Бортовые вычислительные комплексы / курсач / Пособие / 6. Авионика. Краткий конспект

51. Система предупреждения столкновений «Эшелон»

Принцип действия СПС «Эшелон» предусматривает разделение воздушного пространства Рис. 7.10 вокруг защищаемого ВС (ЗВС) на совысотную зону СВЗ, внешние границы которой проходят на высотах ±160 м, и две зоны предупреждения – верхнюю ВЗП и нижнюю НЗП, занимающие высоты от ±160 до ±660 м, относительно защищаемого ВС. Логика системы построена таким образом, что на запросы защищаемого ВС отвечают только те ВС, которые находятся в пределах данных зон воздушного пространства.

СПС «Эшелон» представляет собой асинхронную с вычислением текущего значения критериального параметра. Расстояние определяется активным импульсным методом («запрос» - «ответ»), а скорость по приращению расстояния за период следования сигналов запроса.

На ВС, принявших сигнал запроса, формируется сигнал ответа.

По измерениям дальности и скорости на защищаемом ВС вычисляются текущие значения критериального параметра, которое сравнивается с первым критериальным значением 40 с, когда должно быть формирование взаимно-координированных маневров по уклонению от столкновения и второго значения 30 с, когда наступает момент начала маневра. В первом случае на табло индикатора пилота загорается сигнал, запрещающий горизонтальные маневры, а в сигнал запроса включается информация о степенях свободы ВС при возможном выполнении маневра: вверх (свободна ВЗП), вниз (свободна НЗП), вверх

– вниз (свободна ВЗП и НЗП) и прямо (обе зоны предупреждения заняты). На такой запрос ВС, которому грозит возможность столкновения, отвечает сигналом, в состав которого включается рекомендация защищаемому ВС на выполнение одного из 3-х маневров: вверх, вниз или прямо, которые отображаются на индикаторе пилота. Во втором случае при достижении значения 30 с на индикатор пилота выдается команда на выполнение маневра. При достижении безопасного разделения ВС по высоте команды не передаются, а в сигналах запроса перестают передаваться данные о степени свободы.

Структурная схема СПС «Эшелон показана на рис. 7.11 Аппаратура СПС «Эшелон» состоит из антенной системы приемо-

передающего устройства, измерительно-логического блока и пульта индикатора. СПС связана с СВС, с бортовым ответчиком УВД для передачи в наземные центры УВД о конфликтной ситуации, с переговорным устройством.

Антенная система имеет две идентичные антенны – верхнюю и нижнюю, принимающие сигналы на частотах 1597,5 и 1602,5 МГц. Комму-

121

тация антенн на режим «прием – передача» осуществляется антенным переключателем.

Приемо-передающее устройство двухканальное и состоит из приемного и передающего трактов. Каждый канал передающего тракта имеет кварцевый задающий генератор (ЗГ), умножитель частоты (УЧ), усилитель мощности (УМ) и модулятор (М). Излучаемая мощность 40 Вт. Каждый канал приемного тракта выполнен с двойным преобразованием частоты и предварительным усилением по частоте. Чувствительность приемного тракта не хуже 110 дБ/Вт

ИЛБ - измерительно-логический блок; А - антенна; АП - антенные переключатели; ПРД - передатчики; ПРМ - приемники; УЧ - умножители частоты; УМ - усилители мощности; Ген - генераторы; М - модуляторы; КУ - кодирующее устройство; УУ - управляющее устройство; УЧР - усилители радиочастоты; См - смесители; Д - детекторы; УСВ - устройство сравнения высоты; Гет - гетеродины; СН - сумматор-нормирователь; ДкУ - декодирующее устройство; УВР - устройство выработки рекомендаций; ФСО - фильтр синхронных ответов; Сх - синхронизатор; ВУ - вычислительное устройство; УСт - устройство стробирования; УВК - устройство выработки команд; УВСС - устройство выработки степеней свободы; ПИ - пульт-индикатор.

Измерительно-логический блок вырабатывает группы импульсов, которые управляют модуляторами передатчиков, кодирует передаваемые и декодирует принимаемые сигналы, логически обрабатывает их, вырабатывает рекомендации и команды для устранения конфликтной ситуации.

122

52. Радиосистема дальней навигации «Loran-C» (назначение, требования ЕНЛГС, типы, выполняемые функции).

Требования ЕНЛГС к радиотехническому оборудованию дальней навигации.

8.3.4.10.Радиотехническое оборудование дальней навигации совместно с другим оборудованием должно обеспечивать в зоне действия наземных радиомаяков:

- определение местоположения самолета с точностью, необходимой для самолетовождения по установленным воздушным коридорам; - выдачу информации о местоположении самолета и об отказах для

визуальной индикации экипажу и в виде электрических сигналов в другое бортовое оборудование, если эти сигналы используются.

8.3.4.11.Радиотехническое оборудование спутниковой навигации совместно с другим оборудованием должно обеспечивать:

- определение географических координат самолета с точностью, необходимой для самолетовождения по установленным воздушным коридорам; - выдачу информации о географических координатах и об отказах для

визуальной индикации экипажу и в виде электрических сигналов в другое бортовое оборудование, если эти сигналы используются.

123

53. РСДН «Omega» (назначение, состав, выполняемые функции, технические характеристики).

Принцип действия РСДН Omega при определении разности дальностей до опорных станций и бортовое оборудование системы показан на рис.

Структурная схема бортового оборудования системы Omega;

АБ - антенный блок; АУ - антенные усилители; КС - контрольный сигнал; БПВ - блок приемовычислителя; АМ - антенная матрица; ПУТ - приемо-усилительный тракт; БИ - блок измерений; ЭГ - эталонный генератор; БП - блок памяти; УВВ - устройство ввода-вывода; БИУ - блок индикации и управления.

Принимаемые от опорной станции ОС-1 сигнал основней частоты f0 = 10,2 кГц имеет вид:

u1=Um1 cos ω0(t – tD1) = Um1 cosφ1, где Um - амплитуда

ω0 = 2πf0 – круговая частота, tD1 = D1/c – время прохождения сигналом расстояния от ОС1 до ВС, φ1 – фаза сигнала.

Опорный сигнал поступает от Эталонного генератора с частотой f0: u0 = Um0 cos(ω0t+φ0) = Um0cosφГ, где Um0 – амплитуда опорного сигнала, а φ0 – начальная фаза, обусловленная нестабильностью ЭГ (начальные фазы опорных станций считаются равными нулю). В блоке измерений определяется разность фаз

φр1 = φг – φ1 = ω0tD1 + φ1, в котором заключена информация о расстоянии D1

124

54. РСДН А-723 (назначение, состав, выполняемые функции, технические характеристики)

Изделие А-723 предназначено для определения места самолета в любое время суток при работе в зонах действия фазовых РНС «Омега» и

Е-712.

Технические характеристики:

-минимальный сигнал на входе антенны – 5 мкВ/м:

-динамический диапазон - +65 дБ;

-время готовности изделия к работе с учетом прогрева опорного генератора при температуре окружающей среды не ниже -15ºС не более 15 мин.

-среднее время получения первого отсчета координат местоположения (φ, λ) после подготовки изделия к работе, при воздействии флюктуационных помех с соотношением сигнал/шум (по среднеквадратичным значениям в полосе 1 кГц не более 5 мин.

-среднеквадратичное значение инструментальной ошибки определения координат местоположения самолета (φ, λ) (без учета погрешности в значениях поправок на распространение радиоволн), пересчитанное для любой точки рабочей зоны в эквивалентные ошибки определения радионавигационного параметра в отсутствии внешних помех, не более 300 м; Примечание. 1. При воздействии всех дестабилизирующих факторов

погрешность через 80 мин полета может достигать 4 км, а затем может увеличиваться до 21 км ( особенно при полете с сумерках, когда точность РНС ―Omega‖ самая низкая.

2. В случае использования сигналов бортового эталона времени и частоты, достаточно принять сигналы двух станций для определения местоположения самолета.

-количество ППМ, вводимых в запоминающее устройство, вычислительного устройства, включая собственное местоположение – 9;

-средняя наработка на отказ, не менее 2000 ч.;

-время непрерывной работы, не менее 24 ч.;

-рабочий диапазон температур - ±60º С;

-влажность воздуха 98% при температуре +35ºС.

Состав изделия, масса и габариты составных частей:

А-723-1 – рамочные антенны -2 шт. (габаритные размеры - 29х165х280, масса -1,7 кг), действующая высота рамочной антенны h = 43 mm; А-723-2 – блок обработки данных (масса 3,6 кг);

А723-4 – датчик ФРНС (194х57х385, 3,5 кг);

А-723-7 – пульт управления и индикации (144х146х130, 2,1 кг);

125

А-723-9 – монтажная рама (191,5х150х445, 3,3 кг);

А-723-10 – блок опорного генератора «Геоцинт-М» (108х60х44, 1,2 кг). В состав изделия могут дополнительно входить: рамочные усилители, блок защиты питания и блок вентилятора.

Программы, хранящиеся в ПЗУ, реализуют следующие задачи:

-синхронизацию внутренней временной диаграммы с диаграммой излучаемой ФРНС;

-коммутацию рамочных антенн;

-фильтрацию измеряемых разностей фаз, обеспечивая развязку между внутренними опорными сигналами и сигналами, излучаемыми РНС;

-оценку соотношения сигнал/шум и оптимизацию фильтрации сигналов РНС;

-устранение многозначности фазовых отсчетов;

-вычисление географических координат самолета;

-вычисление ортодромических координат и навигационных параметров относительно ППМ;

-обеспечение связей с инерциальной системой или с инерциальной курсовертикалью и с системой воздушных сигналов.

Схема электрическая общая изделия А-723 показана на рис.

РСДН А-723 или «Квиток-2» установлена на многих самолетах военной и гражданской авиации и используется в качестве навигационного корректора при полетах через океан и над безориентирной местностью, где отсутствуют радиотехнические системы ближней навигации и зона действия РСДН «Тропик-2», Е-711 и Loran-A, Loran-C не перекрывает пролетаемое пространство.

Рис. Схема электрическая общая изделия А-723

126

55. Спутниковые навигационные системы (назначение, требования ЕНЛГС, типы, выполняемые функции).

Спутниковые навигационные системы (СНС) относятся к классу многопозиционных РНС и предназначены для определения пространственного место положения и вектора скорости потребителей в пределах всей (или большей части) поверхности Земли (глобальные системы). Возможны также региональные СНС, обслуживающие ограниченные территории. Для авиационных целей представляют интерес СНС второго поколения, обеспечивающие непрерывное и практически мгновенное определение ПМЛА. Для СНС второго поколения выделены частоты 960 ... 1215 и 1535 ... 1660 МГц, а также резервные диапазоны

4200 ... 4400, 5000 ... 5250 и 15400 … 15700 МГц.

Основа СНС – сеть («созвездие») навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), выполняющих функцию опорных РНТ, относительно которых измеряются НП. Конфигурация созвездия и число НИСЗ выбираются из условий получения требуемой зоны действия СНС, избыточного числа видимых спутников в точке приема (для выбора подходящего по геометрическому фактору рабочего созвездия), удобства управления системой и наименьшего влияния возмущающих движение спутников факторов. Высоты орбит наиболее известных СНС около 20000 км (период обращения спутника 12 ч). Для описания созвездий используют запись А × В × С, где А, В и С – число орбит, количество спутников на каждой орбите и период обращения спутника соответственно. Спутники служат источником навигационных сигналов и служебной информации. В некоторых системах НИСЗ используются в качестве ретрансляторов навигационных сигналов. Для снабжения спутников служебной информацией, контроля параметров орбит, состояния аппаратуры НИСЗ и управления системой предусматриваются наземные командно-измерительные комплексы (КИК). Местоположение потребителя определяется, как правило, его собственной аппаратурой, процессор которой позволяет в ряде СНС найти не только ПМЛА, но и скорость потребителя; а также определить точное время.

Навигационные параметры СНС – обычно квазидальность и квазискорость, так как результаты их измерения включают неизвестный сдвиг ∆T шкалы времени потребителя относительно системного времени. Для определения НП требуется элементарное созвездие из четырех спутников, которое является основным рабочим звеном большинства СНС второго поколения.

Типы СНС (Navstar, Navsat, Geostar, Granas) отличаются конфигураци-

ей созвездий, местом определения координат спутников, местом фор-

127

мирования навигационного сигнала, режимом работы АП (пассивный или активный в зависимости от отсутствия или наличия передатчика) и способом разделения сигналов НИСЗ. Системы второго поколения находятся на этапе разработки или ввода в эксплуатацию.

Система Navstar — разрабатывается в интересах Министерства обороны США. Предусматривается возможность использования системы гражданскими потребителями. Созвездие НИСЗ кроме 18 основных, включает три резервных спутника. Фазы спутников в соседних орбитальных плоскостях отличаются на 40°. Каждый НИСЗ будет проходить над одной и той же точкой земной поверхности один раз в звездные сутки (23 ч 55 мин 56,6 с). Сигналы НИСЗ отличаются видом кодирования с целью опознавания спутников и содержанием служебной информации. Работа всех НИСЗ с высокой точностью синхронизирована с системой единого времени.

Система «Глонасс» (глобальная навигационная спутниковая система) — отечественная СНС, основанная на принципах, близких к используемым в системе Navstar.

Система Navsat разрабатывается Европейским управлением космических исследовании для гражданской авиации стран ЕЭС. Главные особенности системы - специфическая конфигурация созвездия НИСЗ, использование спутников в качестве ретрансляторов навигационных сигналов, формируемых КИК, и применение разделения сигналов спутников во времени. Созвездие НИСЗ состоит из 12 спутников на шести эллиптических орбитах (две группы по три орбиты) с апогеем 39 105 км (над рабочей областью) и перигеем 1250 км. Рабочими считаются высоты спутников, превышающие 10 635 км. Кроме того, предполагается использовать шесть геостационарных спутников (высота орбиты 39 876 км), выполняющих одновременно функции спутников связи.

Система Geostar — peгиональная CHC, предложенная одноименной фирмой для гражданских потребителей США. В системе предполагается использовать дифференциальный режим и принцип «запросответ».

Система Granas проектируется фирмой Lorenz (ФРГ) для гражданских целей. Система предусматривает измерение координат НИСЗ на самом спутнике и работает по принципу «запрос-ответ» с временным разделением сигналов.

128

56. Бортовое оборудование СНС Navstar (GPS) (назначение, состав, выполняемые функции, технические характеристики).

Система Navstar - разрабатывается в интересах Министерства обороны США. Предусматривается возможность использования системы гражданскими потребителями.

Созвездие НИСЗ (рис. 4.2), кроме 18 основных, включает три резервных спутника.

Фазы спутников в соседних орбитальных плоскостях отличаются на 40°. Каждый НИСЗ будет проходить над одной и той же точкой земной поверхности один раз в звездные сутки (23 ч 55 мин 56,6 с). Сигналы НИСЗ отличаются видом кодирования с целью опознавания спутников

129

и содержанием служебной информации. Работа всех НИСЗ с высокой точностью синхронизирована с системой единого времени. Командноизмерительный комплекс (рис. 4.2) предназначен для определения орбит НИСЗ; измерения расхождения шкал времени НИСЗ с системным временем; предсказания эфемерид каждого НИСЗ и ухода бортового времени; формирования массива служебной информации и загрузки его в память соответствующего спутника; телеметрического контроля работы систем спутников и диагностики их состояния, а также для управления работой бортовых систем спутников. В состав КИК входят координационно-вычислительный центр КВЦ, командноизмерительная станция КИС, несколько станций слежения за спутниками ССС и станции загрузки служебной информации СЗСИ.

Общие характеристики СНС Navstar

Тип созвездия (число орбит, количество спутников на каждой орбите,

130