Угломерные каналы РСП

Задачей функционирования угломерных каналов РСП является удержание приближающегося к ВПП самолета на заданной траектории (рис. 6.14,а) сниже­ния путем раздельного формирования информации об отклонениях снижающего­ся самолета от линий курса и глиссады. При этом задачу формирования инфор­мации об отклонении реальной траектории от линии курса выполняет азимуталь­ный угломерный канал РСП, а от глиссады — угломестный угломерный канал РСП.

Отметим, что если в азимутальном угломерном канале вычисление отклонения самолета от линии курса производится непосредственно — путем определения текущего азимута самолета, то нахождение отклонения траектории снижающего­ся самолета от глиссады происходит в угломестном угломерном канале РСП опосредованным образом — при помощи измерения угла места подлетающего самолета с последующим пересчетом полученного значения в текущий угол на­клона глиссады и сравнением данного текущего угла с заранее известной величи­ной требуемого угла наклона глиссады.

Основное радиооборудование каждого из двух угломерных каналов РСП вклю­чает в себя соответствующий наземный радиомаяк и бортовое радиооборудова­ние. При этом если азимутальный и угломестный радиомаяки являются само­стоятельными наземными радиомаяками (рис. 6.14,б), то бортовое радиообору­

дование (в силу сходства реализуемых аппаратурных функций) выполняется об­щим для азимутального и угломестного угломерных каналов РСП, а работа ука­занного бортового радиооборудования осуществляется попеременно (т. е. раз­дельным образом) во времени для азимутального и угломестного угломерных ка­налов РСП.

Приведем некоторые основные параметры угломерных каналов РСП:

Зона действия:

по азимуту (относительно оси ВПП) а_зд = ±40°...±60°

по углу места (относительно горизонтальной плоскости,

проходящей через антенну угломестного радиомаяка) 0.20°, т. е. _зд = 20°

Частота формирования информации в бортовом радиооборудовании, измерений в с:

об азимуте самолета 13, либо 39

об угле места самолета 39

Диапазон частот заполнения радиосигналов, МГц 5000…5750

Рассмотрим технические особенности функционирования каждого из угломер­ных каналов РСП.

Азимутальный угломерный канал РСП. Азимутальный угломерный канал РСП предназначен для измерения текущего азимута снижающегося самолета. Аппаратурно-азимутальный угломерный канал РСП состоит из наземного азиму­тального радиомаяка (который входит в состав канала, информирующего об от­клонении подлетающего самолета от продольной оси ВПП, и потому расположен на указанной оси) и бортового радиооборудования (которое выполняет измере­ние азимута снижающегося самолета).

Функционирование наземного азимутального радиомаяка осуществляется следующим образом.

Азимутальный радиомаяк обладает двумя излучающими антеннами — остро­направленной и слабонаправленной.

Остронаправленная антенна обычно реализуется в виде фазированной антен­ной решетки (ФАР), обладающей достаточно большим количеством (80-100) из­лучающих элементов (модулей). В условиях обеспечения строгого контроля амп­литуд и фаз радиоколебаний, излучаемых этими модулями, формируется узкая в горизонтальной плоскости и сравнительно широкая в вертикальной плоскости диаграмма направленности G_АЗ(а, ) азимутального радиомаяка. В частности, если размеры ФАР составляют в горизонтальной плоскости 3,66 м, а в горизон­тальной — 1,22 м, то ширина _АЗ указанной диаграммы направленности в гори­зонтальной (азимутальной) плоскости равняется 1°, чем подтверждается остронаправленность антенны (равно как и ди­аграммы направленности); что касается ширины _АЗ этой диаграммы G_АЗ(а, ) в вертикальной (угломестной) плоскости, то она имеет величину порядка 3…5°. При иных размерах ФАР значение Л _АЗ и _АЗ будут, разумеется, другими.

Как отмечалось ранее, важным досто­инством ФАР является возможность до­статочно быстрого (безынерционного) перемещения диаграммы направленнос­ти в пространстве. В ФАР азимутального радиомаяка амплитуды и фазы управля­

Рис. 6.18. Диаграмма направленности G_A3(a, )

ющих напряжения, подводимых к модулям, подбираются таким образом, что диа­грамма направленности G_A3(a, ) осуществляет перемещение (сканирует) в ази­мутальной плоскости (рис. 6.18). При этом данное перемещение выполняется как в одну, так и в другую стороны, что позволяет осуществить облучение всей зоны действия угломерного канала РСП.

В своем движении (как в ту, так и в другую стороны) ФАР излучает непрерыв­ное немодулированное радиоколебание. Поэтому, когда диаграмма направленно­сти G_A3(a, ) проходит мимо самолета, находящегося в зоне действия угломерно­го канала РСП, то на вход бортового радиоприемного устройства поступает ра­диоимпульс, длительность _ИАЗ которого равна величине:

_ИАЗ = (6.11)

где — угловая скорость перемещения диаграммы направленности G_K3(a, ) по азимуту, что, в частности, при скорости сканирования 0,02 град/мкс и ширине диа­граммы направленности 1...4° составляет 50...200 мкс, а огибающая этого радио­импульса повторяет диаграмму G_аз (a, ). Эта ситуация формирования радиоим­пульсов для движения G_A3(a, ) в одну и в другую стороны показана на рис. 6.19.

Рис. 6.19. Проекции зоны действия угломерного канала РСП на горизонтальную плоскость при движении диаграммы направленности G_аз( , ) азимутального радиомаяка по (а) и против (б) часовой стрелки и радиосигналы (в) на входе бортового радиоприемного устройства от облучения самолета данной диаграммой направленности:

2 — азимутальный размер указанной зоны действия

Отметим, что непрерывное излучение проводится ФАР только внутри (в пре­делах а_ЗД) зоны действия угломерного канала РСП. Когда же диаграмма G_A3(a, ) оказывается на границе этой зоны, данное излучение прекращается. Возникает своеобразная пауза, во время которой начинает излучать слабонаправленная ан­тенна.

Излучение слабонаправленной антенны состоит из информационного сигнала ИСг и радиоимпульсов клиренса (Кл и Кп).

Информационный сигнал ИСг состоит из нескольких примыкающих друг к другу радиоимпульсов различной длительности. Каждый из данных радиоимпульсов предназначен для выполнения той или иной функции, например, обеспечения синхронизации (по несущей частоте) работы ФАР и бортового радиоприемного устройства, формирования опорного (начального для данного периода сканиро­вания) момента времени для работы бортового радиооборудования, задания ме­стоположения наземного азимутального радиомаяка, определения внезонного положения самолета, тестирования и т. д.

Радиоимпульсы клиренса предназначены для идентификации (с помощью бортовой радиоаппаратуры) местоположения самолета — находится этот само­лет в пределах зоны действия угломерного канала РСП или располагается вне данной зоны.

Такова общая картина радиоизлучений, осуществляемых наземным азиму­тальным радиомаяком.

Тогда радиосигналы, поступающие на вход бортового радиоприемного устрой­ства, могут быть представлены на рис. 6.19,в и рис. 6.20,б,в.

Рис. 6.20. Угловые координаты (а) местонахождения максимума диаграммы направленности азимутального радиомаяка за один период сканирования при движении указанной диаграм­мы по и против часовой стрелки; радиосигналы, принятые бортовым радиоприемным устройством от слабонаправленной (б) и остронаправленной (в) излучающих антенн наземного азимутального радиомаяка:

2 а_зд — азимутальный размер зоны действия угломерного канала РСП (в данном случае а_зд = 40°); а₀ — угловое положение самолета в горизонтальной плоскости относительно оси ВПП; ИСг — информационный сигнал; Кл и Кп — левый и правый радиоимпульсы клиренса; Сг₁ и Сг ₂ — ра­диосигналы, принятые на борту самолета от остронаправленной диаграммы направленности при движении ее по и против часовой стрелки

Рассмотрим функционирование бортового оборудования азимутального угло­мерного канала РСП, структурная схема которого изображена на рис. 6.21.

Рис. 6.21. Структурная схема бортового оборудования азимутального угломерного канала РСП:

1 — бортовое радиоприемное устройство; 2 — устройство обработки информационного сигнала ИСг; 3 — синхронизирующее устройство; 4 — устройство обработки сигналов клиренса (Кл, Кп); 5 — вычислительное устройство; 6 — устройство обработки сигналов (Сг ₁ и Сг ₂) от остронаправ­ленной диаграммы направленности азимутального радиомаяка; 7 — первая ключевая схема; 8 — генератор счетных импульсов; 9 — вторая ключевая схема

Радиосигналы, излученные наземным азимутальным радиомаяком, принима­ются бортовой антенной рупорного типа, установленной либо в носовой части фюзеляжа, либо под фюзеляжем. Далее эти радиосигналы проходят через борто­вое радиоприемное устройство 1, и соответствующие видеосигналы подаются на три узла — на устройство обработки информационного сигнала ИСг 2 (с выхода которого на синхронизирующее устройство 3 поступают видеоимпульсы, соот­ветствующие опорному моменту времени, внезонной индикации, тестированию и т. д.), на устройство обработки сигналов клиренса 4 (выходные видеоимпульсы которого через синхронизирующее устройство 3 и вычислительное устройство 5 воздействуют далее на систему управления самолетом, направляя его в зону действия угломерного канала РСП) и на устройство обработки сигналов 6, приня­тых от остронаправленной ФАР наземного азимутального радиомаяка.

Следует отметить, что синхронизирующее устройство 3, функционирующее под воздействием выходных видеоимпульсов устройства обработки информаци­онного сигнала ИСг 2, открывает в нужные моменты (см. рис. 6.20 устройство обработки сигналов клиренса 4 и устройство обработки сигналов от остронаправ­ленной ФАР 6. Кроме того, выходные видеоимпульсы синхронизирующего уст­ройства 3 включают генератор счетных импульсов 8 (а также отключают его) и за­дают тактность работы вычислительному устройству 5.

На рис. 6.20,б показано, что наземный азимутальный радиомаяк излучает (а бортовая рупорная антенна принимает) два сигнала клиренса — левый (Кл) и правый (Кп).

В устройстве обработки сигналов клиренса 4 происходит сравнение амплитуд этих сигналов. Если амплитуда одного из них меньше амплитуды другого на вели­чину меньшую, чем 15 дБ, это означает, что самолет находится в пределах зоны действия угломерного канала РСП. В противном случае самолет выполняет полет вне данной зоны и проводится анализ соотношения амплитуд Кл и Кп. Если име­ет место неравенство Кл > Кп, это означает, что самолет уклонился влево от ука­занной зоны действия, и на выходе вычислительного устройства 5 вырабатывает­ся сигнал «Лети вправо». Когда же присутствует неравенство Кл < Кп, вычисли­тельное устройство 5 формирует сигнал «Лети влево».

Наконец, более точный вывод самолета, располагающегося внутри зоны угло­мерного канала РСП, на продольную ось ВПП выполняется по выходным видео­сигналам устройства 6 — эти выходные видеосигналы соответствуют радиоим­пульсам Сг ₁ и Сг₂, показанным на рис. 6.19,в и 6.20,в. Данные выходные видео­

сигналы поступают на первую 7 л вторую 9 ключевые схемы (видеосигнал, соответствующий Сг'_ь подается на ключевую схему 7, а видеосигнал, соответству­ющий Сг'₂,— на ключевую схему 9), в которых заполняются счетными импульса­ми, вырабатываемыми генератором счетных импульсов 8. Количество счетных импульсов, соответствующее длительностям этих видеоимпульсов (а фактически длительностям С₁ и Сг'₂), для нахождения временных координат максимумов Сг₁ и Сг₂ вводится в вычислительное устройство 5. Кроме того, в указанном вы­числительном устройстве определяется также величина (см. рис. 6.20,в), вы­раженная количеством тех же счетных импульсов.

После получения этих величин вычислительное устройство 5 определяет зна­чение азимутального угла а₀ самолета. Далее величина а₀ выводится на бортовую систему управления полетом для снижения этой величины до нуля, т. е. до совпа­дения в горизонтальной плоскости проекции курсовой линии самолета с продоль­ной осью ВПП.

Угломестный угломерный канал РСП. Угломестный угломерный канал РСП предназначен для измерения текущего углового рассогласования между углом (заранее известным на борту) наклона линии глиссады к плоскости земной по­верхности и текущим углом места снижающегося самолета.

Аппаратурно угломестный угломерный канал РСП состоит из наземного угло­местного радиомаяка (который входит в состав канала, информирующего об от­клонении подлетающего самолета от линии глиссады, и может быть несколько смещен относительно продольной оси ВПП) и бортового радиооборудования (ко­торое выполняет измерение угла места снижающегося самолета и вычисляет разность между требуемым углом наклона линии глиссады и измеренным углом места). Напомним, что бортовое радиооборудование для угломестного угломер­ного канала РСП является общим с бортовым оборудованием для азимутального угломерного канала РСП (их работа осуществляется поочередно, методом разде­ления во времени).

Рис. 6.22. Диаграмма направленности G_yM(a, Р) угломестного радиомаяка

Функционирование наземного угломестного радиомаяка проис­ходит следующим образом.

ФАР данного радиомаяка формирует диаграмму направлен­ности G_УМ(а, в) узкую (около 1°) в вертикальной плоскости и ши­рокую (80...120°) в горизонталь­ной плоскости, которая за счет электронного управления элемен­тами (модулями) ФАР выполняет сканирование вверх и вниз в пределах зоны действия угломер­ного канала РСП — рис. 6.22. При этом сканирование (качание диаграммы направленности) осу­ществляется с постоянной угло­вой скоростью Ω_yM, нижний пре­дел которой составляет 0,01…0,02 град/мкс. При этом ФАР наземного угломест­ного радиомаяка излучает в пространство непрерывное немодулированное ра­диоколебание.

На рис. 6.23 изображен процесс получения радиоимпульсов Сг ₁” и Сг'₂ на входе бортового радиоприемного устройства — эти радиоимпульсы формируют-

ся во время прохождения диаграммы направленности G_yм(a, ) мимо самолета. Поэтому длительность т_Иум данных радиоимпульсов равна:

т_Иум (6.12)

где — ширина диаграммы направленности G_yм(a, ) в вертикальной (угломе­стной) плоскости, огибающая указанных радиоимпульсов повторяет форму диа­граммы направленности _yм(a, Р) (при фиксированном значении угла a), а вы­ходная величина = ₀ — бортового радиооборудования находится согласно соотношению:

= ₀ — (6.13)

где ₀ — угол места самолета; 0 - угол наклона линии глиссады к плоскости зем­ной поверхности (обычно этот угол известен на борту заранее и достаточно мал: 1...3°); — временной интервал между радиоимпульсами Сr₁ и Сг ₂; T — ин­тервал времени между смежными двумя (вверх и вниз) прохождениями максиму­ма диаграммы направленности G_yM(a, Р) линии глиссады (при a = 0).

Рис. 6.23. Проекция зоны действия угломерного канала РСП на вертикальную плоскость при движении диаграммы направленности G_yM(a, ) угломестного радиомаяка вверх и вниз (а); зависимость угла места диаграммы направленности G_yM(a, ) от времени (б); радиосиг­налы на входе бортового радиоприемного устройства (в):

— угломестный размер зоны действия угломерного канала РСП; — угол наклона линии глиссады к земной поверхности

Реализация алгоритма (6.13) осуществляется с помощью бортового радио­оборудования угломестного угломерного канала РСП, структурная схема которой приведена на рис. 6.24. Заметим, что поскольку измерение величин a₀ и 5Р происходит при помощи одного и того же радиооборудования, то нумерация структурных узлов, изображенных на рис. 6.24, повторяет и продолжает нуме­рацию структурных узлов, показанных на рис. 6.21.

Радиоколебания принятые рупорной бортовой антенной, поступают (в виде радиоимпульсов Сг ₁' 1 и Сг ' 2) сначала на вход бортового радиоприемного устрой­ства 1, а далее на устройство обработки 6, которое формирует видеосигналы,

соответствующие радиоимпульсам Сг ₁ и Сг ₂. При этом синхронизирующее уст­ройство 3 осуществляет селекцию данных радиоимпульсов во времени (эта опе­рация необходима, так как в зоне действия угломерного канала РСП могут ока­заться и другие самолеты, переизлучения от которых способны образовать на входе бортового радиоприемного устройства ложные радиосигналы), запускает генератор счетных импульсов 8 и выполняет синхронизацию вычислительного ус­тройства 5.

Рис. 6.24. Структурная схема бортового радиооборудования угломестного угломерного канала РСП:

1 — бортовое радиоприемное устройство; 3 — синхронизирующее устройство; 5 — вычислительное устройство; 6 — устройство обработки сигналов Сг ₁ и Сг ₂; 7 — первая ключевая схема; 8 — ге­нератор счетных импульсов; 9 — вторая ключевая схема; 10 — устройство вычисления угла места самолета Ро; 11 — устройство вычитания; 0 — угол наклона линии глиссады к земной поверхности

С выхода устройства обработки 6 видеосигналы подаются на первую 7 и вто­рую 9 ключевые схемы: видеосигнал, соответствующий радиоимпульсу Сг₁ по­ступает на схему 7, а видеосигнал, соответствующий радиоимпульсу Сг'₂ — на схему 9. Под воздействием этих видеосигналов ключевые схемы 7 и 9 открывают­ся, и счетные импульсы в течение действия этих видеосигналов вводятся в уст­ройство вычисления 10 угла места самолета ₀. Поскольку количество счетных импульсов, поданных в устройство 10 с выходов ключевых схем 7 и 9, пропорцио­нально длительностям видеосигналов, поступивших на эти схемы, то устройство 10 оказывается способным определить как временное положение максимума каждого из данных видеосигналов, так и временной интервал между указанны­ми максимумами. С учетом заранее известных данных о и Ω_yM устройство 10 способно по полученным значениям и вычислить величину угла места са­молета р_о.

Поскольку задачей бортового радиооборудования угломестного угломерного канала РСП является не столько нахождение , сколько выработка корректиру­ющего значения 5р (для удержания снижающегося самолета на линии глиссады с помощью бортовой системы управления полетом), то выходным узлом данного бортового радиооборудования является устройство вычитания 11 формирующее разность = — . При этом указанное устройство вычитания 11 реализуется внутри вычислительного устройства 5 в качестве отдельного функционального узла.

Приведем некоторые технические характеристики бортового радиооборудова­ния угломерного канала РСП:

Погрешность измерения, град:

по азимуту 0,015...0,017

по углу места 0,01…0,017

Потребляемая мощность, Вт 30

Масса основного блока, кг 5…6

Объем основного блока, дм³ 5,6

Поиск по сайту: