63

Федеральное агентство воздушного транспорта (Росавиация)

ФГОУ ВПО “Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации”

Б. А. Сушкевич

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

навигации и посадки

Санкт-Петербург

2008

Лекция 1. Общая характеристика РТС навигации и посадки

1. Назначение и отличительные особенности.

2. Классификация.

3. Эксплуатационно-технические характеристики (ЭТХ).

1. Назначение и отличительные особенности ртс навигации и посадки (ртс н и п)

РТС Н и П – совокупность наземных и бортовых устройств, обеспечивающих решение основной задачи воздушной навигации и основанных на радиотехнических принципах измерения навигационных параметров.

К средствам радионавигации и посадки относятся:

автоматический радиопеленгатор (АРП);

всенаправленный ОВЧ радиомаяк азимутальный (РМА);

всенаправленный ультравысокочастотный (УВЧ) радиомаяк дальномерный (РМД);

радиотехническая система ближней навигации (РСБН);

отдельная приводная радиостанция (ОПРС);

маркерный радиомаяк (МРМ);

оборудование системы посадки (ОСП);

радиомаячная система инструментального захода воздушного судна на посадку (РМС);

локальная контрольно-корректирующая станция (ЛККС).

Автоматический радиопеленгатор предназначен для выдачи информации о пеленге на воздушное судно относительно места установки антенны радиопеленгатора по сигналам бортовых радиостанций в центры (пункты) ОВД..

Всенаправленный азимутальный радиомаяк диапазона ОВЧ предназначен для измерения азимута воздушного судна относительно места установки радиомаяка при полетах воздушного судна по трассам и в районе аэродрома.

Всенаправленный дальномерный радиомаяк диапазона УВЧ предназначен для измерения дальности воздушного судна относительно места установки радиомаяка при полетах воздушных судов по трассам и в районе аэродрома.

Радиотехническая система ближней навигации предназначена для определения азимута и дальности воздушного судна на борту и на земле относительно места установки наземного радиомаяка.

Отдельная приводная радиостанция предназначена для обозначений контрольного пункта на трассе (маршруте полета), привода воздушного судна, оснащенных соответствующим оборудованием, в район аэродрома, выполнения предпосадочного маневра и выдерживания направления полета воздушного судна вдоль оси взлетно-посадочной полосы. В состав ОПРС может входить МРМ для информирования экипажа воздушного судна о пролете фиксированной точки.

Оборудование системы посадки состоит из двух приводных радиостанций с МРМ (дальняя и ближняя) и предназначено для привода воздушного судна, в район аэродрома, выполнения предпосадочного маневра и захода на посадку. Дальняя приводная радиостанция (ДПРС) и МРМ предназначены для привода воздушного судна район аэродрома, выполнения предпосадочного маневра, выдерживания курса посадки и обеспечения работы в микрофонном режиме. Ближняя приводная радиостанция (БПРС) и МРМ предназначены для выдерживания воздушного судна курса посадки.

Радиомаячная система инструментального захода воздушного судна на посадку (РМС) состоит из комплекса наземного и бортового радиотехнического оборудования и предназначена для обеспечения получения на борту воздушного судна и выдачи экипажу и в систему автоматического управления информации о значении и знаке отклонения от номинальной траектории снижения, а также для определения моментов пролета характерных точек на траектории захода на посадку. В состав РМС входят курсовой радиомаяк (КРМ), глиссадный радиомаяк (ГРМ) и маркерные радиомаяки (МРМ).

Локальная контрольно-корректирующая станция представляет собой систему функционального дополнения наземного базирования к глобальной навигационной спутниковой системе и предназначена для формирования и передачи воздушным судам дифференциальных поправок к псевдодальностям навигационных спутников и информации о целостности сигналов, излучаемых навигационными спутниками. ЛККС совместно с навигационными спутниками глобальной навигационной спутниковой системы обеспечивает навигацию воздушного судна в районе аэродрома и поддерживает выполнение процедур зональной навигации.

Область применения, достоинства и недостатки РТС Н и П.

Внедрение РТС Н и П в практику СВЖ значительно уменьшает зависимость полетов от метеоусловий и существенно повышает безопасность полетов.

Преимущества РТСН и П:

- всепогодность и возможность применения в любое время суток и года;

- высокая точность измерения навигационных параметров;

- многофункциональность;

- возможность использования на всех этапах полета, включая предпосадочное маневрирование и заход на посадку в сложных метеоусловиях;

Ограничения и недостатки

- подверженность влиянию помех, создаваемых радиосредствами одного и того же типа или радиосредствами различного назначения;

- снижение качества функционирования из-за мешающего воздействия сигналов, отраженных неровностями рельефа и местными предметами вблизи от антенных систем;

- ограниченные размеры зон действия в вертикальной плоскости;

Классификация РТС Н и П.

РТС Н и П можно классифицировать по следующим признакам:

- по назначению:

1) РТС навигации;

2) посадки;

3) используемые в комплексах УВД;

4) предупреждения столкновений;

5) опознавания,

- по виду информативного параметра радиосигнала:

е = Е_m∙ sin (ωt + φ) - радиосигнал

Параметры радиосигнала:

Е_m- амплитуда; ω – частота; t – время распространения; φ – фаза.

Если измеряемый навигационный параметр (НП – угол, скорость, расстояние и т.д.) функционально связан с одним из параметров радиосигнала, то различают следующие виды РТС:

1) амплитудные - НП = f (Е_m);

2) фазовые - НП = f(φ);

3) частотные – НП = f(ω);

4) временные – НП = f(t),

- по виду определяемого навигационного параметра (НП):

1) угломерные;

2) дальномерные;

3) разностно-дальномерные;

4) измерители линейных и угловых скоростей;

5) комбинированные (угломерно-дальномерные),

- по дальности действия:

1) РТС ближней навигации (РСБН с дальностью действия <350…400 км);

2) РТС дальней навигации (РСДН с дальностью действия < 2500…3000км);

3) глобальные,

-по степени автономности:

1) автономные (радионавигационные устройства – РНУ);

2) неавтономные (радионавигационные системы – РНС).

Эксплуатационно-технические характеристики РТС Н и П

Точность - это свойство РТС осуществлять измерение навигационного параметра с погрешностью, не превышающей заданную величину (допуск). Погрешность измерения является количественной мерой точности и представляет отклонение измеренного значения навигационного параметра от его истинного значения.

Погрешности измерения можно классифицировать по следующим признакам:

- по характеру происхождения:

а) методические;

б) аппаратурные или инструментальные;

в) обусловленные помехами;

г) субъективные или ошибки оператора;

- по характеру проявления:

а) систематические;

б) случайные.

Значение систематических погрешностей постоянно или меняется по закону, имеющему детерминированный характер.

Случайные погрешности отличаются тем, что их значение и знак хаотически изменяются от измерения к измерению. Случайные погрешности характеризуются законом распределения, дисперсией, значением средней квадратической погрешности (СКП) и другими параметрами. Чаще всего случайные погрешности подчинены нормальному закону распределения.

Зона действия – это область пространства, в пределах которой обеспечивается получение требуемой навигационной информации.

Рис.1. Зона действия и рабочая область РТС

а) вертикальная плоскость; б) горизонтальная плоскость

Зону действия принято характеризовать максимальной D_max и минимальной D_min дальностью действия (рис.1). Максимальная дальность действия зависит от используемого диапазона радиоволн и условий их распространения (характера земной поверхности, рельефа местности, состояния атмосферы и ионосферы, времени суток, высоты полета и др.), а также от технических характеристик передающих, приемных и антенных устройств РТС.

Максимальная дальность действия РТС метрового и сантиметрового диапазонов вследствие прямолинейности распространения радиоволн чаще всего ограничивается дальностью прямой радиовидимости, для расчета которой может быть использовано следующее выражение:

R_пр [км] = (3,5...4,1).

Минимальная дальность действия определяется высотой полета ВС и формой диаграммы направленности в вертикальной плоскости (рис.1) и может быть определена как –

D_min = H_пол/ tg β_max.

Рабочая область - это объем пространства, в пределах которого погрешность определения места ВС не превышает заданную с определенной вероятностью:

R_po = f (D_max, D_min, σ_нп ).

Надежность - это способность РТС выполнять заданные функции и сохранять эксплуатационные показатели в течение заданного интервала времени.

РТС относятся к классу восстанавливаемых изделий, т.е. в них могут происходить отказы, они устраняются и эксплуатация продолжается далее. Надежность таких изделий принято характеризовать некоторыми количественными показателями:

- среднее время наработки на один отказ

Т₀ = ,

где: - интервал времени межу соседними отказами;

- количество отказов.

- интенсивность или частота отказов ;

- вероятность безотказной работы ≈ 1- t / T₀;

- коэффициент готовности , где - среднее время восстановления;

- вероятность нормального функционирования

В стандартах ИКАО оговариваются требования к надежности РТС навигации и посадки:

Вероятность отказа навигационных средств должна быть Р_{отк нс} ≤ 10^-4 за три часа полета; или одно летное происшествие на 10⁷…10⁸ летных часов по вине навигационных систем.

РТС посадки должны обеспечивать безопасную автоматическую посадку при вероятности летного происшествия не более 10^-7 .

Пропускная способность - это максимальное число ВС, одновременно обслуживаемых данным типом РТС.

Быстродействие - определяется временем, которое затрачивается на получение навигационной информации. Оно должно быть не более 1мин для дозвуковых ВС и не более 3…7 с для сверхзвуковых.

Помехоустойчивость - это способность РТС выполнять свои функции в условиях естественных и искусственных помех.

Эффективность - показатель полноты решения поставленных перед РТС задач с учетом целевого назначения системы и условий ее работы.

Масса и габариты.

К техническим характеристикам относятся:

- диапазон рабочих частот;

- мощность излучаемых сигналов;

- чувствительность приемного устройства;

- характеристика антенн (форма диаграммы направленности, коэффициент усиления, КНД и др.);

- метод обзора пространства;

- тип оконечного устройства отображения информации;

- потребляемая мощность и др.