Угломерно-дальномерные системы. Навигационная характеристика РСБН.

Угломерно-дальномерными радионавигационными системами (УДРНС) называют такие системы, которые позволяют одновременно измерить два навигационных параметра – пеленг и дальность. С помощью УДРНС можно выполнять полет на или от РНТ, осуществлять контроль пути по направлению и дальности, определять место самолета.

Достоинством УДРНС является то, что одна и та же система дает сразу два параметра, что и необходимо для определения МС. Одной из линий положения является ЛРПС в форме ортодромии, а второй – ЛРР в виде окружности (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Определение МС с помощью УДРНС

При этом ЛРР на карте наносить нет необходимости. Ведь нужна не сама линия положения, а только точка ее пересечения с ЛРПС. Поэтому на практике ЛРР на карте не изображают, а просто откладывают вдоль ЛРПС измеренное значение дальности. Точность определения МС зависит от точности измерения пеленга и дальности, погрешностей графической работы на карте. Если точки, от которых отсчитываются пеленг и дальность совпадают, то угол пересечения этих двух линий положения всегда равен 90º, где бы ни находилось МС. Это обеспечивает наилучшую точность при прочих равных условиях.

К УДРНС можно отнести все системы, с помощью которых можно получить пеленг и дальность, например:

– радиотехническая система ближней навигации (РСБН);

– VOR/DME (радиомаяки VOR и DME, расположенные в одном месте);

– TACAN;

– наземные радиолокационные станции кругового обзора.

Радиотехническая система ближней навигации (РСБН) является угломерно-дальномерной радионавигационной системой, разработанной в СССР во Всесоюзном научно-исследовательском институте радиоаппаратуры в 50-е годы ХХ века.

В СССР было установлено более ста радиомаяков этой системы и большинство типов отечественных ВС было оснащено соответствующим бортовым оборудованием. В настоящее время в гражданской авиации большинство радиомаяков снято с эксплуатации, хотя кое-где они еще остаются на военных аэродромах. Причинами снятия системы с эксплуатации являются не только ее моральное устаревание (в принципе разработаны современные ее модификации), но и другие факторы. Оказалось, что система работает в таком диапазоне радиоволн, который официально выделен для систем неавиационного назначения, в частности, для сотовой телефонной связи. Кроме того, она не может быть использована на ВС иностранного производства, поскольку они не имеют соответствующего бортового оборудования. Ведь система отечественная. Поэтому в настоящее время не планируется замена РСБН более современным оборудованием аналогичного принципа действия, а вместо нее устанавливаются радиомаяки типа VOR и DME. Это вызывает определенное сожаление, поскольку до появления спутниковых навигационных систем РСБН была самой точной навигационной системой не только в стране, но, пожалуй, и в мире.

Разумеется, существует много систем, которые можно отнести к системам ближней навигации. Это те же VOR, DME, АРП и т.д. Поэтому название «РСБН» следует рассматривать как имя собственное, присвоенное конкретной разновидности навигационных систем ее разработчиками.

Система включает в себя наземный радиомаяк и бортовое оборудование. Маяки обозначают буквой «Н» от слова «наземное», например РСБН-2Н, РСБН-4Н, РСБН-6Н. Бортовое оборудование вначале обозначалось буквой «С» (самолетное), например, РСБН-2С. Затем стали использоваться и другие обозначения (РСБН-85, «Радикал», «Веер-М» и т.п.).

Рис. 7.5. Радиомаяк РСБН-6Н в аэропорту Ставрополь

Система работает в диапазоне частот 770-970 МГц, в котором выделены фиксированные частоты, названные каналами. Каналы пронумерованы от 1 до 40, поэтому для настройки оборудования на конкретный радиомаяк не нужно знать частоту, достаточно на щитке штурмана (рис. 7.6) установить номер канала – его десятки и единицы.

Рис. 7.6. Органы управления бортовым оборудованием РСБН-2С

На отечественных маршрутных картах радиомаяки РСБН обозначают теми же символами, что и VOR и DME (соответственно, небольшой азимутальный кружок и прямоугольник) – ведь в этих системах, как и в РСБН, измеряется пеленг и дальность. Отличить на карте РСБН от этих систем можно по надписи в боксе, поскольку для РСБН указывается не частота (как для VOR), а номер канала. Например, «33-й» (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Обозначение РСБН на радионавигационных картах

Измеряемыми навигационными параметрами являются наклонная дальность от самолета до радиомаяка и истинный пеленг самолета от меридиана радиомаяка (ИПС). Применительно к РСБН этот ИПС принято называть «азимут», потому что именно такие надписи сделали разработчики системы на органах управления.

В соответствии с паспортными данными системы погрешность измерения азимута ±0, 25º, а дальности ±0, 2 км. Эти значения соответствуют вероятности 0, 95, то есть представляют собой удвоенные СКП. Можно видеть, что дальность измеряется несколько точнее, чем у DME, а азимут как минимум в десять раз точнее, чем у VOR.

Принцип измерения дальности до радиомаяка аналогичен принципу работы DME и основан на измерении времени между излучением запросного импульса с ВС и получением ответного импульса от радиомаяка.

Принцип измерения азимута отличается от того, как работает VOR. Радиомаяк излучает радиоволны через антенну, имеющую диаграмму направленности в виде двух узких рядом лежащих лепестков. Антенна вращается, совершая 100 оборотов в минуту, то есть период вращения составляет 0, 6 с. Когда ось диаграммы (линия между лепестками) проходит через ВС, на борту принимается так называемый азимутальный импульс. Азимут самолета определяется по времени между прохождением оси диаграммы направления на север и прохождением ее через ВС (получением азимутального импульса).

Но каким образом бортовое оборудование узнает момент, когда диаграмма была направлена на север? Для этого другой передатчик радиомаяка на той же частоте излучает во все стороны (по ненаправленной антенне) две серии импульсов. В одной серии за один оборот антенны излучается 35 импульсов, а во второй – 36 импульсов. Естественно, моменты излучения этих импульсов «расходятся». Но в момент, когда направленная антенна проходит через направление на север, импульсы обеих серий совпадают, то есть излучаются одновременно.

На борту ВС принимаются все эти импульсы и в момент, когда совпали импульсы серий «35» и «36» (это момент прохождения антенной нулевого азимута), начинается отсчет времени до получения азимутального импульса от направленной антенны. Например, если это время составило 0, 2 с, то, следовательно, азимут равен 120 (360*0, 2 с/0, 6 с).

РСБН может работать не только как угломерно-дальномерная система, но и как система захода на посадку по приборам. Для этого на аэродроме должны быть установлены дополнительные радиомаяки – ПРМГ, посадочные радиомаячные группы (рис.7.8). Эти радиомаяки создают в пространстве вертикальную плоскость курса, совпадающую с направлением ВПП, и плоскость глиссады (траектории снижения при заходе на посадку). Пилот выдерживает заданную траекторию захода по вертикальной и горизонтальной планкам индикатора типа КППМ (или другого аналогичного прибора), подобно тому, как это делается при заходе по ILS (рис.7.9).

Рис.7.8. Посадочная радиомаячная группа ПРМГ-76

Рис. 7.9. Комбинированный пилотажный прибор (КППМ).

Точность и надежность такого захода, конечно, хуже чем при заходе по ILS, к которой предъявляются очень жесткие требования. Но зато ПРМГ устанавливаются на автомобилях и могут быть быстро перебазированы на любой полевой аэродром.

Разработчиками РСБН предусмотрен также режим «Пробивания облачности» для снижения с эшелона перед заходом на посадку. Включив этот режим и установив на отдельном датчике ДВ-47 давление аэродрома, пилот мог выдерживать траекторию снижения (с углом наклона 6º) по горизонтальной планке прибора КППМ. На удалении 15 км система могла автоматически перейти в режим посадки. В гражданской авиации режим пробивания облачности на практике не использовался.

С помощью РСБН определить МС можно не только на борту, но и на земле. В наземное оборудование входит индикатор кругового обзора (ИКО), на котором диспетчер может наблюдать отметки самолетов, выполняющих полет в зоне действия радиомаяка. Правда, в отличие от наземной радиолокационной станции, на ИКО видны отметки не всех ВС, а только тех, на которых установлено бортовое оборудование РСБН.

Органы управления и индикации рассмотрим на примере одного из первых вариантов бортового оборудования (РСБН-2С).

Как уже отмечалось, для настройки на конкретный радиомаяк необходимо на щитке управления штурмана (см. рис. 7.6) установить номер канала. Пока сигнал радиомаяка «не пойман» будут гореть лампочки «Отказ азимута» и «Отказ дальности», расположенные отдельно на приборной доске. В это время показания индикаторов могут быстро меняться и будут недостоверными.

Азимут (ИПС) и дальность можно отсчитать на ППДАШ (прямопоказывающий прибор дальности и азимута штурмана, рис. 7.10) и на ППДАП (прямопоказывающий прибор дальности и азимута пилота).

На обоих индикаторах наклонная дальность отображается цифрами в окошке с точностью до 0, 1 км. Азимут на ППДАШ отображается двумя стрелками аналогично стрелочным часам: широкая стрелка по наружной шкале показывает десятки градусов, а узкая по внутренней шкале – единицы и десятые доли градуса. Так, на рис. 7.10 наклонная дальность 474, 9 км, а азимут 72, 7º.

ППДАП отличается от ППДАШ лишь тем, что у него только одна азимутальная шкала и одна стрелка. Следовательно, азимут можно отсчитать не точнее, чем до 1º. Видимо, разработчики считали, что для пилота, в отличие от штурмана, такая точность вполне достаточна.

После того, как сигнал от радиомаяка принят, необходимо выполнить калибровку каналов азимута и дальности с помощью кремальер в верхнем правом углу щитка штурмана. Если ее не выполнить, требуемая точность не будет обеспечена, а азимут может оказаться с ошибкой ровно на 10º.

После этого можно пользоваться показаниями ППДАШ и ППДАП для навигации.

Рис. 7.10. Прямопоказывающий прибор дальности и азимута штурмана (ППДАШ)

Необходимо только помнить, что азимут – это всегда истинный пеленг самолета, причем отсчитанный от меридиана радиомаяка.

Также и при контроле пути по направлению (при полете на или от радиомаяка) нужно помнить, что азимут истинный, следовательно, и сравнивать его нужно с истинным заданным путевым углом, причем отсчитанным от меридиана радиомаяка.

С помощью РСБН также как и с помощью VOR можно выполнять автоматизированный полет по ЛЗП, определяя уклонение от нее с помощью вертикальной планки КППМ (или другого индикатора аналогичного назначения). Но если с помощью VOR и CDI можно выполнять полет только строго от радиомаяка или на него, то РСБН предоставляет гораздо более богатые возможности.

Для этого на щитке управления необходимо установить один из режимов в зависимости от того, по какой ЛЗП планируется полет. Кратко рассмотрим эти режимы.

«Азимут-ОТ» и «Азимут-НА». Эти режимы используются для полета по ЛЗП, проходящей через радиомаяк (соответственно от него или на него).

Это похоже на режим OBS, но имеются отличия. При использовании VOR в любом случае устанавливается ЗМПУ, независимо от того, выполняется полет «от» или «на». А в режимах «Азимут» в любом случае устанавливается заданное значение азимута (ИПС), то есть то значение, которое должно быть при нахождении ВС точно на ЛЗП. При полете от радиомаяка этот заданный азимут совпадает с ЗИПУ, а при полете на радиомаяк отличается от него на 180º. В обоих случаях речь идет о ЗИПУ относительно меридиана радиомаяка.

Значение заданного азимута устанавливается на щитке штурмана ручкой с надписью «Азимут» в окошке над ней. После этого вертикальная планка будет показывать сторону и величину уклонения ВС от ЛЗП на основе сравнения фактического (измеренного) и установленного (заданного) азимутов.

В этом режиме можно проконтролировать пролет любой точки (ППМ, ПОД), расположенной на ЛЗП. Для этого рукояткой «Дальность» на щитке штурмана необходимо установить удаление этой точки от радиомаяка. При приближении ВС к этой точке, когда фактическая дальность приближается к установленной, на приборной доске загорится лампочка «Подлет», а когда ВС будет пролетать эту точку – загорится лампочка «Пункт».

«Орбита». Этот режим применяется для полета по ЛЗП, имеющей форму дуги окружности с центром в точке расположения радиомаяка. На воздушных трассах ЛЗП такой формы, конечно, не используются, но они широко применяются для полета по аэродромным схемам.

Для использования этого режима необходимо поставить переключатель в положение «Орбита-лев.» или «Орбита-прав.» в зависимости от желаемого направления полета по окружности (по или против часовой стрелки) и рукояткой «Дальность» установить радиус окружности. Бортовое оборудование будет непрерывно сравнивать фактическое удаление до радиомаяка с заданным, и вертикальная планка КППМ, как обычно, будет показывать в какой стороне от самолета находится ЛЗП.

«СРП». СРП (счетно-решающий прибор) – это небольшой электромеханический вычислитель. В данном режиме можно выполнять полет по любой прямолинейной ЛЗП, не проходящей через радиомаяк. С применением VOR и DME такой полет невозможен.

В режимах «Азимут» или «Орбита» для задания ЛЗП достаточно было установить всего одну величину (заданный азимут или заданную дальность). Для использования режима «СРП» этого недостаточно. Ведь ЛЗП может проходить в любом месте в пределах зоны действия радиомаяка и в любом направлении. Для того, чтобы задать ЛЗП необходимо сделать следующее.

а) Выбрать на ЛЗП или ее продолжении любую точку. В надписях на блоке СРП эта точка названа «целью», но можно использовать и более мирное название – опорная точка. В частности, в ее качестве можно выбрать ППМ, а еще лучше – точку траверза радиомаяка. Тогда будет наилучшая точность.

б) Установить значения азимута и дальности этой точки от радиомаяка рукоятками на блоке СРП (соответственно рукоятками «угол цели» и «расстояние до цели»).

в) Рассчитать заданный истинный путевой угол участка маршрута относительно меридиана радиомаяка и установить его рукояткой «ЗПУ».

г) Установить режим «СРП».

После выполнения данных операций счетно-решающий прибор будет решать прямоугольные треугольники, образованные самолетом, радиомаяком и его траверзом, рассчитывая отклонение ВС от ЛЗП и индицируя его на КППМ в виде отклонения планки. По сути блок СРП будет рассчитывать ЛБУ таким же способом, который описан в п.7.2.

Таким образом, для пилота во всех режимах полета («Азимут», «Орбита», «СРП») все выглядит одинаково и для выдерживания ЛЗП необходимо удерживать планку в центре прибора.

С использованием блока СРП можно решать и другие навигационные задачи:

– полет по ЛЗП, параллельной заданной;

– определение численного значения ЛБУ;

– определение заданного путевого угла для полета в любую точку (без карты и измерения транспортиром) и автоматизированный полет на нее.

Правда, после РСБН-2С последующие виды бортового оборудования уже не имели в своем составе блока СРП. Да и сами органы управления и индикации существенно изменили свой вид. Для примера на рис. 7.11 представлены индикатор самолетный дальности (ИСД) и индикатор самолетный азимута (ИСА), которые вместо ППДАШ индицировали пеленг и дальность, в частности, на самолете Ил-86.

Рис. 7.11. Индикаторы дальности и азимута