Глиссадный радиомаяк
Изобретение относится к радионавигации. Цель изобретения - повышение точности путем стабилизации пространственного положения нуля и формы ДН в условиях воздействия мешающих отражений и сложного рельефа местности и расширение диапазона режимов настройки радиомаяка. Цель достигается тем, что в состав радиомаяка введены три делителя 20, 21, 22 мощности, два сумматора 23, 24, четвертая передающая антенна 25, два аттенюатора 26, 27 и три фазовращателя 28, 29, 30. Четвертая передающая антенна 25 размещена на мачте 11 над третьей передающей антенной на расстоянии от нее 3
57,3/4 
o , где - длина волны излучения радиомаяка в метрах; qo - номинальный угол глиссады в градусах. С помощью аттенюаторов 26, 27 и фазовращателей 28, 29, 30 можно установить в антеннах такое амплитудно-фазовое распределение сигналов, при котором радимаяк сможет работать с меньшей по размерам зоной А перед радиомаяком либо обеспечить требуемую дальность действия радиомаяка при удовлетворительных искривлениях глиссады. Подавление излучения радиомаяка при малых углах места позволяет снизить в несколько раз амплитуду искривлений глиссады в реальных условиях размещения радиомаяка. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к радионавигации, может использоваться в радиотехнических системах посадки самолетов на аэродромы, размещенные в многоснежных районах, со сложным рельефом местности и является усовершенствованием изобретения по авт. св. N 1294115. Цель изобретения повышение точности путем стабилизации пространственного положения нуля и формы диаграммы направленности в условиях воздействия мешающих отражений и сложного рельефа местности и расширение диапазона режимов настройки радиомаяка. На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предложенного радиомаяка; на фиг.2, 3, 4, 5 диаграммы, поясняющие его работу. Радиомаяк содержит передатчик 1, первый делитель 2 мощности, амплитудные модуляторы 3 и 4, первый и второй сумматоры 5 и 6, первый аттенюатор 7, первый фазовращатель 8, первую передающую антенну 9, вторую передающую антенну 10, мачту 11, второй делитель 12 мощности, второй аттенюатор 13, второй фазовращатель 14, третью передающую антенну 15, третий делитель 16 мощности, третий аттенюатор 17, третий фазовращатель 18, третий сумматор 19, четвертый делитель 20 мощности, пятый делитель 21 мощности, шестой делитель 22 мощности, четвертый сумматор 23, пятый сумматор 24, четвертую передающую антенну 25, четвертый аттенюатор 26, пятый аттенюатор 27, четвертый фазовращатель 28, пятый фазовращатель 29 и шестой фазовращатель 30. Глиссадный радиомаяк работает следующим образом. Несущая fн с выхода передатчика 1 поступает на вход делителя 2 мощности, с выходов которого она подается на входы амплитудных модуляторов 3 и 4. В амплитудном модуляторе 3 осуществляется амплитудная модуляция несущей сигналом с навигационной частотой F1, а в амплитудном модуляторе 4 сигналом с навигационной частотой F2. Сигналы с выходов амплитудных модуляторов 3 и 4 поступают на первый и второй сумматоры 5 и 6 мощности. На выходе первого сумматора 5 образуется сигнал "Несущая плюс боковые частоты модуляции", спектр которого содержит несущую и две пары боковых частот (fн; fн
F1; fнF2). Этот сигнал еще называют суммарным сигналом (
). А на выходе второго сумматора 6 образуется сигнал "Боковые частоты модуляции", спектр которого содержит только две пары боковых частот (fнF1; fнF2), причем одна пара боковых частот совпадает по фазе с аналогичными частотами на выходе первого сумматора 5, а вторая пара боковых частот отличается от соответствующей пары боковых частот на выходе сумматора 5 на 180о, этот сигнал называют еще разностным сигналом (
). Глубина модуляции несущей сигналом каждой из навигационных частот равна 40% для ГРМ с форматом сигналов международной системы посадки ILS. C выхода сумматора 6 разностный сигнал подается на вход четвертого делителя 20 мощности. С первого выхода этого делителя разностный сигнал через последовательно включенные первый аттенюатор 7 и первый фазовращатель 8 поступает на вход делителя 12 мощности. С первого выхода второго делителя 12 мощности разностный сигнал через пятый сумматор мощности попадает в первую антенну 9, а с второго выхода через последовательно включенные второй аттенюатор 13, второй фазовращатель 14 и третий сумматор 19 в третью антенну 15. Кроме того, разностный сигнал с второго выхода четвертого делителя 20 мощности через четвертый аттенюатор 26, пятый делитель 21 мощности и четвертый фазовращатель 28 поступает в четвертую антенну 25, и с второго выхода пятого делителя 21 мощности разностный сигнал подается через пятый фазовращатель 29 и четвертый сумматор 23 во вторую антенну 10. Суммарный сигнал с выхода первого сумматора 5 поступает на вход шестого делителя 22 мощности. С одного выхода этого делителя суммарный сигнал через пятый аттенюатор 27, шестой фазовращатель 30 и пятый сумматор 24 подается в первую антенну 9, а с другого выхода шестого делителя 22 мощности суммарный сигнал подается на вход третьего делителя 16 мощности. С одного выхода третьего делителя 16 мощности суммарный сигнал через четвертый сумматор 23 поступает во вторую антенну 10, а с другого выхода через третий аттенюатор 17, третий фазовращатель 18 и третий сумматор 19 в третью антенну 15. Параметры элементов ВЧ-тракта (делителей мощности, фазовращателей, аттенюаторов и сумматоров мощности) должны обеспечивать равноамплитудную и синфазную запитку первой антенны 9 и третьей антенны 15 разностным сигналом. В этом случае происходит стабилизация угла глиссады и крутизны зоны глиссады. Для второй антенны 10, первой антенны 9 и четвертой антенны 25 соотношение токов сигнала "Боковые частоты модуляции" в антеннах соответственно может быть 1:2:1, фаза 0о-180о-0о, или амплитуды 1:1,7:1, фаза 0о-143о-0о. Соотношение амплитуд токов сигнала "Несущая плюс боковые частоты" во второй антенне 10 и первой антенне 9 может быть равно 2:1 (1,7:1), фаза 180о-0о (143о-0о). В реальных ситуациях возможны различные промежуточные режимы подавления излучения радиомаяка под малыми углами места в пределах от режима работы обычного ГРМ с "опорным нулем" до режима работы ГРМ с антенной решеткой типа М (с подавлением излучения радиомаяка до (-20)-(-30) дБ под малыми углами места по сравнению с уровнем сигнала ГРМ с "опорным нулем"). Информационным параметром в ILS является разность глубин модуляции (РГМ) несущей навигационными частотами модуляции. При отклонении вниз от глиссады (на глиссаде РГМ 0) преобладает модуляция с частотой 150 Гц, выше глиссады преобладает модуляция с частотой 90 Гц. В отечественных системах посадки дециметрового диапазона информационный параметр коэффициент разнослышимости (КРС). Навигационные частоты модуляции 1300 и 2100 Гц. Ниже глиссады (на глиссаде КРС 0%) преобладает сигнал с частотой модуляции 2100 Гц, выше глиссады с частотой модуляции 1300 Гц. Между РГМ и КРС имеется соответствие: 17,5% РГМ 33% КРС. Как видно на фиг.2 и 4, в формировании диаграммы разностного сигнала радиомаяка участвуют все четыре антенны ГРМ. На фиг.4 приведены диаграммы всех четырех антенн радиомаяка для разностного сигнала для случая, когда уровень подстилающей поверхности достиг третьей антенны 15. Эта антенна в данном случае практически уже не участвует в формировании результирующей диаграммы радиомаяка для разностного сигнала, так как вся диаграмма третьей антенны 14 "отжата" вверх и уровень ее сигнала под малыми углами места и при угле глиссады невелик. Синфазно и равноамплитудно запитанные вторая и четвертая антенны 10 и 25 формируют диаграмму, имеющую нуль при угле глиссады (Е2,4). В результате сложения диаграммы первой антенны 9 для разностного сигнала (Е1) с результирующей диаграммой второй и четвертой антенн 10 и 25 для разностного сигнала (Е2,4) в пространстве получаем диаграмму Е2,1,4,3, имеющую заметно пониженный уровень сигнала под малыми углами места (0-0,5 о). Результирующая диаграмма радиомаяка (Е1,2) для суммарного сигнала (см. фиг.5) также имеет пониженный уровень сигнала при малых углах места за счет противофазной запитки второй и первой антенн 10 и 9. В результате складки местности и объекты меньше облучаются радиомаяком и отраженные от них сигналы радиомаяка меньше искажают зону глиссады. Правда, здесь возникает противоречие. С одной стороны, чем больше подавление сигнала ГРМ под малыми углами места, тем меньше облучаются мешающие объекты и меньше искажение глиссады. А с другой стороны, слишком низкий уровень сигнала ГРМ под углами места порядка 0,3-0,45о не обеспечивает необходимой дальности действия радиомаяка. Необходим компромисс. Поэтому в состав ГРМ вводятся четвертый и пятый аттенюаторы 26 и 27 и четвертый, пятый и шестой фазовращатели 28, 29 и 30. Это подстроечные элементы, позволяющие получить оптимальную настройку ГРМ для конкретных местных условий. Например, с помощью упомянутых аттенюаторов 26 и 27 и фазовращателей 28, 29, 30 можно установить такое амплитудно-фазовое распределение сигналов в передающих антеннах, при котором радиомаяк сможет работать с меньшей по размерам зоной А перед радиомаяком либо обеспечить требуемую дальность действия ГРМ при удовлетворительных искривлениях глиссады. В состав предлагаемого ГРМ включены третий делитель 16 мощности, третий аттенюатор 17, третий фазовращатель 18, третий сумматор 19. Суммарный сигнал, ответвленный через делитель 16 мощности и переданный через аттенюатор 17, фазовращатель 18 и сумматор 19 в антенну 15, суммируясь с квадратурной составляющей разностного сигнала, подаваемого в сумматор 19 через второй делитель 12 мощности и подстроечные элементы, аттенюатор 13 и фазовращатель 14, излучается антенной 15 и создает в пространстве канал грубого наведения, так называемый клиренс. Правда, в нашем случае канал клиренса действует только в районе углов места, больших угла глиссады, т.е. расширяет зону действия ГРМ. Кроме того, в 2-3 раза расширяется и диапазон возможных изменений уровня подстилающей поверхности, т.е. полностью используются потенциальные возможности способа формирования зоны глиссады, реализованного в основном изобретении. Включение в состав ГРМ шестого делителя 22 мощности и четвертого сумматора 23 фактически не нарушает связей третьего делителя 16 мощности с остальными элементами схемы радиомаяка. На фиг.2 приведены диаграммы основного канала предлагаемого ГРМ для разностного сигнала. Диаграммы поясняют два предельных режима работы ГРМ: первый режим, когда средний уровень подстилающей поверхности достиг высоты подвеса третьей передающей антенны 15 (Нn
H3), и второй режим, когда изменение уровня подстилающей поверхности минимально (Нn 0). Сплошной линией показана результирующая диаграмма направленности ГРМ в вертикальной плоскости (Е1,2,3,4), сформированная первой, второй, третьей и четвертой передающими антеннами при условии НnH3. При Нn Н3 третья передающая антенна 15 практически не участвует в формировании результирующей диаграммы излучения разностного сигнала, уровень сигнала этой антенны при малых углах места и в районе = о невелик. При Нn H3 высоты подвеса первой, второй и четвертой передающих антенн 9, 10 и 25 равны своим номинальным расчетным величинам. При Нn 0 все передающие антенны ГРМ оказываются дополнительно приподнятыми над отражающей поверхностью на величину высоты подвеса третьей антенны Н3 над основанием мачты 11. В этом случае третья антенна 15 активно участвует в формировании результирующей диаграммы излучения разностного сигнала. Диаграммы третьей антенны для разностного сигнала для обоих режимов работы ГРМ показаны на фиг.2. Диаграммы направленности в вертикальной плоскости первой, второй и четвертой антенн 9, 10 и 25 и их результирующая диаграмма Е1,2,4 при условии Hn 0 показаны на фиг. 2 прерывистыми линиями. Результирующая диаграмма Е2,1,3,4 для случая Нn 0 изображена точечной линией. Как видно на фиг.2, несмотря на изменение уровня подстилающей поверхности от 0 до Н3, "опорный нуль" диаграммы ГРМ для разностного сигнала остался под углом места, равным номинальному углу глиссады о. На фиг.3 показаны диаграммы для суммарного сигнала ГРМ. Сплошной линией изображена результирующая диаграмма Е1,2 для случая НnH3, а прерывистыми линиями диаграммы первой и второй антенн 9 и 10 и их результирующая диаграмма Е1,2 для случая, когда Нn 0. На фиг. 3 показаны и диаграммы третьей антенны 15 (Е3) для сигнала клиренса. Как видно на фиг.3, изменение высоты подстилающей поверхности вызывает деформацию результирующей диаграммы Е1,2. Результирующая диаграмма Е1,2 ГРМ для суммарного сигнала как бы "отслеживает" результирующую диаграмму ГРМ для разностного сигнала Е1,2,3,4. При этом в пространстве сохраняется неизменным соотношение разностного и суммарного сигналов ГРМ в рабочем секторе зоны глиссады. На фиг. 2 и 3 видно, что при Нn 0 минимум излучения разностного и суммарного сигналов при углах места, больших угла глиссады о, оказался при угле места меньшем, чем в случае Нn H3. Но в этом случае (при Нn 0) увеличился сигнал клиренса, задаваемый третьей антенной 15 (Е3). Этот сигнал клиренса заполнил провалы в диаграмме излучения основного канала ГРМ, расширив тем самым зону действия ГРМ в вертикальной плоскости. На фиг. 2 и 3 показаны расчетные диаграммы ГРМ дециметрового диапазона (= 0,315 м) для угля глиссады о= 2о40'. ВыбраноНn 0,5 м. Для ГРМ метрового диапазона (= 0,9 м) это соответствует Нn 1,5 м. Подавление излучения ГРМ при малых углах места позволяет снизить в несколько раз амплитуду искривлений глиссады в реальных условиях размещения радиомаяка.
Формула изобретения
1. ГЛИССАДНЫЙ РАДИОМАЯК по авт. св. N 1294115, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем стабилизации пространственного положения нуля и формы диаграммы направленности в условиях воздействия мещающих отражений и сложного рельефа местности, в него введены четвертый делитель мощности, пятый делитель мощности, четвертая передающая антенна, шестой делитель мощности, четвертый и пятый сумматоры, при этом выход второго сумматора соединен с входом первого аттенюатора через четвертый делитель мощности, второй выход которого соединен с входом пятого делителя мощности, первый выход которого соединен с четвертой передающей антенной, первый выход второго делителя мощности соединен с первой передающей антенной через пятый сумматор, выход первого сумматора соединен с входом шестого делителя мощности, первый выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора, а второй выход шестого делителя мощности соединен с входом третьего делителя мощности, первый выход которого соединен с второй передающей антенной через четвертый сумматор, а второй выход пятого делителя мощности соединен с вторым входом четвертого сумматора, при этом четвертая передающая антенна размещена на мачте над третьей передающей антенной на расстояние от нее 3
57,3/4o, где - длина волны излучения радиомаяка в метрах; qo - номинальный угол глиссады в градусах. 2. Радиомаяк по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона режимов настройки радиомаяка, в него введены четвертый и пятый аттенюаторы и четвертый, пятый и шестой фазовращатели, при этом второй выход четвертого делителя мощности соединен с входом пятого делителя мощности через четвертый аттенюатор, первый выход пятого делителя мощности соединен с четвертой передающей антенной через четвертый фазовращатель, второй выход пятого делителя мощности соединен с вторым входом четвертого сумматора через пятый фазовращатель, а первый выход шестого делителя мощности соединен с вторым входом пятого сумматора через последовательно соединенные пятый аттенюатор и шестой фазовращатель.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
