Техническое обслуживание систем связи самолетов.

Основными задачами технического обслуживания систем связи являются своевременная подготовка их к полетам и обеспечение безотказной работы на протяжении установленных ресурсов и сроков службы. Эти задачи выполняются с помощью проведения профилактических, восстановительных и ремонтных работ.

Профилактические работы выполняются в определенном объеме через установленное число часов налета самолета.

Так, через 600 часов на самолете ИЛ-62 снимают магнитофон АРФА-МБ, приемопередающие блоки радиостанции «Микрон», приемопередатчики станции «Ландыш», абонентские гарнитуры и микрофоны ДЭМШ-1А.

Через 1200 часов снимаются дополнительно остальные блоки радиостанций «Микрон» и «Ландыш», МС-61, МАРС-БМ.

Из специальных измерительных устройств для самолетных радиостанций следует отметить измерительный блок «И» для радиостанции «Ландыш», контрольно – поверочный прибор П12-МК для радиостанции «Микрон», прибор КИП КАРАТ для радиостанции «Карат».

Глава 3. Методы определения

навигационных элементов полета

В основу работы радиотехнических систем навигации самолетов положена функциональная связь навигационного элемента полета (направление, расстояние, скорость и др.) с одним из параметров электромагнитного поля. Такая связь может быть установлена непосредственно с любым из четырех параметров распространяющейся радиоволны:

• амплитудой колебаний Е(х);

• фазой колебаний (х);

• частотой колебаний (х);

• временем распространения t(х), где х – навигационная координата самолета.

Принимаемый на земле или на борту сигнал отличается от излучаемого тем, что по крайней мере один из его параметров содержит навигационное сообщение.

Если излучаются сигналы типа , то принимаемые сигналы могут иметь вид:

;

;

;

.

Иногда вместо параметров несущего колебания радиоволны навигационная координата, подлежащая измерению, может быть связана с одним из параметров модулирующего колебания , его амплитудой, фазой или частотой.

Обнаружение и извлечение навигационной информации из полученной информации осуществляется путем обработки того принятого сигнала, который содержит навигационное сообщение.

В зависимости от измеряемого параметра радионавигацион-ные системы делятся на амплитудные, частотные, фазовые и временные (импульсные), а в зависимости от измеряемого навигационного параметра – на угломерные, дальномерные и разностно-дальномерные.

В радионавигации и радиолокации основную информацию о пространственно-временном состоянии самолета несет радиосиг-нал:

• амплитуда сигнала несет информацию о размере и отражающих свойствах объекта;

• время запаздывания отраженного сигнала относительно зондирующего несет информацию о дальности до объекта;

• частота колебаний, благодаря эффекту Доплера, несет информацию о радиальной скорости объекта;

• поляризационные параметры отраженной радиоволны несут информацию о форме и соотношениях размеров объекта;

• направление прихода отраженной радиоволны несет информацию об угловых координатах объекта.

Радиосигналы могут быть получены тремя методами:

1. приемом отраженных (рассеянных) объектом радиоволн при его облучении зондирующим импульсом (пассивная система);

2. путем излучения радиосигналов специального типа, принима-емых бортовыми системами активного ответа, которые воздействуют на специальное бортовое передающее устройство (ретранслятор или ответчик) и приема от него ретранслированного или ответного радиосигнала (активная радиолокация с активным ответом);

3. путем приема собственного излучения объектов наблюдения.

Первый метод широко используется в радиолокации и радионавигации (доплеровские измерители скорости и угла сноса – ДИСС, радиовысотомеры).

Второй метод – взаимодействие двух специальных радиотехнических устройств, одно из которых (запросчик) формирует запросные сигналы и получает ответные сигналы, а другое (ответчик) формирует ответные сигналы. Ответчик передает информацию только в том случае, если запросный сигнал соответствует действующим на данный момент параметрам (кодам). Сигнал ответчика принимается и анализируется запросчиком. Этот способ получения информации широко используется в радионавигации, радиолокации и системах опознавания.

Третий метод широко используется в радионавигации (пеленгация, определение угловых координат радиомаяков, приводных радиостанций и пр.), частично – радиолокации и является основным при передаче телеметрической навигационной информации, когда последняя искусственно закладывается отправителем в излучаемый сигнал.

Рассмотрим радиотехнические методы измерения координат и параметров движения самолета.

Информация о положении объекта может производиться несколькими методами, которые приведены на рисунке 6.

В дальномерно-угломерном методе измеряются азимут А, дальность D и угол места ε. При этом для определения положения объекта в пространстве используется сферическая система координат, а для определения положения объекта на плоскости – полярная система координат. Этот метод характерен для радиолокации, когда все измерения проводятся из одной точки.

Характерис- тика метода	Пеленгационный	Дальномерный	Разностно – дальномерный	Угломерно – дальномерный
Схема определения местополо-жения самолета (МС)			МС Б2 А1 А2 Б1
Пересечение линий положения	Двух прямых	Двух окружностей	Двух гипербол	Прямой и окружности
Область применения	Радионавигация и радиоразведка	Радионавигация	Радионавигация	Радионавигация и радиолокация

Рис. 6 Методы измерения координат самолетов

В радионавигации используются и другие методы:

• дальномерный, когда место положения определяется пересечением двух окружностей;

• угломерный (пеленгационный), когда пеленгаторы, расположенные в разных точках, определяют направление на объект (пересечение двух прямых);

• разностно-дальномерный, когда измеряется разность расстояния до двух точек (линии положения – гиперболы);

Все методы определения места объекта в пространстве сводятся к измерению дальности и углов (направлений). Эти сведения закодированы в информационных параметрах сигналов – амплитуде, фазе, частоте и времени прихода.

Методы измерения этих параметров базируются на двух важнейших свойствах электромагнитных волн – постоянной скорости распространения, равной скорости света (300 000 км/c) и прямолинейности распространения в однородной среде (законы геометрической оптики), которые выдерживаются в реальных условиях с достаточно большой точностью.

Методы измерения расстояния

Для измерения расстояний в практике применяются три метода – импульсный (временной), частотный и фазовый.

Импульсный метод измерения расстояния

Импульсный метод измерения расстояния характеризуется тем, что информация о дальности D до объекта связана со временем запаздывания радиоволн от момента излучения зондирующего (запросного) импульса до момента прихода сигнала.

При измерении дальности до пассивного объекта радиоволна проходит расстояние до объекта и обратно за время . Дальность до объекта .

Если на объекте имеется ответчик (приемопередающее устройство, отвечающее на запросный сигнал), то необходимо учитывать время задержки сигнала в ответчике, необходимое для распознания запросного сигнала и формирования ответного сигнала .

Общее время запаздывания сигнала в этом случае

Соответственно дальность до объекта в этом случае

В случае, если объект излучает сигнал, время до приема сигнала , и дальность .

Как видим, измерение дальности во всех случаях связано с измерением времени от момента излучения до момента приема сигнала.

Импульсному методу свойственны и определенные недостатки. Так как прием отраженного сигнала возможен только после излучения, то невозможно измерять расстояние до целей, находящихся ближе, чем для пассивной радиолокации и для активной радиолокации. Т.е., за каждую микросекунду длительности зондирующего импульса (пачки импульсов) и задержки в ответчике минимальная дальность будет увеличиваться на 150 м.

У современных станций пассивной радиолокации из-за переходных процессов в антенном переключателе (переключение передача-прием) м.

Для однозначного отсчета дальности необходимо, чтобы очередной зондирующий импульс передатчика излучался не раньше, чем поступит отраженный сигнал от самого удаленного объекта, т.е. должно выполняться условие , где время (период) между зондирующими импульсами.

С учетом переходных процессов в приемнике, передатчике и антенной системе реальное минимально допустимое время между зондирующими импульсами .

Соответственно, максимальная частота повторения импульсов .

Выбор минимального значения частоты повторения зависит от минимального количества импульсов n_мин, которое нужно принять от цели за время ее облучения, чтобы в результате однозначно выделить полезный сигнал на фоне шумовых и несинхронных помех.

При частоте повторения импульсов для того, чтобы принять n_мин импульсов, необходимо выполнить условие: , откуда .

Если антенна станции имеет ширину луча Q_A и скорость вращения антенны N_A об/мин (угловая скорость ω_А ), то время облучения цели

с.

Следовательно, Гц.

Таким образом, значение частоты повторения импульсов должно удовлетворять следующему условию:

.

Частотный метод измерения расстояния

При измерении дальности частотным методом передатчик излучает непрерывные колебания, частота которых меняется по определенному закону (частотно-модулированные колебания). Время запаздывания определяется измерением разности частот (частоты биений) излучаемых колебаний и отраженного сигнала. Отраженный от цели сигнал на входе приемника будет отличаться по частоте от излучаемых передатчиком колебаний на величину, пропорциональную времени запаздывания . Частота биений .

При линейном законе изменения частоты , где - девиация частоты колебаний, - период модуляции.

Частота биений

Следовательно, дальность до цели D где k ==const.

Частота биений обычно измеряется подсчетом максимумов огибающей (числа периодов частоты биений) за период модуляции.

Число этих максимумов .

Следовательно,

Учитывая, что счетчик частоты биений может изменять свои показания на целое число (минимум на одну единицу), получим максимальную ошибку по дальности как разность между дальностью для числа максимумов и дальностью для числа максимумов, отличающегося на 1:

Это выражение определяет как минимальную дальность, которую можно измерить этим методом, так и разрешающую способность по дальности, так как при меньшем расстоянии показания дальности не изменятся. Для уменьшения этой минимальной дальности следует увеличивать девиацию частоты.

При одновременном измерении дальности до нескольких целей с помощью фильтров выделяются частоты биений, соответствующие расстоянию до каждой из них. Обычно для этого применяется многоканальный анализатор спектра.

Достоинства частотного метода состоят в возможности измерения малых расстояний и малой по сравнению с импульсным методом мощностью излучения, что облегчает работу аппаратуры на большой высоте и снижает ее габариты и вес.

Основные недостатки метода заключаются в сложности одновременного наблюдения многих целей, трудности разделения излучаемых и принимаемых сигналов, что вызывает необходи-мость применения на самолете двух антенн. Частотный метод измерения дальности применяется в самолетных высотомерах малых высот.

Фазовый метод измерения расстояния

Измерение дальности фазовым методом основано на пропорциональности фазового сдвига принимаемого сигнала и времени его запаздывания.

Если передатчик излучает синусоидальные немодулированные колебания с частотой _изл и начальной фазой _то значение текущей фазы _изл = _излt. Текущая фаза принимаемого сигнала, отраженного от неподвижного объекта (без учета изменения фазы сигнала при отражении) _прм = _изл(t-t_D).

Разность текущих значений фаз излучаемых колебаний и принимаемых сигналов

_изл_прм_излt_Df_излD/cD_

где c/f _изл - длина волны, соответствующая частоте _изл.

Дальность до цели D = оказывается пропорцио-нальной разности фаз 

В связи с тем, что изменение фазы однозначно лишь в пределах угла 2, однозначное измерение дальности может быть произведено лишь при Dчто совершенно недоста-точно для практического применения. Кроме того, происходит дополнительное изменение фазы при отражении от цели, которое остается неизвестным и вносит существенную погрешность в измерение. При отражении сигналов от подвижных целей возникает доплеровский сдвиг частоты, также приводящий к ошибкам отсчета изменения фазы и, как следствие, дальности до цели.

Для устранения указанных недостатков применяют обычно двухчастотный фазовый метод. При этом цель облучается двумя частотами _и _, разность между которыми __небольшая, так что сдвиги их фаз при отражении можно считать одинако-выми. Если начальные фазы колебаний приравнять к нулю, то фазы принимаемых отраженных сигналов на входе приемников будут соответственно _отр1 = ₁(t-t_D)+ _отр2 = ₂(t-t_D)+где дополнительный сдвиг фазы при отражении.

На выходе первого смесителя выделяются колебания разностной частоты, текущее значение фаз у которых:

.

На выходе второго смесителя выделяются колебания разностной частоты передатчиков с текущей фазой

.

Разность фаз, измеряемая фазометром:

или , где - длина волны, соответствующая частоте .

Дальность до цели

Для удовлетворения условия однозначности , а следовательно, для обеспечения измерения дальности в требуемых при практическом пользовании пределах, длина волны , соответствующая разностному значению рабочих частот излучения _и _, может быть выбрана достаточно большой.

Так, например, в случае необходимости однозначного измерения дальности в пределах максимальной значение разности рабочих частот .

Для дальности 400 км разность рабочих частот должна составлять Гц.

Погрешности измерения дальности из-за доплеровского сдвига частоты при использовании двухчастотного метода малы, так как дополнительные приращения фаз на частотах _и _ при вычитании будут взаимно компенсироваться.

Фазовые методы обеспечивают очень большую точность измерения дальности, однако у них отсутствует селективность (разрешающая способность) по дальности в связи с невозможностью обеспечения разделения сигналов от разных целей. Поэтому этот метод широко используется при построении самолетных радиовысотомеров больших высот и систем определе-ния дальности до одиночного объекта.