Принцип действия и структура сигналов канала навигации VOR. Краткая характеристика радиомаяка VOR Dme принцип действия

Характеристика DME . Дальномерная радионавигационная система (ДРНС) включает в себя наземное оборудование (дальномерный радиомаяк) и бортовое оборудование (самолетный дальномер).

В международной практике такие системы называют DME (Distance Measuring Equipment – оборудование измерения дальности). Такое на название используется и в документах аэронавигационной информации России, хотя радиомаяки, выпускаемые отечественными производителями, могут иметь и совсем другое официальное название (например, РМД – радиомаяк дальномерный).

Принцип действия дальномерной системы в упрощенном виде заключается в следующем (рис.6.1). Самолетный дальномер на борту излучает электромагнитные импульсы (радиоволны) по всем направлениям. Наземный радиомаяк принимает их и через фиксированное время задержки (50 микросекунд) излучает ответный сигнал, который принимается на борту.

Рис.6.1. Принцип работы дальномерных РНС

Время t между излучением импульса дальномером и приемом им же ответного импульса складывается из времени прохождения импульса «туда» (от самолета до радиомаяка), такого же времени прохождения ответного сигнала «обратно» и времени задержки. Зная скорость распространения радиоволн с , можно определить расстояние до маяка

Поскольку радиоволны УКВ-диапазона распространяются по прямой, то L в данной формуле – это наклонная дальность (по прямой линии от самолета до радиомаяка).

В данном случае получается, что бортовое оборудование как бы запрашивает информацию у радиомаяка, то есть является запросчиком (interrogator), а радиомаяк отвечает ему, является ответчиком (transponder).

Это общий принцип измерения дальности, но на самом деле, конечно, все сложнее и интереснее. Дальномер излучает не одиночные, а парные импульсы (интервал между импульсами в паре, например, 12 мкс) и радиомаяк «отвечает» только в том случае, если получил именно такой импульс. В противном случае ему пришлось бы отвечать на все случайные импульсы, которые какое-то другое оборудование передало на этой частоте (например, сотовая связь работает в близком диапазоне частот).

Все самолеты, работающие с данным радиомаяком, излучают импульсы на одной частоте, но интервал между парами импульсов у всех ВС разный, у каждого своя частота повторения импульсов PRF (Pulse Repetition Frequency). Ответчик радиомаяка посылает импульсы с такой же PRF, с какой принял сигналы от данного самолета. Это сделано для того, чтобы каждый самолет получил ответ именно на свой сигнал, а не для другого ВС.

Кроме того, радиомаяк отвечает не на той частоте, на которой он сигнал принял, а на отличающейся от нее на 63 МГц. Это сделано для того, чтобы бортовой дальномер не принял по ошибке за ответный сигнал радиомаяка собственные импульсы, отраженные от каких-то объектов (гор, облаков, фюзеляжа). В противном случае могло бы получиться так, что дальномер излучил запросные импульсы, они отразились от горы, дальномер их принял и посчитал, что это ответные импульсы от радиомаяка.

При включении бортового оборудования DME оно вначале работает в режиме поиска и передает запросные импульсы с частотой 150 пар в секунду. Когда ответный сигал получен (обычно через 4-5 секунд) частота следования импульсов уменьшается до 25 в секунду.

Пропускная способность наземного ответчика ограничена, он может не успевать ответить всему множеству самолетов, которые его запрашивают. Обычно радиомаяк способен обслужить одновременно 100 самолетов. Если их в зоне действия маяка находится больше, то перестают обслуживаться наиболее слабые сигналы, от наиболее удаленных самолетов.

Для работы DME выделен диапазон частот от 960 до 1215 МГц. Это дециметровые волны (UHF) ультракоротковолнового диапазона, откуда следует, что они распространяются в пределах дальности прямой видимости. Поэтому к ним относится все, что говорилось ранее о максимальной дальности действия средств УКВ-диапазона.

Но оказывается, что в большинстве случаев пилоту вовсе не обязательно знать, на какой частоте работает радиомаяк DME. Дело в том, что по отдельности, сами по себе, такие радиомаяки устанавливают крайне редко. В большинстве случаев они совмещены (co-located) с маяками VOR или маяками посадочной системы ILS. Конструктивно эти средства с DME могут быть никак не связаны и работают на других частотах, просто установлены в одном и том же месте. В этом случае частоты таких радиомаяков DME и радиомаяков VOR (или ILS) являются спаренными , то есть объединены в пары. Каждой частоте VOR соответствует своя вполне определенная частота DME. Опубликованы специальные таблицы соответствия частот. Например, если частота VOR 108,40 МГц, то частота DME обязательно будет 1045 МГц для запросных импульсов и 982 МГц (на 63 МГц меньше) для ответных импульсов. То же самое и для ILS.

Частоты VOR и ILS, о которых шла речь в предыдущих главах, пронумерованы и эти номера названы каналами (Channel). Поскольку понятие канала еще понадобится далее, в табл.6.1 в иллюстративных целях приведена небольшая выдержка из общей таблицы частот и каналов.

Таблица 6.1

Выдержка из таблицы номеров каналов

Канал	Частота VHF средства, МГц	Вид VHF средства	Соответствующие частоты DME и TACAN, МГц
Запрос	Ответ
20Х	108,30	ILS
20Y	108,35	ILS
21X	108,40	VOR
21Y	108,45	VOR
22X	108,50	ILS
22Y	108,55	ILS
23X	108,60	VOR
24Y	108,65	VOR

Из таблицы можно видеть, что для каналов, обозначенных Х, частота ответа на 63 МГц меньше, чем запроса, а для каналов У – наоборот на 63 МГц больше.

Если пилот на своем бортовом оборудовании устанавливает частоту VOR (или ILS), то автоматически устанавливается и соответствующая ей частота DME.

Могут использоваться радиомаяки трех видов, обозначаемые как DME/N, DME/P и DME/W. В подавляющем большинстве случаев приходится иметь дело с маяками DME/N как на трассах, так и на аэродромах, поэтому под DME далее и будем понимать именно их. Они имеют узкий спектр излучения (N – narrow, узкий). Маяки DME/P являются более точными (P – precision, точность), но устанавливаются, как правило, только в составе микроволновой системы посадки MLS (Microwave Landing System). Но таких систем на аэродромах мира установлено очень мало. Еще реже используются DME/W с широким спектром излучения (W – wide, широкий).

Бортовое оборудование, работающее с маяками DME, часто называют самолетными дальномерами (например, СД-67, СД-75). Пилоту приходится иметь дело с его индикатором, на котором дальность отображается в виде цифр – электромеханическим способом (барабанный счетчик) или с помощью светодиодов. На рис. 6.2 слева изображен индикатор, входящий в состав СД-67. Если значение дальности на индикаторе недостоверно (например, при потере сигнала), цифры перекрываются бленкером, как и показано на рисунке. На том же рисунке справа изображен «индикатор самолетный дальности ИСД-1», который может работать в составе СД-75. На нем можно изменить единицы измерения дальности (километры или морские мили).

Значение дальности может быть выведено и на другие индикаторы, например, на HIS.

Рис. 6.2. Виды индикаторов самолетного дальномера

DME является очень точным средством. В соответствии со стандартами ИКАО суммарная погрешность измерения дальности, выраженная в метрах, должна быть не больше ±(460+0,0125D), где D – значение измеряемой дальности. Чем дальше самолет от маяка, тем больше погрешность измерения дальности. Указанная погрешность соответствует вероятности 0,95, следовательно, СКП измерения дальности вдвое меньше.

Это означает, что вблизи радиомаяка СКП имеет порядок около σD=0,3 км, а на удалении, например, D=300 км, уже около σD=2 км. Это очень хорошая точность, которая в большинстве случаев удовлетворяет современным жестким требованиям к точности аэронавигации. У DME/P погрешность еще меньше (порядка 30 м).

Пересчет наклонной дальности в горизонтальную . Дальномерные системы непосредственно измеряют наклонную дальность, но для навигации чаще необходима дальность горизонтальная. Для определения МС, то есть местоположения ВС на земной поверхности, пилот откладывает дальность на карте, то есть в горизонтальной плоскости. Очевидно, что по величине наклонная и горизонтальная дальности различаются, и если вместо горизонтальной дальности использовать наклонную (например, отложив ее на карте), то будет иметь место погрешность. Она будет иметь систематический характер, поскольку при данных условиях будет иметь одну и ту же величину.

Разумеется, эта погрешность возникает не по вине самой дальномерной системы (она-то измеряет дальность правильно), а по вине пилота, который вместо одной величины использует другую.

где H – высота полета;

R – радиус Земли.

Можно обратить внимание, что в данной формуле величина H/R очень мала (порядка одной тысячной), следовательно, знаменатель под корнем очень близок к единице. Поэтому данную формулу вполне можно упростить:

(6.2)

Очевидно, что эта формула соответствует теореме Пифагора и предполагает, что Земля плоская (рис. 6.3). Однако ею вполне можно пользоваться, учитывая, что в гражданской авиации выполняются полеты не на столь уж больших высотах, особенно по сравнению с радиусом Земли. Например, если полет выполняется на высоте H=10 км и измерена L=300 км, то по точной формуле (с учетом сферичности Земли) получим D=299,598 км, а по приближенной (на плоскости) D= 299,833 км. То есть погрешность составит всего 235 метров. Это сопоставимо со случайной погрешностью измерения дальности с помощью DME. Таким образом, учитывать сферичность Земли при расчете горизонтальной дальности не имеет особого смысла, особенно на небольших удалениях.

Рис. 6.3. Наклонная и горизонтальная дальности

Но, может быть, можно вообще не пересчитывать наклонную дальность в горизонтальную? А вот это допустимо делать далеко не всегда.

Прежде всего, можно обратить внимание, что соотношение между L и D зависит еще и от высоты полета H. Даже из рис. 6.3 можно видеть, что когда ВС находится точно над радиомаяком, наклонная дальность равна высоте полета, а горизонтальная дальность равна нулю. В такой ситуации имеет место самое большое различие между L и D.

Если самолет находится в воздухе, то показания дальномера никогда не будут равны нулю. Говорят, один молодой штурман при полете на радиомаяк, так и не дождавшись нулевого значения дальности, вдруг увидел, что дальность стала увеличиваться и в ужасе закричал: «Командир! Мы летим передом назад!!».

Но по мере удаления от радиомаяка различие между этими величинами становится все меньше. Уменьшается разность между гипотенузой (L) и катетом (D) в прямоугольном треугольнике, вершинами которого являются радиомаяк, ВС и МС. Эта разность может стать сравнимой по величине с самой точностью измерения наклонной дальности.

Например, если H=10 км, а L=70 км (в семь раз больше), то получим D=69,3 км. Наклонная дальность отличается от горизонтальной на 700 м. В большинстве случаев этой погрешностью можно пренебречь, ведь современный самолет пролетает это расстояние за 3 сек.

Но если при полете на той же высоте наклонная дальность составляет всего L=30 км, то ей соответствует D=28,3 км. Погрешность в 1,7 км является уже довольно существенной, особенно при полете в районе аэродрома, где требуется более высокая точность навигации.

Пересчет наклонной дальности в горизонтальную можно выполнить непосредственно по формуле (6.2), например, с помощью калькулятора. Но при наличии НЛ-10 это удобнее сделать с использованием вспомогательного угла θ (рис. 6.3). Очевидно, что

Эти несложные формулы могут быть легко реализованы на НЛ-10 с помощью ключа на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Пересчет наклонной дальности в горизонтальную на НЛ-10

Применение DME для решения навигационных задач. При полете на радиомаяк или от него легко определить путевую скорость с использованием секундомера. Ведь пройденное расстояние равно изменению дальности, поэтому:

Разумеется, пройденное расстояние (разность дальностей) не должно быть слишком мало. В противном случае погрешности измерения дальностей могут привести к снижению точности определения W (см. п.).

Некоторые виды бортового дальномерного оборудования позволяют не только измерять дальность, но и рассчитывать путевую скорость по скорости изменения дальности (рис.6.5). А если уже известна W и расстояние до радиомаяка, нетрудно определить и время полета до него. Разумеется, скорость и время будут определены правильно только в случае, когда ВС летит на радиомаяк или от него.

Рис. 6.5. Индикатор дальномера с показаниями дальности, скорости и времени

Измерив две дальности до двух радиомаяков DME можно определить место самолета на карте. Навигационному параметру дальность соответствует ЛРР, имеющая форму окружности. Построив на карте две ЛРР можно найти МС в точке их пересечения (рис.6.6).

Две окружности, вообще говоря, пересекаются в двух точках, в каждой из которых дальности имеют измеренные значения. Возникает вопрос: в какой из этих двух точек на самом деле находится ВС? Этот вопрос приходится решать отдельно, но обычно большой проблемы здесь нет. Эти две точки чаще всего находятся достаточно далеко друг от друга. Обычно ВС летит близи заданного маршрута и примерный район местоположения ВС известен. Если одна из точек оказалась вблизи ЛЗП, а другая в сотне километров от нее, то пилот легко определит, где ВС находится на самом деле.

Рис. 6.6. Определение МС по двум дальностям

Точность определения МС таким способом на карте зависит не столько от погрешностей измерения дальностей (это всего лишь несколько сотен метров), сколько от погрешностей графической работы на карте при прокладке ЛРР. Действительно, с помощью линейки вряд ли возможно отложить расстояние точнее, чем 0,5- 1 мм. Но на полетных картах в зависимости от их масштаба одному миллиметру обычно соответствует 2-4 км.

Зависит точность и от угла пересечения двух ЛРР, имеющих вид окружностей. Нетрудно сообразить, что две окружности пересекаются по таким же углом, что и радиусы этих окружностей, исходящие из точки пересечения (это углы с взаимно перпендикулярными сторонами). Поэтому при выборе радиомаяков лучше выбирать такие два из них, чтобы угол между направлениями на них был ближе к 90°.

Таким образом, определить МС на карте дальномерным способом (по двум дальностям) достаточно легко, но на практике этим способом пользуются довольно редко. В частности, потому, что для прокладки ЛРР нужен циркуль, которого в наборе штурманских инструментов пилота обычно нет.

Однако дальномерный способ определения МС на многих современных ВС автоматизирован. Ведь обобщенный способ определения МС не обязательно предполагает, что линии положения нужно графически наносить на карте. Координаты МС можно определить аналитически, путем расчета. В п. упоминалось, что если известна зависимость двух навигационных параметров (а здесь параметрами являются D 1 и D 2) от координат точки (например, широты и долготы), то путем решения системы из двух уравнений

D 1 = f 1 (φ,λ),

D 2 = f 2 (φ,λ),

можно найти координаты МС φ и λ.

Вид функций f 1 и f 2 на поверхности земной сферы (не говоря уже об эллипсоиде), является довольно сложным. Если обозначить через φ p и λ p координаты радиомаяков, то формулы будут иметь вид

D 1 =R arccos(sin φ p1 sin φ+cos φ p1 cos φ cos(λ p1 -λ));

D 2 =R arccos(sin φ p2 sin φ+cos φ p2 cos φ cos(λ p1 -λ)).

Понятно, что вручную непросто решить такую систему уравнений и найти координаты самолета φ и λ, но бортовой вычислитель легко справляется с подобной задачей. Координаты радиомаяков уже хранятся в бортовой базе аэронавигационных данных, дальности до этих маяков непрерывно измеряются бортовым оборудованием DME и бортовой вычислитель постоянно рассчитывает текущие координаты самолета. Точность такого автоматизированного способа определения координат довольно высока. Ведь дальности измеряются достаточно точно, а погрешности графической работы на карте вовсе отсутствуют. Поэтому в современной аэронавигации этот способ является вторым по точности после спутниковых навигационных систем.

Угломерный канал навигации VOR предназначен для определения азимута ЛА относительно радионавигационной точки, в которой устанавливается наземное оборудование системы. В состав угломерного канала входит наземное и бортовое оборудование. Наземное оборудование представляет собой радиомаяк, излучающий сигналы, прием и обработка которых на борту ЛА позволяет определить его азимут. Бортовое оборудование представляет собой приемоиндикатор, принцип действия которого определяется используемым в канале методом измерения азимута. При таком построении азимутального канала его пропускная способность не ограничена. В настоящее время различают три основные модификации угломерных систем МВ диапазона:

с измерением фазы огибающей АМ колебаний (VOR);

с двухступенчатым измерением фазы (PVOR);

с использованием эффекта Доплера (DVOR).
VOR . Радиомаяки VOR имеют две передающие антенны:

ненаправленную антенну А 1 с диаграммой направленности (ДНА) в горизонтальной плоскости ;

направленную антенну А 2 с диаграммой направленности в горизонтальной плоскости .

В любом азимутальном направлении значение диаграммы направленности А 2 характеризуется величиной .

Антенна А 1

(1.1)

с амплитудой .

Антенна А 2 в любом азимутальном направлении создает поле

с амплитудой . (1.3)

Обычно для радиомаяков VOR выполняется условие .

Диаграммы излучения антенн радиомаяка VOR показаны на рис. 1.6(а).

Высокочастотные сигналы формируются одним передатчиком и излучаются антеннами, имеющими общий фазовый центр. При сложении полей в пространстве образуется суммарное поле всенаправленного РМ (рис. 1.6(б))
.


Рис. 1.6. Диаграммы излучения антенн радиомаяка VOR
С учетом выражений (1.2) и (1.3) величину суммарного поля можно выразить

. (1.4)

Диаграмма направленности А 2 вращается в горизонтальной плоскости с угловой скоростью

где n – частота вращения ДНА в минуту.

Длительность одного оборота Т равна периоду вращения, , а частота . Частота вращения в VOR составляет n=1800 об/мин (F=30 Гц) .

Положение диаграммы направленности А 2 (положение ее максимумов) – функция времени . Вращение антенны вызовет периодическое изменение суммарного поля. Обозначим отношение амплитуд и, подставив в (1.4) значения и , получим

В результате образуется поле с глубиной амплитудной модуляции , частотой модуляции и фазой огибающей, зависящей от азимута . Колебания, принимаемые бортовым приемником, можно представить выражением

где К – коэффициент, учитывающий ослабление.

После усиления и детектирования можно выделить напряжение низкой частоты
, (1.7)

фаза которого содержит информацию об азимуте самолета :
. (1.8)

Для выделения этой информации на борту ЛА необходимо иметь опорное колебание, несущее информацию о мгновенном положении ДНА. Эта информация должна быть заложена в фазе опорного колебания

с текущим значением фазы
(1.9)

соответствующим угловому положению ДНА в данный момент времени t .

При наличии на борту ЛА такого опорного напряжения можно определить азимут ЛА как разность фаз опорного и азимутального сигналов (1.8) и (1.9):

Для работы бортового измерителя необходим опорный сигнал, причем одинаковый для всех ЛА. Этот сигнал необходимо передавать по отдельному каналу связи. В целях сокращения частотных каналов связи опорный сигнал в этих системах передают на той же несущей частоте , что и азимутальный. Разделение азимутального и опорного сигналов по каналам происходит на приемной стороне методом частотной селекции продетектированного по амплитуде комбинированного сигнала. Такая возможность появляется при использовании для передачи опорного сигнала двойной амплитудно-частотной модуляции.

Рассмотрим формирование сигналов наземным оборудованием и работу бортового оборудования на примере упрощенной структурной схемы канала VOR (рис. 1.7).

В передатчике (ПРД) формируются высокочастотные колебания частоты . В делителе мощности (ДМ) ВЧ сигнал разделяется на два канала. Часть мощности поступает во вращающуюся антенну А 2 . Частота вращения антенны определяется блоком управления (БУА) и равна F=30 Гц. В радиомаяках применялись различные способы вращения антенны. В первых радиомаяках вращение антенны осуществлялось механическим способом при помощи электродвигателя. Другой способ предусматривает применение гониометрических антенных систем. Позднее были разработаны методы электронного вращения ДНА (метод электронного гониометра), при котором эффект вращения ДНА достигается питанием двух взаимно перпендикулярных направленных антенн с диаграммами в виде восьмерки. Питание антенн осуществляется балансно-модулированными колебаниями со сдвигом по фазе огибающей модуляции на 90°. Антенной А 2 создается электромагнитное поле (1.2).

Рис. 1.7. Структурная схема канала VOR
Антенна А 1 является ненаправленной и предназначена для формирования суммарной диаграммы направленности типа «кардиоида» и передачи опорного сигнала. Для формирования сигнала с двойной амплитудно-частотной модуляцией выбирают колебания, частота которых намного больше частоты вращения ДНА, но существенно меньше частоты несущих колебаний, и используют эти колебания в качестве вспомогательных. Вспомогательные колебания называются поднесущей, для которой должно выполнятся условие , где – частота поднесущих колебаний. Для системы VOR частота поднесущей равна F П =9960 Гц.

В модуляторе поднесущей (МП) осуществляется частотная модуляция поднесущей опорными колебаниями частотой F ОП =30 Гц с девиацией частоты ΔF П =480 Гц при индексе модуляции . В модуляторе МВЧ высокочастотные колебания модулируются по амплитуде напряжением поднесущей с глубиной модуляции .

Антенна А 1 создает поле с напряженностью

где – коэффициент амплитудной модуляции; – коэффициент частотной модуляции; – девиация поднесущей частоты.

Суммарное поле

воздействует на антенну бортового оборудования А 0 . На выходе антенны получается суммарное колебание вида

Амплитудно-частотный спектр суммарного колебания показан на рис.1.8(а).

Рис. 1.8. Амплитудно-частотный спектр:

а) принятого сигнала;

б) огибающей принятого сигнала
Бортовым оборудованием необходимо выделить из суммарного азимутальный и опорный сигналы и произвести их сравнение по фазе.

После преобразования суммарного сигнала в приемном устройстве (ПРМ), усиления его и детектирования амплитудным детектором выделяется огибающая, содержащая азимутальный и опорный сигналы вида
, (1.12)

где и – амплитуды составляющих полного сигнала.

Из спектра сигнала (1.12), представленного на рис. 1.8(б), видно, что азимутальный и опорный сигналы можно выделить путем частотной селекции. Для этой цели с выхода ПРМ сигнал подается на два фильтра Ф1 и Ф2.

В фильтре Ф1, настроенном на частоту (f=30 Гц ), выделяется азимутальный сигнал или сигнал переменной фазы, а в фильтре Ф2, настроенном на поднесущую частоту (f=9960 Гц ), выделяется частотно-модулированное поднесущее колебание. После симметричного ограничения в усилителе-ограничителе (УО) в частотном детекторе (ЧД) выделяется опорное колебание.

В результате преобразований получены:

азимутальный сигнал ;

опорный сигнал .

Опорное напряжение подается на фазовращатели ФВ1 и ФВ2. В исходном положении ось ФВ1 повернута на произвольный угол b , что вызывает дополнительный сдвиг фазы опорного напряжения на величину b

И . (1.13)

Азимутальное и опорное напряжение подается на фазовый детектор ФД1. Разница фаз между напряжениями на входе

Напряжение на выходе фазового детектора ФД1:

Это постоянное напряжение преобразуется (в ПНН) в сигнал рассогласования с частотой 400 Гц и подается на управляющую обмотку электродвигателя (ДВ), который поворачивает ось ротора фазовращателя ФВ1 до тех пор, пока разность фаз не станет равной нулю. При этом и . Таким образом, угол поворота ротора фазовращателя ФВ1 становится равным азимуту самолета. Ось ФВ1 связана с осью сельсин-датчика (СД), который передает результаты измерений на указатели азимута.

В системе VOR предусмотрена возможность полета самолета по заданному азимуту . Для этого в схему введены ФД2 и ФВ2. Ось ФВ2 поворачивается вручную и устанавливается на заданный угол . При этом фаза опорного напряжения дополнительно сдвигается на величину и становится

. (1.16)

Это напряжение подается на вход ФД2. На второй вход подается азимутальное напряжение с фазой

.

Разность фаз азимутального и опорного напряжений на входе ФД2

После фазового детектирования согласно (1.15) на выходе детектора
.

Когда , и азимут самолета совпадает с заданным направлением. Эта задача решается при полете ЛА на радиомаяк VOR или от него. Для индикации полета на радиомаяк или от него в схему вводится ФД3, на который подаются.

Основным навигационным средством в большинстве стран является VOR (VHF Omnidirectional Range navigation system), что в переводе на русский называет всенаправленный курсовой радиомаяк УКВ диапазона . Появившиеся в последнее время спутниковые навигационные системы не заменяют VOR, а дополняют их.

Самолеты летают по воздушным трассам, которые строятся из отрезков. Отрезки образуют сеть, опутывающую целые государства. В узлах этой сети (на концах отрезков) расположены VOR-радиостанции.

Радиомаяк VOR состоит из двух передатчиков на частотах 108,00-117,95 МГц . Первый передатчик VOR передает постоянный сигнал во все стороны, в то время как второй передатчик VOR представляет собой узконаправленный вращающийся луч , изменяющийся по фазе в зависимости от угла поворота, то есть луч пробегает круг в 360 градусов (как луч маяка). В результате получается диаграмма излучения в виде 360 лучей (один луч через каждый градус окружности). Принимающая аппаратура сравнивает оба сигнала и определяет «угол луча», на котором в данный момент находится самолет. Такой угол называется VOR-радиалом (VOR Radial).

VOR-оборудование на борту самолета может определить, на каком из VOR-радиалов известной радиостанции находится самолет.

На пилотажной карте вы можете найти необходимую VOR-станцию. На схеме выше показан самолет, находящийся на радиале 30 от VOR. Каждый VOR имеет свое название (VOR на рисунке называется KEMPTEN VOR) и сокращенное трехбуквенное обозначение (VOR на рисунке обозначается KPT). Рядом с VOR написана его частота, которую надо вводить в приемник. Таким образом, чтобы поймать сигнал от KEMPTEN VOR, надо ввести в приемник частоту 109.60.

Очень часто самолеты оборудуются не одним, а сразу двумя приемниками VOR. В таком случае один приемник называется NAV 1, а второй соответственно NAV 2. Для ввода частоты в приемник VOR используется двойная круглая ручка. Большая ее часть используется для ввода целых, меньшая - дробных долей частоты VOR. Ниже показана типичная панель управления радионавигационными приборами.

Задатчики частот VOR подписаны красным цветом. Это простейший вид приемников, который позволяет ввести только одну частоту VOR. Более сложные системы позволяют ввести сразу две частоты VOR, и быстро переключаться между ними. Одна частота VOR является неактивной (STAND BY), ее изменяет ручка задатчика частоты . Вторая частота VOR называется активной (ACTIVE), это та частота VOR, на которую настроен приемник в данный момент.

На рисунке выше показан пример приемника с двумя задатчиками частоты VOR. Пользоваться им очень просто: при помощи круглого задатчика надо ввести требуемую частоту VOR, а затем сделать ее активной при помощи переключателя. При наведении мыши на колесико задатчика курсор мыши меняет форму. Если он выглядит как маленькая стрелка, то при нажатии на мышь сменятся десятые доли. Если стрелка большая, то изменяться будет целая часть числа.

В кабине так же должен быть прибор, показывающий, на каком радиале VOR в данный момент находится самолет. Этот прибор обычно называется NAV 1, или VOR 1. Как мы уже выяснили, в самолете может иметься второй такой прибор. В самолете Cessna 172 их два:

Прибор состоит из:

подвижной шкалы, напоминающей шкалу компаса

круглой ручки задатчика OBS

стрелки индикатора направления TO-FROM

транспаранта GS

двух планок, вертикальной и горизонтальной

Горизонтальная планка и транспарант GS используются при посадке по системе ILS .

Ручка OBS вращает подвижную шкалу и настраивает тем самым приемник VOR на требуемый радиал. Например, так может выглядеть прибор, настроенный на радиал 30:

На рисунке видно, что при вращении ручки OBS шкала поворачивается, и верхний уголок показывает на номер текущего радиала. Как и на компасе, все номера на приборе пишутся деленные на 10, таким образом цифра 3 обозначает радиал 30 .

Вертикальная планка показывает отклонение от радиала. Если самолет находится на радиале, то планка будет стоять вертикально:

Если самолет сместится правее радиала, то вертикальная планка отклонится влево, чтобы показать что к радиалу надо лететь в левую сторону.

Когда пилот видит такую картину, он знает что для выхода на радиал надо повернуть влево. Правило очень простое: планка показывается в той стороне, в которую надо лететь.

Аналогичная картина будет в случае если самолет окажется левее нужного радиала:

Обратите внимание, что в данном случае самолет отклонился от радиала сильнее, и планка прибора соответственно так же отклонилась сильнее.

Важной особенностью VOR является то, что прибор всегда показывает радиал, на котором находится самолет, независимо от курса , которым идет самолет. Например, на рисунке ниже показаны самолеты, летящие разными курсами. Поскольку они находятся на одном и том же радиале и у них одинаково настроен OBS, прибор VOR у всех самолетов покажет одно и то же.

При полетах по VOR нужно помнить, что чувствительность прибора VOR возрастает при подлете к радиомаяку VOR, пока не пропадает в непосредственной близости от маяка. Около маяка VOR не надо гоняться за планкой, вместо этого, когда чувствительность становится чрезмерной, надо продолжать двигаться прежним курсом пока самолет не пройдет над маяком VOR.

Итак, чтобы лететь по радиалу VOR надо настроить на приемнике его частоту VOR, задать при помощи OBS номер требуемого радиала и удерживать вертикальную планку по центру прибора. Если планка отклоняется влево, надо довернуть налево. Если вправо, надо повернуть направо. В случае бокового ветра, нужно довернуть на ветер, чтобы компенсировать снос самолета. Более подробно про полет в ветер можно прочитать в статье про

Всенаправленный азимутальный радиомаяк (VOR) диапазона ОВЧ предназначен для измерения азимута воздушного судна относительно места установки радиомаяка при полетах воздушного судна по трассам и в районе аэродрома.

Всенаправленный дальномерный радиомаяк (DME) диапазона УВЧ предназначен для измерения дальности воздушного судна относительно места установки радиомаяка при полетах воздушных судов по трассам и в районе аэродрома.

Эффект Доплера - изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника. Эффект назван в честь австрийского физика Кристиана Доплера.

Всенаправленный Доплеровский ОВЧ-радиомаяк (DVOR) предназначен для формирования и излучения радиосигналов, обеспечивающих измерение азимутального угла воздушного судна, оснащенного бортовым оборудованием системы VOR (азимутальный радиомаяк). DVOR обеспечивает улучшенное качество сигнала и точность, обусловленные использованием эффекта Доплера и антенны с большой базой, являясь вторым поколением VOR. В отличии от радиомаяка VOR, DVOR может использоваться в районах со сложными географическими условиями. Радиомаяк используется в аэропортах и на трассах полетов самолетов гражданской авиации. Радиомаяк может использоваться как в комплексе с дальномерным радиомаяком DME, так и как самостоятельное изделие.

Радиомаяк азимутальный доплеровский DVOR 2000. Используется как самостоятельное изделие, так и в комплексе с DME2700.

Состав радиомаяка

В состав радиомаяка входит шкаф с двумя комплектами оборудования радиомаяка, антенная система, две контрольные антенны и система электропитания с аккумуляторами. Аппаратура формирования сигналов, управления и контроля радиомаяка размещается в контейнере, снабженном системой терморегулирования.

Антенная система состоит из одного центрального и 48 кольцевых излучателей, расположенных по окружности диаметром 13,5 м. Излучатели антенной системы установлены на отражателе диаметром 30 м. В антенной системе полностью исключено взаимовлияние между соседними антеннами и приняты меры по уменьшению краевого эффекта.

Цифровой формирователь частоты с полностью цифровым управлением доплеровского радиомаяка обеспечивает высокую стабильность и точность выходного сигнала. Цифровой синтез частоты позволил решить проблему старения элементов путем подстройки электрической длины пути прохождения сигналов.

В состав радиомаяка не входят контейнер, аппаратура дистанционного управления, панели информации и каналообразующая аппаратура (модемы). Количество, тип и наличие данного оборудования определяется договором на поставку.

Система контроля радиомаяка DVOR предоставляет полный дистанционный контроль и управление оборудованием, система диагностики дистанционно определяет отказавший узел с точностью до платы, а резервирование основных узлов обеспечивает высокую степень надежности и отказоустойчивости радиомаяка. Параметры радиомаяка и состояние аппаратуры отображаются на цветном дисплее в графическом режиме. В процессе работы все изменения в состоянии аппаратуры и действия обслуживающего персонала документируются и сохраняются в течение 30 суток в аппаратуре дистанционного управления.

Электропитание радиомаяка обеспечивается от основной и резервной сети 220В, 50Гц. В течение 30 минут радиомаяк может работать от аккумуляторных батарей. Режим работы радиомаяка - непрерывный круглосуточный, без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Встроенный источник бесперебойного питания обеспечивает работу даже при отключении основной и резервной питающей сети.

Основные технические характеристики

Зона действия:

в горизонтальной плоскости: от 0 до 360°

в вертикальной плоскости: от 0 до 40°

по дальности (в условиях прямой видимости)

≥ 300 км (при высоте полета 12 000 м)

≥ 210 км (при высоте полета 6000 м)

Погрешность информации об азимуте ±1°

Диапазон частот 108,000-117,950 МГц

Диапазон измерения азимута от 0 до 360°

Погрешность измерения азимута ±0,2°

Габаритные размеры

Аппаратная (высота × ширина × глубина) 4,5 × 2,5 × 2,7 м

Антенная система (диаметр) 13,5 м

Условия эксплуатации:

Оборудование вне контейнера:

температура окружающей среды от −50 до +50 °С;

воздействие атмосферных осадков (дождя) - интенсивность до 3 мм/мин

воздействие ветровых нагрузок - скорость ветра до 50 м/с

Оборудование внутри контейнера

температура окружающей среды от 0 до +40 °С

Система обеспечивает получение на борту воздушного судна следующей информации:

об удалении (наклонной дальности) воздушного судна от места установки радиомаяка;

об отличительном признаке радиомаяка.

Радиомаяк дальномерный может устанавливаться совместно с радиомаяком азимутальным VOR (PMA) или использоваться автономно в сети DME-DME.

В этом случае на борту воздушного судна обеспечивается определение его местоположения в системе измерения двух дальностей относительно места установки радиомаяка, что позволяет решать задачи самолетовождения на трассе и в зоне аэродрома.

Описание конструкции vor/dme

Аппаратная конструктивно выполнена в виде контейнера, доработанном под установку основной аппаратуры и устройств, обеспечивающих сервисные климатические условия внутри аппаратной.

В состав аппаратуры, установленной в аппаратной, входят шкаф PMA, шкаф РМД, панель ввода. Аппаратура, обеспечивающая нормальные условия работы VOR/DME и обслуживающего персонала, состоит изкондиционера, двух отопителей и пяти ламп освещения. Шкаф PMA конструктивно выполнен в стандартном корпусе. На правой боковой стенке шкафа с наружной стороны скомпонован тракт УВЧ, который дополнительно закрыт защитной крышкой. Шкаф разделен на шесть одинаковых отсеков. В первом нижнем отсеке установлены два выпрямителя, в остальных отсеках закреплены секции с направляющими, в которых установлены функциональные узлы, выполненные в виде врубных ячеек.

Шкаф РМД выполнен в стандартном корпусе. На правой боковой стенке шкафа снаружи установлены все устройства, входящие в оконечный усилитель мощности, и тракт ВЧ, закрытые защитным кожухом. Шкаф по высоте разделен на шесть горизонтальных отсеков, в которых расположены все функциональные узлы.

Технические данные vor/dme

Основные параметры и технические характеристики VOR/DME соответствуют требованиям и рекомендациям ICAO.

В шкафах VOR (PMA) и DME (РМД) предусмотрено стопроцентное «холодное» резервирование аппаратуры формирования модулирующих сигналов, аппаратуры модуляции и усиления, ВЧ тракта и аппаратуры контроля и обработки сигналов. Переход на резервную аппаратуру - автоматический. Время перехода на резервную аппаратуру - не более 10 с. Время включения подготовленного к работе радиомаяка - не более 2 минут. Управление VOR/DME может быть местным и дистанционным.

Дистанционное управление осуществляется с использованием блока ДУ по проводной (телефонной) линии связи на удалении от 0,5 до 10 км. Световая и звуковая сигнализация о состоянии VOR/DME обеспечивается панелями информации, размещаемыми на удалении до 500 м от блока ДУ. Система VOR/DME не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала. Система терморегулирования обеспечивает поддержание температуры воздуха внутри аппаратной в пределах от 5 до 40° С.

Основные технические характеристики VOR (РМА-90)
Зона действия:
В горизонтальной плоскости
В вертикальной плоскости (относительно поверхности ограничения прямой видимости), град	не более 3
Снизу, град	не менее 40
Сверху, град по дальности:	не менее 300
На высоте 12000 м, км	не менее 100
На высоте 6000 м (при половинной мощности), км Напряженность поля на границе зоны действия, мкВ/м	не менее 90
Поляризация излучения	горизонтальная
Погрешность информации об азимуте в точках на удалении 28 м от центра антенны, град	не более 1
Частота рабочего канала (несущих колебаний), одно из дискретных значений в диапазоне	108,000-117,975 МГц через 50 кГц
Отклонение частоты несущих колебаний, %
Мощность несущих колебаний (регулируемая), Вт	от 20 до 100
Габаритные размеры и масса шкафа РМА	496x588x1724 мм; не более 200 кг
Диаметр экрана антенны РМА
Масса антенны РМА
без экрана
с экраном
Основные технические характеристики DME (РМД-90)
Зона действия:
В горизонтальной плоскости, град
В вертикальной плоскости сверху, град	не менее 40
По дальности, км:
на высоте 6000 м	не менее 200
на высоте 12000 м	не менее 260
Поляризация излучения	вертикальная
Погрешность, вносимая радиомаяком в измерение дальности, для 95 % измерений, м	не более ± 75
Частота рабочего канала, МГц:	одно из дискретных значений (через 1 МГц)
Приемного	в диапазоне 1025-1150 МГц
Передающего	в диапазоне 962-1213 МГц
Отклонение частоты рабочего канала, %	не более ± 0,002
Мощность радиоимпульсов, Вт	не менее 500
Количество одновременно обслуживаемых самолетов	Не более 100
Габаритные размеры и масса шкафа РМД	1700x496x678 мм; не более 240 кг.
Габаритные размеры и масса антенны РМД	2180 х 260 мм, не более 18 кг
Основные технические характеристики VOR/DME (РМА-90/РМД-90)
Внутренние габаритные размеры и масса аппаратной	2000 х 3000 х 2000 мм, 2500 кг
Электропитание:
Основное и резервное от 47...63 Гц	220 В (187...264 В), 50 Гц (47...63 Гц).
Аварийное от аккумуляторных батарей в течение времени	не менее 30 мин
мощность, потребляемая VOR/DME (при включенной системе терморегулирования)	не более 3000 ВА
мощность, потребляемая основной аппаратурой радиомаяка	не более 500 ВА
Условия эксплуатации оборудования, размещаемого в аппаратной:
Температура окружающего воздуха оборудования,	от минус 10 до плюс 50° С
размещаемого на открытом воздухе:
Температура окружающего воздуха;	от минус 50 до плюс 50° С
Воздушные потоки со скоростью
Надежность
Среднее время наработки на отказ	не менее 5 000 ч
Средний технический ресурс
Средний срок службы
Среднее время восстановления