Принцип действия каналов курса и глиссады РМС типа ILS

Курсовой и глиссадный каналы радиомаячных систем типа ILS имеют одинаковый принцип работы. Равносигнальный принцип формирования зон излучения используется обычно в глиссадных и курсовых радиомаяках I категории. В пространстве эти радиомаяки с помощью направленных антенн создают высокочастотное электромагнитное поле, одновременно промодулированное по амплитуде двумя различными частотами F₁ = 90 Гц и F₂ = 150 Гц (рис. 5.6). На задаваемом радиомаяком равносигнальном направлении (курс посадки или глиссада) коэффициенты модуляции для этих частот одинаковы, т. е. m₁ = m₂.

При отклонении от этого направления коэффициенты модуляции оказываются неравными, причем чем больше отклонение, тем больше разница коэффициентов модуляции, а при отклонении в различные стороны соотношение коэффициентов модуляции изменяется на обратное.

На ЛА о его положении относительно задаваемого направления можно судить по соотношению коэффициентов модуляции, т. е. путем сравнения амплитуд огибающих двух частот модуляции F₁= 90 Гц и F₂ =150 Гц в устройстве сравнения радиоприемника.

КРМ и ГРМ посадочных систем III и II категорий должны обеспечивать высокую стабильность задаваемых направлений в пространстве и других выходных характеристик. Такие требования не могут обеспечить равносигнальные радиомаяки, используемые в системах ILS I категории. Поэтому в системах посадки высокой точности (III категории, а иногда и II категории) в качестве КРМ и ГРМ применяются так называемые радиомаяки с опорным нулем.

Принцип работы радиомаяка с опорным нулем состоит в следующем. Данный радиомаяк использует две антенны A₁ и А₂ (рис. 5.7). Антенна A₁ имеет однолепестковую диаграмму направленности f₁(φ, θ.), направление максимума которой совпадает с задаваемым направлением курса посадки или глиссады. Антенна А₂ обладает двухлепестковой диаграммой направленности f₂(φ, θ), направление минимума которой совпадает с задаваемым направлением. Знак же диаграммы f₂(φ, θ) изменяется на обратный при переходе через направление минимума. В пределах ДНА f₁(φ, θ.) излучаются амплитудно-модулированные колебания с частотами модуляции F₂ = 90Гц и F₂=150 Гц, а в пределах ДНА f₂(φ, θ.) — балансно-модулированные колебания с теми же частотами модуляции, фазы которых в обоих лепестках ДНА отличаются на 180°.

Напряженность электрического поля, излучаемого антенной А₁.

E₁=E_m1 f₁(φ, θ) (1+m₁cosΩ ₁ t+m₂cosΩ ₂ t)cosω _Н t

Антенна А₂ излучает в пространство поле

E₂=E_m2 f₂(φ, θ) (cosΩ ₁ t− cosΩ ₂ t)cosω _Н t

Электромагнитные колебания, излучаемые антеннами А₁ и А₂, складываются в пространстве, в результате чего образуется суммарное поле. Результирующее поле при равенстве глубин модуляции m₁=m₂=m и при равенстве фаз токов, питающих антенны А₁ и А₂, в дальней зоне КРМ в зависимости от φ или ГРМ в зависимости от θ имеет вид:

E_р=E₁+E₂ =E_m1 f₁(φ, θ) (1+M₁cosΩ ₁ t+M₂cosΩ ₂ t)cosω _Н t

где коэффициенты глубины пространственной модуляции:

Здесь M₁, M₂— коэффициенты модуляции для частот соответственно Ω ₁ =2π F₁ и Ω ₂ =2π F₂; а=E_m2/E_m1

Рис. 5.6. Принцип формирования сигналов с использованием равносигнального КРМ и ГРМ, РМС типа ILS

а— структурная схема КРМ с излучением АМ-колебаннн, диаграмма на­правленности антенны и характеристики сравниваемых сигналов; б — струк­турная схема бортового приемоиндикатора; в— диаграмма направленности антенн глиссадного радиомаяка

Структура суммарного поля радиомаяка показывает, что оно является высокочастотным колебанием, промодулированным по амплитуде одновременно колебаниями двух частот модуляции Ω ₁ и Ω ₂. При этом коэффициенты модуляции M₁ и М₂ВЧ- колебаний зависят от направления.

РГМ определяется по формуле

Линии курса (глиссады) соответствует угол φ =0(θ = 0), при котором РГМ = 0.

Таким образом, радиомаяк с опорным нулем создает равносигнальное излучение колебаний боковых частот модуляции в направлении минимума диаграммы направленности f₂(φ, θ.)которое служит для задания посадочного курса в КРМ или глиссады в ГРМ.

Следует отметить, что поле ГРМ в вертикальной плоскости формируется с участием земной поверхности и больше, чем поле КРМ, подвержено дестабилизирующему влиянию параметров отражающей земной поверхности.

На борту ЛА высокочастотный сигнал, принятый антенной, поступает на вход курсового (КРП) или глиссадного (ГРП.) прием­ника.

Структура КРП и ГРП системы типа ILS (рис. 5.8, а также см. рис. 5.6; 5.7) одинакова и определяется характером излуча­емых радиомаяками сигналов. Поскольку форма сигналов, излучаемых радиомаяками различных видов (равносигнальными или с опорным нулем) одинакова, для их приема используются одни и те же радиоприемники.

КРП и ГРП представляют собой супергетеродинные радиоприемные устройства, в выходной части которых выделяется навигационная информация о положении ЛА относительно плоскости посадочного курса или глиссады. После усиления и детектирования суммарного радиосигнала маяка выделяется сумма двух низкочастотных напряжений с частотами 90 и 150 Гц.

Рисунок 5.7 – Диаграмма направленности антенн, спектральный состав сигналов курсового радиомаяка, низкочастотные сигналы и положение стрелки индикатора курса (а); структурная схема курсового радиоприемника РМС типа ILS и зависимость разности глубины модуляции от направленности (б)

Сигналы с частотами F₁ = 90 Гц и F₂=150Гц разделяются фильтрами Ф₁ и Ф₂, после чего преобразуются выпрямителями В₁ и В₂ в постоянные напряжения и₁ и и₂, которые пропорциональны глубинам пространственной модуляции соответственно М₁и М₂ сигналов с частотами F_1, F₂. Напряжения и₁ и и₂ с выходов выпрямителей поступают на схему сравнения. При полете ЛА по линии курса (линии глиссады) М₁= М₂ (т. е. РГМ=0), поэтому напря­жения, поступающие на ИК и ИГ (индикаторы курса и глиссады) и в САУ, также равны нулю. При угловом отклонении ЛА от линии курса (линии глиссады) возрастает значение РГМ, а значение и знак выходного напряжения характеризуют значение и сто­рону отклонения ЛА от посадочной траектории.

На ЛА гражданской авиации функции КРП и ГРП выполняет отечественное бортовое оборудование посадочных систем, рабо­тающее в режиме ILS. Наиболее совершенное оборудование такого типа — «Курс-МП-70».

Рис. 5.8 Диаграммы направленности антенн, спектральный состав сигналов глиссадного радиомаяка низкочастотные сигналы и положение стрелки индикатора глиссады ( а ); структурная схема глиссадного радиоприемника РМС типа ILS и зависимость разности глубины модуляции от направления (б)