Радиотехнические системы посадки ЛА

Радиотехнические системы посадки предназначены для получения на борту ЛА и выдачи экипажу, а также в систему автоматического управления (САУ) информации об угловом отклонении ЛА от заданной траектории захода на посадку и о дальности до расчетной точки приземления ЛА. В состав этих средств входит наземное и бортовое оборудование.

Радиомаячные системы посадки ЛА (РМС) являются основными средствами, обеспечивающими заход ЛА на посадку в сложных метеоусловиях. РМС получили большое распространение при автоматизации управления заходом на посадку ЛА гражданской авиации.

Для работы РМС, применяемых в мировой практике гражданской авиации, выделены метровый и сантиметровый диапазоны радиоволн. Такие РМС называют системами метрового и сантиметрового диапазонов.

Наземное оборудование РМС предназначено для создания зон излучения сигналов, информативные параметры которых зависят от отклонения точки приема от заданной траектории как в горизонтальной (для канала курса), так и в вертикальной (для канала глиссады) плоскостях, а также для излучения сигналов, обеспечивающих определение расстояния до расчетной точки приземления ЛА или отмечающих определенные участки на заданной траектории.

В состав наземного оборудования РМС входят радиомаяки, которые в зависимости от выполняемых ими функций разделяются на курсовые (азимутальные), глиссадные (угломестные), дальномерные и маркерные, а также аппаратура контроля, сигнализа­ции и управления радиотехнического оборудования систем связи, навигации и посадки ЛА.

Бортовое оборудование РМС предназначено для приема, усиления и преобразования сигналов наземных радиомаяков и выдачи на индикаторы пилотов и в САУ сигналов, соответствующих угловым отклонениям ЛА от заданной траектории, а также расстоянию до расчетной точки приземления или пролету характерных участков заданной траектории.

РМС метрового диапазона, существующие в гражданской авиации, отличаются принципом действия и категорией системы. В нашей стране распространение получили РМС метрового диапазона: СП-68, СП-70, СП-75, СП-80 и др.

Радиосистема СП-68 входит в группу систем типа СП-50 и по параметрам близка к РМС II категории минимума погоды.

Радиосистема СП-75 построена по одноканальному принципу и относится к РМС II категории.

Рис 5.3 Состав, размещение и индикаторы комплекса наземного

Рисунок 5.4 – Состав, размещение и характеристики систем посадки СП-50 и ILS:

1 — курсовой радиомаяк; 2 — глиссадный радиомаяк; 3- нуль - индикаторы; 4 — маркерный радиомаяк в системах СП-50 и ILS; 5 — средний маркерный радиомаяк в системе ILS; 6— средний маркерный радиомаяк в системе СП-50; 7 — дальний маркерный радиомаяк в системе СП-50; 8 — дальний маркерный радиомаяк в системе ILS

Стандартам ИКАО III категории удовлетворяют радиосисте­мы СП-70 и СП-80. Курсовые и глиссадные радиомаяки этих систем построены по двухканальному принципу. За рубежом в гражданской авиации используется РМС метрового диапазона ILS (инструментальная система приземления.). Система ILS (ИЛС) по рекомендациям ИКАО стандартизирована. Среди зарубежных систем посадки также имеются системы I, II и III категорий.

Системы СП-70, СП-75, СП-80 и ILS имеют одинаковый принцип работы, удовлетворяющий стандартам ИКАО, и представ­ляют собой системы типа ILS.

Отечественная бортовая аппаратура «Курс-МП-70»может работать совместно с любой РМС метрового диапазона. Состав, размещение и характеристики радиомаяков отечественной и зарубежной РМС относительно ВПП приведены на рис. 5.4.

РМС метрового диапазона основаны на определении углового отклонения ЛА от заданной траектории в горизонтальной θ и вертикальной в плоскостях по сигналам наземных радиомаяков. Для этого наземные радиомаяки с помощью направленных антенн формируют в пространстве амплитудно-модулнрованное поле (пространственная амплитудная модуляция), коэффициенты глубины модуляции которого зависят от φ или θ. При сложении полей, излучаемых разными антеннами радиомаяков, информативные параметры принимаемого на борту ЛА сигнала однозначно определяют угловое отклонение точки приема от заданной посадочной траектории в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рис. 5.1)

Информативный параметр сигнала в РМС метрового диапазона — это разность глубин модуляции (РГМ) напряжениями с частотами 90 и 150 Гц или глубина пространственной модуляции напряжением с частотой 60 Гц.

Разность глубин модуляции используется в качестве информативного параметра в канале глиссады всех РМС метрового диапазона и в канале курса РМС, стандартизированных ИКАО (системы типа ILS), а глубина модуляции — только в канале курса в РМС типа СП-50.

Пролет ЛА характерных участков на заданной траектории определяется по сигналу маркерного радиомаяка, антенные устройства которого формируют направленную вверх диаграмму. Информативный параметр сигнала в маркерном канале представляет собой амплитуду сигнала, а также код манипуляции и частоту его модуляции (используемые для опознавания радиомаяка).

Таким образом, в соответствии с функциональным назначением в РМС метрового диапазона входят каналы курса, глиссады и маркерный, каждый из которых содержит соответствующий радиомаяк и бортовой радиоприемник с индикаторным прибором — указателем курса и глиссады и со звуковыми и световыми индикаторами кода маркерного радиомаяка (рис. 5.1).

Курсовые радиомаяки РМС метрового диапазона работают в диапазоне частот 108...112 МГц (длина волны около 3 м.), глиссадные — в диапазоне 328, 6...335, 4 МГц (длина волны около 1 м) и маркерные — на частоте 75 МГц (длина волны 4 м).

Частота, на которой работает глиссадный канал данной РМС, однозначно связана с частотой работы курсового канала. Основными достоинствами РМС метрового диапазона являются сравнительно высокая точность определения положения ЛА, мало зависящая от метеоусловий в районе аэродрома, возможность активного участия экипажа в процессе посадки, простота и непрерывность определения пилотом положения ЛА относительно глиссады, а также сравнительная легкость автоматизации системы. Заметим, что при использовании РМС ответственность за правильность выполнения посадки (при исправной работе оборудования системы) возлагается на экипаж ЛА, так как пилот сам контролирует посадку и управляет ею.

Используемые в настоящее время РМС метрового диапазона имеют некоторые недостатки и ограничения, основными из которых являются следующие:

- несоответствие возможностей этих систем и летно-технических характеристик перспективных ЛА (например, самолетов и вертолетов с коротким или вертикальным взлетом и посадкой), поскольку данные системы задают единственную прямолинейную посадочную траекторию, фиксированную относительно земной поверхности;

- малые размеры сектора (примерно ±4° в горизонтальной и ±1° в вертикальной плоскостях), в пределах которого обеспечи­вается пропорциональная зависимость информационного сигнала от смещения ЛА относительно заданной посадочной траектории, что уменьшает возможности предпосадочного маневрирования и ограничивает пропускную способность аэропорта;

- большие габаритные размеры антенных устройств (и сложность наземного оборудования);

- значительное влияние земной поверхности на качество работы;

- малое число частотных каналов (не более сорока) и, как правило, отсутствие дальномерного канала. Все это снижает эффективность РМС.метрового диапазона.

РМС сантиметрового диапазона наиболее полно отвечает эксплуатационным требованиям обеспечения посадки ЛА разных типов в различных аэродромных условиях. Система такого типа перспективна и получила международный статус под названием MLS.

РМС сантиметрового диапазона позволяет выполнять заход на посадку, посадку и уход на второй круг ЛА как с обычными, так и с короткими или вертикальными взлетом и посадкой. Система выдает информацию на этапе выравнивания (с высоты 45 м и ниже), а также данные о дальности до точки приземления. Работа системы MLS практически не зависит от местных объектов и метеоусловий. Стандартная MLS представляет собой точную угломерно-дальномерную систему и выполняет следующие функции: передает на ЛА азимутальную и угломестную информацию при заходе на посадку; измеряет дальность между ЛА и фиксированной точкой земной поверхности; передает на ЛА дополнительную информацию для эффективного использования системы (так называемые основные данные). При необходимости система может быть расширена для обеспечения азимутальной информацией на этапе взлета, при уходе на второй круг и угломестной информацией на этапе выравнивания, а также точной дальномерной информацией и вспомогательными данными. Кроме того, формат сигналов допускает дальнейшее развитие системы.

В соответствии с перечисленными выше функциями в РМС сантиметрового диапазона выделяют независимые друг от друга угло­мерную (УПС) и дальномерную (ДПС) подсистемы, которые обеспечивают измерение азимутального угла φ, угла места θ и расстояния D (рис. 5.5)

Указанные координаты поступают в вычислительное устройство бортового оборудования ЛА, которое преобразует их и вырабатывает данные о координатах Z и Н.

Для точного определения координат Z и Нна ЛА передаются данные о длине ВПП и размещении антенных устройств радиомаяков относительно ВПП, в результате чего может быть вычислено расстояние от ЛА до точки размещения антенны любого радиомаяка, а затем координаты Z=Dsinφ и D=cos θ.

В вычислительном устройстве эти координаты сопоставляются с параметрами траектории посадки и вырабатываются отклонения ЛА от посадочной траектории в горизонтальной и вертикальной плоскостях Δ Z и Δ Н, а также расстояние до точки приземления. Данные Δ Z, Δ Н и D_o подаются на приборы системы посадки и в САУ. Кроме того, на приборы и в САУ могут поступать и угловые отклонения Δ φ и Δ θ.

MLS (a) и коорлдинаты, измеряемые MLS (б):

ДРМ – дальномерный радиомаяк-ответчик; АРМ-1 – азимутальный радиомаяк захода на посадку;

АРМ-2 – азимутальный радиомаяк обратного курса;

УМ-1 угломестный радиомаяк захода на посадку; УМ- 2 – угломестный радиомаяка выравнивания ЛА перед посадкой

Рисунок 5.5. – Состав, размещение радиомаяков РМС сантиметрового диапазона

Таким образом, РМС сантиметрового диапазона обеспечивает точное измерение координат места положения ЛА в пространстве и на основе использования этих координат выполнение предпосадочного маневра, захода на посадку, посадки до приземления, ухода на второй круг, взлета по принципиально любым траекториям, в том числе и криволинейным. Вид посадочной траектории может быть выбран на ЛА. Конкретная форма траектории посадки ограничивается летно-техническими характеристиками ЛА.