книги / Физические основы получения информации

налов, пропорциональных угловым отклонениям самолета отно­ сительно линии курса (оси взлетно-посадочной полосы).

Курсовой радиомаяк располагается на расстоянии 650-100 м от конца ВПП, на ее оси. Антеннами курсового ра­ диомаяка (КРМ) формируется в горизонтальной плоскости трехлепестковая диаграмма направленности (рис. 3.31).

Рис. 3.31. Диаграммы направленности КРМ

Лепестки / и 2 расположены симметрично относительно курса посадки. Излучение в лепестке 3 можно считать нена­ правленным (при малых углах 0К).

Все антенны КРМ излучают электромагнитные колебания, имеющие одинаковую несущую частоту. Благодаря этому уп­ рощается бортовая часть системы, так как для приема достаточ­ но одной антенны.

В лепестках 7 и 2 излучаются балансно-модулированные колебания с амплитудами напряженности поля £, и Е2 . Частота модуляции FMу них одна и та же, например 60 Гц, однако фазы высокочастотных колебаний лепестков 1 и 2 отличаются на 180° Этому фазовому сдвигу соответствуют знаки «+» и «-», которыми помечены лепестки диаграммы направленности на рис. 3.32.

Фазы колебаний напряженностей £, и Еъ в нечетные полупериоды модуляции совпадают. Поле с амплитудой напря­ женности £ 3 излучается в лепестке 3.

61

Рис. 3.32. Структурная схема КРМ Допустим пока, что колебания Еъ не модулированы.

В курсовой части системы посадки используется метод мини­ мума глубины амплитудной модуляции.

При полете самолета точно по курсу на антенну самолет­ ного приемника действует только поле Е3 лепестка 3.

При появлении рассогласования по курсу 0К на антенну, кроме поля Е3, действует поле одного из боковых лепестков, например лепестка 1. Амплитуда напряженности поля Е] про­ порциональна вектору ОАх, а следовательно, зависит от угла рассогласования.

Суммарное поле Епр = Е Х+ Е3, радиомаяк и бортовой при­

емник канала имеют одинаковую амплитудную модуляцию. Частота этой модуляции определяется частотой балансной мо­ дуляции, т.е. генератором, находящимся на радиомаяке. Глуби­ на модуляции зависит от амплитуды поля бокового лепестка, т.е. от угла рассогласования 0К.

Фаза модуляции принимает два фиксированных значения: О и 180° в зависимости от знака угла 0К.

Таким образом, параметры модуляции сигнала на выходе приемника связаны с углом рассогласования так же, как и в АРК. Поэтому для обработки принятого сигнала применимы те же средства, которые используются в АРК. Однако здесь задача

62

усложняется тем, что опорное напряжение надо передавать с маяка, где модулируется излучаемый сигнал.

Для передачи опорного напряжения используется излуче­ ние лепестка 3. Это напряжение передается с помощью частот­ ной модуляции, что облегчает отделение его от сигнала, несу­ щего информацию об угле 0К.

Непосредственная модуляция несущей частоты в лепест­ ке 3 недопустима, так как при этом нарушаются фазовые соот­ ношения между несущими сигналов боковых лепестков и лепе­ стка 3 и сложение сигналов, подобное рассмотренному, становится невозможным. Поэтому здесь используются вспо­ могательные колебания частоты 10 кГц, которыми модулирует­ ся по амплитуде сигнал лепестка 3. Сами же колебания частоты 10 кГц модулируются по частоте опорным напряжением, по­ этому их называют поднесущими колебаниями.

Упрощенная блок-схема самолетного курсового приемни­ ка приведена на рис. 3.33.

Рис. 3.33. Блок-схема радиоприемника канала курса

После усиления и детектирования сигналы разделяются фильтрами (Ф, и Ф 2). Ф, настроен на частоту FM(60 Гц) и вы­ деляет сигнал, несущий информацию об угле рассогласования 0К, а фильтр Ф 2- на частоту 10 кГц и выделяет частотно-

модулированную поднесущую.

В частотном детекторе (ЧД) из поднесущей выделяется опорное напряжение, которое поступает на фазовый детектор (ФД). Величина напряжения, подаваемого с ФД, зависит от глу­ бины модуляции сигнала на входе приемника, т.е. от угла 0К, а

полярность - от знака угла 0К.

63

Временные диаграммы сигналов канала курса показаны на

рис. 3.34.

чм 10 кГц

WAM3

ф Щ ф $ ф ф ' <

*ПРМ

*Ф, 60 Гц

10кГц

Рис. 3.34. Диаграммы напряжений сигналов курсового канала

Напряжение мФД с фазового детектора подается на плано­

вый навигационный прибор (ПНП) с нулем в центре шкалы.

3.5.3. М аркерный капал системы посадки (канал дальности)

Маркерный канал системы посадки предназначен для дис­ кретного определения дальности полета до взлетно-посадочной полосы.

64

При приближении самолета к взлетно-посадочной полосе он пролетает над наземными радиомаяками. В момент пролета самолета над маркерным радиомаяком (МРМ) его сигналы при­ нимаются бортовым маркерным супергетеродинным радиопри­ емником. По сигналу приемника маркерного канала экипаж са­ молета получает информацию о дальности полета до ВПП.

Маркерные радиомаяки представляют собой передающие устройства, работающие на фиксированной несущей частоте и имеющие конусообразную диаграмму направленности в верти­ кальной плоскости. Высокочастотные колебания, излучаемые передающим устройством радиомаяка, представляют собой тонапьно модулированные колебания, которые, в свою очередь, манипулируются соответствующим образом. Функциональная схема радиомаяка показана на рис. 3.35.

Рис. 3.35. Функциональная схема МРМ

Антенной МРМ служит горизонтальный вибратор, при­ поднятый над землей на высоту, меньшую полуволны. Почва играет роль отражающего экрана и поэтому влияет на формиро­ вание характеристики направленности.

Чтобы исключить влияние электрических свойств почвы на характеристику диаграммы направленности, излучающий вибратор размещают над металлической экранирующей сеткой, расположенной у земли.

Несущая частота излучаемых маркерных радиомаяков

(75 МГц) модулируется у ближнего к ВПП радиомаяка частотой 3000 Гц, СМРМ - 1300 Гц, а у ДМРМ - 400 Гц. Причем для опознавания типа МРМ применяют различную манипуляцию

65

сигнала. Ближний маркер дает непрерывно шесть точек в секунду, средний - непрерывную последовательность чередую­ щихся точек и тире (скорости чередования: точек - 6 в секунду, тире - 2 в секунду); дальний маркер - непрерывно тире.

Индикация пролета самолета над МРМ осуществляется загоранием соответствующих ламп приборной доски, сигналами в телефонах и звонком. О пролете над ДМРМ сигнализирует лампа с синим фильтром, СМРМ - с желтым, БМРМ - с белым.

Сигналы опознавания с помощью фильтров в соответст­ вии с частотой модуляции выбираются трехканальной системой маркерного радиоприемника.

На рис. 3.36 представлена схема супергетеродинного приемника.

Таким образом, с помощью МРМ определяется дискрет­ ная дальность до ВПП.

Частота генератора БМРМ - 3 кГц, СМРМ - 1,3 кГц, ДМРМ - 400 Гц; код манипулятора - точки, точки-тире, тире соответственно; цвет лампы белый, желтый, синий.

Формирование в пространстве линий посадочного курса и линии планирования (снижения) - глиссады осуществляется с помощью курсового и глиссадного радиомаяков.

Система инструментальной посадки самолетов работает в УКВ диапазоне. Это обеспечивает помехоустойчивость, воз­ можность реализации узких диаграмм направленности антенн.

66

3.6. Радиотехническая система ближней навигации

РСБН предназначена для получения информации о место­ положении самолета путем определения на его борту азимута и дальности относительно радионавигационной точки (РНТ). РСБН состоит из наземного азимутального радиомаяка, ретранслятора и бортовых устройств и обеспечивает навигацию в пределах своей зоны действия.

Угломерно-дальномерная РСБН работает в диапазоне УКВ и имеет дальность действия, ограниченную практически прямой геометрической видимостью (до 500 км, при принятых высотах полета).

В основу навигации средствами РСБН положено измере­ ние координат самолета в полярной системе. Положение само­ лета определяется наклонной дальностью D и азимутом сра (рис. 3.37).

Рис. 3.37. Структурная схема РСБН

Дальность D измеряется при совместной работе бортового запросчика и дальномерного радиомаяка. Самолетный запро­ счик дальномера излучает запросный импульс, который прини­ мается и возвращается обратно наземным дальномерным ра­ диомаяком.

Интервал времени At между запросным и ответным им­ пульсами, измеренный на борту, определяет расстояние от ЛА до наземного радиомаяка:

67

Аппаратура дальномерного канала на борту преобразует интервал времени, пропорциональный расстоянию, в напряже­ ние постоянного тока, которое поступает на измерительные приборы.

Структурная схема бортового блока измерителя дальности полета приведена на рис. 3.38 (мрм - напряжение развертки).

Рис. 3.38. Блок измерения дальности РСБН

Хронизатор дальномера генератора импульсов (ГИ) выра­ батывает импульсы напряжения, следующие со строгой перио­ дичностью, Эти импульсы запускают генератор ждущей раз­ вертки и импульсный модулятор. Последний предназначен для формирования мощных прямоугольных импульсов, достаточ­ ных для управления колебаниями генератора высокой частоты.

Антенный переключатель прием - передача предохраняет приемник от попадания с передатчика мощного сигнала, кото­ рый может вывести приемник из строя.

Сигналы от ретранслятора поступают в супергетеродин­ ный приемник, детектируются и подаются в виде импульсов на электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). Эти импульсы вызывают от­ клонение луча на экране индикатора. Расстояние до ретрансля­

68

тора определяют с помощью специальных шкал, измеряя рас­ стояние / от начала развертки до переднего фронта импульсов.

В импульсном дальномере, благодаря использованию временной селекции (прием и передача разделены во времени), можно применять одну антенну. Одновременно можно измерять расстояние до нескольких целей.

Функциональная схема ретранслятора РСБН показана на рис. 3.39.

Рис. 3.39. Функциональная схема ретранслятора

Преобразование несущих частот радиосигнала в ретранс­ ляторе позволяет избавиться от влияния его передатчика на его же приемник.

Для измерения азимута используется излучение наземного радиомаяка. А, азимутального радиомаяка формирует в про­ странстве диаграмму направленности в виде двух узких лепест­ ков, которые вращаются в горизонтальной плоскости с постоян­ ней угловой скоростью Г2=100 об/мин. Когда направление ми­ нимума излучения А, в процессе ее вращения проходит через направление на север, всенаправленная А 2 того же маяка излу­ чает опорный сигнал «север». Этот сигнал содержит две после­ довательности импульсов, которые по числу импульсов, прихо­ дящихся на один оборот ДН, называют опорными сигналами 35 и 36. В момент начала отсчета времени, когда ДН проходит се­ верное направление, импульсы обеих последовательностей сов­ падают, что и используется для формирования сигнала «севера». Через интервал времени т на борт самолета поступит второй сигнал, когда минимум излучения вращающейся диаграммы ан­ тенны А, пройдет через направление на самолет. При повороте такой антенны лепестки диаграммы направленности как бы «ос­ вещают» последовательно все пространство.

69

Таким образом, интервал времени т, за который вращаю­ щаяся антенна поворачивается от направления на север до мо­ мента «освещения» самолета, позволяет определить азимут Фа = З6 0 °т/Г , где Т - период вращения антенны.

Рис. 3.40. Структурная схема канала измерения азимута

На рис. 3.40 приведены структурные схемы передатчика азимутального маяка и бортового приемника РСБН. В совре­ менных системах измерение времени осуществляется цифровы­ ми счетчиками времени по числу счетных импульсов.

3.7. Радиотехнические системы дальпей навигации

РСДН предназначены для определения местоположения самолета на больших расстояниях от наземных радионавигаци­ онных точек (при удаленности на 1500 км и более). Они состо­ ят из радиопередающих устройств - опорных станций, стацио­ нарно расположенных на поверхности земли, и бортового оборудования, вычисляющего текущие координаты местополо­ жения самолета.

Принцип действия РСДН основан на определении разно­ сти расстояний от самолета до попарно размещенных наземных станций и определений линий положения на карте. Такие навига­ ционные системы называют радиодальномерными или гипербо­ лическими (по названию использования линий положения - ги­ пербол). Напомним, что гиперболой называется геометрическое место точек, для каждой из которых разность расстояний от двух

70