Радиомаячная система посадки сантиметрового диапазон типа MLS

Стремление к созданию единой системы посадки для авиации всех стран и различных ведомств, ЛА различных типов и в различных аэродромных условиях привело к использованию диапазона 5 ГГц (длина волны 6 см). В этом диапазоне можно обеспечить заданную дальность действия (не более 50 км) в любых метеорологических условиях и получение точной информации на всех этапах посадки, включая выравнивание до полного приземления.

Стандартная РМС типа MLS представляет собой точную угломерно-дальномерную систему, состав и взаимодействие оборудования которой приведены на рис. 5.12.

Угломерная подсистема с помощью наземных радиомаяков на борту ЛА. создает сигналы, сдвиг которых во времени является функцией угловых отклонений ЛА от заданной траектории (временное кодирование). Частотный диапазон угломерной подсистемы составляет 5031..5090, 7 МГц. В пределах данного диапазона имеется 200 частотных каналов с разносом по частоте 0, 3 МГц. Стабильность частоты должна быть такой, чтобы ее изменение за 1 с не превышало ±50 Гц.

Зона действия угломерной подсистемы формируется четырьмя наземными радиомаяками: азимутальным захода на посадку АРМ-1, обратного азимута АРМ-2, угломестным захода на посадку УРМ-1 и угломестным выравнивания УРМ-2.

Каждый из этих радиомаяков обеспечивает информацией об угловом положении ЛА в определенной части зоны действия, в частности, в зонах захода на посадку, обратного азимута и ВПП.

Формат сигнала угломерной подсистемы обеспечивает независимость передачи информации каждым радиомаяком. Все радио­маяки, входящие в состав системы MLS (азимутальные и угломерные), имеют одинаковый принцип работы. Принцип действия угломерной подсистемы иллюстрируется рис. 5.13). Радиомаяк имеет передатчик и антенное устройство типа фазированной антенной решетки (ФАР). ФАР формирует узкий луч (в горизонтальной плоскости в азимутальных радиомаяках или в вертикальной плоскости в угломестных маяках), качающийся в горизонтальной плоскости (для АРМ) или в вертикальной плоскости (для УРМ) в заданном секторе. Ширина узкого луча для разных вариантов MLS может составлять от 0, 5 до 4°. Информация об угловом положении ЛА в пределах рабочего сектора радиомаяков MLS кодируется временным интервалом между импульсами прямого и обратного ходов луча. Величина временного интервала является линейной функцией измеряемого пеленга. Луч сканирует упорядоченным образом. В некоторый момент времени (опорное время), которое известно на ЛА, так как информация о нем передается наземными радиомаяками, начинается движение луча в прямом направлении (в сторону увеличения угла). При этом в азимутальном радиомаяке луч диаграммы направленности антенны движется по часовой стрелке (если смотреть сверху), т.е. «туда», и «обратно», когда луч движется против часовой стрелки. Нулевое значение угла для азимутальных радиомаяков захода на посадку соответствует осевой линии ВПП.

Рисунок 5.13 –. Формирование информативного параметра сигнала в азимутальном (а) и угломестном (б) каналах системы при определенном движении лу­ча в горизонтальной и вертикальной плоскостях:

1 — граница сектора сканирования ЛА; ФАР — Фазированная антенная решетка угломестного радиомаяка; 2 — сигнал бортового приемника.

В угломестных радиомаяках используют термин «вверх», когда луч ДНА движется в направлении возрастания угла места, и «вниз», когда движение происходит в противоположном направлении. Нулевое значение угла места совпадает с горизонтальной плоскостью, проходящей через фазовый центр антенны радиомаяка.

Во время движения луча «туда» и «обратно», «вверх» и «вниз» антенна излучает немодулированный сигнал. Переходу от движения луча в прямом направлении к движению в обратном соответствует прекращение излучения (пауза). Рассмотренный цикл (т.е. прямое и обратное движение луча) периодически повторяется с частотой повторения данной функции.

На ЛА в те моменты времени, когда луч радиомаяка ориенти­рован в направлении ЛА, принимаются два импульсных сигнала, соответствующих движению луча данного радиомаяка в прямом и обратном направлениях. Длительность этих импульсов определяется шириной луча ДНА и угловой скоростью перемещения, а моменты их возникновения зависят от углового положения ЛА относительно биссектрисы сектора. Таким образом, информативный параметр сигнала УПС представляет собой временной интервал 4, в между двумя импульсами, принимаемыми на ЛА при облучении его сканирующим лучом диаграммы направленности антенны" Наземного радиомаяка во время прямого и обратного ходов луча.

Бортовое оборудование ЛА решает следующие задачи: выделение сигнала, принимаемого во время прохождения луча антенны через место, где находится ЛА; измерение временного интервала между двумя последовательно принимаемыми сигналами при движении луча в прямом и обратном направлениях, определение углового положения ЛА в горизонтальной или вертикальной плоскости и нахождение отклонения ЛА от задаваемой «а борту ЛА линии курса и глиссады.

Бортовое оборудование включает в себя ряд функциональных элементов: азимутально-угломестный радиоприемник (АУРП), измеритель азимутального угла и угла места (ИАУ), запросчик дальности (ЗД), измеритель дальности (ИД) и вычислительное устройство.

В азимутально-угломестном радиоприемнике принятый сигнал очищается от помех, после чего преобразуется в прямоугольный импульс путем его сечения по уровню 3 дБ и подается далее на устройство измерения временного интервала. В ИАУ определяется угловое положение ЛА путем измерения интервала времени между принимаемыми во время прямого и обратного ходов луча ДНА радиомаяка импульсами.

Сигнал с выхода ИАУ несет информацию об определяемом угловом параметре:

; ,

где — масштабный коэффициент.

Полученные значения или подаются на вычислительное устройство, где сравниваются со значениями , или , соответствующими положению ЛА на линии курса или выбранной на борту линии глиссады. Здесь представляет собой интервал времени между импульсами прямого и обратного ходов луча, принимаемыми на ЛА в том случае, когда ЛА находится на заданной траектории захода на посадку. Полученная на выходе ВУ разность несет информацию об откло­нении ЛА от заданной траектории и используется для индикации положения ЛА на приборах экипажа, а также для управления ЛА при автоматизации посадки.

Погрешности угломерной подсистемы MLS при номинальной мощности принимаемого сигнала составляют для канала азимута ±0, 015°, канала угла места ±0, 005°.

Дальномерная подсистема MLS(DME/P) предназначена для измерения расстояния до точки приземления ЛА. Дальность определяется радиолокационным методом по сигналу, поступившему с дальномерного радиомаяка в ответ на запросный сигнал ЛА. Информативный параметр сигнала представляет собой временной интервал между моментами излучения сигнала запроса и приема сигнала ответа.

Подсистема DME/P совместима со стандартным оборудованием DME, что позволяет выбирать рабочие частотные каналы DME/P из числа 252 каналов стандартного оборудования DME. Общее число частотно-кодовых каналов DME/P в диапазоне 960..1215 МГц с разносом по частоте 1 МГц равно 200, что расширяет возможности этого дальномера.

Согласно принципу «запрос—ответ» радиодальномер, установленный на ЛА, излучает кодированный запросный сигнал, который принимается антенной дальномерного радиомаяка — ответчика ДРМ, расположенного в конце ВПП.

После обработки сигнала запроса в приемном устройстве ДРМ излучает ответный сигнал. Дальность измеряется по времени за­паздывания ответного сигнала относительно запросного:

,

где с — скорость распространения радиоволн;

— временной интервал, пропорциональный текущей дальности D (t); — фиксированная задержка сигнала в дальномерном радио­маяке; — фиксированая задержка сигнала в бортовой аппаратуре.

Координаты ДРМ передаются угломерной подсистемой MLS, a бортовое вычислительное устройство учитывает их и непрерывно выдает дальность до расчетной точки приземления.

Точность DME/P определяется допустимыми погрешностями измерения дальности до расчетной точки приземления (точки от­счета MLS). Суммарная погрешность дальномерной подсистемы в опорной точке не должна превышать 30 м ().

Особенности схемы бортовой аппаратуры DME/P в отличие от стандартного ДМЕ следующие:

- в режиме определения дальности на участке захода, начиная с 14, 5 км и ближе к ВПП (режим FA), первый импульс запрос­ных и ответных кодовых групп имеет крутой фронт;

- время прихода принимаемых импульсов фиксируется по уровням 0, 15 в режиме FA и 0, 5 в режиме JA (на участке захода, начиная с 37 км и ближе к ВПП) от амплитудного значения первого импульса кодовой группы;

- осуществляется автоматическая подстройка временной за­держки в тракте ДРМ по контрольному сигналу;

- в приемниках РД и ДРМ применяются логарифмические УПЧ;

- для неискаженного приема первого импульса запросных и от­ветных кодовых групп в режиме FA используются УПЧ с широкой полосой пропускания и двухканальный дискриминатор, обеспечи­вающий заданную избирательность по соседнему каналу;

- при измерении дальности используется усреднение данных в аппаратуре радиодальномера.

Дальность измеряется так же, как и в навигационных дально­мерах системы VOR/DME.

Таким образом, бортовое оборудование радиомаячной системы типа MLS обеспечивает прием сигналов и измерение трех коорди­нат ЛА: азимутального угла , угла места и расстояния D.

функционирования системы и повышения эффективности ее использования:

- расстояние от антенны АРМ до порога ВПП;

- границы зоны пропорционального наведения по азимуту и по обратному азимуту;

- ширина луча для конкретного функционального элемента;

- расстояние от точки начала отсчета до порога ВПП;

- расстояние от антенны РД до порога ВПП;

- минимальный угол наклона глиссады;

- высота угломестной антенны и ее смещение.

Вспомогательные данные содержат:

- информацию о размещении наземного оборудования, используемую для уточнения расчетов местоположения ЛА;

- метеорологическую информацию;

- информацию о состоянии ВПП;

- другую вспомогательную информацию.

Кроме координатной информации радиомаяки системы MLS передают дополнительную информацию (основные и вспомогательные данные), предназначенную для обеспечения правильного

Работа функциональных элементов MLS разделена во времени, а один цикл работы каждого функционального элемента предусматривает передачу следующих сигналов: ключевого (так называемая преамбула), секторных, сканирования «туда» и сканирования «обратно» (рис. 5.14).

Сигнал преамбулы излучается по всему сектору зоны действия и состоит из кода синхронизации для обозначения опорного времени и кода опознавания функции для определения передаваемой информации (азимута захода на посадку, угла места захода на посадку и т. п.).

Секторные сигналы служат для опознавания наземной подсистемы и выбора бортовой антенны.

В системе предусматривается использование двух последовательностей передачи П1 и П2, включающих в себя все функции: азимут захода на посадку; угол места выравнивания; обратный азимут; азимут в зоне 360°; основные данные. Цикл уплотненной во времени передачи сигналов MLS предусматривает поочередную передачу последовательностей П1 и П2, а также вспомогательных данных. Продолжительность передачи этих последовательностей составляет соответственно 64, 9 и 67, 5 мс, а один полный цикл работы MLS занимает 615 мс (см. рис. 5.14). На рисунке временные интервалы между последовательностями функций П1 и П2" указаны в миллисекундах.