют оптимизировать воздушное движение при заходе на посадку и исключить его неравномерность, которая характерна в случае использования ILS. Ограничения рабочего режима радиомаячных систем обусловлены перемещение прибывающих и вылетающих воздушных судов вблизи глиссадной антенны (поэтому для радиомаячных систем, каковыми являются ILS и введено такое понятие как “критические зоны радиомаячных систем”). Преимущества MLS в данном случае проявляются в уменьшении времени задержки ВС на земле перед взлетом и после посадки.

4. Возможность использования любого из 200 частотных каналов MLS устраняет ряд существующих на практике ограничений на обеспечение точного захода на посадку из-за перегруженности частотного диапазона.

5. К прочим важным преимуществам MLS относится высокий уровень надежности как наземного, так и бортового оборудования и пониженная чувствительность к изменению погодных условий. Для калибровки микроволновой системы посадки необходимо выполнить 10-15 облетов, что в два раза меньше чем для ILS.

В настоящее время сказать, что-либо о будущем MLS довольно затруднительно. В 1974 г. ICAO выступила с предложением о замене ILS микроволновыми системами посадки. Временной метод измерения азимута (TRSB-Time-Reference Scannang Beam), в системе MLS, предложенный Австралией и США был в 1978 г рекомендован ICAO. Появление систем спутниковой навигации поставило под вопрос необходимость продолжения работ по замене ILS микроволновыми системами посадки. MLS установлены в Амстердаме (Schiphol) и Лондоне (Heathrow). На рис. 28 представлено текущее и будущее (планируемое) использование соответствующих технических средств, для обеспечения конечного этапа захода на посадку.

В качестве выводов по рассмотренным системам навигации наземного базирования, на рис. 29 приведены основные ограничения, им присущие.

Рис. 28. Текущее и будущее (планируемое) использование соответствующих

технических средств, для обеспечения конечного этапа захода на посадку.