СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ ИНФОРМАЦИОННОГО ПАРАМЕТРА КУРСО-ГЛИССАДНЫХ РАДИОМАЯКОВ И УСТРОЙСТВА ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR ADJUSTING INFORMATION PARAMETER OF COURSE-GLIDE PATH BEACONS AND ITS IMPLEMENTATION DEVICE (EMBODIMENTS)

Способ регулировки информационного параметра курсо-глиссадных радиомаяков и устройства его реализации (варианты).
Область техники
Изобретение относится к аэродромным радиотехническим системам обеспечения захода самолетов на посадку, в частности, к курсовым и глиссадным радиомаякам (КРМ) инструментальных систем посадки самолетов с форматом сигнала ILS и ПРМГ.
Уровень техники
Основным средством обеспечения инструментального захода самолетов гражданской авиации на посадку и посадки являются радиомаячные системы посадки (СП) метрового диапазона длин волн формата ILS (Instrument Landing System); для самолетов государственной авиации основным средством являются радиомаячные системы посадки дециметрового диапазона волн формата посадочной радиомаячной группы (ПРМГ) [Пахолков Г.А. и др. Угломерные радиотехнические системы посадки. - М.: Транспорт, 1982. - 159.] Радиомаячные системы посадки имеют почти вековую историю развития. История развития СП в США описана в [Watts, С.В., Jr. Instrument Landing Scrapbook / С.В., Jr. Watts. - Trafford Publishing, 2005. 392 p.p.]. Основные вехи развития ILS и ПРМГ в нашей стране освещены в [НИИ-33 / ВНИИРА. История становления и развития Всесоюзного НИИ радиоаппаратуры - СПб.: 2007. - 291 с.].
Радиомаячная СП включает в себя курсовой радиомаяк (КРМ), глиссадный радиомаяк (ГРМ) и бортовую аппаратуру (БА).
1
2
1
2
Информационным параметром в системах посадки метрового диапазона волн является разность глубин модуляции (РГМ) излучаемого сигнала колебаниями с тональными частотами Ω и Ω, а в системах посадки дециметрового диапазона волн так называемый коэффициент разнослышимости сигналов (КРС) с частотами модуляции Ω и Ω.
1
2
1
2
1
2
КРМ установлен на продолжении оси взлетно-посадочной полосы (ВИИ), на стороне, противоположной стороне захода самолета на посадку. Антенна КРМ ILS излучает в окружающее пространство электромагнитные волны в диапазоне частот 108-112 МГц, модулированные по амплитуде сигналами тональных частот ƒ=90 Гц, ƒ=150 Гц. Антенна КРМ ПРМГ излучает в окружающее пространство электромагнитные волны в дециметровом диапазоне длин волн 927,5-932,4 МГц, модулированные пачками колебаний типа меандр с частотой ƒ=1300 Гц и ƒ=2100 Гц. Поверхность, на которой разность глубин модуляции (РГМ) в СП метровых волн или коэффициента разнослышимости в СП дециметровых волн сигналов ƒ и ƒ, равны нулю, представляет собой вертикальную плоскость, проходящую через ось ВИИ.
1
2
Глиссадный радиомаяк (ГРМ) установлен на расстоянии примерно 300 м от торца ВИИ со стороны захода самолета на посадку и смещен от оси ВИИ на некоторое расстояние (120-180 м). Антенна ГРМ метровых волн (MB) излучает в окружающее пространство электромагнитные волны в диапазоне частот от 328,6 до 335,4 МГц [3, 60], модулированные сигналами с частотами 90 и 150 Гц. Антенна ГРМ дециметровых волн (ДЦВ) излучает в окружающее пространство электромагнитные волны в диапазоне частот 962-966,9 МГц [3, 60], модулированные пачками колебаний типа меандр с частотой ƒ=1300 Гц и ƒ=2100 Гц.
Поверхность, на которой разность глубин модуляции радиочастотных сигналов тональными сигналами 90 и 150 Гц равна нулю, представляет собой конус, вершина которого находится в основании антенн. Ось конуса вертикальна, а образующая наклонена на заданный угол относительно поверхности Земли (поверхность глиссады). Выше поверхности глиссады преобладает сигнал с глубиной модуляции несущей тональной частотой 90 Гц, а ниже с глубиной модуляции несущей тональной частотой 150 Гц.
Пересечение плоскости курса и поверхности глиссады задает в пространстве линию для захода самолета на посадку, называемую глиссадой. Бортовая аппаратура индицирует отклонения самолета от глиссады, ее показания используются для принятия решения пилотом или автопилотом о корректировке траектории полета самолета.
Известен первый с эффектом захвата двухчастотный курсовой радиомаяк системы инструментального обеспечения захода самолетов на посадку формата ILS, представленный в патенте US 4032920 E.J. Martin (Two-Frequency Instrument Landing System with Integral Monitor, МПК: G01S 1/16, опубл.28.06.1977), содержащий:
- устройство для генерации и формирования сигнала (УГФС) узкого канала с двумя выходами, на первом выходе сформирован сигнал "несущую плюс боковые частоты" (НБЧ), на втором выходе сформирован сигнал, содержащий только "боковые частоты" (БЧ);
- антенную решетку, содержащую некоторое количество пар излучающих элементов, расположенных на противоположных сторонах относительно продолжения оси взлетно-посадочной полосы, с первым и вторым входом.
Известен второй двухчастотный курсовой радиомаяк формата ILS [СП-90, радиомаяк курсовой (РМК). Техническое описание ИЦРВ.461512.019ТО, НИИИТ-РТС, 1996-1999].
Известный второй двухчастотный КРМ содержит передатчик УК с выходом БЧ УК и выходом НБЧ УК, линейную решетку из 8 пар излучающих элементов, расположенных на противоположных сторонах относительно продолжения оси взлетно-посадочной полосы, с первым и вторым входом.
Самым простым из известных ГРМ является широко известный ГРМ с опорным нулем. Он включает в себя две антенны, причем нижняя антенна расположена на высоте в два раза меньшей, чем высота верхней антенны. Нижняя антенна излучает сигнал НБЧ, верхняя антенна излучает сигнал БЧ.
Известен ГРМ формата ILS. [СП-90, радиомаяк глиссадный (РМГ). Техническое описание ИЦРВ.461512.020ТО, НИИИТ-РТС, 1996-1999], содержащий передатчик узкого канала с выходом "боковые частоты" узкого канала и выходом "несущая плюс боковые частоты" узкого канала, линейную антенную решетку типа М из трех излучающих элементов, расположенных на вертикальной мачте, с двумя входами: входом для сигналов НБЧ и входом для сигналов БЧ.
Известен КРМ формата ПРМГ, работающий в дециметровом диапазоне длин волн [Г.А. Пахолков, В.В. Кашинов и др. "Угломерные радиотехнические системы посадки". - М.: Транспорт.- 1982, стр. 18] содержащий УГФС с первым и вторым выходами с первым и вторым сигналами, соответственно, и антенну с первым и вторым входами.
Известен ГРМ формата ПРМГ, работающий в дециметровом диапазоне длин волн с опорным нулем [Г.А. Пахолков, В.В. Кашинов и др. "Угломерные радиотехнические системы посадки". - М.: Транспорт. - 1982, стр. 18], содержащий УГФС сигнала с первым и вторым выходами, первую и вторую антенны, разнесенные по вертикали, причем нижняя антенна запитана первым сигналом, а верхняя антенна запитана вторым сигналом. Под первым сигналом понимается сигнал, формируемый при модуляции высокочастотных колебаний меандрами с частотами 2100 Гц и 1300 Гц, одинаковыми по амплитуде, при этом колебания синфазны между собой. Под вторым сигналом подразумеваются сигнал, формируемый при модуляции высокочастотных колебаний меандрами с частотами 2100 Гц и 1300 ГЦ, одинаковыми по амплитуде, при этом высокочастотные колебания имеют сдвиг по фазе на 180°.
Известные КРМ и ГРМ можно представить функционально в виде двух соединенных друг с другом устройств: УГФС с первым и вторым выходами и антенны с первым и вторым входами. На первый выход УФСП поступает высокочастотный сигнал, амплитудно-модулированный двумя сигналами тоновых частот. Причем высшие и низшие спектральные составляющие модулированного сигнала имеют начальную фазу колебаний, совпадающую с начальной фазой колебаний несущей. На второй выход поступает высокочастотный сигнал также амплитудно-модулированный двумя сигналами тоновых частот. Однако начальная фаза колебаний спектральных составляющих, обусловленных модуляцией одной тоновой частотой, отличается от начальной фазы колебаний спектральных составляющих, обусловленных модуляцией другой тоновой частотой, на 180°. При подаче первого сигнала на первый вход антенны в окружающее пространство излучаются электромагнитные волны с формированием диаграммы направленности ДН с одним главным лепестком. Эту ДН мы далее называем ДН суммарного вида. При подаче второго сигнала на второй вход антенны в окружающее пространство излучаются электромагнитные волны с формированием ДН с двумя главными лепестками. Эту ДН мы далее называем ДН разностного вида.
Авторам не известен аналог двухдиапазонного курсового радиомаяка, который работал бы на двух далеко отстоящих друг от друга частотах одновременно с формированием не зависимо друг от друга линий курса в направлении оси ВИИ. КРМ с узким и широким каналами не может рассматриваться в качестве аналога, поскольку упомянутый КРМ формирует линию курса лишь на узком канале. Однако легко представить себе два независимых друг от друга КРМ, каждый из которых имеет собственную антенну, привязанную к оси ВИИ, и обслуживающих поочередно снижающиеся самолеты на разных частотах. Вот такое устройство, состоящее из двух независимых друг от друга КРМ, можно условно представить в качестве аналога предлагаемому ниже двухдиапазонному КРМ.
В радиомаяках ILS и ПРМГ используются различные диапазоны частот несущих колебаний, разные глубины амплитудной модуляции, различные тоновые сигналы. Однако, эти различия в сигналах не имеют принципиального значения, не влияют на суть настоящего изобретения.
Все известные КРМ имеют общий недостаток. При установке КРМ на аэродроме зачастую приходится корректировать угловое положение линии курса, то есть (по существу) положение нулевого уровня разностной ДН антенны. Это возникает, например, при ошибках в разметке позиций для размещения оснований опор излучающих элементов антенной решетки антенны КРМ, из-за отклонения амплитудно-фазового распределения токов в антенной решетке антенны КРМ от идеального распределения. В существующих КРМ при небольших ошибках корректировка выполняется путем механического поворота антенны КРМ. Иногда такая процедура может быть затруднена или вообще невыполнима. Например, антенна КРМ системы посадки ILS представляет собой линейную решетка из 12-26 излучающих элементов длиной от 24 м до 52 м жестко закрепленных на бетонном фундаменте и практически не имеет возможности механического поворота. Известны случаи, когда приходилось разрушать фундамент и вновь его создавать со скорректированными позициями для излучающих элементов антенной решетки.
Отсутствие вариантов немеханического углового смещения нулевого уровня ДН антенны КРМ вызывает определенные трудности при вводе систем посадки на аэродромах и при их эксплуатации.
Кроме того, есть необходимость в обеспечении в дециметровом диапазоне волн задания линии курса одновременно на двух рабочих частотах из двух далеко разнесенных друг от друга диапазонов частот. В связи с этим при работе КРМ на одну антенну возникает проблема совмещения двух линий курса с осью ВПП. Дело в том, что по ряду причин технологического характера обеспечить идентичное амплитудно-фазовое распределение тока в излучающих элементах антенной решетки в широком диапазоне частот не представляется возможным. При неидентичном распределении токов положение нулевых уровней в ДН, определяющих положение линии курса, оказывается на разных частотах различным. В связи с этим возникает задача регулировки положения линии курса, по крайней мере, на одной из рабочих частот.
Все известные ГРМ имеют общий недостаток, который заключается в следующем.
Как известно, угол глиссады определяется высотами подвеса антенн относительно подстилающей поверхности. При расчете высоты подвеса антенн исходят из предположения, что ГРМ размещен на плоской поверхности, простирающейся до бесконечности во всех направлениях,
Реальная ситуация на аэродромах такова, что форма подстилающей поверхности существенно отличается от идеальной. В результате возникает необходимость корректировки высот подвеса антенн. Это обнаруживается во время летной настройки ГРМ. Тогда для изменения высот подвеса антенн необходимо прервать полеты воздушного судна лаборатории и возобновить их после установки откорректированных высот антенн. Кроме того, при проверке срабатывания. Эта процедура может повторяться несколько раз. В связи с этими трудностями возникает необходимость в подстройке угла глиссады без изменения высот подвеса антенн.
Кроме того, затруднена проверка работы системы автоматического контроля КРМ и ГРМ, которая выполняется путем смещения линии курса и глиссады от номинального положения до срабатывания аварийной сигнализации устройства контроля положения линии курса и глиссады ("авария по нулю"). При этом наземный инженерно-технический персонал СП изменяет высоты подвеса глиссадных антенн ГРМ MB и ГРМ ДЦВ, механически поворачивает антенну КРМ ДТ|В и изменяет режим работы КРМ MB.
После этой проверки КРМ и ГРМ возвращаются в исходное положение, соответствующее нормальным эксплуатационным условиям радиомаяков.
Эта проверка сопряжена со значительными нерациональными затратами летного времени.
Целью настоящего изобретения является решение указанных проблем более эффективным путем по сравнению с путем перемещения антенн, а именно используя предложенный ниже способ регулировки информационного параметра радиомаяков и устройства его реализации.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является регулировка информационного параметра радиомаяков, в частности, совмещение с высокой точностью линии курса, формируемой КРМ метрового или дециметрового диапазона длин волн, с направлением оси ВПП, совмещение с направлением оси ВПП двух линий курса при работе КРМ на двух частотах одновременно, выставление с высокой точностью глиссады, формируемой ГРМ метрового или дециметрового диапазона длин волн, на заданный угол при неизменных высотах подвеса антенн ГРМ.
Представленную ниже группу изобретений объединяет одна общая идея, поясняемая в изложенном ниже способе регулировки информационного параметра в пространстве. При этом радиомаяк содержит УГФС с первым и вторым выходами и антенну с первым и вторым входами, причем сигнал на первом выходе, являющийся первым сигналом, модулируют по амплитуде двумя сигналами тоновых частот так, что все высокочастотные спектральные составляющие имеют начальную фазу колебаний, равную начальной фазе несущего колебания, сигнал на втором выходе, являющийся вторым сигналом, модулируют по амплитуде двумя сигналами тех же тоновых частот так, что начальная фаза высокочастотных спектральных составляющих с одной тоновой частотой модуляции равна начальной фазе несущего колебания, а начальная фаза высокочастотных спектральных составляющих с другой тоновой частотой модуляции отличается от начальной фазы колебаний несущей на 180°; отличающийся тем, что частично ответвляют сигнал второго выхода, неответвленный сигнал второго выхода подают на второй вход антенны с формированием в пространстве разностной диаграммы направленности с двумя главными лепестками, ответвленный со второго выхода и сигнал с первого выхода совместно подают на первый вход антенны с формированием в пространстве суммарной диаграммы направленности с одним главным лепестком, изменяя уровень ответвленного сигнала, устанавливают величину информационного параметра в искомое положение.
Технически данный результат достигается введением в известный КРМ или ГРМ дополнительно регулируемого направленного ответвителя (НО) с входом, первым и вторым выходами и сумматора с первым и вторым входами и выходом. При этом первый выход УГФС последовательно соединен с первым входом сумматора и с первым входом антенны, а второй выход УГФС последовательно соединен со входом регулируемого направленного ответвителя и вторым входом антенны, первый выход НО соединен со вторым входом сумматора.
Введение в состав курсового радиомаяка дополнительно регулируемого направленного ответвителя с входом, первым и вторым выходами и сумматора с первым и вторым входами и выходом и их соединение в радиомаяке как указано выше позволяет решить задачу точного совмещения линии курса одночастотного курсового радиомаяка или узкого канала двухчастотного курсового радиомаяка с направлением взлетно-посадочной полосы.
Введение в состав курсового радиомаяка дополнительно второго устройства генерирования и формирования сигналов, регулируемого направленного ответвителя с входом, первым и вторым выходами, первого частотно-разделительного устройства с первым и вторым входами и выходом и второго частотно-разделительного устройства с первым и вторым входами и выходом их соединение в радиомаяке как указано ниже позволяет решить задачу точного совмещения двух линий курса, сформированных на разных, далеко разнесенных друг от друга рабочих частотах двухдиапазонного курсового радиомаяка с направлением взлетно-посадочной полосы.
Введение в состав глиссадного радиомаяка регулируемого направленного ответвителя с входом, первым и вторым выходами и сумматора с первым и вторым входами и выходом и их соединение в радиомаяке как указано выше позволяет решить задачу точного задания угла глиссады одночастотного радиомаяка или узкого канала двухчастотного глиссадного радиомаяка.
Решение проблемы регулировки положения линии курса применительно к курсовому радиомаяку позволяет исключить механический разворот антенны КРМ или выполнение нового фундамента при ошибке в размещении излучающих элементов антенной решетки антенны КРМ, не устранимых механическим поворотом антенны с целью совмещения линии курса с направлением оси ВПП, сократить объем летных измерений при вводе КРМ в эксплуатацию.
Решение проблемы регулировки положения линии курса применительно к двухдиапазонному курсовому радиомаяку позволяет исключить вариант двух КРМ с двумя антеннами, первая из которых обеспечивает работу КРМ на рабочей частоте в первом диапазоне, а вторая антенна - на рабочей частоте во втором диапазоне частот.
Решение проблемы регулировки положения глиссады применительно к глиссадному радиомаяку позволяет исключить многократные попытки выставления высот подвеса антенн с целью формирования заранее заданного для данного аэродрома угла глиссады в одночастотном радиомаяке или в узком канале двухчастотного ГРМ. С применением регулировки выставляется угол глиссады с высокой точностью. При этом результат достигается более экономичным способом.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройств для выполнения регулировки информационного параметра, формируемой радиомаяком, в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 введены обозначения:
1 - устройство генерирования и формирования сигналов (УГФС),
2 - антенна,
3 - регулируемый направленный ответвитель (НО),
4 - сумматор (СУ).
нбч
бч
На фиг. 2 показаны ненормированные суммарная 5 F(ϕ) ДН и разностная 6 F(ϕ) ДН, сформированные 17-ти элементной антенной решеткой при подаче сигналов на первый и второй входы антенны, соответственно, при коэффициенте связи НО по напряжению K=0.
На фиг. 3. приведены зависимости РГМ(ϕ) при некоторых значениях коэффициента связи НО по напряжению K регулируемого направленного ответвителя: 7(K=-0,2), 8(K=-0,1) 9(K=0), 10(K=0,1), 11(K=0,2).
На фиг. 4 представлена функциональная схема двухдиапазонного курсового радиомаяка формата ПРМГ с совмещением линии курса с осью взлетно-посадочной полосы в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 4 введены дополнительно обозначения:
50 - второе УГФС,
60 - первое частотно разделительное устройство,
70 - второе частотно разделительное устройство.
Осуществление изобретения
Пример осуществления способа регулировки информационного параметра радиомаяков Ниже представлены тесно взаимосвязанные способ и пять устройств, образующие единый общий изобретательский замысел.
Обратимся к фиг. 1, на которой представлена блок-схема устройств для осуществления названного способа в соответствии с настоящим изобретением.
Способ регулировки информационного параметра заключается в том, что информационный параметр формируют устройством 1 генерирования и формирования сигналов с первым и вторым выходами 11 и 12 и антенной 2 с первым 21 и вторым 22 входами, причем сигнал на первом выходе УГФС, являющийся первым сигналом, модулируют по амплитуде двумя сигналами тоновых частот так, что все высокочастотные спектральные составляющие имеют начальную фазу колебания, равную начальной фазе несущего колебания, сигнал на втором выходе, являющийся вторым сигналом, (второй сигнал) модулируют по амплитуде двумя сигналами тех же тоновых частот так, что начальная фаза высокочастотных спектральных составляющих с одной тоновой частотой модуляции равна начальной фазе несущего колебания, а начальные фазы высокочастотных спектральных составляющих с другой тоновой частотой модуляции отличаются от начальной фазы колебаний несущей на 180°, отличающийся тем, что частично ответвляют второй сигнал, неответвленный второй сигнал подают на второй вход 22 антенны с формированием в пространстве диаграммы направленности разностного вида, ответвленный второй и первый сигналы совместно подают на первый 21 вход антенны с формированием в пространстве диаграммы направленности суммарного вида, изменяя уровень ответвленного сигнала, устанавливают величину информационного параметра в искомое положение.
Далее рассмотрено пять устройств, реализующих упомянутый способ по настоящему изобретению. Первое устройство предназначено для совмещения линии курса, формируемой одночастотным или двухчастотным курсовым радиомаяком системы посадки метрового диапазона длин волн формата ILS, с осью взлетно-посадочной полосы. Второе устройство предназначено для совмещения линии курса, формируемой курсовым радиомаяком системы посадки формата посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн, с осью взлетно-посадочной полосы. Третье устройство предназначено для выполнения совмещения линии курса с осью взлетно-посадочной полосы в двухдиапазонном курсовом радиомаяка формата ПРМГ.
Четвертое устройство предназначено для регулировки угла глиссады, формируемой глиссадным радиомаяком метрового диапазона длин волн. Пятое устройство предназначено для регулировки угла глиссады, формируемой глиссадным радиомаяком дециметрового диапазона длин волн.
Первое устройство
Обратимся снова к фиг. 1. Пусть теперь на фиг. 1 представлен КРМ метрового диапазона длин волн формата ILS со совмещением линии курса с осью взлетно-посадочной полосы по настоящему изобретению.
Курсовой маяк содержит УГФС с первым 11 и вторым 12 выходами, антенну 2 с первым 21 и вторым 22 входами, НО 3 со входом и первым 31 и вторым 32 выходами, сумматор 4 с первым 41 и вторым 42 входами и выходом.
Упомянутые устройства выполнены аналогично тому, как они выполняются в серийных радиомаяках, например, в выпускаемой АО "Челябинский радиозавод "Полет"" системе посадки СП-90.
Представленные на фиг. 1 устройства соединены между собой следующим образом. Первый 11 выход УГФС последовательно соединен с первым 41 входом сумматора 4 и с первым 21 входом антенны, а второй 12 выход УГФС последовательно соединен с НО 3 и вторым 22 входом антенны, первый 31 выход НО соединен со вторым 42 входом сумматора.
1
2
нбч
Первое устройство работает следующим образом. Устройство 1 генерирует и формирует на первом 11 выходе первый сигнал, модулированный по амплитуде двумя сигналами тоновых частот ƒ и ƒ, называемый сигналом "несущая плюс боковые частоты" (НБЧ) U(t):
где:
t -время,
m - глубина модуляции,
0
ω - частота колебаний несущей,
0
ψ - начальная фаза колебаний несущей,
1
1
2
2
Ω=2πƒ, Ω=2πƒ
1
2
бч
и на втором 12 выходе второй сигнал, балансно-модулированный по амплитуде двумя сигналами тех же тоновых частот ƒ и ƒ U(t), называемый сигналом "боковые частоты" (БЧ):
1
2
- коэффициент, равный отношению амплитуд напряжений сигналов с угловыми частотами Ω и Ω модуляции в каналах БЧ и НБЧ в одночастотном радиомаяке или узкого канала в двух частотном радиомаяке на входе антенны (величиной коэффициента  регулируют крутизну зоны УК).
На основании формулы для произведения двух косинусов из (1) следует:
0
Как видно из (3), все пять высокочастотных спектральных составляющих сигнала НБЧ в (3) имеют начальную фазу колебаний ψ, равную начальной фазе несущего колебания.
Из (2) следует:
1
2
Как видно из (4), высокочастотные спектральные составляющие с тоновой частотой модуляции ƒ и высокочастотные спектральные составляющие с тоновой частотой модуляции ƒ имеют разность начальных фаз колебаний, равную 180°.
При этом первый 11 выход УГФС последовательно соединен с первым 41 входом сумматора 4 и с первым 21 входом антенны, а второй 12 выход УГФС последовательно соединен с регулируемым направленным ответвителем 3 и вторым 22 входом антенны, первый 31 выход НО соединен со вторым 42 входом сумматора.
нбч
нбч
нбч
Первый сигнал с выхода 11 УГФС 1 последовательно поступает на вход сумматора 4, на первый 21 вход антенны и излучается в окружающее пространство с формированием диаграммы направленности суммарного вида F(ϕ) (F(-ϕ)=F(ϕ)).
нбч
нбч
нбч
Второй сигнал со второго 12 выхода устройства 1 генерирования и формирования сигналов поступает на вход НО. НО с регулируемым коэффициентом связи по напряжению K ответвляет частично первый сигнал на выход 31. Неответвленный второй сигнал с выхода 32 поступает на второй 21 вход антенны и излучается в окружающее пространство с формированием диаграммы направленности разностного вида F(ϕ) (F(-ϕ)=-F(ϕ)).
Ответвленный второй сигнал с амплитудой K, где K коэффициент связи НО по напряжению, с выхода 31 НО поступает на второй 42 вход сумматора.
Ответвленный второй и неответвленный второй сигналы совместно формируют в окружающем пространстве результирующий сигнал БЧ  с результирующей  ДН:
где:
- результирующая ДН для сигнала БЧ.
нбч
бч
На фиг. 2 показаны ненормированные суммарная F(ϕ) ДН 5 и разностная F(ϕ) ДН 6, сформированные 17-ти элементной антенной решеткой антенны КРМ.
Итак, при поступлении сигналов на первый 21 вход антенна 1 формирует в пространстве суммарную ДН с одним главным лепестком. При поступлении сигналов на второй 22 вход антенна 1 формирует разностную ДН с двумя главными лепестками.
1
2
бч
Информационным параметром радиомаяка метрового диапазона волн является разность глубин модуляции РГМ несущей тоновыми сигналами ƒ и ƒ, определяемая отношением амплитуды сигнала БЧ к амплитуде сигнала НБЧ. В рассматриваемом случае ненормированная ДН для сигнала БЧ зависит от параметра K: F(ϕ,К)
0
см
0
Пусть нас интересует некоторое значение зависимой переменной величины РГМ, которое обозначим буквой С. Значение ϕ независимой переменной ϕ, при которой РГМ примет значение, равное С, найдется из решения трансцендентного уравнения:
Положение линии курса (РГМ=0) с высокой степенью приближения можно найти, представив функцию  двумя членами ее разложения в ряд Маклорена в окрестности точки ϕ=0:
бч
Учитывая, что F(0)=0 получим:
При К<<1
РГМ
При графическом отображении зависимости РГМ(ϕ,К) с заданным параметром К график функции РГМ(ϕ,0) сдвигается вдоль оси РГМ параллельно самому себе на величину  При этом смещение Δϕ линии курса оказывается величиной, прямо пропорциональной  и обратно пропорциональной крутизне S зоны КРМ:
где:
РГМ
РГМ
В соответствии с требованиями норм ИКАО выставляемая на КРМ крутизна зоны S должна быть такой величины, чтобы обеспечить на пороге ВПП ширину правой (левой) части полусектора, равную 52,5 м [Примечание 1 в п. 3.1.3.7.3 Приложение 10 к Конвенции о международной гражданской авиации. Авиационная электросвязь. Том 1. Радионавигационные средства. ИКАО, Монреаль (Канада), 2006. - 616 с.]. Таким образом, выставляемая величина S зависит от расстояния между КРМ и порогом ВПП, т.е. от расстояния D между антенной КРМ и торцом ВПП на стороне, противоположной стороне захода самолета на посадку, и длины L ВПП. При этом на правой (левой) части полусектора величина РГМ должна быть равна 0,0775.
РГМ
Так, например, при расстоянии между антенной КРМ и порогом ВПП (D+L=980+2500)м, равном 3480 м номинальная ширина правой (а также и левой) части полусектора равна 0,864°, а крутизна зоны S равна
нбч
бч
На фиг. 2 показаны ненормированные суммарная 5 F(ϕ) ДН, разностная 6 ДН F(ϕ), сформированные 17-ти элементной антенной решеткой, соответствующие K=0.
На фиг. 3. приведены зависимости РГМ(ϕ, K) при некоторых значениях K:7(K=-02), 8(K=-0,1) 9(K=0), 10(K=0,1), 11(K=0,2).
В результате поступления на вход 21 наряду с первым сигналом ответвленного второго сигнала наблюдается смещение нулевого уровня РГМ вдоль оси ϕ. Величина смещения Δϕ определяется знаком и амплитудой параметра K, то есть долей и фазой ответвленной части сигнала, со второго 12 выхода УГФС поступающей на первый 21 вход антенны.
Коэффициентам K=±0,1 соответствует смещение Δϕ≈±0,25°. Коэффициентам K=±0,2 соответствует смещение Δϕ≈±0,5°.
Таким образом, регулируя уровень ответвленного сигнала путем изменения коэффициента связи K НО, устанавливают величину информационного параметра в искомое положение.
Второе устройство
Предположим теперь, что на фиг. 1 представлен курсовой радиомаяк формата посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн с совмещением линии курса с направлением оси взлетно-посадочной полосы по настоящему изобретению.
Курсовой радиомаяк дециметрового диапазона содержит те же функциональные устройства, что и курсовой радиомаяк метрового диапазона, однако, реализованные в дециметровом диапазоне длин волн.
Упомянутые устройства выполнены аналогично тому, как они выполняются в серийных радиомаяках, например, в выпускаемой АО "Челябинский радиозавод "Полет" системе посадки ПРМГ-76УМ и эксплуатируемой на аэродромах государственной авиации.
Соединение представленных на фиг. 1 устройств между собой описано выше в первом примере реализации устройств по настоящему изобретению.
к
Курсовой радиомаяк формата ПРМГ работает следующим образом. Устройство 1 работает под управлением генератора с частотой коммутации ƒ, равной 12,5 Гц. [Структурная схема и работа устройства 1 генерирования и формирования сигналов рассмотрены в нашей заявке на патент на изобретение №2016115278/07(024039) от 19.04.2016].
1
11
На первом выходе 11 устройства 1 сформирован высокочастотный сигнал U(t), который в течение первого полупериода сигнала управляющего генератора, соответствующего 0,04 сек., модулирован пачкой меандров с частотой 2100 Гц U(t):
12
а в течение второго полупериода, соответствующего последующим 0,04 сек., модулирован пачкой меандров с частотой 1300 Гц U (t):
Таким образом,
где:
- функция коммутации пачек меандров с частотой 2100 Гц (1300 Гц),
В реализованном КРМ формата ПРМГ:
τ=35 мс - длительность рабочего. интервала управляющего генератора,
к
Т=80 мс - период коммутации,
к
к
Ω=2πƒ,
- функция модуляции меандром с частотой 2100 Гц (1300 Гц).
При подстановке (18), (19) и (20) в (17) и почленном перемножении слагаемых, найдутся спектральные составляющие сигнала на выходе 11 устройства 1.
2
На втором 12 выходе устройства 1 сформирован высокочастотный сигнал U(t), который в течение первого полупериода управляющего генератора, соответствующего 0,04 сек., модулирован пачкой меандров с частотой 2100 Гц, а в течение второго полупериода, соответствующего последующим 0,04 сек., модулирован пачкой меандров с частотой 1300 Гц, причем в течение второго полупериода за счет прохождения высокочастотного сигнала через полуволновый фазовращатель устройства 1 (на фиг. 1 не показан) его фаза сдвинута на 180°.
iπ
Знак минус перед вторым слагаемым в квадратных скобках обусловлен сдвигом высокочастотного сигнала по фазе на 180° при прохождении пачки меандров с частотой 1300 Гц. Поскольку по формуле Эйлера -1=е, то следовательно, знак минус в формуле (18) означает сдвиг низкочастотного колебания по фазе на 180°. Итак, сравнение соотношений (17) и (21) показывает, что спектральные составляющие, обусловленные меандром с частотой модуляции 2100 Гц, на выходах 11 и 12 имеют начальную фазу колебаний, равную начальной фазе колебаний несущей, а начальные фазы колебаний спектральных составляющих, обусловленных меандром с частотой модуляции 1300 Гц, на выходах 11 и 12 отличается друг от друга на 180°.
нбч
Первый сигнал с выхода 11 УГФС 1 последовательно поступает на вход сумматора 4, на первый 21 вход антенны и излучается в окружающее пространство с формированием диаграммы направленности суммарного вида F(ϕ).
нбч
Второй сигнал со второго 12 выхода устройства 1 генерирования и формирования сигналов поступает на вход НО. НО с регулируемым коэффициентом связи по напряжению К ответвляет частично второй сигнал на выход 31. Неответвленный второй сигнал с выхода 32 поступает на второй 21 вход антенны и излучается в окружающее пространство с формированием диаграммы направленности разностного вида F(ϕ).
Информационным параметром радиомаяка формата ПРМГ является коэффициент разнослышимости сигналов КРС(ϕ), определяемый соотношением;
где
- напряженность электрического поля волны, излученной при поступлении сигнала на первый (второй) вход.
Выполнив приближенные преобразования соотношения (19), аналогично преобразованиям в разделе "Первое устройство", применительно к работе КРМ формата ПРМГ с регулировкой информационного параметра курсо-глиссадных радиомаяков снова придем к формуле (9).
Регулируя уровень ответвленного сигнала путем изменения коэффициента связи K НО, совмещают линию курса с направлением оси ВПП.
Третье устройство
Обратимся теперь к фиг. 4, на которой представлен двухдиапазонный курсовой радиомаяк формата ПРМГ с совмещением линии курса с осью взлетно-посадочной полосы.
Двухдиапазонный курсовой радиомаяк формата ПРМГ (фиг. 4) по настоящему изобретению содержит первое 1 и второе УГФС, например, два названных устройства из известных курсовых радиомаяков посадочной радиомаячной группы ПРМГ 76УМ производства АО "ЧРЗ" Полет" или аналогичных, двухдиапазонную курсовую антенну 2 с первым 21 входом и вторым 22 входом, первое 60 и второе 70 частотно разделительные устройства с первым и вторым выходом и выходом, каждое.
Представленные на фиг. 4 устройства соединены между собой следующим образом. Первый выход 11 первого 1 УГФС последовательно соединен с первым 41 входом СУ, первым 601 входом ЧРУ 60 и первым 21 входом антенны. Второй 12 выход УГФС последовательно соединен со входом регулируемого направленного ответвителя, с первым 701 входом второго 70 ЧРУ и со вторым 22 входом антенны 2. Первый 31 выход НО соединен со вторым 42 входом СУ 4. Первый 501 выход второго УГФС соединен со вторым 602 входом первого 70 ЧРУ. Второй выход 502 второго 50 УГФС соединен со вторым 702 входом второго 70 ЧРУ.
Все перечисленные устройства в предложенном настоящим изобретением двух диапазонном КРМ формата ПРМГ могут быть выполнены аналогично применяемым в серийно выпускаемом АО "Челябинский радиозавод "Полет " КРМ изделии ПРМГ - 76У.
Представленный двухдиапазонный курсовой радиомаяк работает следующим образом. С помощью первого 1 УГФС генерируют высокочастотные колебания на одной из рабочих частот первого диапазона и формируют из них первый сигнал и второй сигналы первого диапазона. С помощью второго 50 УГФС генерируют высокочастотные колебания на одной из рабочих частот второго диапазона и формируют из них первый сигнал и второй сигналы второго диапазона. Первый сигнал и второй сигнал второго диапазона через ЧРУ 60 и 70 поступают на первый 21 и 22 входы антенны 2 и в результате излучения формируют в пространстве линию курса на частоте второго диапазона.
Первый сигнал первого УГФС через СУ и первое ЧРУ поступает на первый 21 вход антенны.
Неответвленный регулируемым направленным ответвителем первый сигнал первого диапазона через СУ и первый ЧРУ 60 поступает на первый 21 вход антенны.
Ответвленный первый сигнал через второе 70 ЧРУ поступают на второй 22 вход антенны. Излученные сигналы первого диапазона формируют в пространстве линию курса на частоте первого диапазона.
Антенну, установленную на продолжении оси ВПП, ориентируют так, чтобы линия курса, формируемая на рабочей частоте второго диапазона, была бы направлена по направлению оси ВПП. Для совмещения линии курса, формируемой на рабочей частоте первого диапазона, с направлением оси ВПП используют способ и устройства его реализации по п. З настоящего изобретения.
Необходимые фазовые соотношения для задания знака величины К устанавливаются подбором длины соединительного фидера между первым выходом регулируемого направленного ответвителя и вторым входом сумматора. Для оперативной регулировки можно использовать НО или сумматор с регулируемыми коэффициентами передачи.
Таким образом, подбирая амплитуду и знак параметра К смещают угловое положение результирующей ДН и, соответственно, угловое положение линии курса без механического поворота антенны.
Четвертое устройство
Как известно, в двухчастотном ГРМ угол глиссады определяется сигналами узкого канала. Сигналы широкого канала формируют зону действия ниже нижнего полусектора глиссады. В окрестности угла глиссады сигналы широкого канала пренебрежимо малы. Поэтому регулировка угла глиссады выполняется воздействием на сигналы лишь узкого канала.
Обратимся снова к фиг. 1. Предположим теперь, что на фиг. 1 представлена блок-схема узкого канала двухдиапазонного ГРМ или блок-схема ГРМ "нулевой зоны" с регулировкой угла глиссады.
Глиссадный радиомаяк содержит 1 УГФС узкого канала с первым 11 и вторым 12 выходами, антенну 2 с первым 21 и вторым 22 входами, направленный НО 3 со входом и первым 31 и вторым 32 выходами, СУ 4 с первым 41 и вторым 42 входами и выходом.
Упомянутые устройства выполнены аналогично тому, как они выполняются в серийных глиссадных радиомаяках, например, в выпускаемой АО "Челябинский радиозавод "Полет" системе посадки СП-90 и эксплуатируемой на аэродромах гражданской авиации.
Представленные на фиг. 1 устройства соединены между собой так, как это описано в пункте 2. Работа ГРМ с регулируемым углом глиссады аналогична работе КРМ с совмещения линии курса, формируемой курсовым радиомаяком системы посадки метрового диапазона длин волн формата ILS, с осью взлетно-посадочной полосы. На первом 11 выходе УФГС сформирован сигнал НБЧ. На втором 12 выходе сформирован сигнал БЧ. Неответвленный сигнал БЧ поступает на второй 22 вход антенны. Ответвленный сигнал БЧ и сигнал НБЧ совместно поступают на первый вход антенны.
В глисадном радиомаяке "нулевой зоны" первым входом антенны является вход нижней (опорной) антенны, вторым входом является вход верхней антенны.
Подбирая амплитуду и знак параметра К смещают способом угловое положение результирующей ДН и, соответственно, угловое положение глиссады, без изменения высот подвеса антенн.
Пятое устройство
Обратимся снова к фиг. 1. Предположим теперь, что на фиг. 1 представлена блок-схема ГРМ формата ПРМГ с регулировкой угла глиссады. Глиссадный радиомаяк содержит устройство 1 формирования сигналов с первым 11 и вторым 12 выходами, антенну 2 с первым 21 и вторым 22 входами, НО 3 со входом и первым 31 и вторым 32 выходами, СУ 4 с первым 41 и вторым 42 входами и выходом. Упомянутые устройства выполнены аналогично тому, как они выполняются в серийных глиссадных радиомаяках, например, в выпускаемой АО "Челябинский радиозавод "Полет" системе посадки ПРМГ-76УМ и эксплуатируемой на аэродромах государственной авиации.
Представленные на фиг. 1 устройства соединены между собой так, как это описано в пункте 2.
Работа ГРМ с регулируемым углом глиссады в дециметровом диапазоне длин волн аналогична работе ГРМ с регулируемым углом глиссады в метровом диапазоне длин волн. На первом 11 выходе УФГС сформирован первый сигнал. На втором 12 выходе сформирован второй сигнал. Неответвленный второй сигнал поступает на второй 22 вход антенны. Ответвленный второй сигнал и первый сигнал совместно поступают на первый 21 вход антенны.
1
На первом выходе 11 устройства 1 сформирован высокочастотный сигнал U(t), который в течение первого полупериода сигнала управляющего генератора, соответствующего 0,04 сек., модулирован пачкой меандров с частотой 2100 Гц, а в течение второго полупериода, соответствующего последующим 0,04 сек., модулирован пачкой меандров с частотой 1300 Гц.
2
нбч
На втором 12 выходе УГФС 1 сформирован высокочастотный сигнал U(t), который в течение первого полупериода управляющего генератора, соответствующего 0,04 сек., модулирован пачкой меандров с частотой 2100 Гц, а в течение второго полупериода, соответствующего последующим 0,04 сек., модулирован пачкой меандров с частотой 1300 Гц, причем в течение второго полупериода за счет прохождения высокочастотного сигнала через фазовращатель устройства 1 (на фиг. 1 не показан) его фаза сдвинута на 180°. Первый сигнал с первого 11 выхода УГФС 1 последовательно поступает на вход СУ и на первый 21 вход антенны с формированием в пространстве диаграммы направленности суммарного вида F(ϕ).
Ответвленная часть второго сигнала с выхода 31 поступает на второй 42 вход СУ 4. Второй сигнал излучаются антенной 2 в окружающее пространство с формированием в пространстве результирующей диаграммы направленности разностного вида
Подбирая амплитуду и знак параметра К, смещают угловое положение нулевого уровня результирующей ДН и, соответственно, угловое положение глиссады, без изменения высот подвеса антенн.