Комплексные системы ближней навигации и посадки (КСБН).

Рассмотренные нами автономные КИМС (РИД, ВД) обладают одним существенным недостатком, который заключается в том, что точность определения координат местоположения ЛА ухудшается с увеличением времени полета. Поэтому на практике автономные системы измерения местоположения ЛА функционируют совместно с радиотехническими измерителями. В качестве систем коррекции обычно используются радиосистема ближней навигации (РСБН) или радиосистема дальней навигации (РСДН). Именно такой принцип построения характерен для КСБН.

Назначение решаемые задачи и состав (КСБН). Комплексная система ближней навигации и посадки предназначена для обеспечения навигации при полетах ЛА в зоне аэродрома или при полетах по маршруту на небольшие расстояния, управления воздушным движением и посадки ЛА при автоматическом, полуавтоматическом и ручном пилотировании. Повышение интенсивности полетов в приаэродромной зоне, увеличение опасности столкновения самолетов в воздухе предъявляют повышенные требования к точности и надежности КСБН.

Основу всех используемых в настоящее время КСБН составляют радиотехнические системы ближней навигации различных типов, которые обладают более высокой точностью определения местоположения ЛА по сравнению с другими навигационными измерителями. Из радиотехнических систем ближней навигации широкое применение нашли угломерно-дальномерные системы РСБН-2, РСБН-6, РСБН-7. Указанные угломерно-дальномерные системы в структуре КСБН обычно комплексируются с измерителями местоположения ЛА, использующими в качестве исходной информации сигналы от измерителей скорости (СВС, ДИСС, ИНС) и курсовых систем. Структурная схема типовой КСБН приведена на следующем рисунке.

Для КСБН, отличающихся более высокой степенью интеграции навигационного оборудования характерно наличие обратных связей (показанных на рис. штриховой линией). В этом случае сигнал коррекции используется для выставки ГСП ИНС, предварительной настройки ДИСС по данным о скорости от СВС или ИНС, ориентации антенн угломерно-дальномерных систем для обеспечения устойчивого сопровождения ЛА.

Поскольку, все комплексируемые устройства и навигационные системы в составе КСБН определяют навигационные параметры в специфической для каждой из них системе координат, то в БПОИ предусматривается пересчет данных этих систем в основную СК, используемую для навигации ЛА

КСБН обеспечивают навигацию ЛА при решении следующих задач:

· полет по заданному маршруту;

· возврат самолета на заданный аэродром посадки, оснащенный наземными радиотехническими средствами;

· полет на заданной высоте;

· выполнение предпосадочного маневра;

· заход на посадку и посадка

В состав типовой КСБН, предназначенной для ближнего самолетовождения входят:

угломерно-дальномерная система (обычно, РСБН-7) с аналоговым вычислительным устройством и индикатором дальности;

система воздушных сигналов (СВС);

система курсо-вертикали.

Навигационное вычислительное КСБН для ближнего самолетовождения представляет собой аналоговую вычислительную машину, состоящую из двух блоков: блок вычислителя навигации (БВН) и блок вычислителя посадки (БВП). На каждом из этих блоков имеются органы управления для ввода программы полета. В простейшей КСБН информация о курсе ЛА в ортодромической СК, углах крена и тангажа поступает в БВП и БВН поступает от СКВ, а информация о воздушной скорости и барометрической высоте от СВС. В более современных КСБН для измерения скорости и курса ЛА применяются ДИСС и ИНС. В радиотехническкую измерительную часть КСБН входит бортовой приемник угломерно-дальномерной радионавигационной системы, измеряющей наклонную дальность от ЛА до радиомаяка и азимут ЛА.

Результаты решения навигационной задачи включают в себя:

· заданный курс ЛА и отклонение от заданной высоты, которые поступают в САУ и навигационно-пилотажный индикаторный прибор;

· дальность до заданной точки (промежуточный пункт маршрута), поступающая на прибор дальности.

Бортовая аппаратура РСБН работает совместно с наземными радиомаяками в режиме навигации и курсо-глиссадными маяками в режиме посадки.

Таким образом КСБН представляет собой комплекс радиотехнических и автономных не радиотехнических средств. Достоинства нерадиотехнических средств навигации состоят в том, что они позволяют определять местоположение ЛА независимо от работы наземных радиотехнических средств. При этом они не подвержены действию радиопомех и могут работать практически на любых высотах без каких-либо ограничений по дальности. Существенным недостатком таких средств является недостаточная точность измерения навигационных параметров и, как следствие, недостаточная точность определения координат местоположения ЛА. Причем ошибки определения координат местоположения возрастают с увеличением времени полета.

Угломерно-дальномерная радионавигационная система ближней навигации (например РСБН-7) позволяет с высокой точностью определять местоположения самолета относительно маяка. Однако РСБН имеет существенный недостатки, главным из которых является: невысокая помехозащищенность, ограниченная дальность действия (до 500 км), значительное уменьшение дальности действия при малых высотах полета.

Комплексное использование навигационных измерителей в составе КСБН позволяет сохранить достоинства радиотехнических и автономных нерадиотехнических средств и уменьшить влияние их недостатков.

Принцип функционирования КСБН. Для решения задач навигации в типовых КСБН используется ортодромическая система координат ХОУ, определенная следующим образом: начало системы координат выбирается произвольно в районе полетов ЛА на удаление не менее 35-40 км от аэродрома вылета. Ось ОХ по направлению совпадает с географическим меридианом и называется начальным ортодромическим меридианом, а ось ОУ направлена на восток и называется ортодромическим экватором.

В основном режиме работы КСБН текущие координаты местоположения ЛА Х, У определяются двумя способами: на основе информации от автономных измерителей и от радиотехнической угломерно-дальносмерной системы. Текущие координаты вычисленные первым способом в дальнейшем будем обозначать Х_А, У_А, а вычисленные вторым способом как Х_Р, У_Р.

При первом способе определения координат ЛА в ортодромической СК определяется по данным СВС и ортодромического курса, получаемого от системы курсо-вертикали:

Х_А = Х₀ + ò Vxdt

У_А = У₀ + ò Vу sec(X_A/R)dt

где Х₀, У₀- координаты аэродрома вылета; Vx = Vcos(Y₀ ); Vу = Vsin(Y₀); sec(X_A/R) - широтная поправка для пересчета скорости. – радиус Земли. В ортодромической СК Земля представляет собой шар фиксированного радиуса.

Координаты Х_А, У_А, содержат ошибки, которые растут с увеличением времени полета. Для коррекции ошибок используются вычисленные значения координат Х_Р, У_Р, которые определяются на основе информации от РСБН. Сложность совместного функционирования автономных КИМС и РСБН состоит в том, что определение местоположения ЛА с помощью указанных измерителей осуществляется в различных СК: в ортодромической – от автономных КИМС и в полярной от УДРНС.

В связи с этим в РСБН предусмотрен пересчет координат местоположения самолета из одной СК в другую.

Координаты Х_Р, У_Р определяются следующим образом. Сначала с помощью РСБН определяются полярные координаты D, q. Затем производится преобразование координат ЛА из полярной системы к вспомогательной географической системе координат Х_РМУ_Р, а затем к вспомогательной ортодромической системе координат Х_Р0МУ_Р0.

Х_РМ = D cos(q)

У_РМ= D sin(q)

Х_Р0 = D cos(q-d)

У_Р0= D sin(q-d)

Тогда координаты местоположения ЛА в ортодромической СК могут быть получены следующим образом:

Х_Р = Х_Р0 + Х_М

У_Р0= У_Р0 + У_М

Полученные в зоне действия РМ координаты ЛА Х_Р, У_Р используются для коррекции координат Х_А, У_А, вычисленных автономными КИМС. Из проведенного рассмотрения следует, что местоположение в КСБН можно определять либо по даным РСБН, либо по данным автономных КИМС, либо при их при их совместьном функционировании. В типовых КСБН предусмотрены следующие режимы работы: режим РСБН, режим автономного определения местоположения, режим сопряжения, когда осуществляется коррекция автономного определения координат местоположения по данным РСБН.

Совместная обработка информации в КСБН. Погрешности определения координат местоположения ЛА доплеровскими и воздушно-доплеровскими измерителями местоположения и скорости определяются прежде всего точностью определения путевой скорости и путевого угла. При этом имеет место нарастание ошибок определения координат местоположения с увеличением времени полета. Нарастание ошибок определения местоположения ЛА характерно и для КИМ, использующим ИНС.

Приближенные характеристики точности автономных измерителей местоположения и скорости имеют следующие значения:

Рассмотрим простейшие применяемые на практике алгоритмы коррекции координат местоположения ЛА в КСБН на основе информации от угломерно-дальномерной радионавигационной системы типа РСБН.

Координаты местоположения ЛА Х_А, У_А, определяемые на основе интегрирования проекций истинной воздушной скорости, обеспечивают весьма грубую навигацию. Для их уточнения в КСБН предусмотрена коррекция координат Х_А, У_А по данным Х_Р, У_Р, вычисленным по сигналам угломерно-дальномерной радионавигационной системы типа РСБН. Коррекция осуществляется в зоне действия любого из запрограммированных радиомаяков РСБН.

Рассмотрим обобщенную структурную схему устройства коррекции вычисления координаты Х_А местоположения ЛА. Для координаты структура устройства коррекции абсолютно аналогична.