Глава 3. Автономные средства радионавигации

Автономными средствами радионавигации или радионавигационными устройствами (РНУ) называются устройства на борту ВС, базирующиеся на радиотехнических принципах измерения навигационных параметров и не требующих для своего функционирования дополнительного оборудования на земной поверхности. К ним относятся радиовысотомеры малых и больших высот (РВ), доплеровские измерители путевой скорости и угла сноса (ДИСС), бортовых радиолокационные станции БРЛС.

3.1. Радиовысотомеры.

Радиовысотомеры (РВ) предназначены для измерения истинной высоты полета, т.е. фактической высоты расположения ВС над земной поверхностью. В зависимости от диапазона измеряемых высот различают РВ малых и больших высот.

РВ малых высот измеряют высоты до 1500м. Они используются для управления ВС в вертикальной плоскости в системах захода на посадку и автоматической посадки. Сигнализируя экипажу момент достижения ВС установленной заданной (или опасной) высоты полета, а также в качестве одного из датчиков информации для системы сигнализации опасной скорости сближения с землей (ССОС).

РВ малых высот- основное навигационное средство получения информации об истинной высоте полета, в связи, с чем они устанавливаются на всех типах ВС.

РВ больших высотизмеряют высоты до 30 км и используются для решения специальных задач. Во всех РВ в качестве носителя информации о высоте используются сигналы, отраженные земной поверхностью, а истинная высота определяется по времени запаздывания этих сигналов

t_h = 2H _ист /c,

которое прямо пропорционально высоте полета. Для измерения высоты используют частотный и временной (импульсный) методы, которым соответствуют частотные и импульсные РВ.

Основные эксплутационно-технические характеристики РВ ГА представлены в таблице 4

Характеристика	РВ- 5м	А-031	А-037	РВ-85	РВ-25
Рабочая частота, МГц	4300				845
Диапазон измеряемых высот, м	0…750	0…300, 750, 1500		0…1500	500…25000
Характерные точки:
Н1, м	10	10	60	22,5	2000
Н2, м	10	20	20	—	—
Погрешность измерения высоты (2σ) на высотах:
0…Н1,м	0,6			0,45	28
Н > Н2	6% от Н			2% от Н	25м+ 0,15%Н
Погрешность сигнализации опасной высоты относительно шкалы УВ на высотах:
0…Н2, м	0,5		2	—	—
Н > Н2, % от Н	5	3	10	—	—

Таблица 4

Принцип действия РВ больших высот.

Структурная схема РВ больших высот представлена на рис.32.

Рис.32 . Структурная схема РВ больших высот.

Принцип работы радиовысотомера больших высот основан на импульсном (временном) методе измерения расстояния, каковым в данном случае является истинная высота полета ВС. Основными устройствами РВ являются: приемо–передатчик, состоящий из передатчика (ПРД) и приемника (ПРМ); блок измерения (БИ), указатель высоты (УВ), предающая (А1) и приемная (А2) антенны, а также пульт управления (на схеме не указан).

Измерение высоты происходит следующим образом: синхронизатор блока измерения, определяет все временные процессы в РВ после его включения. Он запускает в работу передатчик и одновременно определяет начало отсчета времени схемой измерения временных интервалов в блоке измерения (БИ). Передатчик РВ излучает мощные импульсы ВЧ колебаний через передающую антенну А1.

Отраженные от земли сигналы принимаются приемной антенной А2 и поступают в приемник (ПРМ) РВ.

После усиления и преобразования в ПРМ отраженные низкочастотные сигналы подаются в БИ, где происходит измерение временного интервала между моментами излучения зондирующего и приема отображенного сигналов.

Измеренный временной интервал, равный

t _h = 2H_ист/ с ,

где - t _h – временной интервал;

Н _ист. – истинная высота полета;

с – скорость распространения радиоволн.

в БИ преобразуется в показании высоты, отображаемой на указателе РВ. Таким образом, время t_hпропорционально истинной высоте полета H_ист.

Следовательно, РВ больших высот не может измерить высоту меньше некоторого значения H_min. Это минимальное значение H_min, определяется минимальным временем запаздывание

t_h = τ_и,

где - τ_и длительность импульсных колебаний, излучаемых передатчиком (ПРД).

Таким образом, в РВ больших высот минимальное значение H_minопределяется выражением

H_min=c ·τ_и/ 2.

Так, если τ_и=2мкс, то H_min=300м. В реальных РВ больших высот H_min=300…500м.

Радиовысотомер РВ-18

В комплект высотомера РВ-18 водят:

приемопередатчик ПП-18-1, передающая и приемная антенны, блок измерения БИ-18-1М, пульт управления ПУ-М и указатель высоты.

Примечание: в общем случае комплект радиовысотомера может отличается от указанного наличием еще некоторых блоков.

Приемопередатчик состоит из передатчика, приемника (его высокочастотной части) и выпрямителя их питания. Передатчик предназначен для создания мощных импульсов сверхвысокочастотных колебаний, излучаемых передающей антенной по направлению к земле.

Отраженные от земли и принятые приемной антенной колебания высокочастотной частью приемника усиливаются и преобразуются в колебания промежуточной частоты, которые затем подаются на блок измерения.

Передающая и приемная антенны представляют собой полуволновые симметричные вибраторы (диполи).

Блок измерения включает в себя часть приемника высотомера, систему измерения временного интервала между моментами излучения зондирующего и приема отраженного импульсов, систему встроенного контроля исправности и калибровки радиовысотомера. Кроме того, в блоке измерения помещен узел, синхронизирующий импульсную работу всех блоков радиовысотомера.

Пульт управления (рис.33) обеспечивает включение и выключение высотомера, управление его работой и контроль работы.

Указатель высоты УВ-18-4 (рис.34а) имеет шкалу грубого отсчета с ценой деления 1 км и шкалу точного отсчета с ценой деления 20 м, а также кнопку-ручку «Контроль» для подкалибровки его показании по показаниям более точного цифрового указателя УВ-18-2М.

Все органы управления высотомером и контроля его работы расположены на его пульте управления. Выключатель «Вкл. изд.- Выкл. изд.» (включено изделие — выключено изделие) предназначен для включения и выключения электропитания высотомера.Сигнальная лампа «Изд. вкл.» горит при включенном электропитании.

Рис.33. Пульт управления радиовысо­томера РВ-18

Выключатель «Вкл.ПРД - Выкл.ПРД» обеспечивает включение и выключение передатчика, о работе которого сигнализируетгорение лампы «ПРД вкл.». Во избежание включения передатчика

Рис. 34. Радиовысотомер РВ-18

а ) - стрелочный указатель высоты УВ-18; б ) - цифровой указатель высоты УВ-18

до прогрева ламп в нем имеется реле времени с задержкой включения передатчика на

1…3 мин.

Выключатель «Контроль - Выкл.» служит для включения высотомера в режим контроля (проверки) его работоспособности. В этом режиме на вход приемника подаются импульсы передатчика, задержанные с помощью линии задержки на определенное время и ослабленные до нужной величины. В результате указатели должны отработать высоту, соответствующую времени задержки импульсов.

Сигнальная лампа «Захват» горит, когда высотомер показывает измеряемую высоту. После его включения высотомер некотороевремя работает в режиме поиска отраженных импульсов, лампа «Захват» не горит и показания указателей не соответствуют истинному значению высоты. После «захвата» отраженных импульсовсистемой измерения на указателях отрабатывается измеряемая высота и горит сигнальная лампа «Захват».

Переключатель «Автомат.- Ручн.», ручка «Частота» и кнопка «Отсчет» относятся к системе управления отсчетом высоты на цифровых указателях. Для удобства отсчета (а при необходимости — и фотографирования) показаний цифровых указателей эти показанияфиксируются, т. е. цифры табло на определенное время «останавливаются». Фиксация показаний может осуществляться авто­матически или вручную в зависимости от положения переключате­ля «Автомат.- Ручн.». При положении переключателя «Автомат.»показания указателей фиксируются автоматически с периодом 1,5—4,5 с; который можно регулировать ручкой «Частота». Если указанный переключатель находится в положении «Ручн.», то для фиксации показаний используют кнопку «Отсчет» (при нажатой кнопке показания цифровых указателей остаются неизменными)

На стрелочном указателе УВ-18-4 отработка измеряемой высоты производится непрерывно, независимо от ее отработки цифровыми указателями.

Перед полетом работоспособность радиовысотомера проверяют его включением, а также в режиме «Контроль». Перед включени­ем высотомера нужно органы управления на его пульте установить в следующие положения: выключатель «Вкл. изд. - Выкл. изд.» —в положение

«Выкл. изд.»; выключатель «Вкл. ПРД-Выкл. ПРД» — в положение «Выкл. ПРД»; переключатель «Автомат.-Ручн.» — в положение «Ручн.»; выключатель «Контроль-Выкл.» — в положение «Выкл.» Следует помнить, что на земле высотомер нельзя включать, когда вблизи его передающей антенны находятся люди.

Для включения высотомера нужно включить бортовой автомат защиты цепи его питания и выключатель «Вкл. изд. - Выкл. изд.» на пульте установить о положение «Вкл. изд.», в результате должна загореться сигнальная лампа «Изд. вкл.».

Через 1…5 мин выключатель «Вкл. ПРД-Выкл. ПРД» следует установить в положение «Вкл. ПРД» — должна загореться сигнальная лампа

«ПРД вкл.»

Проверка работоспособности высотомера производится в режиме «Контроль» на земле перед вылетом, а также при необходимости в полете. Для включения указанного режима нужно выключатель «Контроль-Выкл.» на пульте управления установить в положение «Контроль», вследствие чего не позже чем через 5с должна загореться сигнальная лампа «Захват» и стрелочный указатель УВ-18-4 должен отработать высоту 20 000 ± 2 000м (допускаютсяколебания стрелки указателя в пределах ± 20м). После этого нужно проверить показания цифрового указателя, для чего необходимо нажать на кнопку «Отсчет», удерживая ее в течение времени, необходимого для снятия отсчета. Разность показаний цифрового и стрелочного указателей не должна превышать 25м. Если эта разность больше указанной величины, то необходимо произвести калибровку стрелочного указателя по данным цифрового. Для этого нужно нажать кнопку «Контроль» на стрелочном указателе и поворотом нажатой кнопки установить его показания равными отсчету по цифровому указателю.

Для проверки работы системы отсчета в автоматическом режиме необходимо переключатель «Автомат. - Ручн.» установить в положение «Автомат», вследствие чего цифры, обозначающие высоту на цифровом указателе, периодически в течение некотороговремени не должны изменяться. Поворачивая ручку «Частота», нужно убедиться, что это приводит к изменению частоты “отсчета”.

После проверки радиовысотомера в режиме «Контроль» необходимо включить режим измерения высоты, установив выключатель

«Контроль - Выкл.» в положение «Выкл.».

Перед выключением высотомера следует убедиться, что его органы управления установлены в исходное положение, а для выключения нужно выключатели «Вкл. ПРД-Выкл. ПРД» и «Вкл. изд. - Выкл. изд.» установить в положения соответственно «Выкл. ПРД» и «Выкл. изд.».

В полете для получения возможно точных данных о высоте электропитание высотомера необходимо включить не менее чем за10 мин до его использования в таком же порядке, как и перед проверкой. Если используется стрелочный указатель, то необходимо периодически производить его подкалибровки по цифровому указателю, как было указано выше.

Показания высотомера следует считать верными, когда на его пульте управления горят сигнальные лампы «Изд. Вкл.», «ПРД Вкл.» и «Захват». Следует помнить, что даже при кратковременном выключении высотомера с помощью выклю­чателя «Вкл. изд.- Выкл. изд.» или бортового автомата защиты сети его передатчик после повторного включения будет работать только через 1—3 мин. Поэтому в случае необходимости кратковременного выключения пользуются выключателем «Вкл. ПРД-Выкл. ПРД», т.е. отключая, только передатчик.

Если имеются сомнения в правильности показаний высотомера, то его работоспособность можно проверить в полете в режиме «Контроль» в порядке, который изложен выше.

В случае полного отказа радиовысотомера для восстановления его работоспособности нужно проверить исправность бортовых элементов защиты цепей его питания, а также заменить предохранители, расположенные на передней панели блока измерения БИ-18-1М.

Проверка работоспособности высотомера производится в режиме «Контроль» на земле перед вылетом, а также при необходимости в полете. Для включения указанного режима нужно выключатель «Контроль - Выкл.» на пульте управления установить в положение «Контроль», вследствие чего не позже чем через 5с дол­жна загореться сигнальная лампа «Захват» и стрелочный указатель УВ-18-4 должен отработать высоту

20 000±2 000м (допускаются колебания стрелки указателя в пределах ±20м).

После этого нужно проверить показания цифрового указателя, для чего необходимо нажать на кнопку «Отсчет», удерживая ее в течение времени, необходимого для снятия отсчета. Разность показаний цифрового и стрелочного указателей не должна превышать 25м. Если эта разность больше указанной величины, то необходимо произвести калибровку стрелочного указателя по данным цифрового. Для этого нужно нажать кнопку «Контроль» на стрелочном указателе и поворотом нажатой кнопки установить его показания равными отсчету поцифровому указателю. Для проверки работы системы отсчета в автоматическом режиме необходимо переключатель «Автомат. - Ручн.» установить в положение «Автомат», вследствие чего цифры, обозначающие высоту на цифровом указателе, периодически в течение некотороговремени не должны изменяться. Поворачивая ручку «Частота», нужно убедиться, что это приводит к изменению частоты “отсчета”.

После проверки радиовысотомера в режиме «Контроль» необходимо включить режим измерения высоты, установив выключатель «Контроль - Выкл.» в положение «Выкл.».

Перед выключением высотомера следует убедиться, что его органы управления установлены в исходное положение, как перед его включением, а для выключения нужно выключатели

«Вкл. ПРД-Выкл. ПРД» и «Вкл. изд. - Выкл. изд.» установить в положения соответственно «Выкл. ПРД» и «Выкл. изд.».

В полете для получения возможно точных данных о высоте электропитание высотомера необходимо включить не менее чем за 10 мин до его использования в таком же порядке, как и перед проверкой. Если используется стрелочный указатель, то необходимо периодически производить его подкалибровки по цифровому указателю, как было указано выше.

Показания высотомера следует считать верными только в том случае, когда на его пульте управления горят сигнальные лампы «Изд. Вкл.»,

«ПРД Вкл.» и «Захват». Следует помнить, что даже при кратковременном выключении высотомера с помощью выключателя «Вкл. изд. - Выкл. изд.» или бортового автомата защиты сети его передатчик после повторного включения будет работать только через 1…3 мин. Поэтому в случае необходимости кратковре­менное выключение следует производить только выключателем «Вкл. ПРД - Выкл. ПРД».

Если имеются сомнения в правильности показаний высотомера, то его работоспособность можно проверить в полете в режиме «Контроль» в порядке, который изложен выше.

В случае полного отказа радиовысотомера для восстановления его работоспособности нужно проверить исправность бортовых элементов защиты цепей его питания, а также заменить предохранители, расположенные на передней панели блока измерения БИ-18-1М.

Принцип действия РВ малых высот

В состав частотного РВ (рис.35) входят следующие основные функциональные элементы: передатчик Прд; приемник Прм; передающая и приемная антенны А1 и А2; частотомер Ч; указатель высоты УВ и сигнализатор высоты СВ. Передатчик состоит из генератора низкой частоты ГНЧ, частотного модулятора ЧМ и генератора высокой частоты ГВЧ. В состав приемника входят балансный детектор БД и усилитель разностной частоты УРЧ. Частотомер образуется усилителем-ограничителем УО, счетчиком импульсов СИ и усилителем постоянного тока УПТ.

Рис.35 . Структурная схема частотного РВ

Принцип измерения высоты

Передатчик РВ вырабатывает частотно-модулированные ВЧ колебания, которые с помощью антенны А1 излучаются к земной поверхности преимущественно в вертикальном направлении. Достигается это за счет использования ДНА факельного типа, максимум которой ориентирован по вертикали. Отраженные от земной поверхностисигналы принимаются антенной А2, которая точно такая же, как и А1.

Частота излучаемых колебаний f_изл периодически изменяется во времени по симметричному линейно ломаному закону (рис.36а) относительно средней частоты f_ср Максимальное отклонение частоты ∆f от среднего значения называется девиацией частоты. Длительность одного цикла изменения частоты, т. е. период модуляции Т_мзадается ГНЧ,который вырабатывает колебания низкой частоты F_м = 1/Т_м.

Рис.36. Временные процессы в частотном радиовысотомере

Отраженные от земной поверхности сигналы запаздывают по време­ни на величину t_h. Поскольку в процессе распространении сигналов в пространстве и их отражения частота не изменяется, закон изменения частоты отраженных сигналов f_отр будет таким же, как и частоты излучаемых колебаний, но сдвинутымво времени в сторону запаздывания (вправо по временной оси) на величину t_h (рис.36а) Сравнение законов изменения частот f_изл и f_отр показывает, что в любой момент времени эти частоты отличаются на одинаковую величину F, называемую разностной частотой.

Разностную частоту F можно определить путем сравнения ∆ОАВ и ∆ОАВ, которые подобны и поэтому А В / ОВ = АВ / ОВ. Отсюда

F = А₁ В₁ = 4Δf·t_н / T_м = 8Δf·H/ с·T_м (1).

Из формулы следует, что разностная частота прямо пропорциональна высоте полета (так как∆f и Т_м— постоянные величины) и, значит, путем измерения F может быть определена высота полета.

Отраженные сигналы вместе с излучаемыми сигналами поступают на вход приемника, где они суммируются. В результате сложения колебаний разных частот образуются биения, которые сопровождаются амплитудной модуляцией с разностной частотой. После детектирования биений на выходе БД выделяются колебания разностной частоты.

Строго говоря, разностная частота не постоянна во времени (рис.36б). В те интервалы времени, когда нарушается параллельность зависимостей f_изл и

f _отр (t), разностная частота изменяется во времени. Суммарное время, в течение которого F зависит от времени, составляет 2t_hза период модуляции Т_м. Для того чтобы участки изменяющейся разностной частоты не сказывались на работе РВ, должно выполнятьсяусловие t_hmax < Т_м, гдеt_hmax - максимальное время запаздывания на максимальной измеряемой высоте.

Частота F, равная разности f_изл и f_отр, может быть больше или меньше нуля в зависимости от того, какая из частот f_изл или f_отр больше в рассматриваемый интервал времени. Физически изменение знака разностной частоты означает изменение фазы колебаний на 180° в моменты времени, когда F достигает нулевого значения. Вследствие этого колебания разностной частоты на выходе БД представляют, квазисинусоидальные колебания с периодически (2 раза за интервал Т_м)изменяющейся фазой на 180 (рис.36в). Для измерения частоты таких колебаний применяются специальные способы.

Колебания разностной частоты после усиления в УРЧ поступают на частотомер. В нем они с помощью УО превращаются в колебания импульсной формы (рис36г). Импульсы возникают в моменты прохождения U_F через нуль в процессе увеличения напряжения. В каждом периоде U_F появляется один импульс, а число импульсов за одну секунду N будет равно F. Таким образом, измерение разностной частоты может быть сведено к подсчету числа импульсов. Импульсы подсчитываются СИ, на выходе которого вырабатывается постоянное напряжение U, пропорциональное числу импульсов N₁, а значит, и высоте полета. Это на­пряжение усиливается в УПТ и поступает на УВ - стрелочный прибор постоянного тока, шкала которого проградуирована в метрах. Кроме того, напряжение, пропорциональное высоте, поступает на СВ, где сравнивается с установленным опорным напряжением, соответствующим опасной высоте. В момент наступления равенства этих напряжений срабатывает звуковая и световая сигнализация, показывая, что ВС достигла установленной высоты.

Методическая погрешность и минимальная измеряемая высота.

Из выражения (1) можно определить высоту:

Н = с Т_м·F/ 8Δf = c·T_м·N₁/ 8Δf = c·N/ 8Δf (2),

где N = T_м ·N₁ - число импульсов за период модуляции.

Выражение (2) показывает, что измеряемая высота прямо пропор­циональна количеству импульсов за период модуляции. При изменении высоты меняется число импульсов N. Минимальное приращение числа импульсов ∆N_min= 1, поскольку дробной части импульса быть не может. Это значит, что минимальное изменение высоты ∆Н, которое может быть зарегистрировано РВ, составляет

H=c/8Δf.

Таким образом, при плавном изменении высоты, РВ должен давать дискретные значения высоты, следующие друг за другом через величи­ну ∆Н, это приводит к появлению дополнительной погрешности измере­ния высоты ∆Н, которая определяется методомизмерения и называется,поэтому методической. По указанной причине РВ не измеряет высоту на высотах, меньших ∆Н, т. е. пока в каждом периоде модуляции на выходе УО не сформируется хотя бы один импульс. Поэтому минималь­ная измеряемая высота будет равна

H_min = ΔH = c/8Δf .

Как показывают формулы, методическая погрешность и минимальная измеряемая высота частотных РВ обратно пропорцио­нальны девиации частоты и для их уменьшения девиация частоты должна повышаться.

Особенности работы РВ над сложными отражающими поверхностями.

Чаще всего РВ работают не над ровной, зеркально отражающей поверхностью, а над поверхностью неровной и состоящей из нескольких различных слоев. Действительно, поверхность создает зеркальное отражение в направлении нормали к ней, если высота ее неровностей не превышает 0,1 длины волны. Для РВ сантиметрового диапазона зеркально отражающей поверхностью можно считать такую поверхность, высота не­ровностей которой 5...7 мм.

Работа РВ над многослойной отражающей поверхностью.

Если РВ располагается над земной поверхностью, состоящей из нескольких слоев с различными физическими свойствами (рис.37), то измеренное значение высоты Н_И может отличаться от высоты Н₁ до границы раздела первых двух физических сред. Примерами таких ситуаций может быть работа РВ над водной поверхностью, льдом, снегом, над поверхностью, покрытой растительностью, и др. Работа РВ над многослойной отражающей поверхностью происходит следующим образом.

Излучаемый РВ сигнал доходит до границы раздела физических сред 1 и 2 и частично отражается от нее. Отраженный от этой границы сигнал с амплитудой E_m1 принимается РВ. Часть излучаемого сигнала проходит в физическую среду 2 и распространяется в ней до границы раздела сред 2 и 3. Дошедший до этой границы сигнал частично отражается от нее и

Рис.37. Работа РВ над многослойной отражающей поверхностью

возвращается к РВ, имея амплитуду Е_m2.Таким образом, если ограничиться рассмотрением только трех слоев, то к РВ поступают два сигнала, прошедшие в пространстве различные высоты. Поэтому измеряемая высота будет зависеть от соотношенияамплитуд Е_m1 и Е_m2. Так если Е_m1 >Е_m2, то вторым отраженным сигналом можно пренебречь и РВ должен измерять высоту H₁ т. е. Н_и1=Н₁. Если же Е_m1 < Е_m2, то РВ должен показывать значения Н_и2 > Н₂, поскольку скорость распространения радиоволны в физической среде 2 меньше, чем в вакууме. Если амплитуды Е_m1 и Е_m2 сравнимы, то РВ должен показывать значения, лежащие между величинамиН_и1иН_и2. Соотношение между амплитудами Е_m1и Е_m2определяется электрическими свойствами физических сред, а именно диэлектрической проницаемостью ε и коэффициентом затухания α. Коэффициент отражения (отношение амплитуд отраженной и падающей волн) от границы разделадвух физических сред и скорость распространения радиоволны V определяются соотношениями:

;

(3)

V.

Используя формулы (3), а также коэффициент затухания, можно определить соотношение амплитуд Е_{m 1} и E_m2 и измеряемую РВ высоту. Рассмотрим несколько характерных случаев.

Работа РВ над водной поверхностью. К = 0,8, так как ε₁ = 1 (воздух),ε₂ =80 (вода), и поэтому E_m1>E_m2. РВ измеряет высоту над водной поверхностью Н₁,а вследствие большого коэффициента отраже­ния обеспечивает над водной поверхностью наибольшую высотность.

Работа РВ над поверхностью покрытой льдом. Здесь надо различать два случая: пресный и соленый лед. При работе над соленым льдом К_1,2 ≈ 0,4, так как для соленого льда ε₂≈5,3. Это значит, что большая часть сигнала проходит в лед и в нем распространяется. Соленый ледвносит очень большое затухание 100. . .150 дБ/м на частоте 10 ГГц. Если, например, принять α = 100 дБ/м, то при прохождении радиоволной каждого метра в соленом льду ее амплитуда уменьшается в 10⁵ раз. Это значит, что отраженный от второй границы раздела сигнал будет иметь амплитуду, гораздо меньшую, чем сигнал, отраженный от по­верхности льда. Следовательно, РВ будет измерять высоту до поверх­ности соленого льда.

При работе над пресным (материковым) льдом K_l,,₂ ≈ 0,28, так как для пресного льда ε = 3,2, т.е. амплитуда отраженного от пресного льда сигнала много меньше амплитуды падающей радиоволны. В отличие от соленого льда пресный не вносит большого затухания. Для него а - 0,01 дБ/м на частоте 100 МГц и а = 1,5 дБ/м на частоте 10 ГГц. По этой причине сигнал, распространяющийся в пресном льду и отражен­ный от нижней границы льда, может иметь амплитуду, большую или сравнимую с амплитудой сигнала, отраженного от поверхности льда. РВ в таких условиях будет измерять высоту, большую, чем до поверх­ности льда, и РВ пользоваться нельзя, так как он не обеспечивает безо­пасности полетов. Впервые на это явление обратили внимание при поле­тах в Антарктике.

Работа РВ над поверхностью, покрытой снегом. Диэлектрическая проницаемость снега лежит между значениями е для воздуха и льда, поэтому коэффициент отражения от снега еще меньше, чем ото льда, и почти вся энергия радиоволны проходит через снег и отражается отземной поверхности. Вследствие этого РВ показывает высоту до земной поверхности. Если толщина снежного покрова значительна, то из-за затухания радиоволны в снеге может уменьшиться высотность РВ.

Работа РВ над поверхностью, покрытой растительностью. Показания РВ зависят от "характера леса и времени года. Над густым лиственным лесом показания РВ соответствуют высоте над кроной деревьев. Над редким лесом РВ показывает высоту до земной поверхности. В общем случае РВ может давать показания, лежащие между значениями высотыдо земной поверхности и вершин деревьев.

Работа РВ над неровной и шероховатой поверхностью. При работе РВ над неровной поверхностью появляются дополнительные погрешности измерения высоты, связанные с приходом отраженных сигналов с различных направлений (а не только с направления вертикали) и проявлением эффекта Доплера. Неровная поверхность отражает сигналы во всех направлениях и поэтому вследствие конечной ширины ДНА (рис.38,а) сигналы к РВ будут поступать со всех направлений, лежащих в пределах ширины ДНА. Каждому наклонному направлению распространения радиоволн соответствует свое время запаздывания и своя разностная частота.

Рис. 38. Работа РВ над неровной поверхностью

Это значит, что на выходе приемника выделяется сигнал биенийсложной формы, в составе которого присутствуют колебания всех частот от F_н до F_rmax, где F_н - разностная частота, соответствующая высоте Н; F_rmax- разностная частота, соответствующая максимальному наклонному расстоянию до земной поверхности (рис. 38,б). Появление в спектре биений частот, отличных отF_n, приводит к погрешностям измерения высоты. Частотомер РВ измеряетсреднюю частоту спектра биений F_cp, которая отличается от частоты F_H. Смещение частоты F_cp, примерно равное 0,5 ∆F (∆F - ширина спектра биений), вызывает Дополнительную погрешность измерения высоты, которая называется погрешностью смещения.

ΔH ≈ 0,5 ΔF·H / F_н

Летная эксплуатация РВ малых высот

Радиовысотомер РВ-5

В комплект радиовысотомера РВ-5 входят приемо-передатчик, приемная и передающая антенна рупорного типа, и указатели высоты УВ-5. Основные характеристики РВ-5 приведены в табл. Управление РВ-5 осуществляется с помощью органов управления УВ-5(Рис.39.)

Рис.39. Указатель УВ - 5

1 —затемненный сектор; 2 — шкала высоты; 3 — индекс установки высоты; 4 — кнопка "Контроль"; 5 — лампа сиг­нализации отказа РВ; б — лампа сигнали­зации достижения установленной высо­ты; 7 — ручка установки высоты; 8 — стрелочный указатель высоты

Перед полетом и в полете РВ необходимо включать не позже, чем за

10. . .15 мин до начала его использования.

В полете исправность РВ контролируют по лампе сигнализации отказа с красным светофильтром на УВ-5 и по показаниям высоты указателем. Если лампа отказа РВ горит, то РВ неисправен. Стрелка указателя устанавливается в затемненный сектор и РВ использовать нельзя. РВ следуеттакже считать неисправным, когда показания УВ-5 явно не соответствуют действительному значению истинной высоты. Если возникли сомнения в исправности РВ, то его работоспособность можно проверить путем нажатия кнопки "Контроль". При нажатии этой кнопки и исправном РВстрелка указателя высоты перемещается от измеряемой высоты до отметки 15м. При отпускании этой кнопки стрелка перемещается на значение истинной высоты полета.

Указатель заданной (опасной) высоты, о достижении которой требуется получить информацию, можно установить на нужное значение, как перед полетом, так и в полете. При снижении в момент достижения установленной высоты срабатывает звуковая сигнализация (в течение 3. . .9 с) и загорается

сигнальная лампа 5 с желтым светофильтром.

При наборе высоты в момент достижения установленной высоты сигнальная лампа 5 гаснет, звуковая сигнализация не срабатывает. При выходе из строя сигнальных ламп об исправности РВ судят по показаниям УВ-5, а о достижении установленной высоты - по срабатыванию, звуковой сигнализации.

Радиовысотомер РВ – 85

На воздушных судах, оснащаемых комплексной системой пилотажно-навигационного оборудования (КСПНО), представляющей НПК последнего поколения, устанавливается два комплекта РВ-85, предназначенных дляизмерения истинной высоты полета в диапазоне высот от 0 до 1500м.

Радиовысотомер обеспечивает: выдачу информации о высоте полета в систему электронной индикации (СЭИ), в вычислительную систему управление полетом (ВСУПТ) и системы предупреждение критических режимов (СПКР) и приближения земли (СППЗ). Он также обеспечивает выдачу на экраныкомбинированных пилотажных индикаторов (КПИ) в момент пролета заданной высоты индекса ВПР и звуковой сигнализации в систему СПГС.

Индикация текущего значения высоты производится на КПИ (рис.40,а) высота принятия решения (ВПР) индицируется также на КПИ и устанавливается с помощью пульта управления системы электронной индикации (ПУ СЭИ рис.40,б).

Установка значения ВПР на ПУ СЭИ осуществляется переключателем режимов 2 в положение “ВПР”. Набор численного значения ВПР производится кнопками 3 ввода ВПР на ПУ СЭИ, контролируется на счетчике 4 ВПР там же. Для ввода ВПР в РВ-85 нажимается кнопка 1 “ВВОД” на ПУ.

Рис.40. Индикатор КПИ (а) и ПУ СЭИ (б)

Проверка работоспособности РВ-85.

Для проверки работоспособности РВ-85 необходимо:

- на ПУ КСЭИС (рис.40,б) переключатель режимов (2) установить в положение “ВПР”;

- кнопками набора ВПР (3) набрать значение 10м;

- убедиться, что на счетчике (4) индицируется ВПР, равная 10м, и нажать кнопку “Ввод” (1);

- на ПУИ – 85 включить режим контроля РВ1 (РВ2) и убедиться, что на КПИ (рис.40,а) индицируется контрольное значение высоты 17± 1,5м;

- по окончании режим “Контроль” и возвращение индицируемых значении высоты к нулю в момент прохода значения ВПР, равного 10м, на КПИ (рис.40,а) появиться символ “□ □” ВПР и в телефонах прослушивается тональный сигнал.

В полете

В соответствии с требуемыми условиями полета ввести требуемые значения ВПР. Оно индицируется на КПИ (рис.40,а) цифрами и индексом 1 желтого цвета, если Н _рв< 150м.

При отпускании кнопки “ВВОД” на ПУ СЭИ цифры ВПР на КПИ гаснут.

При 150 < Н _рв< 1500м индицируется только цифровое значение ВПР (если нажата кнопка “ВВОД” на ПУ СЭИ). При автоматическом и директором управлении полетом ВПР меняется автоматически только в сторону увеличения, по сигналам вычислительной системы управления полетом (ВС УПТ), в зависимости от категории посадки.

Бортовые радиолокационные станции

На ВС гражданской авиации для наблюдения за земной поверхностью и различными препятствиями широко применяются бортовые радиолокаторы (БРЛ). БРЛ - автономные средства, для их работы не требуется наземного оборудования.

БРЛ, предназначенные для наблюдения за земной поверхностью, получили название РЛ обзора земной поверхности, или навигационных РЛ. Они создают на экране индикатора в некотором масштабе радиолокационное изображение (карту) пролетаемой местности. Радиолокационная карта местности позволяет ориентироваться в сложных метеорологических условиях и ночью. Для ориентировки с помощью БРЛ необходимо, чтобы на пролетаемой местности были хорошо опознаваемые радиолокационные ориентиры.

БРЛ, предназначенные для обнаружения атмосферных образований и оценки степени их опасности, называются метеорологическими. Большинство БРЛ совмещают функции метеорологического и навигационного радиолокаторов, их называют метеонавигационными радиолокаторами (МНРЛ).

Используя радиолокационные изображения местности и гидрометеообразований, можно решать следующие навигационные задачи:

— вести ориентировку на местности, наблюдая за радиолокационными ориентирами;

— определять место ВС и производить контроль пути;

— находить дальность и курсовой угол ориентиров (КУО);

― определять путевую скорость, угол сноса и высоту полета;

― предупреждать столкновение с ВС и другими препятствиями;

— обнаруживать грозовые очаги и осуществлять их обход;

— выводить ВС в заданный район или на аэродром посадки,

БРЛ и качество их работы тесно связаны с безопасностью полетов. Объясняется это тем, что БРЛ являются единственным источником информации о зонах грозовой деятельности и мощной кучевой облачности, в которых велика вероятность сильной турбулентности атмосферы. Поэтому отказы БРЛ или их неправильное применение могут привести к опасной ситуации и развитию авиационного происшествия.

Принцип работы и структурная схема.

В общих чертах принцип работы БРЛ ничем не отличается от принципа действия любого РЛ импульсного типа. БРЛ излучает в пространство мощные высокочастотные импульсы, называемые зондирующими. Они достигают различных участков земной поверхности и других объектов и отражаются ими.

Отраженные сигналы возвращаются к БРЛ, принимаются им, усиливаются, и после преобразования поступают на электронно-лучевой индикатор. Принятые БРЛ сигналы создают на экране электронно-лучевого индикатора (ЭЛИ) яркостью засветки, по которым определяются координаты отражающих объектов.

Наклонное расстояние до объекта r определяется по времени запаздывания отраженных сигналов, которое вследствие постоянства скорости распространения радиоволны прямо пропорционально r. Угловая координата объекта в горизонтальной плоскости — КУО определяется по углу поворота антенны относительно продольной оси ВС в момент поступления отраженных сигналов. Объясняется это тем, что вследствие использования направленной в горизонтальной плоскости антенны, отраженные объектом сигналы будут приниматься БРЛ только тогда, когда антенный луч направлен на этот объект.

Рис. 51. Структурная схема БРЛ

Яркость засветок на экране ЭЛИ определяется интенсивностью отраженных сигналов. Различные участки земли и другие отражающие объекты имеют разную отражаемость и отображаются, поэтому на экране индикатора засветками разной яркости. Совокупность засветок разной яркости образует на экране ЭЛИ разноконтрастное яркостное изображение пролетаемой местности (радиолокационную карту). Вид радиолокационной карты местности определяется структурой и характером земной поверхности.

Радиолокационное изображение на экране индикатора не всегда точно совпадает с фактической картой местности. Искажения объясняются двумя причинами: измерением наклонных, а не горизонтальных расстояний и влиянием кривизны земной поверхности. Первая причина приводит к искажениям, возрастающим при увеличении угла в вертикальной плоскости, под которым наблюдается объект. Искажения удаленных участков земной поверхности практически отсутствуют. Вторая причина приводит к искажениям только на больших дальностях при полете на больших высотах.

В состав БРЛ (рис. 51) входят следующие основные устройства: антенно-фидерное устройство АФУ, передатчик Прд, приемник Прм, синхронизатор и ЭЛИ.

Синхронизатор вырабатывает периодическую последовательность импульсов, которые поступают на Прд и ЭЛИ. Он задает моменты излучения зондирующих импульсов и согласует во времени работу различных устройств станции. Прд служит для формирования зондирующих импульсов, Прм — для усиления отраженных сигналов, ЭЛИ — для отображения радиолокационной информации.

Бортовая аппаратура БСПС TCAS II

В состав процедуры TCASIIвходят:

- два приемопередатчика, являющиеся одновременно ответчиками адресной системы вторичной радиолокации;

- компьютерный вычислитель БСПС, выполняющий все функции по управлению работой аппаратуры, а именно:

1- формирование импульсов, инициирующих работу приемопередатчиков;

2- регистрацию и анализ принимаемых сигналов;

3- комплексную обработку всей информации;

4- координацию обмена информацией между БСПС собственного ВС и ВС – нарушителя;

5- формирование данных, для отображения информации на VISКВС и 2-го пилота;

В состав БСПС входят также пульт управления и блок направленных антенн (верхняя и нижняя), которые дополняют систему ненаправленных антенны ответчиков ВРЛ

В качестве датчиков информации для БСПС используются:

- системы воздушных сигналов (СВС), представляющая данные о барометрической высоте полета;

- радиовысотомеры, для определения истинной высоты полета;

- система предупреждения столкновения с землей (GPWS), обеспечивающая выключение БСПС на низких высотах.

В свою очередь, информация от БСПС фиксируется системой регистрации полетных данных и выдается на синтезатор речевых команд для воспроизведения их через систему громкоговорящей связи (СГС).

Режимы работы и отображение информации.

Вся информация отображается на дисплеях VIS(рис.68) . Масштаб дисплея – 6,5 м. мили(11,7км) по направлению полета и 2,5 м мили(4,5км) в противоположном направлении, может изменяться кнопкой “R” на лицевой частиVIS. Отбор отображаемых данных зависит от режима работы БСПС. Установка режима осуществляется переключателем (1) на ПУ БСПС рис.72. Предусматривается четыре режима работы БСПС:

Рис.72. Пульт управления БСПС

1.Резервный режим – STBY(Stung by).В этом режиме ни одна из функций БСПС не выполняется, функционирует толькоVISкак указатель вертикальной скорости ВС. На дисплееVISгорит надписьTCASOFF(белого цвета рис.73).

Рис. 72. Информация на VIS в резервном режиме

2. Режим отображения воздушной обстановки ТА (рис.68). На дисплеяхVISотображаются отметки от всех ВС - нарушителей. Символы отметок характеризуют степень угрозы, создаваемой ВС - нарушителями. У отметок представляются числа в сотнях футов, указывающие высоту ВС - нарушителей относительно собственного ВС, а стрелки показывают направление движения в вертикальной плоскости. В этом режиме БСПС не формирует и не отображает рекомендаций по разрешению конфликта.

3. Режим отображения воздушной обстановки и выдачи информации о рекомендуемом маневре по ликвидации конфликта (TA/RA).Выполняются все функции БСПС. Как и в режиме ТА наVISотображаются отметки всех ВС - нарушителей. Цветные дуги зеленого и красного цветов по периферии экранаVISуказывают разрешенные, т.е. рекомендуемые и запрещенные значения вертикальной скорости движения собственного ВС рис.70 и 71. Помимо отметок ВС - нарушителей на дисплее отображаются команды диспетчеров службы ОВД, адресованные экипажу собственного ВС.

4. Режим проверки работоспособности БСПС и ее элементов- TEST(рис.73,74,75) включается кнопкой 2 на ПУ. Проверки осуществляются в течении 12с., при этом на экранахVISвысвечивается надписьTEST. Вначале на экране отображаются отметки 4-х ВС - нарушителей (рис.73). Далее отображаются номера проверенных частей программного продукта (рис.74), затем результаты тестирования всех компонентов БСПС (рис.75). Напротив названия тестируемого элемента отображается результат ОК (исправен) илиFAIL(неисправен). В заключение проверки выдается речевое сообщение “TCASSYSTEMTESTOK” либо ”TCASSYSTEMTESTFAIL”

Зеленый сектор Красный сектор

Рис. 73 Отображение информации в режиме Рис.74 Тестовый контроль