Т20 АЗРН1.ppt

радіокомпасів та радіовисотомірів.

Навчальна та виховна мета

1. Засвоїти принципи побудови та основи бойового застосування і технічної експлуатації автономних засобів радіонавігації.
2. Виховувати у студентів – майбутніх фахівців авіації Повітряних Сил ЗСУ самостійність, творчу ініціативу, наполегливість та високу відповідальність за якісну організацію технічної експлуатації та вміле бойове застосування автономних засобів радіонавігації.

Навчальні питання

становлять ККР1=35о і ККР2=215о (1 бал).
Дослідіть можливість визначення місцеположення літака тільки по курсовим кутам трьох радіостанцій (1 бал).
Проаналізуйте вплив на роботу АРК співвідношення амплітуд сигналів рамочної і всенаправленої антен (1 бал).
Проаналізуйте вплив на роботу АРК співвідношення фаз сигналів рамочної і всенаправленої антен (1 бал).
Поясніть, чому додаткова рамка розміщена перпендикулярно до основної рамки (1 бал).
Проаналізуйте вплив на роботу РВ крену і тангажу літака (1 бал).
Обгрунтуйте і відобразіть графічно залежність середньої різницевої частоти сигналів РВ від висоти (1 бал).
Обгрунтуйте найвигідніші варіанти розміщення передаючої і прийомної антен РВ на літаку типу Ан-70 (1 бал).
Примітка: Мінімальна сума балів по темі для отримання позитивної оцінки - Σ=(АЗРН1+АЗРН2+АЗРН3)=7,8.
Максимальна сума зарахованих балів по темі – Σ=(АЗРН1+АЗРН2+АЗРН3)=13.

θ, широта φ та відстань від центру Землі R) задається вектором і описується диференційним рівнянням
Тут:
- вектор прискорення літака,
- відцентрове прискорення,
- гравітаційне прискорення,
- прискорення вільного падіння з висоти h=R – RЗ (RЗ - радіус Землі).

1. Загальні відомості про автономні засоби радіонавігації

Призначення, різновиди і застосування АЗ

В свою чергу прискорення вільного падіння g з висоти h над земною поверхнею і на поверхні g0 зв'язані співвідношенням
Визначення поточного положення і параметрів руху літака здійснюється бортовим пілотажно-навігаційним комплексом (ПНК), в алгоритм роботи якого закладено рішення цих рівнянь.
Пілотажно-навігаційним комплекс створюється на базі стабілізованої у просторі інерційної платформи і навігаційної системи.

g = g0·(RЗ / R)2

параметрів зростають і необхідно корегувати ПНК від незалежних автономних вимірювачів.
Автономні засоби радіонавігації добувають інформацію (висота, напрямок на радіостанцію, вектор швидкості, гідрометеори, орієнтири, рельєф місцевості, положення літака, … ) для корекції інерційних навігаційних систем і рішення задач літаководіння. Їх інформація може використовуватись і автономно.

Розміщені на платформі датчики видають поточну інформацію про курс ψ, тангаж υ та крен γ літака. Акселерометр вимірює і видає інформацію про поточний вектор прискорення літака . У сумі з вектором прискорення вільного падіння з висоти літака h, який обчислюється в БЦОМ, він формує праву частину диференційного рівняння.
Ліва частина рівняння формується шляхом введення в інтегратори початкової або скорегованої інформації про координати та швидкість літака.
БЦОМ обчислює і видає споживачам інформацію про поточні географічні координати φ, θ і h та складові вектора шляхової швидкості WГ і WB.

задач.
До складу ПНК можуть входити:
інерційна система навігації,
доплерівський вимірювач швидкості і кута зносу,
система повітряних сигналів,
курсова та інерційна системи,
радіотехнічні системи ближньої та дальньої навігації,
система автоматичного управління літаком,
бортова цифрова або аналогова обчислювальна система.
За допомогою ПНК здійснюються:
стабілізація та індикація просторового положення літака, вертикальної швидкості, числа М,
контроль та індикацію відхилення від глісади,
контроль і сигналізація неприпустимих параметрів положення і руху,
програмування траєкторій польоту на маршруті і в районі аеродрому,
корекція счислених координат по інформації від РСБН та РСДН,

*

для польоту на радіостанцію (а) або від радіостанції (б),
- при виконанні маневрів для посадки (в),
для визначення місцеположення по двом радіостанціям з відомими координатами (г),
для визначення відстані до радіостанції шляхом інтегрування вектору повітряної швидкості (д):

а)

б)

в)

г)

д)

літака до підстилаючої поверхні.
Застосовується:
- при маловисотному польоті (а),
- при виконанні посадки (б).

а)

б)

її вертикальну складову.
Застосовується:
- при польоті по маршруту (а),
при контролі місцеположення
методом счислення шляху (б).

а)

б)

польотах у високих широтах, де традиційні засоби навігації працюють з неприпустимими помилками.
5. Панорамна РЛС – видає радіолокаційну карту місцевості. Застосовується для визначення місцеположення, корекції бортових навігаційних систем по наземним орієнтирам, визначення кута зносу і шляхової швидкості, істинної висоти.

ділянками рельєфу місцевості НУ.
Радіолокатор попередження зіткнення із землею застосовується для інформаційного забезпечення маловисотного польоту.

7. МетеоРЛС – виявляє небезпечні метеоявища і визначає їх характеристики .

радіосигналів спеціальних радіомаяків або радіопередавачів іншого призначення.
Інформація про напрямок вводиться в радіосигнал або добувається з нього завдяки направленим властивостям передаючої антени радіомаяка або прийомної антени радіопеленгатора чи радіокомпаса.
В наземних радіопеленгаторах та в радіокомпасах літаків застосовуються направлені властивості прийомних антен. При цьому інформація з радіопеленгатора на борт літака передається засобами командного радіозв'язку.
В радіомаяках використовуються направлені властивості передаючих антен, завдяки чому параметри радіосигналів маяка залежать від взаємного розташування радіомаяка і приймача його радіосигналів.
Інформація про дальність міститься в затримці приймаємих радіосигналів.
Інформація про радіальну швидкість міститься в доплерівському зсуві частоти.

радіостанції -їх курсових кутів, які відраховуються від осі літака по годинниковій стрілці у горизонтальній площині.
Датчиком інформації про напрямок на радіостанцію являється рамочна антена. Випромінювання радіостанцій у СХ діапазоні має вертикальну поляризацію. ДСА рамки в горизонтальній площині у вигляді цифри “8” формується її вертикальними сторонами. При цьому сигнали пелюстків ДСА протифазні.
Різницевий сигнал ĖР= Ė1- Ė2 на виході рамки зсунутий по фазі на 90о відносно сигналу всенаправленої в горизонтальній площині антени ĖА. Для отримання результуючої ДСА з гострим мінімумом (нулем) типу кардіоїда треба, щоб прийняті сигнали всенаправленої і рамочної антен мали однакову величину і були синфазні чи протифазні.

2. Автоматичні радіокомпаси

Призначення, склад і характеристики

площині рамочна антена.
Приймач.
Канал автоматичного управління антеною.
Компенсатор радіодевіації.
Канал передачі інформації про курсовий кут радіостанції.
Характеристики середньохвильових радіокомпасів

на 900
ДР – додаткова рамка
ОР – основна рамка
БМ – балансний модулятор
ГОН – генератор опорної напруги
К – комутатор
ФД – фазовий детектор
АД – амплітудний детектор
П - підсилювач
ПП – підсилювач потужності
ЕД – електродвигун
ТГ- тахогенератор
КД – компенсатор радіодевіації
СД, СП – сельсини датчик і приймач
ЛПП – літаковий переговорний пристрій

Принципи побудови АРК

протилежну в моменти переходу обвідної через нуль синхронно із зміною управляючої напруги від ГОН.
В режимі КОМПАС-І комутатором (К) сигнал рамки додається до сигналу ненаправленої антени (А),) зміщеному по фазі на 90о – формується результуючий сигнал, модульований по амплітуді сигналом частоти ГОН.
Глибина модуляції залежить від співвідношення сигналів рамочної та ненаправленої антен, тобто від величини відхилення рамки від положення пеленгу.
Фаза модулюючого сигналу в залежності від сторони відхилення рамки відносно положення пеленгу співпадає або протилежна фазі опорної напруги ГОН.
Модулюючий сигнал виділяється амплітудним детектором (АД) приймача і після порівняння з опорним сигналом ГОН у фазовому детекторі (ФД) формує сигнал управління, який після підсилювача потужності (ПП) живить електродвигун (ЕД) електромеханічного приводу слідкуючої системи рамочної антени. Тахогенератор (ТГ) забезпечує від'ємний зворотний зв'язок по швидкості.
Механічний компенсатор радіодевіації КД вводить поправки -ΔР в виміряний курсовий кут радіостанції ККР=α+ΔР на величину радіодевіації.

з однофазним ротором і трьохфазним статором, на стрілочному приладі дистанційно відтворює кут повороту рамки, тобто курсовий кут пеленгуємої радіостанції (ККР).
Режим КОМПАС-ІІ застосовується при високому рівні перешкод. При цьому до основної рамочної (ОР) антени замість всенаправленої антени (А) комутатором підключається додаткова рамочна (ДР) антена. Через те, що прийняті пелюстками ДСА додаткової рамки сигнали протифазні, можлива помилка визначення ККР на ±180о. Вона усувається короткочасним переходом у режим КОМПАС-І.
В режимі АНТЕНА здійснюється прийом тільки на всенаправлену антену для пошуку потрібної радіостанції.
В режимі РАМКА відключено канал автоматичної пеленгації і здійснюється прийом тільки на рамочну антену. Цей режим дозволяє вручну шляхом довороту рамочної антени пеленгувати радіостанцію методом мінімуму. Через наявність двох мінімумів ДСА рамки визначення ККР можливе з помилкою на 1800.

*

при польоті від радіостанції з КУР=180о±30о та при польоті на радіостанцію з КУР=0о±30о здійснюється шляхом інтегрування поточної величини радіальної швидкості dR(t)/dt.
Радіальна швидкість (без урахування вітру) визначається проекцією повітряної швидкості на напрямок на радіостанцію
dR(t)/dt ≈ V(t)·cos(ККР).
Напруга, пропорційна повітряній швидкості, видається датчиком повітряної швидкості ДПШ. Інтегрування здійснюється інтегруючим електродвигуном ІЕД, швидкість обертання якого пропорційна управляючій напрузі V(t)·cos(ККР). Кількість обертів ІЕД підраховується лічильником дальності ЛД.
Помилки визначення відстані не більші 5%R.

гоніометра відтворюють поле з просторовими параметрами сигналу радіостанції.
Величина і фаза сигналу роторної обмотки залежать від його положення відносно поля статорних обмоток – він відтворює функції рухомої рамочної антени.
Для управління положенням ротора гоніометра застосовано електромеханічний привід з редуктором і двохфазним електродвигуном (ЕД). Робоча обмотка живиться напругою звукової частоти від ГОН, а обмотка управління – “компасним сигналом” звукової частоти з амплітудного детектора (АД), фаза і амплітуда якого залежать від сторони і величини відхилення ротору гоніометра відносно положення пеленгу.

з сигналом, відбитим іоносферою. Він має складову горизонтальної поляризації, яка наводить додатковий сигнал у горизонтальних сторонах РА, що спотворює ДСА рамки.
Антенний ефект є наслідком несиметрії конструкції рамки і несиметричного розміщення рамки на літаку. Несиметрія призводить до появи складової сигналу рамки, яка не залежить від положення рамки відносно радіостанції. Результат інтерференції обох складових сигнала рамки визначається співвідношенням їх фаз.
Якщо фаза ненаправленої складової співпадає з фазою різницевого сигналу (Δφ=0) або протифазна (Δφ=π), то ненаправлену складову можна компенсувати відворотом рамки від положення пеленгу: лінія нульових пеленгів “ломається”.
Якщо ці сигнали “в квадратурі” (Δφ=±π/2), то ніяким доворотом рамки компенсувати ненаправлену складову неможливо: гострий мінімум стає розмитим, тупим.

+

сумарного сигналу – виникає радіодевіація.
В польоті такими об'єктами являються тільки елементи конструкції літака, які симетричні відносно осі літака. Якщо рамочна антена встановлена впродовж осі літака, то радіодевіація ΔР має “четвертний” характер: ΔР=0о при ККР=0о, 90о, 180о і 270о.
Крім “четвертної” мають місце незначні “напівкругова” і навіть “октантальна” складові радіодевіації.
Вторинне електромагнітне поле в точці розташування рамки у порівнянні з полем радіостанції приходить з іншого напрямку, має іншу поляризаціє і зсув по фазі.

елементів В' і В" еквівалентна елементу В на осі літака. Внаслідок симетрії літака сумарне вторинне випромінювання всіх елементів його конструкції еквівалентне вторинному випромінюванню одного точкового елементу ВΣ, розташованого на осі літака.

Для усунення помилок радіодевіації, які мають регулярний характер, в конструкцію радіокомпасу вводять спеціальний компенсатор радіодевіації.
“Зписування” радіодевіації полягає в її визначенні по віддаленій радіостанції.
Компенсація радіодевіації здійснюється механічним або електричним способом.

Дія на рамочну антену Р прямого сигналу радіостанції і результуючого сигналу вторинного випромінювання з точки ВΣ на його осі викликає помилку радіодевіації ΔР, четвертний характер якої визначається  дзеркальною симетрією конструкції літака.

необхідна на всіх етапах застосування літального апарату. Знання висоти польоту літака необхідне при виконанні бомбардування, пуску ракет, фотографуванні, посадці літака і т.п.
Для вимірювання висоти на літаках застосовуються барометричні та радіовисотоміри. Барометричні висотоміри вимірюють висоту польоту відносно умовного рівня і мають значні помилки через відхилення реальних параметрів атмосфери від стандартних, прийнятих при калібруванні. Радіовисотоміри вимірюють істинну висоту польоту НРВ, тобто висоту літака над реальним рельєфом земної поверхні безпосередньо під літаком. Їх точність практично не залежить від атмосферних умов і значно вища, ніж у барометричних висотомірів.
Застосовуються радіовисотоміри безперервного та імпульсного випромінювання з частотною модуляцією. Імпульсні радіовисотоміри застосовуються для виміру великих висот. Вимірювання малих висот за допомогою імпульсних радіовисотомірів обмежено через неможливість відліку малого часу запізнювання.
Для вимірювання малих висот застосовуються радіовисотоміри з безперервним випромінюванням і частотною модуляцією

3. Радіовисотоміри

Призначення, склад та характеристики

– істинну висоту НРВ.
При безперервному випромінюванні висота визначається частотним методом і можливо однозначно по величині затримки τ≥0 визначати істинну висоту (НРВ ≥0), але є труднощі з розділенням у приймачі прямого і відбитого сигналів.
Середня миттєва різницева частота ΔFС зондуючого і відбитого сигналів нелінійно залежить від затримки відбитих сигналів.
Оскільки “пляма” на підстилаючій поверхні має кінцеві розміри, то визначається усереднена висота рельєфу в межах “плями”.
Спектр періодично модульованих зондуючих і відбитих сигналів дискретний (лінійчатий) і в ньому найчастіше відсутня спектральна лінія з дальномірною частотою ΔF=γτ.

При імпульсному випромінюванні висота визначається імпульсним методом, але через “мертву зону” неможливо визначати висоту, починаючи з нуля.
За нормами ІКАО для висотомірів виділені діапазони частот 440 МГц, 1600 … 1900 МГц і 4300 МГц.

модульований генератор
БЗм – балансний змішувач
Ф – фільтр
ДСО – двохсторонній обмежувач
Л-к - лічильник

Упр – вузол управління
Г(FМ) – генератор модулюючої частоти
ЧМГ - частотно модульований генератор
БЗм – балансний змішувач
ВСФ – вузькосмуговий фільтр
ДСО – двохсторонній обмежувач
ЧД – частотний детектор
ОбчН – обчислювач висоти

Широкосмуговий РВ включає фільтр із смугою пропускання, яка більша за ширину спектру сигналу різницевої частоти і відповідає діапазону можливих різницевих частот. Щоб зменшити вплив перешкод, весь діапазон різницевих частот (висот) ділять на піддіапазони меншої ширини. Потрібна смуга пропускання фільтру і його настройка визначаються командами управління.
Вузькосмуговий РВ, щоб максимально зменшити вплив перешкод, включає фільтр із смугою пропускання, яка дорівнює ширині спектру сигналів різницевої частоти; частота настройки фільтру незмінна. Щоб забезпечити попадання відбитих сигналів у смугу пропускання фільтру відповідно змінюється період (частота) модуляції ЧМГ, тобто коефіцієнт γ. РВ працює послідовно в режимі пошуку відбитого сигналу і його супроводження по частоті.

Принципи побудови радіовисотомірів

обчислювач висоти

РВ імпульсного випромінювання на відміну від звичайної імпульсної РЛС мають роздільні передаючу і прийомну антени з гарною взаємною розв'язкою і не мають антенного перемикача. Завдяки цьому а також внаслідок застосування коротких зондуючих сигналів і визначенню затримки по фронту відбитого сигналу зменшується мінімальна висота їх застосування.
Ослаблені зондуючі сигнали в приймачі використовуються для автоматичної підстройки частоти гетеродину.
РВ працює послідовно в режимі пошуку відбитого сигналу і його супроводження за часом затримки.

м,
помилки 2σ при висоті 0 … 10 м становлять ±0.6 м,
при висоті більше 10 м становлять ±6%Н,
робоча частота 4300 МГц,
потужність передавача 0.4 Вт,
девіація частоти 50 МГц,
частота модуляції 150 Гц,
ширина ДСА 40о.
2. Радіовисотомір малих висот безперервного випромінювання А-031:
діапазон висот 0 … 1500 м,
помилки 2σ при висоті 0 … 10 м становлять ±0.6 м,
при висоті більше 10 м становлять ±6%Н,
робоча частота 4300 МГц,
потужність передавача 0.4 Вт,
девіація частоти 50 МГц,
частота модуляції (120 … 600) Гц в залежності від висоти,
ширина ДСА 40о.

м,
помилки 2σ при висоті до 2000 м становлять ±28 м,
при висоті більше 2000 м становлять ±(25 м+ 0.15%Н),
робоча частота 845 МГц,
потужність передавача 3 кВт,
тривалість імпульсів 0.75 мкс,
частота повторення 600 … 1200 Гц.

(настройка на радіостанцію);
КОМПАС-І – прийом на всенаправлену і рамочну антени з автоматичним відслідковуванням напрямку на радіостанцію;
КОМПАС-ІІ – прийом на основну і додаткову рамочні антени з автоматичним відслідковуванням напрямку на радіостанцію;
РАМКА - прийом тільки на рамочну антену з ручною пеленгацією радіостанції.
ТТХ радіокомпасів АРК-10, АРК-11
діапазон частот 120 … 1340 кГц,
кількість піддіапазонів 8,
дальність дії по приводу на радіостанцію ПАР-3Б при Н=10000 м 250 … 350 км,
чутливість в режимі АНТЕНА 4 … 15 мкВ,
помилки пеленгації 2σ = 2о,
час переходу з ДПРС на БПРС 7 … 8 с,
маса 32 кг,
помилки контролю відстані до радіостанції при польоті з ККР=0о±30о або ККР=180о±30о не гірше 5% відстані (тільки для АРК-10).

4. Особливості конструкції та органи управління

Радіокомпаси

Радіокомпаси з рухомою рамкою

мають подібні ДСА у вигляді цифри “8”, зміщені одна відносно одної на 90о. Додаткова рамка застосовується замість ненаправленої антени, щоб зменшити рівень перешкод від джерел, напрямок на які відрізняється від ККР. При цьому в сумарній ДСА крім основного формується із зсувом на 180о ще один нуль, тобто в режимі КОМПАС-ІІ можлива помилка пеленгації на 180о. Для її усунення АРК короткочасно переводиться у режим КОМПАС-І.

Радіодевіацію викликає перевипромінювання сигналів радіостанції елементами конструкції літака. Будь-яка пара симетричних елементів В' і В" еквівалентна елементу В на осі літака. Дія на рамочну антену Р прямого сигналу радіостанції і результуючого сигналу від перевипромінювання елементами конструкції літака з точки ВΣ на його осі викликає помилку радіодевіації ΔР, четвертний характер якої визначається дзеркальною симетрією конструкції літака.

механічним способом шляхом введення функціонального перетворювача кута в пристрій дистанційної передачі кута положення рамки:
αВих= αВх - ΔР(ККР).
Механічний компенсатор радіодевіації (КД) являється регулюємим функціональним перетворювачем кута φВих=F(φВх): 
Можливий варіант реалізації функціонального перетворювача базується на залежності кута β між сторонами ромбу (довжиною a) і його діагоналлю (довжиною d). Потрібні параметри перетворювача встановлюються шляхом зміни форми спеціального лекала.

осей на 45о. При компенсації ще і половинної та октантної радіодевіації форма лекала відповідно ускладнюється.
Дистанційна передача інформації про ККР здійснюється сельсінною системою.
В каналі управління рамкою для стабілізації введено від'ємний зворотний зв’язок по швидкості за допомогою тахогенератора – електричної машини постійного струму, полярність якого визначається напрямком обертання ротора, а величина напруги лінійно зв'язана із швидкістю обертання ротора.
Стабільність частоти гетеродину забезпечується спеціальною конструкцією вузла, термостатуванням і стабілізацією напруги живлення.

Перетворювач створено на базі системи з чотирьох важелів. Важіль 1 закріплено на вхідній осі перетворювача (кут φВх), а важіль 2 – на його вихідній осі (кут φВих). Потрібна функціональна залежність встановлюється підбором форми лекала 3, по якому переміщується ролик 4 системи важелів.

частоти в межах піддіапазону.
Дистанційне переключення піддіапазонів здійснюється галетним перемикачем пульту управління і слідкуючим механізмом барабанного перемикача в приймачі.
Дистанційна установка частоти здійснюється ручкою настройки частоти пульту управління. Інформація про задане положення ротору конденсатора змінної ємності передається в приймач двохканальною сельсінною передачею (грубою і точною).
Основні органи управління:
- перемикач піддіапазонів,
- перемикач режимів (АНТЕНА, КОМПАС-І, КОМПАС-ІІ, РАМКА),
- ручка плавної настройки частоти,
- кнопочний механізм включення попередньо настроєних частот,
- перемикач ТЛФ-ТЛГ.

антену (настройка на радіостанцію);
КОМПАС – прийом на всенаправлену і рамочну антени з автоматичним відслідковуванням напрямку на радіостанцію;
РАМКА - прийом тільки на рамочну антену з ручною пеленгацією радіостанції.
ТТХ радіокомпасів АРК-22:
діапазон частот 150 … 1750 кГц,
кількість піддіапазонів 7,
дальність дії по приводу на радіостанцію ПАР-3Б при Н=10000 м 340 … 350 км,
чутливість в режимі АНТЕНА не гірше 7 мкВ,
помилки пеленгації 2σ = 1.5о,
час переходу з ДПРС на БПРС 2.5 с,
маса 8 кг.
.

Радіокомпаси з нерухомою рамкою

радіокомпаса забезпечує синтезатор частот з імпульсно-фазовою автоматичною підстройкою частоти.

Компенсація радіодевіації здійснюється електричним способом. Для літаків прирости магнітного поля внаслідок перевипромінювання становлять і , а результуючий вектор магнітного поля НР відхиляється від вектору Н, що супроводжується радіодевіацією ΔР. Її компенсація можлива шляхом підбору співвідношення числа витків рамок.

ΔН1≈Н1

ΔН2≈(1.5 … 2)Н2

До звичайних органів управління додається пульт попередньої настройки, який дозволяє:
- настроїти радіокомпас на будь-яку частоту,
- попередньо настроїти і запам'ятати частоти 16 радіостанцій.

передаюча і прийомна антени у вигляді напівхвильових диполів.
В сучасних радіовисотомірах застосовуються невиступаючі рупорні антени.
Спеціальним органом для оперативного управління являється задатчик небезпечної висоти, яким комплектуються деякі радіовисотоміри.

Радіовисотоміри

рамкою.
Радіовисотомір безперервного випромінювання з частотною модуляцією.
Радіовисотомір імпульсного випромінювання.