Глиссадный радиомаяк
ГЛИССАДНЫЙ РАДИОМАЯК, содержащий передатчик, размещенные на первой мачте М передающих антенн, где М 2, с поперечным относительно оси взлетно-посадочной полосы взаимным разносом, блок контроля угла глиссады, содержащий последовательно соединенные приемную антенну , приемник, измеритель разности глубин модуляции и пороговый блок, причем приемная антенна блока контроля угла глиссады установлена на второй мачте, угол между прямыми,соединяющими основание первой мачты с основанием второй мачты и оптическим центром приемной антенны блока контроля угла глиссады, равен номинальному углу глиссады (©,), отличающийся тем, что, с цепью повышения достоверности и полноты контроля параметров сигналов глиссадного радиомаяка, введены М фазовращателей , причем М выходов передатчика соединены через М фазовращателей с входами М передающих антенн, которые взаимно разнесены в продольном относительно оси взлетно-посадочной полосы направлении, а прямая, проходящая через основания первой и второй мачт, непараллельна оси взлетно-посадочной полосы. 2. Радиомаяк по п.1,0 т л и ч а ющ и и с я т ем, что величины поперечного d и продольного D разносов каждой 1-ой передающей антенны относительно первой (нижней) передающей антенны оавны (;)p,;(i-Cosoc.f--p.(i-eMri).,,i.) Smot,(I-Coe,)S,«d.,(l-CoSti ) (t)р. &поЦ,( Slnot - „ А в;„л Di d-Cosot .) Smd,-fl-Cosd lSmol где i 2,3,...М Н - Hf «oi 2R, . i где Hj - высота расположения над Ч ел землей i-ой передающей антенны i с Н высота расположения над зёйлей первой (нижней) передающей антенны, - расстояние от первой мачты до опорной точки радиомаячной системы - Щ - ну в 2R. где R - расстояние между первой и оэ второй мачтамиi ел со fltg - угол мевду прямой, проходящей через первую мачту параллельно оси взлетно-посадочной полосы, и прямой, проходящей через первую мачту и опорную точку радиомаячной системы; - угол,мелиу прямой, проходящей через первую мачту параллельно оси взлетно-посадочной полосы, и прямой, проходящей через основания
ВЗАМЕН РАНЕЕ ИЗДАННОГО
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
ÄSUÄÄ 1141
53)g С 01 S 1 16
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
< ®CPCf)P)? р у (ag
Ф %(е н
Гф„ „.:„.,;, (21) 3680543/24"09 (22) 26.12.83 (46) 23.11.86. Бюл. )(2 43 (72) Г. Г. Михеев (53) 621.396.933.2 (088.8) (56) Сосновский А.А. и др. Радиомаячные системы посадки самолетов.
"Машиностроение", М, 1974, с. 186.
Сосновский А.А. и др. "Радиомаячные системы посадки самолетов. "Машиностроение", М., 1974, с. 141. (54) (57) ГЛИССАДНЫЙ РАДИОМАЯК, содержащий передатчик, размещенные на первой мачте М передающих антенн, где М 2, с поперечным относитель" но оси взлетно-посадочной полосы взаимным разносом, блок контроля угла глиссады, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, приемник, измеритель разности глубин модуляции и пороговый блок, причем приемная антенна блока контроля угла глиссады установлена на второй мачте, угол между прямыми,соединяющими основание первой мачты с основанием второй мачты и оптическим центром приемной антенны блока контроля угла глиссады, равен номинальному углу глиссады (9 ), о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности и полноты контроля параметров сигналов глиссадного радиомаяка, введены M фазовращателей, причем -М выходов передатчика соединены через И фазовращателей с входами М передающих антенн, |которые взаимно разнесены в продольном относительно оси взлетно-посадочной полосы направлении, а прямая, проходящая через основания первой и второй мачт, непараллельна оси взлетно-посапочной полосы.
2. Радиомаяк по п.1,о т л и ч а юшийся тем,что величины поперечного d и продольного D разносов каждой д-ой передающей антенны относительно первой (нижней) передающей антенны равны ()(1 (1- Caaot t - р (1-Coaol ) -лЛ(1- SrlloL (1-CosoC )+%е,е1 (I-Capon ) (+)p . 8 С4 (Slp %тoR -r ДSi aR. ° 1 1 (1 COooat) S.i,Н1, *(1 СННat )8 ьat где i 2,3,...M н. -н 2R, где Н вЂ” высота расположения" над :( землей i-ой передающей антенны, Н вЂ” высота расположения над 1 землей первой (нижней) передающей антенны, R " расстояние от первой мачты до опорной точки радиомаячной системы н3 - н2 к 2R„ где R — расстояние между первой и к второй мачтами, о(- - угол между прямой, проходящей через первую мачту параллельно оси взлетно-посадочной полосы, и прямой, проходящей через первую мачту и опорную точку радиомаячной системы; о „ - угол,мезду прямой, проходящей через первую мачту параллельно оси взлетно-посадочной полосы, и прямой, проходящей через основания 1141353 первой и второй мачт, и — коэффициент, равный О," 0,5; 1,5, 2,0..., причем для пфО знаки членов формул указаны в скобках; — длина волны излучаемого сигнала. 3. Радиомаяк по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности и полноты контроля параметров сигналов глиссадного радиомаяка путем контроля крутизны эоны, введен блок контроля крутизны зоны, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, установленную на второй мачте, приемник, измеритель глубин модуляции, блок вычитания и пороговый блок,при. чем выход измерителя разности глу- бин модуляции блока контроля угла глиссады соединен с вторым входом блока вычитания и угол между прямыФ Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в курсо-глиссадной системе инструментальной посадки самолетов. Цель изобретения — повышение дос- 5 товерности и полноты контроля параметров сигналов глиссадного радиомаяка. На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предложен10 ного радиомаяка, на фиг. 2,3 — расположение передающих антенны и взлет. но-посадочной полосы (ВПП);на фиг.4диаграмма, поясняющая работу радиомаяка. Радиомаяк содержит передатчик 1, фазовращатели 2,3 и 4, передающие антенны 5 6 и 7, установленные на мачте 8, приемные антенны 9, 10 и 11, установленные на мачте 12, приемники 13, 14 и 15, три измерителя: 16, 17 и 18 разности глубины модуляции, блок 19 вычитания, пороговые блоки 20, 21 и 22, при этом блоки 11, 15, 18 и 22 образуют блок контроля клиренса, блоки 10, 14, 17, 19 и 21 образуют блок контроля крутизны эоны, а блоки 9, 13, 16 и 20 I ми, соединяющими основание первой мачты с основанием второй мачты и с оптическим центром приемной антенны блока контроля крутизны зоны равен 0,880, или 0,769,. 4. Радиомаяк по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что с целью I повышения достоверности и полноты контроля параметров сигналов глиссадного радиомаяка путем контроля клиренса, введен блок контроля клиренса, содержащий последовательно сое-. диненные приемную антенну, установленную на второй мачте, приемник, измеритель разности глубин модуляции и пороговый блок, причем угол между прямыми, соединяющими основание первой мачты с основанием второй мачты и с оптическим центром.приемной блока контроля клиренса равен (0,2-0,4)9 . 2. образуют блок контроля угла глиссады Глиссадный радиомаяк работает следующим образом. Известно, что из-за различия высот подвеса над землей передающих антенн глиссадного радиомаяка (ГРИ) может .. иметь место расфазировка полей этих антенн в точке приема. Величина этой расфазировки меняется в зависимости от расстояния от антенны до точки наблюдения. Разность хода лучей от двух передающих антенн до точки наблюдения с учетом зеркального отражения можно определить по формуле Н вЂ” H* 2R где Н; — высота подвеса i-ой антенl ны над землей, м, Н вЂ” высота подвеса нижней анМ тенны над землей, м, R — расстояние между мачтой с передающими антеннами и мачтой с приемной антенной, м. Фокусировку полей передающих антенн на глиссаде, т.е. выравнивание 3 1141 длин лучей. от "этих антенн до точки приема производят с помощью горизонтального разноса передающих антенн, поперечного по отношению к оси ВПП .(см.фиг.2). Величину этого разноса d. можно 1 определить из уравнения Н2 — Н2, - . — а. »« - о 2R E где сС- угол визирования на точку наблюдения, т.е. угол между линиями, проходящей через мачту с передающими антеннами параллельно оси ВПП и направлением на точку приема. В дополнение к поперечному горизонтальному разносу передающих антенн 5,6,7 вводится продольный разнос этих антенн относительно оси ВПП, а мачту 12 с приемными антеннами 9,10 и 11 нужно сместить в сторону от ВПП с линии, проходящей через мачту с передающими антеннами параллельно оси ВПП. Действие продольного горизонталь2S ного разноса передающих антенн поясняется на фиг.3, где изображен внд сверху на мачту с передающими антеннами. Для простоты взяты две передающих антенны И,.и И Предположим, что нижняя передающая антенна И, выдвинута вперед на расстояние D в точку А из точки В на линии 0-0,параллельной оси ВПП. 3S Для компенсации продольного смещения антенны И, в тракт этой антенны включен фазовращатель. Это может быть отрезок ВЧ-кабеля с электрической длиной, равной величине про- 40 дольного смещения D. Тогда наблюдатель, находящийся на линии 0-0, не заметит эффекта смещения излучателя И1 вперед, для -него выдвинутая вперед антенна И, будет казаться 4з излучающей из своей исходной точки В. При отклонении от линии 0-0 на угол визирования сК наблюдатель бу- 50 . дет "видеть" выдвинутую вперед антенну излучающей иэ точки С или С, в зависимости от направления откло. нения. В обоих случаях выдвижение вперед И антенны приводит к запаздыванию сигнала от этой антенны в точке наблюдения при углах визирования @40 по 353 4 сравнению с исходным положением. Из треугольника АВС (см.фиг.3) определяем разность хода лучей ЕС или ф„„ от двух излучателей, расположенных в точке В и точке С. ЛЭ Функция ф„, = — у- (1-совс -) .— четная, а функция е ечн 21à — d sin к — нечетная, поэтому в зависимости от направления отклонения от линии 0-0 эффекты продольного и поперечного разноса антенн могут либо складываться, либо вычитаться. Поскольку международные стандарты на системы посадки ILS H MLS (микроволновая система посадки) приводят все параметры радиомаяков к так называемому "окну" ошибок (к "опорной" точке системы посадки, т.е. к точке на высоте 15 м над серединой торца ВПП), зададимся целью обеспечить одновременно фокусировку излучения радиомаяка и опорной точке систем посадки (и далее на рабочем участке глиссады) и в точке (точках) контроля. Запишем систему уравнений для пары антенн В + d. sinot., — Р,- (1-совоС,) 0  — d. sino(— D. (1-соза() = п ; К 1 К 1 К где и = О, 0,5 1, 1,5, 2,...  — разность хода лучей от нижней и верхней антенн до опорной точки, d, — поперечный разнос антенн, D; — продольный разнос антенн, а(, — угол визирования на опорную точку, а — угол визирования на точку к контроля — длина волны. Если п = 0,5; 1,5;..., то излучение ГРМ будет сфокусировано, но знак РГМ изменится на противоположныйа Поскольку обычно В„>В, то для компенсации В„ необходимо совместное действие продольного и поперечного разноса антенн, а для компенсации В достаточно продольного выноса нижней антенны. Разумеется, в другом конкретном у случае может оказаться выгодней дополнить В„ до величины, кратной) 1141353 5 или М /2, à f3, компенсировать суммарным эффектом горизонтального продольного и поперечного взаимного сдвига передающих антенн. Взяв нижнюю передающую антенну за опорную, можно определить величины d и D для каждого излучателя антенной системы ГРМ. Определив величины d и D; для всех излучателей ГРИ, следует про- 10 извести проверку фокусировки излучения ГРМ на всем рабочем участке глиссады, начиная от опорной точки и до пределов дальности действия ГРИ,, а также на краях стандартной зоны . 15 действия ГРМ в горизонтальной плоскости (+ 8 относительно оси ВПП) . При этом вместо B,и, подставляются их значения в точке приема на глиссаде. По мере удаления от ГРИ члены первого уравнения 3,, d;sin о,и Р;(1-созс(,) стремятся к нулю. Как правило, фокусировка излучения ГРМ на всей глиссаде обеспечивается с 25 необходимой точностью, расфазировка полей ГРМ на краях зоны действия оказывается меньше, чем нри традиционном способе фокусировки с помощью только поперечного горизонтального разноса передающих антенн. Промодулироваиные ВЧ-сигналы поступают от передатчика 1 через фазовращатели 2,3,4 соответственно к первой (нижней) 5, второй (сред,ней) 6 и к третьей (верхней) антен не 7. Фазовращатели 2,3,4 могут быть выполнены в виде плавных фазо.вращателей, например, типа "тромбон" или быть просто отрезками ВЧ-ка- 10 беля с электрической длиной, равной величине продольного сдвига антенны, в тракте которой установлен фазонращатель. Перед мачтой 8 с передающими антеннами 5,6,j установлена мачта 12 с приемными антеннами 9, 10, 11 на расстоянии 114 м или более от мачты 8. Угол визирования на мачту 12 l5-40 . Приемная антенна 9 тракта контроля угла глиссады размещена под углом места, равным номинальному углу глиссады 6, Приемная антенна канала контроля крутизны зоны размещена на краю нижнего полусектора (или сектора) зоны радиомаяка, т.е. под углом места соответственно 0,880, или 0,76В где О, — номинальный угол глиссады. Причем подстилающая поверхность перед ГРМ - горизонтальная ° Сигнал от антенны 9 поступает на I> приемник 13, а затем на измеритель 16 разности глубин модуляции. Выход измерителя 16 соединен со входом порогового блока 20 тракта контроля угла глиссады. Приемйая антенна 10 тракта контроля крутизны зоны (чувствительности к отклонению) соединена со входом приемника 14, выход которого подключен к измерителю 17 разности глубин модуляции. Выход измерителя 17 подключен к одному из входов блока 19 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал от измерителя 16 тракта контроля угла глиссады. Выход блока 19 вычитания подключен к пороговому блоку 21. Канал контроля грубого наведения (клиренса) содержит последовательно соединенные приемную антенну 11 приемник 15, измеритель 18, пороговый блок 22. Антенна 11 размещена под углом места О,ЗВ . 55 Передающие антенны 5,6,7 установлены на мачте 8 на кронштейнах, которые позволяют производить как поперечный, так и продольный сдвиг антенны относительно оси ВПП. Величины продольного и поперечного сдвига передающих антенн определяются по приведенным формулам. Величина поперечного сдвига при этом оказывается меньше, чем при известном способе фокусировки полей ГРМ на линии глиссады, а величина продольного выноса обычно не превышает длины волны Я. В канал контроля клиренса нет необходимости включать вычитающий блок, что связано с особенностью формирования канала клиренса и, главное, с отсутствием жестких требований на параметры дополнительного канала информации — клиренса, т.е. канала грубого наведения. На фиг.2 показан план стандартного размещения мачты 8 с передающими антеннами. Если расстояние мачты 8 от оси ВПП 150 м, а от проекции опорной точки, R â€, 322 м, то угол визи1141353 В точке контроля величина 6„ больше значения 86, в опорной точке, поэтому KOMneacBIpfH 8 производится суммарным действием взаимного продольного и поперечного сдвига средней и нижней передающей антенн. Средняя антенна 6 должна быть сдвинута на 13,25 см относительно нижней антенны 5 в сторону от ВПП. 10 Поскольку в точке контроля вели.чина 8кз близка к длине волны 4= = 90 см, целесообразно не компенсировать В, а дополнить запаздывание сигнала от верхней антенны 7 относи15 тельно нижней антенны 5 до 90 см. Тогда получим продольное смещение верхней антенны относительно нижней D равное 0,434 см. средняя антенна 6 Определим величины продольного и поперечного разноса передающих ан- 35 тени. Для средней антенны 6 имеем величину поперечного сдвига d равную В к а (1-cos Ag — 816 (1-cosdff) 45 7 рования на опорную точку d., равен 27 47. Выбираем такой же угол визирова1 ния на точку контроля сС„.В результате начало ВПП и точки контроля будут "освещаться" одинаковым уровнем диаграммы направленности передающих антенн (0,3 Е„,,). Расстояние К от мачты 8 до мачты 12 с приемными антеннами выбрано 150 м, чтобы высота мачты 12 была не более 10 м и весь выносной контрольный пункт (мачта, антенна, приемник) оказался не дороже, чем в прототипе. Рассчитанные значения разностей хода лучей от средней 6 и верхней 7 антенн по сравнению с длиной пути луча от нижней антенны 5 до опорной . точки и точки контроля приведены ниже: Н2 — Н2 -Л вЂ” 1- 10 73 см 2К. t Э О Н2 — Н вЂ” 8 — - 23,07 см к верхняя антенна 7 Н вЂ” Н вЂ” — — 28,6 см," Н вЂ” Н вЂ” — с- 61,3 см 2Кк sin< (1 cosnf ) + sin63ff 1 созф Так как у нас Ы =с(имеем f3 К d = -282"-.— — 13 23 см, Вой 2 sind Э о Величина продольного сдвига D 2 средней антенны 6 равна Величина поперечного сдвига d равна 1кз+ Ва + 90 61 пз 2 8 61,3 см. Значением D можно пренебречь. Верхняя антенна 7 должна быть сдвинута на 61,3 см в сторону ВПП относительно нижней антенны 5. Итак, определено взаимное положение передающих антенн на мачте 8. Расфазировка сигналов от средней и нижней антенн такова, что отклонение крутизны зоны не превышает 57, т.е. одной трети самого жесткого допуска (+15K) на этот параметр для ГРМ наивысшей третьей категории.Причем, это отклонение наблюдается лишь на рабочем участке длиной 400 м, которое самолет преодолевает менее, чем за 2 с. Более заметное отклонение крутизны зоны имеет место на нерабочем участке глиссады,т.е. после пролета опорной точки системы посадки. 0 — — " — -"-1 — 167 см. 2 (1-cos&,) Поскольку при расчете D коэффициент и взят равным нулю, это означает, что в точке контроля запаздывание сигнала от средней антенны 6 должно быть скомпенсировано введением запаздывания сигнала от ниж- 55 ней антенны 5, т.е. Выносом нижней антенны вперед по отношению к средней антенне. Поясним эффект от введения вычитающего блока 19 с помощью фиг.4. На фиг.4 показано, что при изменении уровня подстилающей поверхности перед радномаяком происходит смещение вверх эффективного центра антенной системы ГРМ из точки О в точку О, . Новая плоскость глиссады проходит через точку О, . Из-за изменения высот подвеса передающих антенн над подстилающей 1141353 10 поверхностью увеличивается угол глиссады на дО, и происходит изменение крутизны зоны. Крутизна уменьшается, что вызывает изменение углового положения края сектора зоны {полувек- 5 тора). Если в исходном состоянии угловое положение нижнего края сектора 30Hb1 FJIHCC8PbI blJIO @SO плоскостей глиссады, то после изме- 1Î кения уровня подстилающей поверхности угловое изменение нижнего края сектора зоны глиссады стало д <, относительно новой плоскости глиссады, т.е. появилось различие на угол 69э, Фактически же канал контроля угла глиссады зафиксирует изменение угла глиссады на угол ьЮ,=ЬВ, +ЬО„,. а канал контроля крутизны зоны отметит изменение РГМ, пропорциональное углу 8,„= а9„+а9„„. Как видим, для канала контроля, угла глиссады погрешность измерения 25 I угла глиссады райна о „погрешность контроля. нижнего края сектора эоны глиссады, а значит контроля крутизны зоны будет соответствовать углу лО + г. +лб„, Вычитая из сигнала тракта контроля крутизны зоны РГМ (аб,) сигнал тракта контроля угла глиссады, т.е. РГМ (Ф ), получим разность глубин модуляции, пропорциональную только смещению края сектора зоны глиссады. Поскольку угловое положение конт- . рольной антенны канала контроля крутизны известно, можно оценить и величину крутизны зоны глиссады в единицах РГМ град Как видно на фиг.4 погрешность контроля угла глиссады а@„, может быть существенно уменьшена при отнесении мачты с контрольными антеннами дальше от передающих антенн. В предлагаемом ГРМ такая возможность обеспечивается, так как фокусировка полей ГРМ может быть сделана на любом удалении точки контроля от мачты с передающими антеннами. 1141353.èn 4щ — з и аы Составитель В. Калмыков Техред И.Попович Корректор М.Самборская Редактор П. Горькова Заказ 6497/3 Тирам 228 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Уагород, ул. Проектная,4
