Глиссадный радиомаяк

 

Изобретение относится к радионавигации. Цель изобретения - повышение точности путем стабилизации пространственного положения нуля и формы диаграммы направленности в условиях воздействия мешающих отражений и сложного рельефа местности. В глиссадном радиомаяке (ГРМ) кроме основного (точного) канала наведения сформирован и канал грубого наведения, что расширяет зону действия ГРМ при малых углах места в районе углов места, больших угла глиссады. Если сигналы клиренса, отраженные от мешающих объектов и складок местности, попадают в рабочий сектор глиссады, то при совместном действии сигналов основного и грубого каналов наведения в бортовом приемнике системы посадки появляется эффект усреднения этих мешающих сигналов. В этом случае основной канал ГРМ выполняет роль опорного канала по отношению к сравнительно небольшим по уровню фазоманипулированным сигналам клиренса. За пределами рабочего сектора зоны глиссады может преобладать сигнал клиренса над сигналом основного канала, обеспечивая дальность действия ГРМ и индикацию стороны отклонения точки приема от глиссады. Наличие канала грубого наведения позволяет полностью использовать потенциальные возможности ГРМ по исключению влияния мешающих отражений сигналов ГРМ и изменений уровня и свойств подстилающей поверхности. 6 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. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого радиомаяка; на фиг. 2-6 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, седьмой делитель 23 мощности, восьмой делитель 24 мощности, четвертый сумматор 25, пятый сумматор 26, шестой сумматор 27, седьмой сумматор 28, четвертый фазовращатель 29, пятый фазовращатель 30, шестой фазовращатель 32, восьмой фазовращатель 33, четвертый аттенюатор 34, пятый аттенюатор 35, шестой аттенюатор 36, седьмой аттенюатор 37, первый коммутатор 38 фазы, второй коммутатор 39 фазы, блок 40 управления и четвертую передающую антенну 41. Глиссадный радиомаяк работает следующим образом. Гладкая несущая f_нс 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 f_нсигналом с навигационной частотой F₁, а в амплитудном модуляторе 4 с навигационной частотой F₂. Сигналы с выходов амплитудных модуляторов 3 и 4 поступают на первый и второй сумматоры 5 и 6. На выходе первого сумматора 5 образуется сигнал "Несущая плюс боковые частоты модуляции", который еще называют суммарным сигналом. Спектр суммарного сигнала содержит несущую и две пары боковых частот модуляции f_н f_н ±F₁; f_н±F₂₎. На выходе второго сумматора 6 образуется сигнал "Боковые частоты модуляции", который еще называют разностным сигналом. Спектр разностного сигнала содержит только две пары боковых частот модуляции (f_н ±F₁); f_н± F₂), 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 180^о. С выхода сумматора 6 сигнал подается на вход четвертого делителя 20 мощности, с первого выхода которого через последовательно соединенные первый аттенюатор 17 и первый фазовращатель 18 разностный сигнал поступает на вход второго делителя 12 мощности. С первого выхода делителя 12 мощности разностный сигнал через шестой делитель 22 мощности, седьмой сумматор 28 и пятый сумматор 26 поступает в первую антенну 9, а с второго выхода через последовательно включенные второй аттенюатор 13 и второй фазовращатель 14 в третью антенну 15. Кроме того, разностный сигнал основного канала наведения глиссадного радиомаяка (ГРМ) подается с второго выхода четвертого делителя 20 мощности через четвертый аттенюатор 34 на вход пятого делителя 21 мощности. С первого выхода делителя 21 мощности разностный сигнал через пятый фазовращатель 30 и четвертый сумматор 25 подается в четвертую антенну 41, а с второго выхода через четвертый фазовращатель 29 и шестой сумматор 27 во вторую антенну 10. Как и в основном изобретении, первая и третья антенны 9 и 15 запитаны разностным сигналом равноамплитудно и синфазно. Это обеспечивает стабилизацию угла места "опорного нуля" результирующей диаграммы этих двух антенн для разностного сигнала, как и в ГРМ по основному изобретению. В предлагаемом ГРМ разностным сигналом синфазно и равноамплитудно запитаны также и четвертая и вторая антенны 41 и 10, причем в зависимости от предъявляемых к радиомаяку требований соотношение амплитуд и фаз токов в четвертой, первой, второй и третьей антеннах 41, 9, 10 и 15 ГРМ для разностного сигнала основного канала наведения может быть таким: 12:11 или 11,7:11,7 Суммарный сигнал с выхода первого сумматора 5 поступает на вход седьмого делителя 23 мощности. С первого выхода седьмого делителя 23 мощности суммарный сигнал через третий делитель 16 мощности, третий сумматор 19 и шестой сумматор 27 подается во вторую антенну 10, а с второго выхода седьмого делителя мощности суммарный сигнал подается в первую антенну 9 через пятый аттенюатор 35, шестой фазовращатель 31 и пятый сумматор 26. Соотношение амплитуд токов и фаз сигнала "Несущая плюс боковые частоты модуляции" во второй и первой антеннах 10 и 9: 2:1 или 1,7:1 Фиг. 2 и 3 поясняют работу основного, точного, канала ГРМ. На фиг. 2 приведены диаграммы предлагаемого ГРМ для разностного сигнала, а на фиг. 3 диаграммы для суммарного сигнала. На фиг. 2 и 3 показаны расчетные диаграммы ГРМ дециметрового диапазона ( λ=0,315 м) для угла глиссады Θ_o 2 ^о40^' Выбрано два режима работы ГРМ: при изменении уровня подстилающей поверхности ΔН_п, равном 0 и равном 0,5 м, т.е. равном Н₃ высоте подвеса третьей антенны 15 над основанием мачты 11. Для ГРМ метрового диапазона ( λ=0,9 м) это соответствует изменению уровня подстилающей поверхности ΔН_п=0 и ΔН_п=1,5 м. На фиг. 2 сплошной линией показана результирующая диаграмма направленности ГРМ в вертикальной плоскости (Е_1,2,3,4), сформированная первой, второй, третьей и четвертой передающими антеннами при условии ΔН_п=H₃. При Δ Н_п= H₃ 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 Θ Θ_o невелик. При ΔН_п=H₃ высоты подвеса первой второй и четвертой передающих антенн 9, 10 и 41 равны номинальным расчетным величинам. При ΔН_п= 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 15 (Е₃) 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 41 и их результирующая диаграмма (Е_1,2,4) при условии ΔН_п=0 показаны на фиг. 2 прерывистыми линиями. Результирующая диаграмма Е_1,2,3,4 для случая ΔН_п=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 Θ_o На фиг. 3 сплошной линией изображена результирующая диаграмма (Е_1,2) для случая ΔН_п= H₃, а прерывистыми линиями диаграммы первой и второй антенн 9 и 10 и их результирующая диаграмма Е_1,2 для случая, когда ΔН_п=0. Как видно на фиг. 3, изменение высоты подстилающей поверхности вызывает деформацию результирующей диаграммы Е_1,2. Результирующая диаграмма Е_1,2 ГРМ для суммарного сигнала как бы "отслеживает" результирующую диаграмму ГРМ для разностного сигнала Е_1,2,3,4. При этом в пространстве сохраняется неизменным соотношение разностного и суммарного сигналов ГРМ в рабочем секторе зоны глиссады. На фиг. 2 видно, что в результате сложения в пространстве сигналов первой, второй, четвертой и третьей антенн 9, 10, 41 и 15 получают диаграмму Е_2,1,4,3, имеющую заметно пониженный уровень сигнала под малыми углами места (0-0,5 Θ_o ). Результирующая диаграмма радиомаяка (Е_1,2) для суммарного сигнала (см. фиг. 3) 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. Принцип формирования диаграммы ГРМ поясняются фиг. 4 и 5. 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, т.е. вся диаграмма третьей антенны 15 "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 41 формируют диаграмму, имеющую нуль при угле глиссады Θ_о(Е_2,4). В результате сложения диаграммы первой антенны 9 для разностного сигнала (Е₁) с результирующей диаграммой второй и четвертой антенн 10 и 41 для разностного сигнала (Е_2,4) в пространстве получаем диаграмму (Е_2,1,3,4) имеющую заметно пониженный уровень сигнала под малыми углами места (0-0,5 Θ_o ). Как видно на фиг. 5, результирующая диаграмма радиомаяка (Е_1,2) для суммарного сигнала также имеет пониженный уровень сигнала при малых углах места за счет противофазной запитки второй и первой антенн 10 и 9. На фиг. 5 показаны диаграммы для суммарного сигнала основного канала ГРМ при условии ΔН_п=H₃. Ясно, что чем сильнее подавляется излучение ГРМ под малыми углами места, тем лучше защита зоны глиссады от влияния мешающих отражений от складок местности и различных объектов. Но при этом возникает противоречие. С одной стороны, чем больше подавление сигнала под малыми углами места, тем меньше облучаются мешающие объекты и меньше искажение глиссады. С другой стороны, слишком низкий уровень сигнала ГРМ под углами места порядка 0,3-0,45Θ_o не обеспечит необходимой дальности действия радиомаяка. Это противоречие в предлагаемом ГРМ устраняется тем, что ГРМ кроме основного канала наведения формирует и канал грубого наведения, что расширяет зону действия ГРМ при малых углах места и районе углов места, больших угла глиссады. Рассмотрим формирование зоны канала грубого наведения. Суммарный сигнал грубого канала наведения вырабатывается из суммарного сигнала основного канала с помощью фазовой манипуляции, осуществляемой коммутатором 39 фазы. Выходной сигнал коммутатора 39 фазы поступает на вход восьмого делителя 24 мощности. С первого выхода восьмого делителя 24 мощности суммарный сигнал грубого канала попадает через третий аттенюатор 17, третий фазовращатель 18, третий сумматор 19 и шестой сумматор 27 во вторую антенну 10. С второго выхода восьмого делителя 24 мощности суммарный сигнал грубого канал через последовательно включенные шестой аттенюатор 36, седьмой фазовращатель 32 и четвертый сумматор 25 поступает в четвертую антенну 41. Подстроечные элементы фазовращатели 18 и 32, аттенюаторы 17 и 36 обеспечивают равноамплитудную и синфазную запитку второй и четвертой антенн 40 и 41 суммарным сигналом грубого канала. На фиг. 6 показаны диаграммы второй и четвертой антенн 10 и 41 для суммарного сигнала грубого канала наведения (грубый канал еще называют клиренсом). Даны результирующие диаграммы суммарных сигналов этих двух антенн. Диаграммы приведены для двух предельных режимов работы ГРМ: при минимальном уровне подстилающей поверхности (ΔН_п0) и для случаев, когда уровень подстилающей поверхности достиг высоты подвеса третьей антенны 15 ( ΔН_п=H₃). На фиг. 6 видно, что изменение уровня подстилающей поверхности приводит к соответствующему изменению диаграмм второй (Е₂) и четвертой (Е₄) антенн, но при этом сохраняется минимум результирующей диаграммы (Е_2,4) под углом места Θ равным номинальному углу глиссады Θ_o При выбранном режиме питания антенн имеет место самостабилизация минимума излучения клиренса под углом ΘΘ_o Сплошными линиями показаны диаграммы для случая Δ Н_п=H₃, прерывистыми для ΔН_п=0. Разностный сигнал клиренса формируется из разностного сигнала основного канала с помощью фазовой манипуляции, осуществляемой коммутатором 38 фазы. Блок 40 управления коммутаторами фазы синхронно включает и выключает коммутаторы 38 и 39. Выходной сигнал коммутатора 38 через седьмой аттенюатор 37, восьмой фазовращатель 33, седьмой сумматор 28 и пятый сумматор 26 подается в первую антенну 9. На фиг. 5 кроме результирующих диаграмм Е_2,4 для суммарного сигнала клиренса показаны и диаграммы первой антенны Е₁ для случая ΔН_п=Н₃, прерывистой для случая, когда ΔН_п=0. Видно изменение диаграммы Е₁ для разностного сигнала при изменении уровня подстилающей поверхности ΔН_п. Но разность глубин модуляции (РГМ), создаваемая каналом грубого наведения под углом Θ Θ_o остается равной нулю. Дело в том, что по отдельности ни разностный, ни суммарный сигнал не создают РГМ, которая может появиться только при наличии в пространстве обоих этих сигналов. Поскольку уровень суммарного сигнала клиренса при Θ Θ_o равен нулю, то и РГМ клиренса при Θ Θ_oостается равном нулю, несмотря на изменение уровня подстилающей поверхности. На фиг. 5 показано, что в рабочем секторе и за пределами рабочего сектора зоны глиссады, создаваемого основным каналом, канал грубого наведения излучает сигналы, имеющие РГМ, совпадающую по знаку с РГМ, создаваемой в пространстве основным каналом наведения. В ГРМ с форматом сигналов международной системы инструментальной посадки (ILS) информационным параметром является РГМ несущей сигналами с навигационными частотами модуляции F₁=90 Гц и F₂=150 Гц. Ниже глиссады преобладает сигнал с частотой модуляции 150 Гц, выше глиссады с частотой 90 Гц (л. 3, л. 4). В отечественных системах посадки дециметрового диапазона информационный параметр коэффициент разнослышимости (КРС). Навигационные частоты амплитудной модуляции 1300 и 2100 Гц. Ниже глиссады преобладает сигнал с частотой модуляции 2100 Гц, выше глиссады с частотой 1300 Гц. Между РГМ и КРС имеется соответствие: 17,5% РГМ= 33% КРС. Наличие стабилизированного минимума излучения клиренса в рабочем секторе зоны глиссады (т.е. в секторе +0,24Θ_o ) обеспечивает развязку в пространстве основного и грубого каналов наведения. Это уменьшает искривления глиссады в сложных местах размещения ГРМ. Если сигналы клиренса, отраженные от мешающих объектов и складок местности, попадают в рабочий сектор глиссады, то при совместном действии сигналов основного и грубого каналов наведения в бортовом приемнике системы посадки проявляется эффект усреднения этих мешающих сигналов. В этом случае основной канал ГРМ выполняет роль опорного канала по отношению к сравнительно небольшим по уровню фазоманипулированным сигналам клиренса. За пределами рабочего сектора зоны глиссады может преобладать сигнал клиренса над сигналом основного канала, обеспечивая дальность действия ГРМ и индикацию стороны отклонения точки приема от глиссады. Благодаря наличию канала грубого наведения можно полностью использовать потенциальные возможности ГРМ по исключению влияния мешающих отражений сигналов ГРМ и изменений уровня и свойств подстилающей поверхности.

Формула изобретения

Глиссадный радиомаяк по п.1 авт.св. N 1294115, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем стабилизации пространственного положения нуля и формы диаграммы направленности в условиях воздействия мешающих отражений и сложного рельефа местности, в него введены четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой делители мощности, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой аттенюаторы, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой фазовращатели, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой сумматоры, первый и второй коммутаторы фазы, блок управления и четвертая передающая антенна, при этом выход второго сумматора соединен с входом первого аттенюатора через четвертый делитель мощности, выход первого сумматора соединен с входом третьего делителя мощности через седьмой делитель мощности, второй выход четвертого делителя мощности через последовательно соединенные четвертый аттенюатор, пятый делитель мощности, пятый фазовращатель и четвертый сумматор соединен с четвертой передающей антенной, первый выход второго делителя мощности соединен с первой передающей антенной через последовательно соединенные шестой делитель мощности, седьмой сумматор и пятый сумматор, первый выход третьего делителя мощности соединен с второй передающей антенной через последовательно соединенные третий и шестой сумматоры, второй выход пятого делителя мощности через четвертый фазовращатель соединен с вторым входом шестого сумматора, второй выход седьмого делителя мощности через последовательно соединенные пятый аттенюатор и шестой фазовращатель соединен с вторым входом пятого сумматора, второй выход третьего делителя мощности через последовательно соединенные второй коммутатор фазы, восьмой делитель мощности, третий аттенюатор и третий фазовращатель соединен с вторым входом третьего сумматора, второй выход восьмого делителя мощности через последовательно соединеннные шестой аттенюатор и седьмой фазовращатель соединен с вторым входом четвертого сумматора, второй выход шестого делителя мощности соединен с первым входом первого коммутатора фазы, выход которого через последовательно соединенные седьмой аттенюатор и восьмой фазовращатель подключен к второму входу седьмого сумматора, выход блока управления соединен с вторыми входами первого и второго коммутаторов фазы, при этом четвертая передающая антенна размещена на мачте над третьей передающей антенной на расстоянии 3λ˙57,3/4Θ_o, где λ длина волны излучения радиомаяка в метрах, q_o номинальный угол глиссады в градусах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6