СИСТЕМА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ПОСАДКИ ВОЗДУШНОГО СУДНА

Область техники
Настоящая полезная модель относится к системе инструментальной посадки (Instrumenten-Landesystem - ILS), предназначенной для размещения в области взлетно-посадочной полосы для воздушных судов. Под воздушными судами имеются в виду, в частности, самолеты гражданского и военного воздушного флота.
Уровень техники
Система ILS инструментальной посадки содержит средства для создания двух направляющих лучей, а именно первые средства для создания луча курса посадки и второе средство для создания луча траектории глиссады. Луч курса посадки содержит данные о курсе приземляющегося воздушного судна, то есть о его отклонении от заданного курса посадки (так называемой оси захода на посадку). Луч траектории глиссады содержит данные о высоте приземляющегося воздушного судна, то есть он обеспечивает вертикальное ведение заходящего на посадку воздушного судна. Приземляющееся воздушное судно оснащено средствами для приема данных. Принимаемые данные могут обрабатываться и отображаться на устройстве отображения в кабине воздушного судна, так что пилот воздушного судна может с учетом указываемых данных безопасно и надежно сажать воздушное судно на взлетно-посадочную полосу. Альтернативно данные могут также обрабатываться и привлекаться для генерирования сигналов управления для устройств управления воздушного судна. Устройствами управления являются, например, руль высоты, руль направления, посадочные закрылки, приводные механизмы и другие устройства. Путем соответствующего управления устройствами управления может осуществляться автоматизированная посадка, то есть без ручного вмешательства пилота воздушное судно может безопасно и надежно садиться на взлетно-посадочную полосу. Такая система известна, например, из патентного документа DE 4206327 А1 и является ближайшим аналогом заявленной полезной модели.
Курсовой посадочный радиомаяк (Localizer - LOC или LLZ) снабжен системой антенн, которая установлена в секторе посадки примерно в 300 м за концом взлетно-посадочной полосы и состоит из нескольких расположенных попарно направленных антенн (вытянутые А/2 диполи). Курсовой посадочный радиомаяк информирует пилота о поперечном положении относительно оси захода на посадку и показывает пилоту, должен ли он дальше лететь правее или левее, чтобы должным образом сесть на взлетно-посадочную полосу.
Курсовой посадочный радиомаяк работает в диапазоне частот от 108,10 МГц до 111,98 МГц. На несущую частоту накладываются два амплитудно-модулированных сигнала частотой 90 и 150 Гц, которые излучаются антеннами таким образом, что максимум излучения лежит вдоль оси захода на посадку. Этот сигнал, проходящий вдоль оси захода на посадку, обозначен как сигнал CSB несущей боковой полосы частот (Carrier Side Band - CSB). От тех же антенн излучается другой сигнал, который также создается путем амплитудной модуляции, однако в нем отсутствует несущая составляющая. Этот сигнал обозначен как сигнал боковой полосы частот SBO (Side Band Only - SBO). Максимумы излучения сигнала боковой полосы частот SBO лежат с двух сторон от оси захода на посадку, а на этой оси он равен нулю. Таким образом, слева и справа от взлетно-посадочной полосы создаются два поля модуляции, которые накладываются друг на друга в середине.
Приемник курсового посадочного радиомаяка в воздушном судне измеряет разность глубин модуляции (Difference of Depth of Modulation - DDM) сигнала 90 Гц и сигнала 150 Гц. На оси захода на посадку глубина модуляции для каждой модулированной частоты составляет 20%, разность равна нулю, и вертикальная стрелка в кабине стоит посредине. При отклонении влево от оси захода на посадку глубина модуляции согнала частотой 90 Гц увеличивается с одновременным уменьшением глубины модуляции сигнала частотой 150 Гц, вертикальная стрелка указателя отклоняется вправо и предписывает пилоту произвести управление для смещения вправо, чтобы обеспечить подлет к оси взлетно-посадочной полосы. При отклонении вправо от оси захода на посадку глубина модуляции согнала частотой 90 Гц уменьшается с одновременным увеличением глубины модуляции сигнала частотой 150 Гц, вертикальная стрелка указателя отклоняется влево и предписывает пилоту произвести управление для смещения влево, чтобы обеспечить подлет к оси взлетно-посадочной полосы.
Разность DDM глубин модуляции между двумя сигналами изменяется линейно в зависимости от положения заходящего на посадку воздушного судна до полного отклонения стрелки указателя на 5 пунктов, что соответствует величине разности DDM глубин модуляции, равной 15,5%. Таким образом, ось захода на посадку представляет собой линию с постоянной разностью DDM глубин модуляции, равной нулю.
Радиомаяк траектории глиссады работает в диапазоне частот от 329 до 335 МГц. Частоты курсового посадочного радиомаяка и радиомаяка траектории глиссады обычно согласованы друг с другом, поэтому пилоту нужно настроить только одну частоту, и соответствующая частота радиомаяка траектории глиссады настраивается автоматически. Радиомаяк траектории глиссады указывает пилоту вертикальное отклонение от оптимального профиля захода на посадку. Радиомаяк траектории глиссады обычно расположен сбоку рядом со взлетно-посадочной полосой примерно на уровне точки приземления. Точка приземления находится на расстоянии примерно 280 м за порогом взлетно-посадочной полосы (при подлете под углом 3° и высоте над порогом в 15 метров).
Принцип функционирования радиомаяка траектории глиссады аналогичен работе курсового посадочного радиомаяка. Однако радиомаяк траектории глиссады работает на других несущих частотах, и оба лепестка модуляции направлены вертикально, а не горизонтально, как у курсового посадочного радиомаяка. На несущую частоту накладываются два сигнала амплитудной модуляции частотой 90 и 150 Гц с глубиной модуляции 40%, излучаемые антеннами таким образом, что максимум излучения лежит вдоль оси захода на посадку под углом 3°. Этот сигнал называется сигналом несущей боковой полосы частот (Carrier Side Band - CSB). От тех же антенн излучается другой сигнал, который также создается путем амплитудной модуляции, однако в нем отсутствует несущая составляющая. Этот сигнал обозначен как сигнал SBO боковой полосы частот (Side Band Only - СВО). Максимумы излучения сигнала SBO боковой полосы частот лежат снизу и сверху от оси захода на посадку, а на этой оси он равен нулю. Таким образом, снизу и сверху от оси захода на посадку под углом 3° создаются два поля модуляции, которые накладываются друг на друга в середине.
Приемник радиомаяка траектории глиссады в воздушном судне измеряет разность DDM глубин модуляции (Difference of Depth of Modulation - DDM) сигнала 90 Гц и сигнала 150 Гц. На оси захода на посадку под углом 3° глубина модуляции для каждой модулированной частоты составляет 40%, разность равна нулю, и горизонтальная стрелка указателя стоит посредине. При отклонении вверх от оси захода на посадку под углом 3° глубина модуляции согнала частотой 90 Гц увеличивается с одновременным уменьшением глубины модуляции сигнала частотой 150 Гц, горизонтальная стрелка указателя отклоняется вниз и предписывает пилоту произвести управление для смещения вниз, чтобы вернуться на ось захода на посадку под углом 3°. При отклонении вниз от оси захода на посадку под углом 3° глубина модуляции согнала частотой 90 Гц уменьшается с одновременным увеличением глубины модуляции сигнала частотой 150 Гц, горизонтальная стрелка указателя идет вверх и предписывает пилоту произвести управление для смещения вверх, чтобы вернуться на ось захода на посадку под углом 3°.
При посадке категории CAT I с помощью системы ILS инструментальной посадки в характерном случае угол захода на посадку составляет от 2,5° до 3,5°, в идеальном случае 3,0°. При категории CAT II/III с помощью системы ILS инструментальной посадки угол глиссады должен составлять 3°. Указатель в кабине указывает пилоту, должен ли он лететь выше или ниже, чтобы достигнуть точки приземления на взлетно-посадочной полосе. Почти во всех современных самолетах входящие сигналы системы ILS инструментальной посадки могут использоваться автопилотами, так что заход на посадку может осуществляться автоматически (при заходе на посадку категории CAT III). В этом случае пилот берет на себя управление самолетом только непосредственно перед посадкой самолета.
Кроме курсового посадочного радиомаяка и радиомаяка траектории глиссады система ILS инструментальной посадки может быть оснащена радиомаркерами, которые указывают расстояние до порога взлетно-посадочной полосы. Первоначально предусматривались три радиомаркера (дальний, главный и ближний радиомаркеры), при этом в настоящее время в гражданской воздушной авиации, как правило, ближний маркер не используется.
Дальний радиомаркер (Outer Marker - ОМ) или так называемый маркер подлета служит для контроля высотомера. На карте посадки указана точная высота глиссады над дальним радиомаркером ОМ. Обычно дальний радиомаркер ОМ находится на расстоянии 7200±300 м перед порогом взлетно-посадочной полосы и модулирован по амплитуде на 400 Гц и, соответственно, генерирует звук частотой 400 Гц (импульсы 300 мс, паузы 100 мс). В кабине воздушного судна загорается синий индикатор и слышен соответствующий звук. При посадке с помощью системы ILS инструментальной посадки воздушное судно должно уже находиться на траектории глиссады у дальнего радиомаркера ОМ. Это означает, что у дальнего радиомаркера ОМ воздушное судно при заходе на посадку под углом 3° имеет высоту около 400 м (4 морские мили × 318 футов/милю + 50 футов высоты над порогом взлетно-посадочной полосы = 403 м).
Средний или главный радиомаркер захода на посадку (Middle Marker - MM) расположен за 1050±150 м перед порогом взлетно-посадочной полосы, модулирован по амплитуде на 1300 Гц и, соответственно, генерирует звук частотой 1300 Гц (импульс 300 мс, пауза 100 мс, импульс 100 мс, пауза 100 мс …). В кабине загорается желтый индикатор и слышен соответствующий звук.
Ближний радиомаркер (IM) или радиомаркер приземления используется преимущественно только в военной авиации. Ближний радиомаркер (IM) расположен непосредственно перед взлетно-посадочной полосой 3, модулирован по амплитуде на частоту 3000 Гц и, соответственно, генерирует звук частотой 3000 Гц (импульс 100 мс, пауза 100 мс, …). В кабине загорается белый индикатор и слышен соответствующий звук.
Альтернативно или дополнительно к радиомаркерам система ILS инструментальной посадки может быть оснащена дальномерным устройством (Distance Measuring Equipment - DME). Дальномерное устройство служит для радионавигации воздушных судов. При этом путем измерения времени распространения сигнала наземной станцией дальномерного устройства DME определяется наклонное удаление воздушного судна. Дальномерное устройство DME базируется на технике радиолокации с активным ответом. Дальномерное устройство DME часто используется в комбинации с всенаправленным курсовым радиомаяком VOR ОВЧ-диапазона (Very-High-Frequency Omnidirectional Range - VOR). Комбинированная наземная станция с передатчиком VOR и приемопередатчиком DME обозначается как VOR/DME.
Технический принцип работы дальномерного устройства DME используется также в части измерений удаления тактической авиационной навигации (Tactical Air Navigation - TACAN).
Для определения удаления бортовое устройство воздушного судна посылает на наземную станцию (станции) пары импульсов со случайной частотой повторяемости. На них следуют ответы с жестко заданной задержкой времени ответа (например, 50 µc), причем эти ответы поступают в бортовой приемник помимо ответов на запросы, посылаемые другой бортовой аппаратурой. Бортовое устройство отфильтровывает из смеси всех ответных сигналов те, которые появляются с (почти) постоянной задержкой времени, и измеряет промежуток времени между посылкой первоначального сигнала и получением ответа. Этот промежуток времени (за вычетом задержки ответа) является временем распространения радиоволн от бортового устройства до наземной станции и обратно. Путем умножения на скорость света время распространения пересчитывается в удаление от наземной станции.
Таким образом, наклонное удаление до станции дальномерного устройства DME вычисляется в соответствии с уравнением:
где
t - измеренное время распространения (с)
с - скорость света в м/с (примерно 3000000000 м/с)
S - наклонное удаление в метрах (м)
Для расчета удаления над землей используют уравнение Пифагора:
где
h - высота над антенной дальномерного устройства DME в метрах (м)
D - удаление над землей в метрах (м).
Измеренное удаление указывается на приборе самолета в кабине в морских милях. Данные дальномерного устройства DME указывают не удаление над землей, а результирующее наклонное удаление, полученное из треугольника, образованного также высотой полета и удалением по земле. Погрешность измерения составляет примерно от 45 до 100 м, а в установках высокой точности примерно 50 м. Передатчик и приемник дальномерного устройства DME работают на различных каналах в диапазоне частот от 962 МГц до 1213 МГц.
Всенаправленный курсовой радиомаяк ОВЧ-диапазона (VOR) служит также для радионавигации воздушного судна. Он посылает специальный радиосигнал, по которому приемник в самолете может определять точное направление, в котором самолет находится относительно всенаправленного курсового радиомаяка. Обычный в современной авиации метод обозначается как метод VOR (VHF Omnidirectional Radio Range), причем VHF означает очень высокую частоту (Very-High-Frequency - VHF) (ультракороткие волны - УКВ). Omnidirectional Radio Range означает на немецком «всенаправленный курсовой радиомаяк».
Само устройство всенаправленного курсового радиомаяка VOR ОВЧ-диапазона представляет собой наземную станцию, сигнал которой обрабатывается приемником VOR в воздушном судне и может считываться пилотом на индикаторном устройстве в кабине в качестве информации направления. В целях упрощения приемник будет обозначаться также как приемник VOR.
Далее принцип функционирования всенаправленного курсового радиомаяка VOR будет описан более подробно вначале по аналогии со световой вышкой, которая излучает вращающийся световой луч со временем одного оборота на 360° в 360 секунд. Каждый раз, когда световой луч указывает точно на север, дополнительно мигает красная лампа во всех направлениях. Таким образом, из разности времени между вспышками красной лампы и видимостью светового луча можно определить точное направление к световой вышке.
Во всенаправленном курсовом радиомаяке VOR этот принцип распространен на радиоволны в диапазоне УКВ. Наземная станция всенаправленного курсового радиомаяка VOR осуществляет передачу в диапазоне частот от 108,000 МГц до 117,950 МГц с заданной частотой, которая помимо прочего указана в авиационных картах и справочниках по авиационной навигации (в соответствии с Международной организацией гражданской авиации ICAO (International Civil Aviation Organization - ICAO, Приложение 10).
Передающая станция всенаправленного курсового радиомаяка VOR генерирует комплексный сигнал, состоящий из следующих составляющих.
1. Направленной вращающейся компоненты. Вследствие характеристики направления передающей антенны и того факта, что поле излучения антенны вращается по часовой стрелке с частотой 30 об/с, бортовой приемник VOR принимает сигнал, интенсивность которого повышается и снижается 30 раз в секунду - амплитудная модуляция 30 Гц. Фаза этого вращающегося сигнала 30 Гц зависит от углового положения приемника относительно наземной станции всенаправленного курсового радиомаяка VOR.
2. Ненаправленной компоненты, также модулированной сигналом 30 Гц (частотная модуляция 30 Гц поднесущей частоты 9960 Гц). Фаза этого опорного сигнала 30 Гц не зависит от положения.
3. Морзе-сигнала опознавания.
4. (Необязательного) Звукового канала. Передатчики всенаправленных курсовых радиомаяков VOR вблизи крупных аэропортов передают текущие погодные данные (Automatic Terminal Information Service - ATIS) вместо Морзе-сигнала опознавания. Поскольку в случае наличия вблизи нескольких радиомаяков только один распространяет сигналы ATIS, опознавание по сигналу Морзе на требуется. В США по некоторым передатчикам всенаправленных курсовых радиомаяков VOR осуществляется также устная радиосвязь авиадиспетчерской службы с пилотами или передатчики VOR используются как радиорелейные станции.
В приемнике измеряется разность фаз (0…360°) между двумя модуляциями 30 Гц и указывается как радиальное положение относительно магнитного севера (угол азимута 0…360°). Находящиеся вблизи магнитного полюса передатчики всенаправленных курсовых радиомаяков VOR с большим магнитным отклонением настраиваются на географический Северный полюс.
Если, например, воздушное судно находится на востоке (90°) от всенаправленного курсового радиомаяка VOR, разность фаз между направленным и ненаправленным сигналом составляет 90°. Острие стрелки указателя радиокомпаса (Radio Magnetic Indicator - RMI) указывает величину 270°, поскольку радиомаяк VOR находится на западе. При положении всенаправленного курсового радиомаяка VOR в западном направлении (270°) разность фаз составляет 270°. Острие стрелки радиокомпаса указывает на угол 90°, так как приемник VOR находится на востоке.
Отличие доплеровского всенаправленного курсового радиомаяка DVOR (Doppler-VOR) от обычного всенаправленного курсового радиомаяка VOR заключается в форме генерирования сигнала. В противоположность обычному всенаправленному курсовому радиомаяку VOR составляющая 30 Гц AM (амплитудная модуляция) передается от стационарной всенаправленной антенны теперь в качестве опорного сигнала, в то время как поднесущая частота 9960 Гц передается путем быстрого переключения между множеством антенн (например, 50-ю), расположенных по кругу, например, диаметром 13,5 м. За счет этого образуется почти непрерывное вращение центра передачи поднесущей частоты против часовой стрелки. В приемнике на борту воздушного судна за счет эффекта Доплера обеспечивается требуемая частотная модуляция 30 Гц с отклонением частоты ±480 Гц, фаза которой зависит от направления (сигнал вращения).
В обычном всенаправленном курсовом радиомаяке VOR опорный сигнал передается в качестве частотной модуляции 30 Гц от стационарной антенны, а переменный сигнал в виде амплитудной модуляции 30 Гц генерируется вращающейся антенной. Во всенаправленном курсовом радиомаяке DVOR роли опорного и переменного сигнала меняются точно на обратные: опорный сигнал является сигналом 30 Гц AM от стационарной всенаправленной антенны, а переменный сигнал 30 Гц FM создается посредством эффекта Доплера от круговой группы антенн.
Поскольку опорный сигнал и переменный сигнал всенаправленного курсового радиомаяка DVOR меняются местами по сравнению с обычным всенаправленным курсовым радиомаяком VOR, сигнал на круговой группе антенн идет против часовой стрелки. Добавка «Доплеровский» в названии DVOR не имеет никакого отношения к доплеровскому сдвигу из-за скорости самолета, а только указывает на вид генерирования сигнала. В типовом случае передатчик всенаправленного курсового радиомаяка DVOR в два-три раза точнее, чем передатчик обычного всенаправленного курсового радиомаяка VOR. При использовании передатчика всенаправленного курсового радиомаяка DVOR радиальная погрешность редко превышает 1°, в то время как радиальная погрешность обычного передатчика всенаправленного курсового радиомаяка VOR может доходить до 2,5°.
Измерение удаления с помощью всенаправленного курсового радиомаяка VOR невозможно. Однако с помощью пеленгации относительно двух всенаправленных курсовых радиомаяков VOR (перекрестной пеленгации) пилот воздушного судна тем не менее может определить свое удаление от всенаправленного курсового радиомаяка VOR. Кроме того, всенаправленный курсовой радиомаяк VOR почти всегда комбинируется с системой радионавигации для измерения удаления (так называемым дальномерным устройством DME). Дальномерное устройство DME указывает, как уже объяснялось выше, удаление от ретранслятора DME в морских милях (NM), но не направление. Совместно всенаправленный курсовой радиомаяк VOR и дальномерное устройство DME могут давать положение: курсовую информацию от всенаправленного курсового радиомаяка VOR и информацию удаления от дальномерного устройства DME. Комбинированная наземная станция с передатчиком всенаправленного курсового радиомаяка VOR и приемопередатчиком дальномерного устройства DME обозначается как VOR/DME. Для указателя дальномерного устройства DME в самолете имеется второй прибор. Обычно необходимо настроить нужную частоту только для всенаправленного курсового радиомаяка VOR. Правильная настройка частоты дальномерного устройства DME происходит автоматически. Если передатчик всенаправленного курсового радиомаяка VOR не оснащен дальномерным устройством DME, прибор дальномерного устройства DME в самолете остается без указателя.
С приемником всенаправленного курсового радиомаяка VOR в воздушном судне связан VOR-указатель. Указатель указывает, в каком направлении находится запеленгованный всенаправленный курсовой радиомаяк VOR. Направление от наземной станции всенаправленного курсового радиомаяка VOR до самолета обозначается как радиальное. Встречным курсом является направление, в котором пилот должен лететь, чтобы подлететь к станции всенаправленного курсового радиомаяка VOR. Измерение направления к двум станциям всенаправленных курсовых радиомаяков VOR позволяет пилоту производить перекрестную пеленгацию и тем самым точно определять положение.
Приемник всенаправленного курсового радиомаяка VOR указывает отклонение от настроенного курса захода на посадку или курса взлета. Когда заход на посадку производится по настройке «К» ("to"), а взлет - по настройке «ОТ» ("from"), указатель приемника всенаправленного курсового радиомаяка VOR действует как прибор управления, то есть курс должен корректироваться в том же направлении, в котором отклоняется стрелка. Для инструментального управления полетом приемник всенаправленного курсового радиомаяка VOR предписан как обязательное оснащение. В самолетах он часто имеется в сдвоенном выполнении, чтобы обеспечивать возможность перекрестной пеленгации и определять точки пересечения радиальных направлений двух различных станций.
Диапазон частот для всенаправленных курсовых радиомаяков VOR регламентирован и унифицирован во всем мире. Частоту желаемого всенаправленного курсового радиомаяка VOR узнают из отраслевых публикаций, например, из карт авиационной навигации или из справочников по авиационной навигации. Более совершенные приемники всенаправленного курсового радиомаяка VOR обеспечивают возможность настройки двух частот. При этом одна частота является «активной частотой», а другая «предварительно выбранной частотой» (резервной частотой). Путем нажатия на кнопку пилот может в нужный момент поменять местами две частоты. Это снижает рабочую нагрузку на пилотов во время полета.
В США всенаправленные курсовые радиомаяки VOR разделяют на три категории по дальности их действия, то есть в зависимости от того, насколько они гарантируют прием сигнала без интерференции.
- Всенаправленные курсовые радиомаяки VOR для больших высот (HVOR) - максимальная дальность около 240 км при высоте полета около 13700 м
- Всенаправленные курсовые радиомаяки VOR для малых высот (LVOR) - максимальная дальность около 74 км при высоте полета около 5500 м
- Посадочные всенаправленные курсовые радиомаяки VOR (TVOR) - максимальная дальность около 46 км при высоте полета около 3650 м, обычно используются как вспомогательные средства для захода на посадку.
Глобальная система GPS навигации и определения положения (Global Positioning System - GPS) постепенно вытесняет систему VOR/DME всенаправленных курсовых радиомаяков и дальномерных устройств. Однако в настоящее время системы VOR/DME являются предписанными законом главными системами датчиков для инструментальной навигации.
Как уже было упомянуто выше, по меньшей мере, передатчик курсового посадочного радиомаяка (Localizer - LLZ) содержит два отдельных передатчика, работающих с небольшой девиацией их несущих частот (так называемая двухчастотная система). Такая система известна, например, из патентного документа DE 4206327 А1, в котором она подробно описана. Примеры выполнения системы по DE 4206327 А1 включены в данное описание в качестве ссылки. Соответствующие примеры выполнения должны также быть привлечены к предмету настоящей полезной модели. Часто передатчик радиомаяка траектории глиссады (Glidepath - GP) также выполняется в виде такой двухчастотной системы.
Согласно предписаниям Международной организации гражданской авиации (ICAO) в двухчастотной системе передатчиков курсового посадочного радиомаяка один из передатчиков передает в области до ±35° с двух сторон от продолжения центральной линии взлетно-посадочной полосы так называемый «всенаправленный сигнал» ("clearance" - сигнал разрешения) с заданной минимальной интенсивностью поля, а другой передатчик передает плотно сфокусированный курсовой сигнал в направлении центральной линии взлетно-посадочной полосы. Два сигнала немного расходятся по своей несущей частоте и модулированы двумя звуковыми частотами (90 Гц, 150 Гц). Используемые для модуляции звуковые частоты одинаковы для всенаправленного сигнала и для курсового сигнала и обычно находятся в фазе. Глубина модуляции для обеих звуковых частот поначалу одинакова. Однако используемые для передачи антенны установлены таким образом, что создаваемые с двух сторон от центральной линии поля излучения в значительной степени содержат одну или другую частоту модуляции, так что вдоль центральной линии и ее продолжения образуется вертикальная плоскость, вдоль которой составляющие модуляции двух звуковых частот равны и их разность равна нулю. С двух сторон от этой плоскости в приемнике может быть произведено сравнение составляющих модуляции и получен критерий (так называемая разность глубин модуляции, Difference of Depth of Modulation - DDM). Он показывает, на какой стороне от плоскости находится приемник, и дополнительно в узкой угловой области вблизи этой плоскости указывает удаление от нее.
Курсовой посадочный радиомаяк LLZ и радиомаяк GP траектории глиссады обычно подразделены на четыре раздельных блока. Этими блоками являются:
- электронная подсистема,
- подсистема антенн,
- блок батарейного питания (при категории III эксплуатации, в иных случаях опция) и
- датчики окружающей среды (опция).
Электронная подсистема содержит пять основных функциональных блоков. Для курсового посадочного радиомаяка LLZ этими блоками являются:
- передатчик,
- контрольное устройство (так называемый монитор),
- аппаратура управления и коммутации,
- интерфейс локального/дистанционного управления и
- энергоснабжение.
Электронная подсистема радиомаяка GP траектории глиссады почти такова же, как и электронная подсистема курсового посадочного радиомаяка LLZ. Отличаются только два модуля вследствие различных рабочих высоких частот, а именно система модулятора/усиления энергии (Modulator-/Energievestärkungs-Anordnung - MODPA) и система коммутации цепей.
Функция передатчиков может обеспечиваться по существу посредством всего трех так называемых линейных сменных блоков (Line Replaceable Units - LRU). В качестве линейного сменного блока LRU в авиации обозначается существенный для обеспечения функциональности всей системы блок, который при дефекте может быть заменен в полевых условиях для приведения всей системы в функциональное состояние. В противоположность этому нелинейным сменным блоком является компонент или система, которые используются для ремонта линейного сменного блока LRU, когда в этом блоке обнаружился дефект и он был удален из общей системы для ремонта. Тремя линейными сменными блоками LRU являются:
- Акустический генератор (LG-A)
Эта система печатных схем служит для генерирования огибающих для совместной модуляции несущей боковой полосы CSB частот и модуляции боковой полосы SBO частот для курсового сигнала системы MODPA модулятора/усиления энергии (Modulator-/Energievestärkungs-Anordnung - MODPA) и, при двухчастотной системе, для кругового сигнала системы (MODPA.
- Синтезатор (SYN) частоты.
Эта система печатных плат генерирует высокочастотный носитель для курсового сигнала системы MODPA модулятора/усиления энергии и, при двухчастотной системе, для всенаправленного сигнала системы MODPA.
- Система MODPA модулятора/усиления энергии.
Эта система печатных плат предоставляет в распоряжение два модулированных по амплитуде сигнала, одним из которых является сигнал несущей боковой полосы CSB частот, а другим - сигнал боковой полосы SBO частот. Система MODPA модулятора/усиления энергии необходима для одночастотной эксплуатации, а для двухчастотной эксплуатации требуется вторая система MODPA.
Контрольное устройство (монитор) может быть либо одиночной, либо сдвоенной системой с резервным монитором. При эксплуатации с двумя мониторами они могут быть выполнены с возможностью работы в режиме «ИЛИ» или «И». Предпочтительно переключение осуществляется в полевых условиях. Одиночный монитор содержит две системы коммутации печатных плат (circuit card assemblies - CCA), которые содержат монитор (LG-M) и интерфейс (INTFC). Сдвоенный монитор оснащен второй системой печатных плат. Интерфейс содержит две идентичные группы коммутаторов, причем каждая группа предназначена для одного из мониторов и отвечает за его работу.
Входные пути объединенных датчиков режима излучения, т.е рабочего режима (On-Air) и внутренних датчиков резервного режима (Stdby) обрабатываются в блоке-объединителе резервного режима и рабочего режима (Standby and On-Air Combiner - SOAC), подаются вместе с другими входными сигналами к интерфейсу и там подразделяются на два пути для мониторов. Как монитор, так и интерфейс одинаковы для курсового посадочного радиомаяка (LLZ) и радиомаяка (GP) траектории глиссады. Кроме того система печатных плат монитора идентична схеме встроенного в передатчик акустического генератора, если не считать различия в готовых компонентах различных фирм. Блок-объединитель, известный из патентного документа DE 4206327, является ближайшим аналогом заявленной полезной модели.
Монитор является по существу высокоточным прибором спектрального анализа звуковых частот, который представляет собой комбинацию специальной аппаратуры и программируемого электронными средствами логического устройства (electrically programmable logic device - EPLD) в сочетании с микроконтроллером, например, с мощным микроконтроллером типа Intel 80С196. Обработка сигналов монитора, регулировочные элементы (потенциометры для настройки амплитуд и фаз), а также демпфирующие элементы на входе блока-объединителя SOAC резервного режима и рабочего режима в соответствии с уровнем техники выполняются аналоговыми. Известные блоки-объединители SOAC обычно снабжены более чем 30-ю потенциометрами, которые нужно настраивать с помощью отвертки. Это требует больших затрат труда и времени, при этом для настройки нужен компетентный специалист, имеющий глубокие знания о функционировании блока-объединителя SOAC резервного режима и рабочего режима. Кроме того, при наличии аналоговых регулировочных и демпфирующих элементов заданные величины настройки должны вновь настраиваться после неполадки или замены блока-объединителя резервного режима и рабочего режима SOAC. При этом периоды технического обслуживания получаются относительно долгими.
Система модулятора/усиления энергии (MODPA) содержит средство для создания курсового луча (так называемый курсовой посадочный радиомаяк) и средство для создания луча траектории глиссады. Система MODPA образует ступени передатчиков системы ILS инструментальной посадки, генерирующие высокочастотные сигналы, которые в конечном счете передаются на систему антенн.
Монитор рабочего режима отслеживает передаваемый от антенн сигнал по всем существенным параметрам сигнала и следит за тем, чтобы никогда не передавался ошибочный сигнал, что могло бы подвергнуть опасности посадку воздушного судна. Монитор режима готовности проверяет, правильно ли работают резервные передатчики, все ли параметры сигналов безошибочны, и делает заключение о возможности использования резервных передатчиков в случае сбоев. Если в резервных передатчиках имеется неполадка (сбой), об этом сообщается на контрольное устройство в диспетчерской вышке. В этом случае система инструментальной посадки не может использоваться для посадки категории CAT III (автоматической посадки).
Блок-объединитель SOAC резервного режима и рабочего режима служит для первичной обработки сигналов сдвоенных блоков мониторов (LGM). Блоки LGM мониторов оценивают отслеживаемые параметры сигналов посредством анализа Фурье и затем сравнивают их с записанными аварийными границами. Результат мониторинга сообщается исполнительной системе управления в диспетчерской вышке, которая далее производит переключение или, при определенных условиях, даже отключение передатчиков.
Раскрытие полезной модели
Исходя из описанного уровня техники, задачей полезной модели является выполнение и усовершенствование системы инструментальной посадки и блока-объединителя резервного режима и рабочего режима SOAC (далее называемом также для краткости «Блок-объединитель SOAC») таким образом, чтобы упростить настройку регулировочных элементов и/или демпфирующих элементов на входе блока-объединителя резервного режима и рабочего режима SOAC и сократить время простоев при замене дефектного блока или блоков-объединителей SOAC.
На основе блока-объединителя резервного режима и рабочего режима SOAC в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы полезной модели решение поставленной задачи достигается за счет того, что регулировочные элементы и/или демпфирующие элементы на входе блока-объединителя SOAC выполнены цифровыми.
На основе системы инструментальной посадки в соответствии с ограничительной частью пункта 10 формулы полезной модели решение поставленной задачи достигается за счет того, что блок-объединитель SOAC резервного режима и рабочего режима выполнен в виде блока-объединителя в соответствии с любым из пунктов 1-9 формулы полезной модели.
Техническим результатом, достигаемым в настоящей полезной модели обеспечивается возможность настройки регулировочных элементов и/или демпфирующих элементов на входе блока-объединителя SOAC не вручную, а с помощью компьютера при использовании соответствующего программного обеспечения. Интерфейс для специалиста, уполномоченного производить настройку, может быть выполнен, например, в виде графического пользовательского интерфейса (Graphical User Interface - GUI), так что настройка регулировочных элементов и/или демпфирующих элементов может быть существенно упрощена. Другим техническим результатом является то, что заданные величины для настроенного состояния блока-объединителя SOAC могут быть записаны в память и вновь вызваны при потребности. При этом регулировочные элементы и/или демпфирующие элементы могут быть быстро настроены соответствующим образом и блок-объединитель SOAC резервного режима и рабочего режима может быть приведен в рабочее состояние в самое короткое время. Это особенно важно для сокращения периодов технического обслуживания после замены дефектного блока-объединителя SOAC, так как за счет решения по полезной модели периоды технического обслуживания могут быть значительно сокращены. Благодаря этому значительно повышается готовность к работе всей системы инструментальной посадки.
Блок-объединитель SOAC резервного режима и рабочего режима системы ILS инструментальной посадки работает как интегрированная сеть, которая комбинирует образцовые сигналы антенн и преобразует их в соответствующие сигналы дальнего поля (антенн) для сигналов положения и ширины и всенаправленный сигнал (разрешения).
Основной функцией монитора (LG-M) является контроль критических сигналов «на антенне» и некритических сигналов «дежурная готовность» - «детектор». Блок-объединитель резервного режима и рабочего режима SOAC преобразует высокочастотную несущую частоту этого сигнала в промежуточную несущую частоту. Эта промежуточная частота составляет примерно 8 кГц, поэтому она обозначается также как звуковая несущая частота. Предназначенные для выполнения этой функции схемы в блоке-объединителе SOAC в двухчастотной системе предусмотрены общими для обоих мониторов.
Все конвертированные сигналы детектора промежуточной частоты подаются к схеме демодуляции для вмешательства в сигнальную информацию 90, 150 и 1024 Гц в базовых полосах. Аналоговый мультиплексор выбирает, какой детектор в плоскости постоянного тока (которая представляет исходную плоскость высокой несущей частоты) и какие компоненты переменного тока (которые представляют исходные частоты звуковой модуляции) должны быть демодулированы. Монитор управляет выбором сигнала.
Для улучшения качества контроля используется «опорный детекторный генератор» для проверки функции демодулятора и обеспечения возможности непрерывной компенсации изменений усиления постоянного и переменного тока. Этот опорный детектор использует всего одну частоту модуляции 120 Гц для предоставления стабильного моделированного детекторного сигнала вместо обычных частот 90 и 150 Гц навигации и частоты 1024 Гц курсового посадочного радиомаяка и идентификации.
Частота модуляции 120 Гц опорного детектора находится посредине между критическими частотами 90 и 150 Гц навигации и обеспечивает возможность хорошего согласования с изменением (так называемым сдвигом) усиления переменного тока. Многократный фильтр нижних частот удаляет сигнал 1024 Гц идентификации по коду Морзе и оставляет только навигационные тоны 90 и 150 Гц. Отдельный идентификационный детектор для огибающих используется для так называемого контроля идентификации. Фильтр нижних частот и идентификационные детекторы для огибающих снабжены системой печатных плат интерфейса (INTFC ССА) и предусмотрены для каждого монитора отдельно и независимо.
Согласно предпочтительному решению по развитию полезной модели для блока-объединителя SOAC резервного режима и рабочего режима предназначено вычислительное устройство, в частности микрокомпьютер, а регулировочные элементы и/или демпфирующие элементы реализованы посредством компьютерной программы, выполняемой в вычислительном устройстве.
Микрокомпьютер может быть выполнен в виде обычного персонального компьютера, отдельного от остального блока-объединителя SOAC резервного режима и рабочего режима, или в виде встроенного в этот блок микроконтроллера. В вычислительном устройстве выполняется соответствующая программа управления и/или регулирования (прикладное программное обеспечение), с помощью которой может улучшаться, в особенности облегчаться и ускоряться настройка регулируемых регулировочных элементов (потенциометров) и демпферных элементов.
Прикладное программное обеспечение может оказывать пользователю разностороннюю поддержку при настройке установочных величин и параметров регулировочных и/или демпфирующих элементов. Так например, в компьютерную программу могут быть включены соотношения и/или взаимосвязи и/или зависимости между различными установочными величинами и параметрами, которые непосредственно предоставляются программой пользователю или могут автоматически учитываться при настройке установочных величин и параметров. Это дает возможность более быстрой и легкой настройки блока-объединителя SOAC резервного режима и рабочего режима.
В том случае, когда вычислительное устройство выполнено внешним относительно остального блока-объединителя SOAC, оно может быть подсоединено к блоку-объединителю SOAC через любое устройство сопряжения, однако предпочтительно через интерфейс USB. Этот интерфейс экономичен, так как в настоящее время он представляет собой почти стандартное устройство для обычного персонального компьютера.
Согласно другому примеру выполнения для блока-объединителя SOAC резервного режима и рабочего режима предназначен экран, а компьютерная программа располагает графическим пользовательским интерфейсом GUI с возможностью его отображения на экране. С помощью графического пользовательского интерфейса может быть особенно наглядно отображено действительное состояние регулировочных и/или демпфирующих элементов, так что оно может быть быстро и надежно воспринято пользователем. Настройка установочных величин и параметров для регулировочных и/или демпфирующих элементов предпочтительно производится также через графический интерфейс. При этом отображение и/или настройка нескольких параметров и/или установочных величин могут быть увязаны таким образом, что с учетом соотношений и/или взаимосвязей и/или зависимостей между различными установочными величинами и параметрами путем настройки единственной установочной величины могут быть настроены несколько установочных величин и/или параметров. Требуемая для этого логика введена в программу.
Согласно другому предпочтительному решению по развитию полезной модели для блока-объединителя SOAC резервного режима и рабочего режима предназначены внешние или внутренние запоминающие средства для записи установочных величин, установленных на регулировочных и демпфирующих элементах. Предпочтительно запоминающие средства выполнены отдельными и отделенными от остального блока-объединителя SOAC. Так например, они могут быть встроенным компонентом внешнего вычислительного устройства или USB-драйва.
Далее, предпочтительно блок-объединитель SOAC резервного режима и рабочего режима содержит средства для считывания записанных в запоминающих средствах установочных величин и/или параметров и для автоматической настройки регулировочных и демпфирующих элементов на считанные из запоминающих средств установочные величины и/или параметры после замены блока-объединителя SOAC или его компонентов. Предпочтительно средства для считывания и настройки реализованы в виде части компьютерной программы, выполняемой в вычислительном устройстве. С помощью средств считывания величины для настроенного сводного блока SOAC режима готовности и рабочего режима могут быть записаны и предоставляться в распоряжение для последующего использования. Так например, после замены сводного блока SOAC режима готовности и рабочего режима или его компонентов записанные в памяти величины могут считываться и использоваться для настройки регулировочных и демпфирующих элементов на считанные из запоминающих средств установочные величины, так что новый блок-объединитель SOAC резервного режима и рабочего режима может быть быстро и просто приведен в настроенное состояние. В случае необходимости могут потребоваться только небольшие изменения настроенных величин нового блока-объединителя SOAC для приведения его в состояние максимально точной настройки. Поскольку система ILS инструментальной посадки не может функционировать во время замены блока-объединителя SOAC и настройки установочных величин и/или параметров нового блока-объединителя SOAC, благодаря запоминающим средствам возможно значительное сокращение периодов технического обслуживания и повышение готовности системы к работе.
Особенно предпочтительно, когда средства для считывания из запоминающих средств записанных установочных величин выполнены с возможностью автоматической настройки на считанные установочные величины регулировочных и демпфирующих элементов нового подлежащего включению в систему ILS инструментальной посадки сводного блока SOAC режима готовности и рабочего режима или его компонентов. В этом случае еще не включенный в систему ILS инструментальной посадки новый блок-объединитель SOAC может быть предварительно в значительной мере приведен в состояние настройки, так что после установки и включения нового, в значительной мере настроенного блока-объединителя SOAC он может быть приведен в состояние готовности к работе в кратчайшее время.
Краткий перечень чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет подробно описан пример осуществления полезной модели. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает систему (ILS) инструментальной посадки, содержащую радиомаркеры,
фиг.2 изображает подробно систему (ILS) инструментальной посадки, содержащую радиомаркеры,
фиг.3 подробно изображает сигналы радиомаркеров системы (ILS) инструментальной посадки и ориентацию сигналов,
фиг.4 изображает функциональную блок-схему передатчика курсового посадочного радиомаяка (LLZ) или радиомаяка (GP) траектории глиссады системы (ILS) инструментальной посадки,
фиг.5 изображает функциональную блок-схему электронной подсистемы (ESS) передатчика курсового посадочного радиомаяка (LLZ) или радиомаяка (GP) траектории глиссады системы (ILS) инструментальной посадки,
фиг.6 изображает функциональную блок-схему передатчика (ТХ) электронной подсистемы (ESS) курсового посадочного радиомаяка (LLZ) или радиомаяка (GP) траектории глиссады системы (ILS) инструментальной посадки,
фиг.7 изображает функциональную блок-схему блока-объединителя (SOAC) резервного режима и рабочего режима подсистемы (ESS) курсового посадочного радиомаяка (LLZ) или радиомаяка (GP) траектории глиссады системы (ILS) инструментальной посадки.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 показана известная из уровня техники система инструментальной посадки (Instrumenten-Landesystem - ILS), обозначенная в целом позицией 1. На фиг.1 система (ILS) 1 инструментальной посадки показана в схематичном виде. Система 1 (ILS) инструментальной посадки облегчает пилотам воздушных судов 2 посадку на взлетно-посадочную полосу 3 и при соответствующем выполнении и определенных обстоятельствах обеспечивает возможность даже полностью автоматизированной посадки воздушного судна 2 на взлетно-посадочную полосу 3. На взлетно-посадочной полосе 3 обозначена точка 4 приземления, которая находится на расстоянии примерно 280 м за порогом 5 взлетно-посадочной полосы (при подлете под углом 3° и высоте над порогом в 15 м). Далее, на взлетно-посадочной полосе 3 обозначена ось 6 взлетно-посадочной полосы, которая проходит примерно центрально в продольном направлении взлетно-посадочной полосы 3.
Для указания пилотам правильного пути захода на взлетно-посадочную полосу 3 система (ILS) 1 инструментальной посадки может быть оснащена маркерными радиомаяками (так называемыми радиомаркерами). При этом речь идет о так называемом дальнем радиомаркере (Outer Marker - ОМ) 7, среднем или главном радиомаркере (Middle Marker - ММ) и необязательном ближнем радиомаркере (Inner Marker - IM) 9. Каждый радиомаркер 7, 8, 9 посылает направленный от земли вертикально вверх сигнал 10, 11, 12 эллиптической формы, ориентированный главной осью перпендикулярно пути глиссады или захода на посадку и вспомогательной осью параллельно пути глиссады или захода на посадку. Высокочастотный сигнал частотой 75 МГц модулируется с помощью звука на 3000 Гц для ближнего радиомаркера (IM) 9, звука на 1300 Гц для среднего радиомаркера (ММ) 8 и звука на 400 Гц для дальнего радиомаркера (ОМ) 7. Выходные сигналы 10, 11, 12 радиомаркеров 7, 8, 9 отрегулированы таким образом, что обеспечиваются следующая ширина излучения, измеренная вдоль пути приземления:
Ближний радиомаркер (IM) 9: 150±50 м,
Главный радиомаркер (ММ) 8: 300±100 м и
Дальний радиомаркер (ОМ) 7: 600±200 м.
Дальний радиомаркер (ОМ) 7 служит для контроля высотомера воздушного судна 2. На карте посадки указана точная высота глиссады над дальним радиомаркером (ОМ) 7. Обычно дальний радиомаркер (ОМ) 7 находится на расстоянии около 4 морских миль, то есть примерно 7200±300 м перед порогом 5 взлетно-посадочной полосы. Дальний радиомаркер (ОМ) 7 модулирован по амплитуде на 400 Гц и, соответственно, генерирует звук частотой 400 Гц (импульсы 300 мс, паузы 100 мс). В кабине воздушного судна 2 загорается синий индикатор и слышен соответствующий звук. При посадке с помощью инструментальной системы (ILS) посадки воздушное судно 2 должно уже находиться на пути глиссады у дальнего радиомаркера (ОМ) 7. Это означает, что у дальнего радиомаркера (ОМ) 7 воздушное судно при заходе на посадку под углом 3° имеет высоту около 1320 футов (4 морские мили × 318 футов/милю + 50 футов высоты над порогом взлетно-посадочной полосы RDH=1324 фута), что соответствует 403,50 м.
Средний или главный радиомаркер (Middle Marker - MM) 8 расположен за 1050±150 м перед порогом 5 взлетно-посадочной полосы, модулирован по амплитуде на 1300 Гц и, соответственно, генерирует звук частотой 1300 Гц (импульс 300 мс, пауза 100 мс, импульс 100 мс, пауза 100 мс…). В кабине загорается желтый индикатор и слышен соответствующий звук.
Ближний радиомаркер (IM) 9 или радиомаркер захода на посадку используется преимущественно только в военной авиации. Ближний радиомаркер (IM) 9 расположен непосредственно перед взлетно-посадочной полосой 3, модулирован по амплитуде на частоту 3000 Гц и, соответственно, генерирует звук частотой 3000 Гц (импульс 100 мс, пауза 100 мс, …). В кабине загорается белый индикатор и слышен соответствующий звук.
Система (ILS) 1 инструментальной посадки содержит средства для создания двух направляющих лучей, а именно первое средство (LLZ) 13 (так называемый курсовой посадочный радиомаяк, Localizer - LLZ) для генерирования курса посадки - луча 14 и второе средство (GP) 15 (так называемый радиомаяк траектории глиссады или уклона глиссады, Glidepath - GP) для генерирования траектории глиссады - луча 16. Луч 14 курса посадки содержит данные о курсе приземляющегося воздушного судна 2, то есть о его боковом отклонении от заданного курса посадки (так называемой оси захода на посадку или центральной линии 20). Ось 20 захода на посадку образована линией пересечения луча 14 курсового посадочного радиомаяка (LLZ) и луча 16 радиомаяка (GP) траектории глиссады. Луч 16 траектории глиссады содержит данные о высоте приземляющегося воздушного судна 2 и служит для вертикального направления заходящего на посадку воздушного судна 2. Приземляющееся воздушное судно 2 снабжено средством для приема данных. Принимаемые данные могут предварительно обрабатываться и отображаться на устройстве отображения в кабине воздушного судна 2, так что пилот воздушного судна 2 может с учетом отображаемых данных безопасно и надежно приземляться на взлетно-посадочной полосе 3. Альтернативно данные могут обрабатываться и привлекаться для генерирования сигналов управления для устройств управления воздушного судна 2. Устройствами управления являются, например, руль высоты, руль направления, посадочные закрылки, приводные механизмы и другие устройства. Путем соответствующего управления устройствами управления может осуществляться автоматизированная посадка и/или воздушное судно 2 может безопасно и надежно садиться на взлетно-посадочную полосу 3 даже полностью автоматическим образом.
Курсовой посадочный радиомаяк (так называемый Localizer - LOC или LLZ) 13 оснащен системой 17 антенн, которая установлена в секторе посадки примерно в 300 м за концом 18 взлетно-посадочной полосы и состоит из нескольких расположенных попарно направленных антенн (вытянутые λ/2 диполи). Курсовой посадочный радиомаяк информирует пилота о поперечном положении относительно оси 20 захода на посадку и показывает пилоту, должен ли он дальше лететь вправо или влево, чтобы правильным образом сесть на взлетно-посадочную полосу 3. Вся электронная и логическая система курсового посадочного радиомаяка 13 помещена в приданном взлетно-посадочной полосе 3 здании или контейнере, при определенных условиях под землей, в укрытии 19.
Курсовой посадочный радиомаяк 13 работает в диапазоне частот от 108,10 МГц до 111,98 МГц. На несущую частоту накладываются два сигнала амплитудной модуляции частотой 90 и 150 Гц, которые излучаются антеннами 17 таким образом, что максимум излучения лежит вдоль оси 20 захода на посадку. Этот сигнал, проходящий вдоль оси 20 захода на посадку, обозначен как сигнал CSB несущей боковой полосы частот (Carrier Side Band - CSB). От тех же антенн излучается другой сигнал, который также создается путем амплитудной модуляции, однако в нем отсутствует несущая составляющая. Этот сигнал обозначен как сигнал SBO боковой полосы частот (Side Band Only - SBO). Максимумы излучения сигнала SBO боковой полосы частот лежат с двух сторон от оси 20 захода на посадку, а на этой оси он равен нулю. Таким образом, слева и справа от взлетно-посадочной полосы 3 создаются два поля модуляции, которые накладываются друг на друга в середине.
Приемник курсового посадочного радиомаяка в воздушном судне 2 измеряет разность DDM глубин модуляции (Difference of Depth of Modulation - DDM) сигнала 90 Гц и сигнала 150 Гц. На оси 20 захода на посадку глубина модуляции для каждой модулированной частоты составляет 20%, разность равна нулю, и вертикальная стрелка указателя (например, аналогового или цифрового координатного указателя) в кабине стоит посредине. При отклонении влево от оси 20 захода на посадку глубина модуляции сигнала частотой 90 Гц увеличивается с одновременным уменьшением глубины модуляции сигнала частотой 150 Гц, вертикальная стрелка указателя отклоняется вправо и предписывает пилоту произвести управление для смещения вправо, чтобы обеспечить подлет к оси 6 взлетно-посадочной полосы. При отклонении вправо от оси 20 захода на посадку глубина модуляции согнала частотой 90 Гц уменьшается с одновременным увеличением глубины модуляции сигнала частотой 150 Гц, вертикальная стрелка указателя отклоняется влево и предписывает пилоту произвести управление для смещения влево, чтобы обеспечить подлет к оси 6 взлетно-посадочной полосы. Разность DDM глубин модуляции между двумя сигналами изменяется линейно в зависимости от положения заходящего на посадку воздушного судна 2 до полного отклонения стрелки указателя на 5 пунктов, что соответствует величине разности DDM глубин модуляции, равной 15,5%. Таким образом, ось 20 захода на посадку представляет собой линию с постоянной разностью DDM глубин модуляции, равной нулю.
Радиомаяк 15 траектории глиссады оснащен системой 21 антенн, которая обычно расположена сбоку рядом со взлетно-посадочной полосой 3 примерно на уровне точки 4 приземления. Вся электронная и логическая система радиомаяка 15 траектории глиссады помещена в приданном взлетно-посадочной полосе 3 здании или контейнере, при определенных условиях под землей, в укрытии 19. Точка 4 приземления находится на расстоянии примерно 280 м за порогом 5 взлетно-посадочной полосы (при подлете под углом 3° и высоте над порогом в 50 футов). Радиомаяк 15 траектории глиссады работает в диапазоне частот от 329 до 335 МГц. Частоты курсового посадочного радиомаяка 13 и радиомаяка 15 траектории глиссады обычно жестко спарены друг с другом, поэтому пилоту нужно настроить только одну частоту, и соответствующая частота радиомаяка траектории глиссады выбирается автоматически. Радиомаяк 15 траектории глиссады указывает пилоту вертикальное отклонение от оптимального профиля захода на посадку. Принцип функционирования аналогичен работе курсового посадочного радиомаяка 13. Однако радиомаяк 15 траектории глиссады работает на других несущих частотах, и оба лепестка модуляции направлены вертикально, а не горизонтально, как у курсового посадочного радиомаяка 13. На несущую частоту накладываются два сигнала амплитудной модуляции частотой 90 и 150 Гц с глубиной модуляции 40%, излучаемые антеннами 21 таким образом, что максимум излучения лежит вдоль оси 20 захода на посадку под углом 3°. Этот сигнал называется сигналом несущей боковой полосы частот (Carrier Side Band - CSB). От тех же антенн 21 излучается другой сигнал, который также создается путем амплитудной модуляции, однако в нем отсутствует несущая составляющая. Этот сигнал обозначен как сигнал SBO боковой полосы частот (Side Band Only - СВО). Максимумы излучения сигнала SBO боковой полосы частот лежат снизу и сверху от оси 20 захода на посадку, а на этой оси он равен нулю. Таким образом, снизу и сверху от оси 20 захода на посадку под углом 3° создаются два поля модуляции, которые накладываются друг на друга в середине.
Приемник радиомаяка траектории глиссады в воздушном судне 2 измеряет разность DDM глубин модуляции (Difference of Depth of Modulation - DDM) сигнала 90 Гц и сигнала 150 Гц. На оси 20 захода на посадку под углом 3° глубина модуляции для каждой модулированной частоты составляет 40%, разность равна нулю, и горизонтальная стрелка указателя стоит посредине. При отклонении вверх от оси 20 захода на посадку под углом 3° глубина модуляции согнала частотой 90 Гц увеличивается с одновременным уменьшением глубины модуляции сигнала частотой 150 Гц, горизонтальная стрелка указателя отклоняется вниз и предписывает пилоту произвести управление для смещения вниз, чтобы вернуться на ось 20 захода на посадку под углом 3°. При отклонении вниз от оси 20 захода на посадку под углом 3° глубина модуляции согнала частотой 90 Гц уменьшается с одновременным увеличением глубины модуляции сигнала частотой 150 Гц, горизонтальная стрелка указателя идет вверх и предписывает пилоту произвести управление для смещения вверх, чтобы вернуться на ось 20 захода на посадку под углом 3°.
При посадке категории CAT I с помощью системы (ILS) инструментальной посадки в характерном случае угол захода на посадку составляет от 2,5° до 3,5°, в идеальном случае 3°. При категории CAT II/III с помощью системы ILS инструментальной посадки угол глиссады должен составлять 3°. Указатель в кабине указывает пилоту, должен ли он лететь выше или ниже, чтобы достигнуть точки 4 приземления на взлетно-посадочной полосе 3. Почти во всех современных самолетах 2 входящие сигналы системы (ILS) 1 инструментальной посадки могут использоваться автопилотами, так что заход на посадку может осуществляться автоматически (при заходе на посадку категории CAT III). В этом случае пилот берет на себя управление самолетом 2 только непосредственно перед посадкой самолета 2.
И наконец, система (ILS) 1 инструментальной посадки может быть в качестве опции оснащена дальномерным устройством (Distance Measuring Equipment - DME) (На фиг.1 не показано). Предпочтительно дальномерное устройство DME расположено рядом с взлетно-посадочной полосой 3, например, в укрытии радиомаяка (GP) траектории глиссады или вблизи него. Дальномерное устройство DME служит для радионавигации воздушного судна 2. При этом путем измерения времени распространения сигнала наземной станцией дальномерного устройства DME определяется наклонное удаление воздушного судна 2. Дальномерное устройство DME базируется на технике радиолокации с активным ответом. Дальномерное устройство DME часто используется в комбинации с курсовым всенаправленным радиомаяком VOR ОВЧ-диапазона (Very-High-Frequency Omnidirectional Range - VOR). Комбинированная наземная станция с передатчиком VOR и ретранслятором DME называется VOR/DME.
С диспетчерской вышки 23 ведется наблюдение и управление воздушным и наземным движением на взлетно-посадочной полосе 3. В диспетчерской вышке 23 сводится также и выдается персоналу вышки информация о состоянии подсистем системы (ILS) 1 инструментальной посадки и о ее готовности, так что при необходимости могут быть предприняты соответствующие меры. Для этого диспетчерская вышка 23 оснащена системой дистанционного управления и диагностики, так называемой системой RMMC дистанционного обслуживания и мониторинга (Remote Maintenance and Monitoring Configuration - RMMC). В частности, в диспетчерской вышке 23 сигналы от контрольного устройства 28 (монитора) представлены как часть электронной подсистемы 24 курсового посадочного радиомаяка (LLZ) 13 или радиомаяка траектории глиссады (GP) 15. Согласно Международной организации гражданской авиации - ICAO (International Civil Aviation Organization - ICAO), Рекомендации для посадки категории CAT III, повреждение или дефект системы (ILS) 1 инструментальной посадки указываются в диспетчерской вышке в течение одной секунды.
Система (ILS) 1 инструментальной посадки подробно показана на фиг.2, при этом те же компоненты обозначены теми же позициями. То же самое относится к системе (ILS) 1 инструментальной посадки на фиг.3. На чертеже дополнительно указаны частоты различных сигналов.
Как схематично показано на фиг.4, курсовой посадочный радиомаяк (LLZ) 13 и радиомаяк (GP) 15 траектории глиссады обычно подразделены на четыре раздельных блока. Этими блоками являются:
- электронная подсистема 24 (Electronic subsystem - ESS) в укрытии 19 или 22,
- подсистема 17 или 21 антенн (Antenna subsystem - ANT),
- блок 25 батарейного питания (Battery kit - ВАТТ) (при категории III эксплуатации опция) в укрытии 19 или 22,
- датчики 26 окружающей среды (Environment sensors - SENS) (опция) вблизи антенн 17 или 21.
Как схематично показано на фиг.5, электронная подсистема 24 содержит пять основных функциональных блоков. Для курсового посадочного радиомаяка (LLZ) 13 этими блоками являются:
- передатчик 27 (Transmitter - ТХ),
- контрольное устройство 28 (Monitor - LG-M),
- аппаратура 29 управления и коммутации,
- интерфейс 30 локального/дистанционного управления (Local/Remote Control Interface - LRCI) и
- энергоснабжение 31 (Power Supply - POWER).
Функция передатчиков 27 курсового посадочного радиомаяка (LLZ) 13 или радиомаяка (GP) 15 траектории глиссады может обеспечиваться, - как это схематично представлено на фиг.6, - по существу посредством всего трех так называемых линейных сменных блоков (Line Replaceable Units - LRU), которыми являются:
- Акустический генератор (LG-A) 32.
Эта система печатных схем служит для генерирования огибающих для совместной модуляции несущей боковой полосы (CSB) частот и модуляции боковой полосы (SBO) частот для курсового сигнала системы (MODPA) 34 модулятора/усиления энергии (Modulator-/Energievestärkungs-Anordnung - MODPA) и, при двухчастотной системе, для кругового сигнала системы (MODPA) 34.
- Синтезатор (SYN) 33 частоты.
Эта система печатных схем генерирует высокочастотный носитель для сигнала курса системы (MODPA) 34 модулятора/усиления энергии и, при двухчастотной системе, для всенаправленного сигнала системы (MODPA) 34.
- Система (MODPA) 34 модулятора/усиления энергии.
Эта система печатных схем предоставляет в распоряжение два модулированных по амплитуде сигнала, одним из которых является сигнал несущей боковой полосы (CSB) частот, а другим - сигнал боковой полосы (SBO) частот. Система (MODPA) 34 модулятора/усиления энергии необходима для одночастотной эксплуатации, а для двухчастотной эксплуатации требуется вторая система (MODPA) 34. Системы (MODPA) 34 являются ступенями передатчиков системы (ILS) 1 инструментальной посадки и генерируют высокочастотные сигналы, которые в конечном счете передаются на системы 17, 21 антенн.
Акустический генератор 32 использует цифровое генерирование сводных акустических тонов, за счет чего по существу устраняется акустический сигнал как источник ошибок. Полная динамическая ширина полосы 13-битового цифроаналогового преобразователя используется, чтобы сформировать форму волн с другим 8-битовым мультиплицирующим цифроаналоговым преобразователем, который управляет выходным уровнем. Данные конфигурации предварительно записаны в электрически стираемом программируемом постоянном запоминающем устройстве (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory- EEPROM)). Акустический генератор 32 обладает также свойствами мониторинга, которые используются для сбора системных данных, пригодных для технического обслуживания и диагностики ошибок.
Синтезатор (SYN) 33 частоты базируется на высокостабильном кварцевом генераторе (ТСХО) с температурной компенсацией в комбинации с так называемым прямым цифровым обобщением (Direct Digital Synthesis - DDS) для генерирования сигнала очень точной непрерывной волны (continuous wave - CW) с низкой долей шумов. Синтезатор 33 может работать как в курсовом посадочном радиомаяке, так и в радиомаяке траектории глиссады. Частота устанавливается в печатной схеме с помощью переключателей двоично-кодированного десятичного числа (Binary Coded Decimal - BCD), чтобы предотвратить не подлежащее отмене изменение частоты от локальной или удаленной клавиатуры.
В конструкции системы (MODPA) 34 модулятора/усиления энергии используются преимущества современных компонентов поверхностного монтажа. Это широкополочные компоненты, которые не требуют ни изменений частоты, ни настройки поля для замены компонентов. Система (MODPA) 34 модулятора/усиления энергии выполнена консервативным образом и способна при уровнях непрерывной волны (CW) вырабатывать требуемую для нее огибающую пики мощность. Крупный охлаждающий корпус может легко выдерживать переходные температуры даже при температуре окружающей среды, равной 55°C, что существенно ниже условий изготовителя блока. Конструкция и схема систем (MODPA) 34 модулятора/усиления энергии одинаковы для курсового посадочного радиомаяка (LLZ) 13 и радиомаяка (GP) 15 траектории глиссады, отличаются только их частотные компоненты. Предусмотрены петли обратной связи для контроля амплитуд и фаз, при этом искажения снижены до минимума.
Электронная подсистема 24 радиомаяка (GP) 15 траектории глиссады отличается от электронной системы курсового посадочного радиомаяка (LLZ) 13 двумя модулями, которые вследствие различной высокой частоты (HF) рабочих частот выполнены различными, а именно различными выполнены системы (MODPA) 34 модулятора/усиления энергии и блоки коммутатора передачи данных.
Контрольное устройство 28 (монитор) для сигнала 14, 16 отслеживает передаваемый от антенн 17, 21 сигнал по всем существенным параметрам сигнала и следит за тем, чтобы никогда не излучался ошибочный сигнал 14, 16, что могло бы подвергнуть опасности посадку воздушного судна 2. Для режима готовности сигнала 14', 16' монитор 28 проверяет, правильно ли работают резервные передатчики 13', 15', все ли параметры сигналов безошибочны и делает заключение о возможности использования резервных передатчиков 13', 15' в случае сбоев. Если в резервных передатчиках 13', 15' имеется неполадка (сбой), на диспетчерскую вышку сообщается об этом и о том, то система (ILS) инструментальной посадки не может использоваться для посадки категории CAT III (автоматической посадки).
Для первичной обработки сигналов для сдвоенных мониторов (LG-M) 28 предусмотрен блок-объединитель 35 (Standby and On-Air Combiner - SOAC) резервного режима и рабочего режима. Сигналы объединенных датчиков (рабочего режима) 26 и внутренних датчиков (резервного режима) 26 поступают на вход блока-объединителя 35 резервного режима готовности и рабочего режима и обрабатываются в нем. Вместе с другими входными сигналами мониторинга сигналы от датчиков 26 режима излучения и резервного режима проводятся через интерфейс (Interface - INTFC) к монитору 28. Как монитор 28, так и интерфейс одинаковы для курсового посадочного радиомаяка (LLZ) 13 и радиомаяка (GP) 15 траектории глиссады. Блоки мониторов 28 оценивают отслеживаемые параметры сигналов посредством анализа Фурье и затем сравнивают их с записанными программируемыми аварийными границами. Результат мониторинга сообщается исполнительной системе управления в диспетчерской вышке 23, которая далее производит переключение с сигнала 14; 16 режима излучения на сигнал 14', 16' режима готовности или, при определенных условиях, даже отключение передатчика 27.
Пример выполнения блока-объединителя 35 резервного режима готовности и рабочего режима схематично показан на фиг.7. Описанная выше обработка сигналов 14, 16 рабочего режима и сигналов 14', 16' режима готовности представлена функциональным блоком 38. Перед тем, как блок-объединитель 35 резервного режима и рабочего режима может надежно и безопасно использоваться по назначению в окружении взлетно-посадочной полосы 3 или системы (ILS) 1 инструментальной посадки, потенциометры (POTEN.) 36 должны быть отрегулированы для координации настройки амплитуд и фаз, а демпфирующие устройства или аттенюаторы 37 на входе должны быть настроены, по меньшей мере, при первом вводе в эксплуатацию блока-объединителя 35 резервного режима и рабочего режима. Это производится уже не аналоговым путем, а в соответствии с полезной моделью с помощью цифровых устройтсв.
Для этого через интерфейс, который предпочтительно выполнен в виде USB-интерфейса, (Universal Serial Bus - USB), может быть подсоединено вычислительное устройство 40, например, в виде персонального компьютера (PC). В вычислительном устройстве (PC) 40 выполняется компьютерная программа (Software - SW) 41, с помощью которой производится настройка сводного блока (SOAC) 35 режима готовности и рабочего режима. Программа 41 имеет в своем распоряжении соответствующие выходные средства, например, графический пользовательский интерфейс 42 (Graphical User Interface - GUI) и соответствующие средства ввода (например, клавиатуру, мышь, сенсорную, панель, сенсорный экран и т.д.) для интерактивного взаимодействия или связи с пользователем. Благодаря этому значительно облегчается и ускоряется настройка параметров и установочных величин настройка сводного блока (SOAC) 35 режима готовности и рабочего режима излучения.
Далее, вычислительное устройство 40 располагает запоминающими средствами (Memory - MEM) 43, которые выполнены, например, в виде ROM, EPROM, EEPROM, жесткого диска, USB-драйва и др. Программа 41 имеет функциональные возможности, позволяющие записывать установленные параметры и установочные величины в запоминающих средствах 43 и вызывать их по мере надобности. Так например, в запоминающем устройстве 43 могут быть записаны параметры и установочные величины настроенного блока-объединителя 35 резервного режима готовности и рабочего режима. Когда затем требуется новая настройка блока-объединителя 35 резервного режима готовности и рабочего режима, например, после совершенно нового запуска системы, после замены блока-объединителя 35 и установки нового блока-объединителя 35 или его компонентов, новые параметры и установочные величины не нужно настраивать вновь, а можно их легко и быстро считать из запоминающих средств 43 и привлечь для настройки. Возможно даже записанные параметры и установочные величины записать в новый блок-объединитель 35 перед его включением и интеграцией в систему (ILS) 1 инструментальной посадки. Далее имеющийся в системе (ILS) 1 блок-объединитель 35 может быть просто заменен на уже настроенный блок-объединитель 35. Таким путем может быть сокращено время периодов технического обслуживания и улучшена готовность системы (ILS) 1 инструментальной посадки к эксплуатации.
Перечень сокращений
№ поз. на чертежах
Аббревиатура
Расшифровка
1
ILS
Система инструментальной посадки(Instrumenten-Landesystem - ILS)
13
LLZ
Курсовой посадочный радиомаяк (Localizer - LOC или LLZ)
CSB
Несущая боковая полоса частот(Carrier Side Band - CSB)
SBO
Боковая полоса частот(Side Band Only - CBO)
DDM
Разность глубин модуляции(Difference of Depth of Modulation - DDM)
7
OM
Дальний радиомаркер(Outer Marker - OM)
8
MM
Средний или главный радиомаркер(Middle Marker - MM)
9
IM
<kb;ybq hflbjvfhrth(Inner Marker - IM)
15
GP
Радиомаяк траектории глиссады (Glidepath - GP)
NM
Морская миля
CAT I
Категория посадки
CAT II/II
Категория посадки
DME
Дальномерное устройство(Distance Measuring Equipment - DME)
VOR
Всенаправленный курсовой радиомаяк ОВЧ-диапазона
(Very-High-Frequency Omnidirectional Range - VOR)
TACAN
Тактическая авиационная навигация(Tactical Air Navigation - TACAN)
ICAO
Международная организация гражданской авиации (International Civil Aviation Organization - ICAO)
RMI
Радиокомпас(Radio Magnetic Indicator - RMI)
DVOR
Доплеровский курсовой радиомаяк VOR(Doppler-VOR)
RMMC
Система дистанционного обслуживания и мониторинга(Remote Maintenance and Monitoring Configuration - RMMC)
24
ESS
Электронная подсистема(Electronic subsystem - ESS)
25
ВАТТ
Блок батарейного питания (Battery kit - ВАТТ)
26
SENS
Датчики окружающей среды (Environment sensors - SENS)
13/15
LLZ/GP
Курсовой посадочный радиомаяк/Радиомаяк траектории глиссады
27
TX
Передатчик (Transmitter - ТХ)
28
LG-M
Контрольное устройство (Monitor - LG-M)
30
LRCI
Интерфейс локального/дистанционного управления (Local/Remote Control Interface - LRCI)
31
POWER
Энергоснабжение
32
LG-A
Акустический генератор
34
MODPA
Система модулятора/усиления энергии (Modulator-/Energievestärkungs-Anordnung - MODPA)
33
SYN
Синтезатор частоты
CW
Непрерывная волна (continuous wave - CW)
35
SOAC
Блок-объединитель резервного режима и рабочего режима (Standby and On-Air Combiner - SOAC)
38
PROCESSING
Блок обработки сигналов
36
POTEN.
Потенциометры
37
ATTEN.
Аттенюаторы
40
PC
Персональный компьютер
41
SW
Компьютерная программа (Software - SW)
42
GUI
Графический пользовательский интерфейс (Graphical User Interface - GUI)
43
MEM
Запоминающее устройство (Memory - MEM)
USB
(универсальная шина - Universal Serial Bus - USB)