Вопрос 18: Зачем в системах посадки самолетов используются радиомаяки? Изложите принцип их работы.

 

В настоящее время эксплуатируются радиосистемы посадки метрового диапазона обеспечивающие посадку по неизменной заданной на земле траектории. Система состоит из наземной и бортовой частей. Наземная часть задает траекторию движения в двух плоскостях с помощью курсового и глиссадного маяков. Бортовая часть определяет отклонения от заданной радиозоны в двух плоскостях с выдачей информации на индикаторы.

Курсовой маяк задает линию снижения самолета в горизонтальной плоскости, глиссадный — в вертикальной. Линия курса совпадает с осью, ВПП глиссада наклонена к горизонту под углом 2-4 градуса. В таких маяках обычно используются две разнесенные по углу пересекающиеся диаграммы, по которым излучаются сигналы с различной модуляцией. Линия курса (планирования) определяется путем сравнения на борту самолета сигналов, принятых по этим диаграммам.

Наибольшее распространение получили системы использующие методы сравнения глубины модуляции несущего сигнала в разнесенных диаграммах.

В отдельных точках траектории производится дублирующий контроль действительного движения посредством двух или трех маркерных маяков.

Маркерные радиомаяки формируют факельную в вертикальном направлении диаграмму направленности. Излучаемые колебания модулированы по амплитуде и манипулированы определенным кодом в соответствии с местом расположения маяка.

Расположение маяков относительно взлетно-посадочной полосы (ВПП) представлено на рис.1. Здесь КРМ – курсовой радиомаяк, ГРМ – глиссадный радиомаяк, МРМ – маркерный радиомаяк: БМРМ – ближний, СМРМ – средний, ДМРМ – дальний.

 

Рис. 1. Схема расположения радиомаяков системы посадки.

Принцип действия канала курса отечественных систем типаСП-48...СП-68 следующий: по заданному направлению глубина модуляции сигнала маяка равна нулю, угловое отклонение от курса связано с ростом глубины модуляции, а сторона уклонения задается фазой модулирующего сигнала. Антенная система маяка создает три диаграммы направленности, расположенные относительно курса посадки так, как показано на рис. 2а. Узкие лепестки получены двумя разнесенными излучателями, запитанными противофазными токами боковых частот (частота амплитудной модуляции – 60 Гц). По широкой диаграмме излучается сигнал, промодулированный поднесущей (10000 Гц), которая несет информативный сигнал (60 Гц) с опорной фазой. Опорная фаза совпадает с фазой информативного сигнала одной из узких диаграмм и отличается на 180º от фазы сигнала в другой узкой диаграмме. Спектры принятых на борту сигналов от пар диаграмм для разных сторон уклонения от заданного курса приведены на том же рисунке.

На выходе амплитудного детектора бортового приемника Прм (2,б) появляются два сигнала: один имеет частоту 60 Гц, другой – 10000 Гц. Сигналы разделяются фильтрами Ф1 и Ф2. Второй сигнал после усиления и ограничения в блоке усилителя-ограничителя УО подвергается частотному детектированию в блоке ЧД. На фазовый детектор ФД поступают два сигнала частотой 60 Гц. Выходное напряжение детектора пропорционально произведению амплитуд входных сигналов и косинусу разности фаз между ними. Амплитуда опорного сигнала постоянна. Амплитуда другого сигнала зависит от глубины модуляции, т.е. от углового отклонения самолета от линии курса. Разность фаз сигналов принимает значение ноль или π в зависимости от стороны уклонения, что приводит к изменению полярности выходного напряжения ФД.

Рис.2. Построение канала курса системы СП-50:

а – диаграммы направленности центрального и боковых излучателей и спектры излучаемых сигналов; б - структурная схема бортового приемника.

Принцип действия канала курса системы ILS поясняет рис. 3. Антенная система формирует две пересекающиеся по линии курса диаграммы либо две диаграммы, минимум (нуль) одной, и максимум другой которых совпадают с линией курса (рис. 3,а). Радиомаяки, построенные по первому варианту получили название равносигнальных, а по второму – с опорным нуле. В любом случае маяки реализуют метод сравнения глубины пространственной модуляции двух сигналов. Формат сигналов в точке приема при любом варианте построения маяков аналогичен, и на борту применяется одна и та же аппаратура.

Равносигнальный маяк излучает по двум частично перекрывающимся диаграммам синфазные амплитудно-модулированные сигналы с частотами модуляции 90 и 150 Гц. Уровень сигналов и глубина модуляции по диаграммам одинаковы, а вдоль линии курса они равны. Угловое расположение диаграмм и спектры излучаемых сигналов приведены в верхней части рис 3,а. Маяк с опорным нуле антенной с широкой диаграммой излучает амплитудно-модулированный сигнал с двумя частотами модуляции. Вторая (двухлепестковая) антенна излучает, сигнал балансно-модулированный теми же двумя частотами. Фазы боковых частот в лепестках диаграммы противоположны (рис. 3,а). В пространстве эти антенны создают полный сигнал с угловым распределением параметров, аналогичным первому варианту маяка. Приемное бортовое устройство после амплитудного детектирования разделяет фильтрами информативные сигналы и сравнивает их уровни в блоке схемы сравнения (СС) (рис. 3,б).

Принцип действия канала глиссады отечественных систем совпадает с принципом действия равносигнального курсового маяка системы ILS. Антенны одновременно формируют в пространстве две пересекающиеся диаграммы. По верхней диаграмме излучаются балансно-модулированные колебания с частотой модуляции 45 Гц, по нижней диаграмме – с частотой модуляции 75 Гц. Принимаемый сигнал, проходит детектор бортового приемника, на нагрузке которого возникают колебания с удвоенными частотами 90 и 150 Гц. Эти сигналы разделяются фильтрами и поступают на схему сравнения и стрелочный индикатор.

Канал глиссады ILS системы по принципу действия аналогичен каналу курса этой системы. Здесь реализуется метод сравнения глубин пространственной модуляции. Глиссада задается с помощью либо равносигнальных радиомаяков (диаграммы пересекаются по линии глиссады), либо радиомаяков с опорным нулем (линии глиссады соответствует максимум одной диаграммы и минимум другой, двухлепестковой). В любом случае в бортовом приемнике амплитудным детектором и фильтрами выделяются сигналы модулирующих частот, затем сравниваются между собой и результат сравнения индицируется. При этом верхнему лепестку диаграммы соответствует частота 150 Гц, нижнему – 90 Гц.

 

Рис 3. Построение канала курса в системах ILS:

а – диаграммы направленности излучателей и спектры излучаемых сигналов;

б – структурная схема бортового приемника.