И. Ф. КОВАЛЬЧУК

Радионавигационное

оборудование

самолетов

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1991

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное учебное пособие предназначено для курсантов авиационных технических училищ гражданской авиации специальностей 2309 ("Техническая эксплуатация радиооборудования самолетов") и 1809-02 ("Техническая эксплуатация авиационного и электрооборудо­вания", специализация Б - "Техническая эксплуатация базовых навигационных комплексов").

Согласно квалификационному справочнику выпускник авиационного технического училища гражданской авиации специальностей 2309 и 1809-02 должен:

• знать принципы работы аппаратуры, физические процессы, происходящие в ней, основные технические характеристики, функциональ­ные схемы изделий и принципиальные схемы отдельных узлов, конт­рольно-проверочную аппаратуру;

• уметь анализировать работу радиооборудования, проверить ее работоспособность;

• иметь представление о наземном оборудовании, основных руководящих документах, регламентирующих техническое обслуживание.

С учетом этого и построена книга.

В гл. 1 рассмотрены общие вопросы радионавигационного обеспечения воздушных судов, основные определения и понятия их навига­ции и радионавигации. В гл. 2 рассмотрены автоматические радиоком­пасы и АРК-15М, в гл. 3 - бортовая посадочно-навигационная аппара­тура "Курс МП-70", в гл. 4 - радиовысотомер РВ-5М и в гл. 5 - борто­вая аппаратура радиотехнической системы ближней навигации "Веер-М".

Такое построение вызвано попыткой упростить восприятие материала. При описании каждого изделия рассматривается его назначе­ние, структурная схема, функциональная и отдельные схемы узлов, связи с другими изделиями и системами, общие сведения о техничес­ком обслуживании. При изучении конкретного изделия рекомендует­ся вначале изучить структурную схему изделия, решаемые задачи, а затем приступить к изучению функциональной схемы.

Следует отметить, что в пособии отдельные названия каскадов и устройств приведены в соответствие с названиями, принятыми в Руководстве по технической эксплуатации отдельных изделий радиооборудования воздушных судов, например "усилитель высокой частоты" вместо "усилитель радиочастоты", "усилитель низкой частоты" вместо "усилитель звуковой частоты".

Глава 1. Радионавигационное обеспечение полетов воздушных судов

1.1. Общие сведения о радионавигационных устройствах и системах

Задачи и средства навигации

Навигация - это наука о методах и средствах, обеспечивающих вождение подвижных объектов из одной точки пространства в другую по траекториям, которые обусловлены характером задачи и условия­ми ее выполнения.

Первоначально под словом "навигация" (латинское "navigatio" от "navigo" - плыву на судне) подразумевались лишь способы вождения морских кораблей. В настоящее время этот термин распространился и на науку о вождении таких объектов, как подводные лодки, самоле­ты, вертолеты, космические корабли и т. д.

В связи с особенностями вождения морских, воздушных и космических объектов выделились направления: морская, авиационная (воздушная) и космическая навигации.

Авиационная (воздушная) навигация - это раздел навигации, в котором рассматривается вождение воздушных судов (ВС) типа самолетов и вертолетов из одной точки земной поверхности в другую по определенным пространственно-временным траекториям.

Основная задача авиационной навигации заключается в безопасном и в то же время экономичном по затратам времени и топлива выводе ВС в заданную точку в определенный момент с установленной точностью.

Процесс навигации (самолетовождения) ВС состоит из ряда навигационных задач:

• точного выполнения полета по установленной трассе (маршруту) на заданной высоте с выдерживанием такого режима полета, который обеспечивает выполнение задания;

• определения навигационных элементов, необходимых для выпол­нения полета по установленному маршруту или поставленной спе­циальной задачи (фотографирование, сбрасывание груза и др.);

• обеспечения прибытия ВС в район, пункт или аэродром назначения в заданное время и выполнения безопасной посадки;

• обеспечения безопасности полета.

Решение основной задачи авиационной навигации предполагает определение некоторых геометрических величин, характеризующих положение ВС в пространстве и направление его движения, т. е. навигационных элементов полета.

Навигационными элементами полета называют геометрические и механические скалярные величины, характеризующие местоположение ВС и вектор его скорости в заданный момент.

Полеты ВС гражданской авиации производятся по правилам, установленным для воздушного пространства данной страны. Несмотря на разнообразие этих правил, им присущи общие черты, обуслов­ленные требованиями безопасности воздушного движения. Общим является выделение для полетов воздушных коридоров и трасс и контроль воздушного движения специальными службами управления воздушным движением (УВД). Движение ВС по воздушным коридорам и трассам должно осуществляться таким образом, чтобы вероятность опасного сближения ВС в воздухе была бы пренебрежимо мала.

Опасным сближением при полетах на воздушных трассах и в зоне подхода к аэродрому считается схождение ВС на одной высоте на расстояние менее 10 км, а в зоне взлета и посадки - на расстояние менее 5 км или схождение ВС в вертикальной плоскости на интервал, меньший установленного правилами.

Для предотвращения возможных конфликтных ситуаций вокруг каждого ВС в воздухе должно быть некоторое защитное пространство (рис. 1.1), в пределах которого нахождение другого ВС не допускается. Размеры (табл. 1.1) этого пространства определяются наличием и степенью совершенства наземных и бортовых средств контроля и определения местоположения ВС в пространстве, а также другими факторами.

Ч тобы уложиться в указанные нормы, экипаж ВС или система автоматического управления (САУ) полетом должны получать информацию о местоположении ВС с достаточной точностью. Основным источником такой информации являются бортовые навигационные технические средства, которые называют навигационными устройства­ми и системами.

В зависимости от физических принципов действия технические средства навигации разделяют на пять основных групп.

1. Геотехнические средства (навигационно-пилотажные при­боры), принцип которых основан на

Рис. 1.1. Защитное пространство ВС

использовании различных фи­зических свойств Земли и ее атмосферы. К этой группе относятся магнитные компасы, барометрические высотомеры, указатели воздушной скорости, термометры, гиромагнитные и гироиндукционные компасы, курсо­вые системы и др.

		Размеры
Район (зона)	Радиус, км	Минимальная	Максимальная высота,
		высота, м	м
Зона взлета и посадки Район аэродрома	25...30 70...150	Уровень Земли 1500	1200 4500...6000
Район диспетчерской службы (РДС)	300...800	1500	12 000

Продолжение табл. 1.1

Нормы эшелонирования			Расчетные допустимые погрешности отклонения
бокового Zэ, км	продольного Хэ,мин	вертикального Уэ,м	бокового, км	продольного, км	вертикаль­ного, м
0,5 28 28	5 10 5...30	300 300 300...50	- 9,3 9,3	25 50 50...75	50...100 50...100 100...200

Таблица 1.1. Параметры, характеризующие навигационную обстановку

2. Светотехнические средства, принцип работы которых основан на использовании бортовых и наземных источников света. К ним относят­ся светомаяки, прожекторы, огни посадочных систем, пиротехничес­кие средства (дымовые шашки, ракеты) и др.

3. Астрономические средства, основанные на использовании закономерного взаимоположения Земли и небесных светил. К этой группе относятся астрономические компасы, авиационные секстанты и астрономические ориентиры.

4. Инерциальные средства, основанные на измерении ускорений ВС, вызванных силами тяги двигателей, подъемной силой, силами сопротивления и ветра.

5. Радиотехнические средства, принцип работы которых основан на использовании основных свойств электромагнитных колебаний (радиоволн): постоянство скорости распространения (с  3-10⁸ м/с) и распространение по кратчайшему расстоянию между точками излучения и приема колебаний.

Радионавигационными средствами обеспечения полета называют совокупность наземных и бортовых устройств, обеспечивающих решение основной задачи навигации и основанных на радиотехнических принципах.

Радионавигацией называют раздел воздушной навигации, в котором рассматривают вопросы теории и практического использования радиотехнических средств в целях вождения ВС по заданным траекториям в назначенные сроки.

Радионавигационные средства состоят из радионавигационных устройств и систем.

Радионавигационным устройством (РНУ) называют наземную и бортовую (или только бортовую) аппаратуру, предназначенную для определения одного навигационного параметра (например, радиовысотомер, радиокомпас и т. д.).

Навигационным параметром называют геометрическую величину или ее производную, которая совпадает с навигационным элементом (например, при измерении расстояния) или связана с ним достаточно простыми соотношениями (например, при измерении разности расстояний до двух опорных пунктов).

Радионавигационной системой (РНС) называют совокупность РНУ и других приборов, функционально связанных между собой и предназ­наченных для решения частных навигационных задач (определение местоположения ВС, посадка и т. д.). К ним относятся радиотехнические системы ближней навигации, системы посадки и навигации и др.

Классификация радионавигационных средств обеспечения полетов

Классификационными признаками радионавигационных средств являются степень автономности, вид определяемого навигационного параметра, вид информативного параметра радиосигнала, назначение радионавигационных средств и степень использования внешней информации.

Степень автономности. По степени автономности различают автономные и неавтономные РНУ.

Автономные бортовые РНУ определяют параметры с помощью только бортовой аппаратуры ВС и не нуждаются в радиолинии, связывающей эту аппаратуру с наземными или подвижными радиостанция­ми. В таких устройствах реализуются радиолокационные принципы, т. е. навигационные параметры определяются по отраженному от земной поверхности сигналу (радиовысотомеры, доплеровские измерители скорости, метеонавигационные радиолокаторы).

Неавтономные РНУ имеют в своем составе как бортовую аппаратуру ВС, так и связанную с ней радиолинией аппаратуру, размещенную на Земле, на искусственных спутниках Земли или других ВС. К не­автономным РНУ относятся радионавигационные устройства ближней и дальней навигации и посадки.

Вид определяемого навигационного параметра. По виду определяемого навигационного параметра радионавигационные средства можно разделить на угломерные, дальномерные, разностно дальномерные и комбинированные.

Угломерные радионавигационные средства определяют навигационный параметр, представляющий собой угол в горизонтальной или вертикальной плоскостях. Применяют радиомаячные и радиопеленгационные РНУ.

Радиомаячными устройствами называют устройства, в состав которых входит радиомаяк, формирующий электромагнитное поле, параметры которого зависят от угловых координат точки приема. К ним относят угломерные РНУ систем посадки ВС, угломерные каналы и каналы посадки аппаратуры ближней навигации.

Радиопеленгационными устройствами (радиопеленгование -определение направления на источник излучения с помощью радиотехнических средств) называют устройства, которые позволяют опре­делять угловые координаты источника излучения электромагнитных колебаний путем измерения направления приема этих колебаний. К ним относят бортовые автоматические радиокомпасы (АРК) и наземные радиопеленгаторы.

Д альномерные РНУ позволяют определить расстояние от ВС до источника электромагнитных колебаний или до земной поверхности с применением методов активной и пассивной радиолокации. К ним относят радиодальномеры систем ближней навигации, радиовысотомеры.

Разностно-дальномерные РНУ определяют разность расстояний Д_р = Д₁- Д₂, где Д₁- Д₂ - расстояния ВС от двух точек, в которых расположены передающие радиостанции (рис. 1.2). Такие РНУ получили при­менение в системах дальней навигации.

Рис. 1.2. Линии положения разностно-дальномерного РНУ

Комбинированные радионавигационные средства обеспечивают возможность измерения с помощью одного радиоканала нескольких навигационных параметров или позволяют измерить один и тот же навигационный параметр несколькими методами, что позволяет повысить точность и надежность полученного результата. К ним относят доплеровские измерители скорости и угла сноса.

Вид информативного параметра. Источником информации в РНУ является электромагнитное поле, напряженность которого опреде­ляется выражением

где Е_т — амплитуда напряженности электрического поля; ω - круговая частота; t — время; φ — фазовый сдвиг.

В зависимости от того, какой из параметров поля связан с изменением навигационного параметра и непосредственно используется для его измерения, радионавигационные системы и устройства делят на амплитудные, частотные, временные, фазовые.

Амплитудные РНУ - устройства, в которых навигационный пара метр определяется по результатам измерения амплитуды сигнала или другого параметра, связанного с амплитудой, например коэффи­циента амплитудой модуляции.

Частотные РНУ - устройства, в которых навигационный параметр определяется по результатам измерений частоты сигнала.

Временные РНУ - устройства, в которых навигационный пара­метр определяется по результатам измерения времени запаздывания

сигнала, который имеет импульсный характер. Поэтому такие устройства называют импульсными.

Фазовые РНУ - устройства, в которых навигационный параметр определяется по результатам измерения фазового сдвига сигнала.

Назначение радионавигационных средств. По назначению различают радионавигационные средства дальней, ближней навигации, предупреждения столкновений ВС и посадки.

Радиосистемы дальней навигации обеспечивают определение местоположения ВС на расстояниях до 1500 км и более. Они строятся на основе дальномерных и разностно-дальномерных временных и фазовых РНУ.

Радиосистемы ближней навигации (РСБН) обеспечивают определение местоположения ВС на расстояниях 400...700 км. Они строятся на основе угломерных и дальномерных РНУ с применением амплитуд­ных, временных и фазовых РНУ.

Радиосистемы посадки обеспечивают определение отклонений ВС от заданной траектории на заключительном этапе полета. Они строятся на основе угломерных и дальномерных РНУ.

Степень использования внешней информации. По степени исполь­зования внешней информации различают комплексные и некомплекс­ные навигационные системы.

Комплексные навигационные системы определяют навигационные параметры путем совместной обработки информации, выдаваемой двумя или несколькими различными по принципу устройствами. При этом информация, выдаваемая одним устройством, может считаться внешней по отношению к другим устройствам (например, бортовая аппаратура радиотехнической системы ближней навигации, навигационные вычислители и др.).

Некомплексные системы при определении навигационных параметров не используют внешней информации. К ним относят радионави­гационные средства, в которых навигационные параметры опреде­ляются только по результатам измерения информативных параметров радиосигналов.

Основные параметры радионавигационных средств обеспечения полетов

Возможность использования радионавигационных средств для решения задач навигации ВС принято оценивать тактическими и техническими параметрами радионавигационных устройств и систем.

Тактические параметры представляют собой совокупность показа­телей назначения, характеризующих возможности РНУ и РНС. Общими для большинства РНУ и РНС тактическими параметрами являются: точность, рабочая зона (область) и дальность действия, пропускная способность, быстродействие, надежность, помехоустойчивость, уровень автоматизации, эксплуатационная эффективность, масса и объем бортового оборудования.

Точность отражает близость результатов измерений к истинному значению измеряемой величины. Наиболее важной характеристикой точности РНУ и РНС является погрешность определения местоположения ВС.

Рабочая область - объем пространства, в пределах которого погрешность определения местоположения ВС не превышает заданную.

Дальность действия - максимальное расстояние в пределах рабочей зоны (области).

Пропускная способность определяется как максимальное число ВС, одновременно обслуживаемых данными устройствами и система­ми.

Быстродействие определяется временем, которое затрачивается на получение навигационной информации. На дозвуковых ВС время, затрачиваемое на определение местоположения ВС, не должно превышать 1 мин при интервале между измерениями не более 10 мин.

Надежность характеризует свойство радионавигационных систем и устройств сохранять тактические параметры (в первую очередь точность) в заданных пределах при определенных условиях эксплуатации. В качестве показателей надежности используют вероятность и среднее время безотказной работы. Первый из этих параметров харак­теризует вероятность того, что данное РНУ и РНС в течение заданного времени сохранит свои показатели в пределах допусков. Среднее время безотказной работы есть статистическая характеристика време­ни между отказами устройства или системы.

Помехоустойчивосгь характеризует возможность радионавигационных устройств и систем работы в условиях радиопомех и характеризуется отношением сигнал-помеха (обычно по напряжению), при котором погрешность навигационного параметра не превышает выбран­ного значения.

Уровень автоматизации определяет загрузку экипажа навигационными расчетами и пилотированием ВС и зависит от методов обработки информации в системах, входящих в состав навигационнопосадочного комплекса. В зависимости от уровня автоматизации различают комбинированные, командные и автоматические комплексы. В комби­нированных комплексах частично автоматизированы процессы обработки информации от нескольких датчиков (РНУ) и в них не вырабатываются команды по управлению ВС.

Командными, или полуавтоматическими, называют комплексы, в которых автоматизированы процессы обработки, обобщения и сравнения информации. Они предназначены для получения командных (директорных) сигналов, необходимых для вывода ВС на заданную траекторию. Автоматические комплексы обеспечивают полностью автоматический полет и посадку ВС.

Эксплуатационная эффективность характеризуется средними затратами времени на настройку, регулировку и обслуживание РНУ и РИС по сравнению с временем использования их по назначению.

Масса и габаритные размеры бортовых радионавигационных устройств систем являются параметрами, определяющими рентабельность ВС.

Технические параметры представляют совокупность величин, характеризующих технические средства, необходимые для получения тактических параметров. К числу технических параметров относятся: величина и стабильность несущей частоты, вид и параметры модуляции излучаемых (принимаемых) колебаний, диаграммы направлен­ности антенн, мощность передатчика, чувствительность приемника, надежность аппаратуры и др.