ДИСС. Курсодоплеровское и курсовоздушное счисление.

Доплеровский измеритель скорости и сноса (ДИСС) – бортовое радиотехническое устройство, позволяющее измерять на борту ВС его путевую скорость и угол сноса.

ДИСС основан на использовании эффекта, открытого австрийским физиком Х.Доплером (C.Doppler) в 1842 г. Эффект заключается в том, что если источник излучения волн движется по направлению к приемнику, то приемник воспринимает частоту больше, чем частота излучаемая на самом деле. И наоборот, если источник удаляется, то принимаемая приемником частота меньше излучаемой. Этот эффект справедлив для любых волновых процессов: электромагнитного излучения, в том числе и светового, звуковых волн и т.д.

ДИСС является автономным устройством, то есть не требует для своей работы установки какого-либо оборудования на земле. Основными составными частями бортового оборудования являются передатчик и приемник с антеннами, вычислительное устройство и пульты управления и индикации. Передатчик через антенну излучает радиоволны сверхвысокой частоты (порядка 9-13 ГГц), но не во все стороны, а по трем или четырем узконаправленным лучам. Соответственно различают трехлучевые и четырехлучевые ДИСС. Лучи наклонены к земле и расположены под углом к продольной оси ВС. У четырехлучевого ДИСС они направлены влево-вперед, вправо-вперед, влево-назад и вправо назад (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Принцип работы ДИСС

Радиоволны, излучаемые по этим лучам, отражаются от земной поверхности и принимаются приемником через антенну.

ВС летит вперед, спереди земля «набегает» на него, поэтому частота отраженных радиоволн для лучей, направленных вперед, будет больше излучаемой передатчиком. Соответственно для лучей, направленных назад, отраженная частота будет меньше излучаемой, поскольку отражающая земная поверхность удаляется, «уходит» от самолета.

Но ВС движется относительно земли в направлении вектора путевой скорости, который в общем случае не направлен по продольной оси самолета из-за наличия угла сноса. Следовательно, ВС имеет еще и боковое перемещение относительно своей продольной оси. Тогда, если, например, ветер сносит самолет вправо, то справа земля «набегает», а слева – удаляется от самолета. Следовательно, для лучей, направленных вправо, отраженная частота будет больше, чем для лучей, направленных влево.

В результате оказывается, что для каждого из четырех лучей частота отраженного сигнала различна. По измеренным значениям этих частот можно рассчитать путевую скорость и угол сноса, что и делает вычислитель.

Значения угла сноса и путевой скорости отображаются на индикаторах, которые могут иметь различный вид. На индикаторе (рис.8.5) угол сноса индицируется стрелкой, а путевая скорость в цифровом виде.

Рис. 8.5. Индикатор ДИСС

Точность ДИСС является высокой. Погрешность измерения W составляет 3-5 км/ч, а угла сноса 0, 3…0, 5°.

Для управления ДИСС имеется пульт (рис.8.6) Он предназначен для включения устройства, его предполетного контроля. Переключатель «Суша-Море» в полете устанавливается в положение, соответствующее характеру подстилающей поверхности. Необходимость этого обусловлена различием характера отраженного сигнала от земной и водной поверхности.

Рис. 8.6. Пульт управления ДИСС

В некоторых ситуациях в полете ДИСС перестает выдавать информацию. Это может произойти при большом крене ВС, когда луч, направленный в сторону, противоположную крену, приподнимается. В этом случае точка отражения луча от земли будет очень далеко, а отраженный сигнал слишком слабым.

Также отраженная радиоволна может не вернуться при полете над гладкой водной поверхностью, когда луч отражается от нее как от зеркала.

В таких случаях ДИСС переходит в режим «Память». На индикаторе загорается красное табло с соответствующей надписью, а значения путевой скорости и угла сноса «замораживаются», то есть сохраняются такими, какими они были в момент пропадания сигнала. При появлении отраженного сигнала индикация восстанавливается.

В гражданской авиации используются ДИСС различных марок. Наиболее распространенные ДИСС-3, ДИСС-013 и другие.

Курсодоплеровское счисление пути. Счисление пути, осуществляемое по измеренным значениям курса, путевой скорости и угла сноса, называется курсодоплеровским. На ВС, где осуществляется курсодоплеровское счисление, оно ведется в частноортодромической (а фактически – в прямоугольной) системе координат OZS. Ось S направлена по ЛЗП в направлении полета, а ось Z вправо от ЛЗП. Поскольку ось S совпадает с ЛЗП, то и угол карты совпадает с заданным путевым углом (рис. 8.8):

Измеряемые параметры позволяют определять положение вектора путевой скорости относительно линии заданного пути и разложить его на составляющие по осям координат. Для этого W необходимо умножить на синус и косинус угла, под которым W направлен к ЛЗП, то есть на разность фактического β _ф и заданного β _з путевых углов, откуда можно записать:

W_S = W cos (β _ф – β _з) = W cos (γ + α – β _з);

W_Z = W sin (β _ф - β _з) = W sin (γ + α – β _з),

где W – модуль вектора путевой скорости W;

γ – курс воздушного судна;

α – угол сноса,

Рис. 8.8. Составляющие вектора путевой скорости

В результате интегрирования составляющих путевой скорости получаем текущие частноортодромические координаты места воздушного судна с учетом их начальных значений:

(8.2)

Значения путевой скорости и угла поступают в навигационный вычислитель автоматически от ДИСС, текущий курс ВС – от курсовой системы, а значение заданного путевого угла (угла карты) вводится или автоматически из бортовой базы аэронавигационных данных или вручную экипажем при пролете очередного ППМ.

При курсодоплеровском счислении навигационный вычислитель непрерывно рассчитывает параметры ветра. В зависимости от вида системы счисления пути этими параметрами являются либо скорость U и навигационное направление ветра δ _Н, либо составляющие ветра по осям координат U_S и U_Z При внезапном отказе ДИСС по любым причинам навигационная система автоматически переходит в режим “Память”, в котором счисление ведется по запомненным параметрам ветра. Однако в связи с временной и пространственной изменчивостью ветра этот режим длительное время применять не рекомендуется.

Курсовоздушное счисление пути. Данный вид счисления пути применяется при отсутствии информации от ДИСС. Для счисления необходима путевая скорость, но она в данном случае не измеряется, а рассчитывается вычислителем. Очевидно, что составляющие вектора путевой скорости по осям координат равны сумме составляющих векторов истинной скорости и ветра (рис. 8.9).

Рис. 8.9. Составляющие векторов навигационного треугольника скоростей

Тогда:

W_S = V_S + U_S =V cos (γ – β _З) + U cos (δ _н – β _З);

W_Z = V_Z + U_Z =V sin (γ – β _З) + U sin (δ _н – β _З),

где V – истинная воздушная скорость ВС;

δ _н – навигационное направление ветра;

U – скорость ветра.

Исходными данными для расчета являются: курс ВС, поступающий от курсовой системы; истинная воздушная скорость – от датчика воздушной скорости или СВС; скорость и направление ветра вводятся экипажем вручную.

При интегрировании составляющих путевой скорости в любой момент времени формируются текущие частноортодромические координаты места ВС:

(8.3)

Простейшими навигационными вычислителями, использующими названные виды счисления пути, являются НАС-1 и НВУ-Б3.