ДВУХЧАСТОТНЫЙ ГЛИССАДНЫЙ РАДИОМАЯК Российский патент 2017 года по МПК G01S1/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах инструментального обеспечения захода самолетов на посадку. Глиссадные радиомаяки (ГРМ) метрового волн, входящие в упомянутые системы, формируют зону глиссады, предназначенную для управления самолетом в вертикальной плоскости. Двухчастотный глиссадный радиомаяк в соответствии с настоящим изобретением позволяет обеспечить инструментальный заход самолетов на посадку на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и складками рельефа местности, вызывающими интерференцию радиоволн в области глиссады.

Уровень техники Основным средством обеспечения инструментального захода самолетов гражданской авиации на посадку и посадки являются радиомаячные системы посадки (СП) метрового диапазона длин волн (MB) формата ILS (Instrument Landing System). Радиомаячные системы посадки имеют почти вековую историю развития. История развития СП в США описана в [Watts, С.В., Jr. Instrument Landing Scrapbook / С.В., Jr. Watts. - Trafford Publishing, 2005. 392 p.p.]. Основные вехи развития СП MB для гражданской авиации и СП дециметрового диапазона длин волн для военной авиации в нашей стране освещены в [НИИ-33 / ВНИИРА. История становления и развития Всесоюзного НИИ радиоаппаратуры - СПб.: 2007. - 291 с.].

Радиомаячная СП включает в себя курсовой ОВЧ-радиомаяк (КРМ), глиссадный ОВЧ-радиомаяк (ГРМ), маркерные ОВЧ-радиомаяки или дальномерное оборудование (DME).

Системы инструментальной посадки самолетов метрового диапазона волн (Instrument landing systems - ILS) развивались до и после 1946 года, когда ILS была принята в качестве международного стандарта и могла быть категорирована в одной из трех групп: с опорным нулем, системой на боковой полосе или системой с решеткой типа М.

ГРМ устанавливают в точке, расположенной на расстоянии 200-400 м от порога взлетно-посадочной полосы (ВПП) и на удалении 120-180 м от оси ВПП. Антенна ГРМ излучает в окружающее пространство электромагнитные волны в диапазоне частот 328-335 МГц, модулированные по амплитуде сигналами тональных частот Гц, Гц. Поверхность, на которой разность глубин модуляции (РГМ) сигналами и равна нулю, называют поверхностью глиссады. Линию пересечения поверхности глиссады с вертикальной плоскостью, формируемой КРМ и проходящей через ось взлетно-посадочной полосы, называют глиссадой.

Самым простым ГРМ в названных выше системах является ГРМ с опорным нулем. Он включает в себя две антенны, причем нижняя антенна расположена на высоте в два раза меньшей, чем высота верхней антенны. Нижняя антенна излучает так называемый опорный сигнал, модулированный с равной глубиной модуляции тонами 90 и 150 Гц с фазовой синхронизацией (называемый также суммарным сигналом или сигналом "несущая плюс боковые частоты"). Нижняя антенна с учетом влияния Земли формирует в вертикальной плоскости лепестковую диаграмму направленности с первым максимумом над Землей под углом 3° и первым нулем под углом 6°. Верхняя антенна излучает только сигнал боковой полосы 90 и 150 Гц (называемый разностным сигналом или сигналом "боковые частоты") и формирует (с учетом радиоволн, отраженных от поверхности Земли) лепестковую диаграмму направленности с первым максимумом под углом 1,5° и первым нулем под углом 3°. Этот первый нуль сигнала "боковых частот" под углом 3° задает угол глиссады θ_гл. Ширина зоны глиссады формируется в окрестности упомянутого нуля в диаграмме направленности. Сигналы фазируют таким образом, что сигнал "боковых частот", излучаемый верхней антенной, и опорный сигнал "несущая плюс боковые частоты" (опорный сигнал), излучаемый нижней антенной, суммируются так, что ниже угла глиссады преобладает модуляция сигналом тональной частоты 150 Гц, а выше ее, по крайней мере, до угла, составляющего 1,75θ_гл, преобладает модуляция сигналом тональной частоты 90 Гц. Таким образом, радиотехническая траектория, называемая глиссадой, формируется в зоне сигнала высокой интенсивности, а приемник просто разделяет и сравнивает звуковые тоны.

Система с нулевой зоной обычно требует наличия ровной плоскости перед ГРМ длиной 800 м для угла глиссады 3°, а поскольку уровень в диаграмме направленности боковой полосы растет от 0° почти линейно, то система очень чувствительна к отражениям радиоволн от неровностей Земли.

Глиссадные площадки редко бывают идеальными, антенны часто должны работать при наличии короткой площадки перед ГРМ или при наличии складок рельефа местности в зоне захода самолета на посадку. Любое из этих неблагоприятных условий может сильно ухудшить рабочие характеристики системы с нулевой зоной.

Кроме того, в процессе эксплуатации первых радиомаячных систем СП была обнаружена связь между точностными характеристиками СП и размерами и расположением складок местности в зоне захода самолетов на посадку. Следует отметить, что проблема влияния волн, отраженных от окружающей местности, существует для всех радиотехнических угломерных навигационных систем. Однако, для СП эта проблема является критической. Это обусловлено высокими требованиями к точности ILS, которые на порядок превышают таковые к другим аэродромным навигационным и радиолокационным системам.

Естественным стремлением разработчиков радиомаячных систем решить проблему влияния рельефа местности в зоне захода самолетов на посадку на поведение глиссады было сужение диаграммы направленности (ДН) антенны ГРМ в вертикальной плоскости, при котором складки местности не облучались бы сигналами ГРМ. Однако, пилоту трудно попасть в узкую зону. Международной организацией гражданской авиации (ИКАО) установлены минимальные угловые размеры зоны действия системы ILS. В частности, ГРМ должен излучать сигналы, обеспечивающие удовлетворительную работу типового бортового оборудования в вертикальном секторе с верхней границей под углом 1,75θ_гл и нижней границей под углом 0,45θ_гл относительно горизонтальной плоскости или под меньшим углом до 0,3θ_гл, который требуется для гарантированного выполнения объявленной схемы входа в глиссаду ILS [пункт 3.1.5.3.1 в Приложении 10 к Конвенции о международной гражданской авиации. Авиационная электросвязь. Том 1. Радионавигационные средства. ИКАО, Монреаль (Канада), 2006. - 606 с.].

Проблема обеспечения, с одной стороны, высокой точности задания траектории полета путем сужения ДН антенн и, с другой стороны, широких зон действия КРМ и ГРМ была решена в радиомаяках с двухчастотным режимом работы. При этом используется так называемый эффект захвата (capture effect). Двухчастотный режим ILS предполагает формирование двух высокочастотных сигналов: основного - сигнала узкого канала (УК) и дополнительного - сигнала широкого канала (ШК). Задачей УК является формирование узких угловых зон: зоны глиссады в пределах ±0,45θ_гл. В этих зонах задается линейная зависимость между величиной информационного параметра РГМ и угловым отклонением самолета от заданной траектории. Широкий канал обеспечивает пилота информацией во всей остальной зоне действия, "указывая" направление "правильного" движения к траектории снижения. При этом несущая частота сигнала ШК смещена относительно частоты сигнала УК на ±(5÷15) кГц.

Путем формирования ДН специальной формы добиваются существенного превышения уровня сигналов УК по сравнению с уровнем сигналов ШК в пределах узкой зоны и существенного превышения уровня сигналов ШК по сравнению с уровнем сигналов УК в пределах зоны наведения: θ≥0,45θ_гл.

В бортовой же аппаратуре реализован "режим захвата", заключающийся в том, что аппаратура выделяет сигнал с большей амплитудой. В результате в узком секторе углов в направлении продолжения оси ВПП самолет ориентируется по сигналам УК, а за его пределами - по сигналам ШК.

Для излучения сигналов УК и ШК в ГРМ стали использовать одну и ту же антенную решетку (АР), так называемую антенную решетку типа М. Тогда в составе двухчастотного ГРМ оказалось устройство распределения мощности сигналов узкого и широкого каналов, которое позволило одной и той же АР излучать одновременно сигналы УК и ШК.

ГРМ с решеткой типа М имеет трехэлементную антенную решетку, в которой верхний, нижний и средний излучающие элементы возбуждаются сигналом "боковые частоты" УК, а средний и нижний излучающие элементы возбуждаются сигналом "несущая плюс боковые частоты". Сигнал "боковые частоты" для возбуждения верхнего и нижнего излучающих элементов имеют амплитуду и фазу 1/0°, а в среднем излучающем элементе имеет амплитуду и фазу 2/180°. Сигнал "несущая плюс боковые частоты" в среднем излучающем элементе имеет амплитуду и фазу 1/0°, а в нижнем излучающем элементе 2/180°.

Каждый вышеуказанный излучающий элемент антенной решетки может состоять, например, из отдельного диполя, расположенного в уголковом отражателе для получения требуемой направленности. Однако излучающий элемент может состоять из решетки излучающих элементов (например, директорная антенна) для получения заданных характеристик направленности.

Другим важным требованием, предъявляемым к параметрам ГРМ, является требование установки и выдерживания заданного угла глиссады θ_гл.

В соответствии рекомендацией ИКАО [пункт 3.1.5.1.2 в [1]) угол наклона глиссады θ_гл должен быть равен 3°. Угол наклона глиссады устанавливается и выдерживается в следующих пределах (пункт 3.1.5.1.2.1 в Приложении 10 к Конвенции о международной гражданской авиации. Авиационная электросвязь. Том 1. Радионавигационные средства. ИКАО, Монреаль (Канада), 2006. - 606 с.]:

a) 0,07θ_гл для глиссады ILS категорий I и II;

b) 0.04θ_гл для глиссады ILS категории III.

В связи с этим Руководством по эксплуатации Гражданских аэродромов РФ установлены требования к подстилающей поверхности перед ГРМ [РЭГА РФ 94 "Руководство по эксплуатации Гражданских аэродромов РФ, М: Воздушный транспорт. - 1996. - Таблица 2.2]:

- высота травяного покрова, не более 0,2 м;

- толщина целинного или уплотненного снега, не более 0,2 м.

Аналогичные требования к высоте травяного и снежного покрова установлены разработчиками глиссадных радиомаяков зарубежных фирм.

Эти требования вытекают из следующего. Принцип работы глиссадного радиомаяка предполагает, что отражение радиоволн от Земной поверхности равносильно существованию зеркального изображения антенны. При этом угол глиссады определяется расстоянием между реальной антенной и ее зеркальным отображением, т.е. высотой подвеса излучающих элементов относительно границы воздух - подстилающая поверхность. С появлением снежного покрова уровень подстилающей поверхности увеличивается, а высота подвеса излучающих элементов соответственно уменьшается, что приводит к увеличению угла глиссады. Исходя из допустимых величин изменения утла глиссады, установлены ограничения на допустимую высоту снежного покрова, равную 20 см (Инструкция по эксплуатации системы посадки СП-90). Высота снежного покрова во многих регионах РФ превышает указанную величину 20 см. При высотах снежного покрова более 20 см необходимо отключить глиссадный радиомаяк, убрать снег с площадки перед антенной решеткой ГРМ с площади, размером 200×600 м, после уборки выполнить летную проверку параметров радиомаяка, после которой ввести ГРМ в эксплуатацию. В результате отключения ГРМ на время уборки снега и летной проверки аэродром остается без радиотехнического обеспечения глиссады. Это снижает регулярность и безопасность полетов самолетов. Уборка снега связана с большими материальными и временными затратами, поскольку объем убираемого снега может превышать 24000 м3.

Предложенная в патенте РФ №2429 499 С2, МПК G01S 1/16 (2006.01), Глиссадный радиомаяк, авторов Войтовича Н.И., Жданова Б.В., Соколова А.Н., по заявке 2009116323/09 28.04.2009 г.(приоритет 28.04.2009) антенная решетка в составе глиссадного радиомаяка решает проблему влияния снега, а именно, формирует стабильную глиссаду при изменениях высоты снежного покрова до максимально наблюдаемой на аэродромах РФ высоты (равной 80 см) в отличие от существующих аналогов, для которых максимально допустимая величина высоты снежного покрова составляет 20 см. Таким образом, при эксплуатации системы посадки с упомянутой антенной решеткой отпадает необходимость отключений ГРМ на период уборки снега (снижение безопасности и регулярности полетов) и выполнение самой уборки снега с площадки перед глиссадным радиомаяком размером 200×600 м. Однако, на аэродромах, на которых одновременно присутствуют как большие складки местности в зоне подхода самолета на посадку, (соизмеримые с размерами зоны Френеля), так и высота снежного покрова существенно превышает 20 см применение технического решения по патенту №2429499, как показано ниже, в одночастотных радиомаяках затруднительно.

Итак, известен первый ГРМ дециметрового диапазона волн с опорным нулем [Г.А. Пахолков, В.В. Кашинов и др. "Угломерные радиотехнические системы посадки". - М.: Транспорт.- 1982, стр. 18], содержащий устройство формирования сигнала суммарного канала, устройство формирования сигналов разностного канала, первую и вторую антенны, разнесенные по вертикали, причем нижняя антенна запитана сигналами суммарного канала, а верхняя антенна запитана сигналами разностного канала. Под сигналом суммарного канала понимается сигнал, формируемый при модуляции высокочастотных колебаний меандрами с частотами Ω₁ и Ω₂, одинаковыми по амплитуде, при этом колебания Ω₁ и Ω₂ синфазны между собой. Под сигналами разностного канала подразумеваются сигналы боковых частот, формируемых при модуляции высокочастотных колебаний меандрами с частотами Ω₁ и Ω₂, одинаковыми по амплитуде, при этом высокочастотные колебания имеют сдвиг по фазе на 180°. (В системах посадки метрового диапазона в спектр сигналов суммарного канала входит несущая частота). Информационным параметром в системах посадки метрового диапазона волн является разность глубин модуляции (РГМ) излучаемого сигнала колебаниями с тональными частотами Ω₁ и Ω₂, а в системах посадки дециметрового диапазона волн так называемый коэффициент разнослышимости сигналов (КРС) с частотами модуляции Ω₁ и Ω₂.

ГРМ с опорным нулем является наиболее простым типом ГРМ, он нашел широкое применение на аэродромах гражданской и военной авиации.

Однако, ГРМ с опорным нулем имеет ряд недостатков:

- в ГРМ с опорным нулем угол глиссады задается высотой подвеса верхней антенны относительно подстилающей поверхности. При изменении уровня подстилающей поверхности, а также при изменении ее электрических характеристик, например, при изменении высоты снежного покрова, при изменении влажности снега, при росте травы, изменяется угол глиссады, изменяется крутизна зоны глиссады [Ваксенбург С.И., Войтович Н.И. и др. Влияние снежного покрова на характеристики глиссадного радиомаяка. //Вопросы радиоэлектроники. Серия общетехническая. - 1972, выпуск 14, стр. 76-90//];

- если за пределами спланированной площадки перед ГРМ (в зоне захода самолетов на посадку), расположены участки местности с восходящим уклоном, то вследствие отражения радиоволн, излучаемых антеннами ГРМ, от этих участков глиссада "искривляется"; на аэродромах в балочно-овражистой местности, в холмистой и предгорной местности ГРМ с опорным нулем, как правило, не обеспечивает требуемые характеристики;

- мал коэффициент усиления антенн. В результате на аэродромах с лесными массивами, расположенными вблизи торца взлетно-посадочной полосы, снижается дальность действия ГРМ.

Известен второй ГРМ [Австралийский патент №1545035, Application №44640/77, Instrument landing system glidepath antenna array and drive therefor [Australia №8121/76, filed 12 Nov. 1976; Int. CL² G01S 1/18], содержащий устройство формирования сигналов суммарного канала, устройство формирования сигналов разностного канала, первую и вторую, третью и четвертую антенны, разнесенные по вертикали на равные расстояния друг от друга, причем (при счете снизу вверх) вторая и четвертая антенны запитаны сигналами разностного канала, а первая и третья антенны запитаны сигналами суммарного канала. Благодаря противофазной запитке второй и четвертой антенн снижается уровень облучения складок местности в зоне захода самолетов на посадку, вследствие чего уменьшается величина искривлений глиссады.

Однако второй известный ГРМ имеет недостатки:

- угол и крутизна зоны глиссады изменяются с изменением уровня подстилающей поверхности и с изменением отражающих свойств подстилающей поверхности вследствие воздействия метеофакторов,

- на аэродромах в холмистой и предгорной местности вследствие снижения уровня излучения волн под углами ниже угла глиссады снижается дальность действия радиомаяка.

Известен третий ГРМ (Патент №2429499, Российская Федерация С2, МПК G01S 1/16 (2006.01) Глиссадный радиомаяк (варианты). Войтович Н.И., Жданов Б.В., Соколов А.Н., Заявители и патентообладатели: Войтович Н.И., Жданов Б.В. №2009116323/09 заявл. 28.04.2009 г.; опубл. 20.09.2011, Бюл. №26. - 40 с.: ил.), содержащий передатчик узкого канала с выходом "боковые частоты" и выходом "несущая плюс боковые частоты", антенную решетку из четырех излучающих элементов, установленных на вертикальной мачте с высотами подвеса: Н₀ - высота подвеса первого излучающего элемента, Н₀+d высота подвеса второго излучающего элемента, Н₀+2d - высота подвеса третьего излучающего элемента, Н₀+3d высота подвеса четвертого излучающего элемента, где Н₀≤2.5 м, , λ - длина волны, θ_г - заданный угол глиссады. В упомянутом патенте передатчик узкого канала с выходом "боковые частоты" и выходом "несущая плюс боковые частоты" представлен двумя устройствами: устройством формирования сигналов разностного канала и устройством формирования сигналов суммарного канала.

Недостатком известного третьего ГРМ является наличие глубокого интерференционного минимума в области выше глиссады при настройке ГРМ с глубокой вырезкой в диаграмме направленности для сигнала в области ниже угла глиссады, которая требуется для формирования глиссады без искривлений на аэродромах с высокими складками местности в зоне захода самолетов на посадку.

Известен четвертый ГРМ. [СП-90, радиомаяк глиссадный (РМГ). Техническое описание ИЦРВ.461512.020ТО, НИИИТ-РТС, 1996-1999], содержащий передатчик узкого канала с выходом "боковые частоты" узкого канала и выходом "несущая плюс боковые частоты" узкого канала, передатчик широкого канала с выходом "несущая плюс боковые частоты" широкого канала, линейную антенную решетку типа М из трех излучающих элементов, расположенных на вертикальной мачте, распределительное устройство с тремя входами и тремя выходами, устройство апертурного контроля.

Однако четвертый известный ГРМ имеет недостатки:

- угол и крутизна зоны глиссады изменяются с изменением уровня подстилающей поверхности, а также с изменением отражающих свойств подстилающей поверхности вследствие воздействия метеофакторов;

- разность глубин модуляции сигнала широкого канала постоянна во всей зоне действия ГРМ, т.е. тоновый сигнал 150 Гц преобладает над тоновым сигналом 90 Гц как ниже угла глиссады, так и выше угла глиссады. Преобладание тонового сигнала 150 Гц над тоновым сигналом 90 Гц ниже угла глиссады по широкому каналу совпадает с таковым в узком канале. Однако выше угла глиссады указанное преобладание входит в противоречие с соотношением тоновых сигналов в узком канале, что является недостатком известного пятого ГРМ.

Известны другие технические решения, предназначенные для обеспечения работы ГРМ на аэродромах с изменяющимся уровнем снежного покрова, представленные в авторских свидетельствах СССР на изобретения и патенте РФ на изобретение:

А.с. №711845. - 2591230. Приоритет 20.03.78. Зарегистр. 28.09.79;

А.с. №1396781. - 4125531. Приоритет 30.09.86. Зарегистр. 15.01.88;

А.с. №1426260. - 4125479. Приоритет 30.09.86. Зарегистр. 22.05.88;

А.с. №275692. - 3163500. Приоритет 11.02.87. Зарегистр. 01.06.88;

А.с. №287782. - 3195405. Приоритет 31.03.88. 3арегистр. 02.01.89);

А.с. №1623443. - 4619435/24-09, Приоритет 13.12.88. Зарегистр. 22.09.90;

А.с. №1626884. - №4619434/09. Приоритет 13.12.88. Зарегистр. 08.10.90;

А.с. №1690468. - 4619436/09, Приоритет 13.12.88. Зарегистр. 08.07.91;

А.с. №1690469. - 4619436/09. Приоритет 13.12.88. 3арегистр. 08.07.91;

А.с. №1695758. - 4731827/09. Приоритет 22.08.89. Зарегистр. 01.08.91;

А.с. №1715060. - 4673557/09. Приоритет 04.04.89. Зарегистр. 22.10.91;

А.с. №1730923. - 4731828/09, Приоритет 22.08.89. Зарегистр. 03.01.92;

А.с. №1734471. - 4673558/09. Приоритет 04.04.89. Зарегистр. 15.01.92;

А.с. №1752075. - 4756469/22. Приоритет 01.11.89. 3арегистр. 26.11.92;

А.с. №1785350. - 4755385/22, Приоритет 01.11.89. Зарегистр. 01.09.92;

А.с. №1802602. - 4873721/09, Приоритет 11.10.90. Зарегистр. 09.10.92;

А.с. №1822264. - 4870495/09. Приоритет 1.10.90. Зарегистр. 12.10.92;

А.с. №1822265. - 4887243/09, Приоритет 28.11.90. Зарегистр. 12.10.92;

А.с. №1828278. - 4809235/09, Приоритет 02.04.90. Зарегистр. 12.10.92;

Патент РФ №21222216. - 94032782, Приоритет 08.09.94. Зарегистр. 20.11.98.

US patent №5546095, Alfred R. Lopez, Non-imaging glideslope antenna systems, опубл. 13.08 1996, H01Q 3/30, H01Q 21/10.

Патент Alfred R. Lopez. Non-imaging glideslope antenna systems (US patent №5546095, опубл. 13.08 1996, Int. CL⁶ H01Q 3/30, H01Q 21/10).

Их общим недостатком является малый уровень излучаемых сигналов в окрестности нижней границы зоны действия ГРМ.

В качестве прототипа авторами выбран третий известный ГРМ.

Раскрытие изобретения

Технический результат изобретения направлен на повышение стабильности угла глиссады и крутизны зоны глиссадного радиомаяка при изменении высоты подстилающей поверхности вследствие выпадения снега либо роста травы или при изменении отражающих свойств подстилающей поверхности вследствие воздействия на нее метеорологических факторов.

Технический результат достигается тем, что двухчастотный глиссадный радиомаяк, содержащий передатчик узкого канала с выходом "боковые частоты" и выходом "несущая плюс боковые частоты", антенную решетку из четырех излучающих элементов, установленных на вертикальной мачте с высотами подвеса: Н₀ - высота подвеса первого излучающего элемента, Н₀+d высота подвеса второго излучающего элемента, Н₀+2d - высота подвеса третьего излучающего элемента, Н₀+3d высота подвеса четвертого излучающего элемента, где Н₀≤2.5 м, , λ - длина волны, θ_г - заданный угол глиссады, при этом каждый излучающий элемент содержит датчик апертурного контроля излучаемых сигналов (далее, апертурный датчик), дополнительно содержит передатчик широкого канала с выходом "боковые частоты" широкого канала и выходом "несущая плюс боковые частоты" широкого канала, распределительное устройство с четырьмя входами и четырьмя выходами, сумматор с четырьмя входами и с четырьмя выходами и устройство измерения разности глубин модуляции с четырьмя входами, при этом выход "боковые частоты" передатчика узкого канала соединен с первым входом распределительного устройства, выход "боковые частоты" широкого канала передатчика широкого канала соединен со вторым входом распределительного устройства, выход "несущая плюс боковые частоты" узкого канала передатчика узкого канала соединен с третьим входом распределительного устройства, выход "несущая плюс боковые частоты" широкого канала передатчика широкого канала соединен с четвертым входом распределительного устройства, каждый К-ый (К=1, …, 4) выход распределительного устройства соединен с входом К-го излучающего элемента, апертурный датчик К-го излучающего элемента соединен с К-ым входом сумматора, а К-ый выход сумматора соединен с К-ым входом измерителя разности глубин модуляции.

Также технический результат достигается тем, что распределительное устройство с четырьмя входами и четырьмя выходами содержит шесть направленных ответвителей, четыре фиксированных фазовращателя на , четыре согласованные нагрузки, причем, каждый направленный ответвитель состоит из первой линии передачи с первым и третьим плечами и второй линии передачи со вторым и четвертым плечами, связь между которыми определяется коэффициентом связи α_n (n=1, …, 4), для первого и шестого направленного ответвителя , где 0≤а≤0,8; для второго и четвертого направленного ответвителя величина коэффициента связи α₂=α₄=β, 0,2<β<0,7; для третьего и пятого направленного ответвителя величина коэффициента связи равна ; при этом, первый вход распределительного устройства последовательно соединен с первой линией передачи первого направленного ответвителя, первым фазовращателем на, первой линией передачи второго направленного ответвителя, первой линией передачи пятого направленного ответвителя и первой согласованной нагрузкой, вторая линия передачи второго направленного ответвителя вторым плечом соединена со второй согласованной нагрузкой, а четвертым плечом последовательно соединена со вторым фазовращателем и первой антенной; второй вход распределительного устройства последовательно соединен со второй линией передачи первого направленного ответвителя, первой линией передачи четвертого направленного ответвителя, второй линией передачи пятого направленного ответвителя и третьей согласованной нагрузкой, вторая линия передачи четвертого направленного ответвителя вторым плечом соединена с третьей согласованной нагрузкой, а четвертым плечом последовательно соединена с третьим фазовращателем и четвертой антенной; третий вход распределительного устройства последовательно соединен со второй линией передачи шестого направленного ответвителя, четвертым фазовращателем, первой линией передачи пятого направленного ответвителя и второй антенной; четвертый вход распределительного устройства последовательно соединен с первой линией передачи шестого направленного ответвителя, второй линией передачи третьего направленного ответвителя и третьей антенной.

Сумматор с четырьмя входами и с четырьмя выходами содержит четыре направленных ответвителя и четыре фиксированных фазовращателя на ; причем, каждый направленный ответвитель состоит из первой линии передачи с плечами 1 и 3 и второй линии передачи со вторым и четвертыми плечами, для первого и третьего направленных ответвителей коэффициент связи χ_n между первой и второй линиями передач равен χ₁=χ₃=0,707, а для второго и третьего направленных ответвителей коэффициент связи между первой и второй линиями передач равен ; при этом первый вход сумматора последовательно соединен с первым фиксированным фазовращателем, первой линией передачи первого направленного ответвителя, вторым фиксированным фазовращателем, вторым плечом второго направленного ответвителя; второй вход сумматора последовательно соединен с третьим фиксированным фазовращателем, первой линией передачи третьего направленного ответвителя, первым плечом второго направленного ответвителя; третье плечо второго направленного ответвителя соединено с первым выходом сумматора; четвертое плечо второго направленного ответвителя соединено со вторым выходом сумматора; третий вход сумматора последовательно соединен со второй линией передачи первого направленного ответвителя, вторым плечом четвертого направленного ответвителя; четвертый вход сумматора последовательно соединен со второй линией передачи третьего направленного ответвителя, четвертым фиксированным фазовращателем, первым плечом четвертого направленного ответвителя; третье плечо четвертого направленного ответвителя соединено с третьим выходом сумматора; четвертое плечо третьего направленного ответвителя соединено с четвертым выходом сумматора.

Применение антенной решетки с указанным высотами подвеса и указанным амплитудно-фазовым распределением токов сигналов УК в излучающих элементах обеспечивает независимость угла глиссады от высоты снежного покрова.

Противофазная запитка первой тройки ИЭ, состоящей из первой, второй и третьей антенн, по отношению ко второй тройке антенн, состоящей из второй, третьей и четвертой антенн, позволяет выполнить "вырезку" в диаграммах направленности для сигналов узкого канала под малыми углами места и тем самым существенно ослабить влияние складок рельефа местности на величину искривлений глиссады.

Применение антенной решетки с указанным высотами подвеса и указанным амплитудно-фазовым распределением токов сигналов ШК в излучающих элементах обеспечивает формирование зоны глиссады по ШК со сменой знака РГМ при переходе через угол глиссады. В результате, как по узкому, так и по широкому каналу ниже угла глиссады преобладает тон со звуковой частотой 150 Гц, а выше угла глиссады преобладает тон со звуковой частотой 90 Гц.

Включение в состав ГРМ дополнительно передатчика широкого канала с выходом "боковые частоты" широкого канала и выходом "несущая плюс боковые частоты" широкого канала, распределительного устройства с четырьмя входами и четырьмя выходами и их соединение указанным выше образом позволило обеспечить "беспровальную" зону действия ГРМ в вертикальной плоскости.

Включение в состав ГРМ дополнительно сумматора с четырьмя входами и с четырьмя выходами и устройства измерения разности глубин модуляции с четырьмя входами позволило обеспечить простым способом (не прибегая к задержки сигналов в схеме с помощью отрезков линии передачи) формирование контрольных сигналов и измерение параметров ГРМ; "0 РГМ УК", "0 РГМ ШК", "крутизна РГМ УК" и "крутизна РГМ ШК".

Решение этих и других задач поясняется далее текстом и рисунками на фигурах.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема электрическая структурная двухчастотного глиссадного радиомаяка по настоящему изобретению. На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1 - двухчастотный глиссадный радиомаяк;

2 - передатчик узкого канала с выходом "боковые частоты" узкого канала (БЧ УК) и выходом "несущая плюс боковые частоты" узкого канала (НБЧ УК);

3 - передатчик широкого канала с выходом "боковые частоты" широкого канала (БЧ ШК) и выходом "несущая плюс боковые частоты" широкого канала (НБЧ ШК);

4 - распределительное устройство с четырьмя входами: 411, 412, 413 и 414 и четырьмя выходами: 421, 422, 423 и 424;

5 - антенная решетка излучающих элементов 51, 52, 53 и 54;

6 - апертурные датчики 61, 62, 63 и 64;

7 - сумматор с четырьмя входами: 711, 712, 713 и 714 и с четырьмя выходами; 721, 722, 723 и 724;

8 - устройство измерения разности глубин модуляции (измеритель РГМ) с четырьмя входами: 81, 82, 83 и 84.

На фиг. 2 представлено распределительное устройство 4, содержащее:

9 - первый направленный ответвитель (HO1);

10 - второй направленный ответвитель (НO2);

11 - третий направленный ответвитель (НО3);

12 - четвертый направленный ответвитель (НO4);

13 - пятый направленный ответвитель (НO5);

14 - шестой направленный ответвитель (НО6);

15 - первый фиксированный фазовращатель на ;

16 - второй фиксированный фазовращатель на ;

17 - третий фиксированный фазовращатель на ;

18 - четвертый фиксированный фазовращатель на ;

19 - первая согласованная нагрузка;

20 - вторая согласованная нагрузка;

21 - третья согласованная нагрузка;

22 - четвертая согласованная нагрузка.

На фиг. 3 представлен сумматор 7 с четырьмя входами: 711, 712, 713 и 714 и с четырьмя выходами: 721, 722, 723 и 724, содержащий:

23 - первый направленный ответвитель (НO7);

24 - второй направленный ответвитель (НO8);

25 - третий 25 направленный ответвитель (НO9);

26 - четвертый направленный ответвитель (НО10);

27 - первый фиксированный фазовращатель на π/2;

28 - второй фиксированный фазовращатель на π/2;

29 - третий фиксированный фазовращатель на π/2;

30 - четвертый фиксированный фазовращатель на π/2.

На фиг. 4 представлены:

31 - диаграмма направленности F_{БЧ УК}(θ) в вертикальной плоскости с учетом влияния Земли для сигнала "боковые частоты" узкого канала;

32 - диаграмма направленности F_{НБЧ УК}(θ) в вертикальной плоскости с учетом влияния Земли для сигнала "несущая плюс боковые частоты" узкого канала.

На фиг. 5 представлены:

33 - диаграмма направленности F_{БЧ ШК}(θ) в вертикальной плоскости с учетом влияния Земли для сигнала "боковые частоты" широкого канала;

34 - диаграмма направленности F_{НБЧ УК}(θ) в вертикальной плоскости с учетом влияния Земли для сигнала "несущая плюс боковые частоты" широкого канала.

На фиг. 6 приведена зависимость 35 разности глубин модуляции от угла места θ.

Обратимся к фиг. 1, на которой представлена в соответствии с настоящим изобретением схема электрическая структурная двухчастотного глиссадного радиомаяка для обеспечения инструментального захода самолетов на посадку на аэродромы с высоким уровнем снежного покрова и складками местности в зоне захода самолетов на посадку, вызывающими интерференцию радиоволн в области глиссады. Глиссадный радиомаяк 1 содержит передатчик узкого канала 2 с выходом "боковые частоты" узкого канала (БЧ УК) и выходом "несущая плюс боковые частоты" узкого канала (НБЧ УК), передатчик широкого канала 3 с выходом "боковые частоты" широкого канала (БЧ ШК) и выходом "несущая плюс боковые частоты" широкого канала (НБЧ ШК), распределительное устройство 4 с первым 411, вторым 412, третьим 413 и четвертым 414 входами и первым 421, вторым 422, третьим 423 и четвертым 424 выходами, антенную решетку 5 из четырех излучающих элементов 51, 52, 53 и 54 с апертурными датчиками 61, 62, 63 и 64, соответственно, сумматор 7 с первым 711, вторым 712, третьим 713 и четвертым 714 входами и с первым 721, вторым 722, третьим 723 и четвертым 724 выходами и устройство измерения разности глубин модуляции (измеритель РГМ) с первым 81, вторым 82, третьим 83 и четвертым 84 входами. Антенная решетка 5 из четырех излучающих элементов 51, 52, 53, 54 установлена на вертикальной мачте с высотами подвеса: Н₀ - высота подвеса первого излучающего элемента 51, H₀+d - высота подвеса второго излучающего элемента 52, Н₀+2d - высота подвеса третьего излучающего элемента 53, H₀+3d высота подвеса четвертого излучающего элемента 54, где Н₀≤2.5 м для ГРМ метрового диапазона волн, , λ - длина волны, θ_гл - заданный угол глиссады.

Передатчик узкого канала 2 с выходом "боковые частоты" узкого канала (БЧ УК) и выходом "несущая плюс боковые частоты" узкого канала (НБЧ УК), передатчик широкого канала 3 с выходом "боковые частоты" широкого канала (БЧ ШК) и выходом "несущая плюс боковые частоты" широкого канала (НБЧ ШК) выполнены так, как они выполнены, например, в серийных радиомаяках метрового диапазона волн СП-90, выпускаемых АО "Челябинский радиозавод "Полет" и эксплуатируемых на аэродромах гражданской авиации и аэродромах совместного базирования гражданской и государственной авиации.

Распределительное устройство 4 (фиг. 2) с первым 411, вторым 412, третьим 413 и четвертым 414 входами и первым 421, вторым 422, третьим 423 и четвертым 424 выходами и сумматор (фиг. 3), как будет показано ниже, могут быть выполнены на основе направленных ответвителей в полосковом исполнении и рассчитаны по формулам из известных справочников.

В качестве излучающих элементов 51-54 антенной решетки в ГРМ метрового могут быть применены антенны в виде горизонтальной линейной решетки дипольных излучателей с общим рефлектором либо резонаторные антенны с частично прозрачной поверхностью. В ГРМ дециметрового диапазона могут быть применены антенны типа Уда-Яги, рупорные антенны, входящие в состав стационарного радиомаяка ПРМГ-6, либо антенны с более узкими диаграммами направленности в вертикальной плоскости, например, резонаторные антенны с частично прозрачной поверхностью.

В качестве зондов 6 могут быть использованы короткие по сравнению с длиной волны электрические диполи либо магнитные диполи (рамки).

В качестве измерителя РГМ 8 может быть использован любой серийный измеритель РГМ, например, анализатор сигналов посадки и навигации АСПН-1, выпускаемый научно-производственным объединением "Радиотехнические системы", г. Челябинск.

Указанные устройства ГРМ соединены между собой следующим образом (Фиг. 1). Выход БЧ УК передатчика 2 узкого канала соединен с первым входом 411 распределительного устройства, выход БЧ ШК передатчика 3 широкого канала соединен со вторым входом 412 распределительного устройства, выход НБЧ УК передатчика 2 узкого канала соединен с третьим 413 входом распределительного устройства, выход НБЧ ШК передатчика 3 широкого канала соединен с четвертым входом 414 распределительного устройства, каждый 42К-ый (здесь и далее К=1, …, 4) выход распределительного устройства соединен с входом 5К-го излучающего элемента, каждый 6К-ый апертурный датчик соединен с 71К-ым входом сумматора, а 72К-ый выход сумматора соединен с 8К-ым входом измерителя РГМ.

Глиссадный радиомаяк работает следующим образом. Сигналы передатчика узкого канала 2 с выхода "боковые частоты" узкого канала (БЧ УК) и выхода "несущая плюс боковые частоты" узкого канала (НБЧ УК) и передатчика широкого канала 3 с выхода "боковые частоты" широкого канала (БЧ ШК) и выхода "несущая плюс боковые частоты" широкого канала (НБЧ ШК) распределяются устройством 4 между четырьмя излучающими элементами 51-54, которыми излучаются в окружающее пространство. Сигналы с апертурных датчиков 61-64, установленных в излучающих элементах 51-54, соответственно, направляются на входы сумматора 7, формирующего сигналы для контроля параметров ГРМ, несущих информацию о положении задаваемого угла глиссады и крутизне зоны глиссады. Измеритель РГМ обеспечивает обработку сформированных сигналов и индикацию параметров: "0 РГМ УК", "0 РГМ ШК", "крутизна РГМ УК" и "крутизна РГМ ШК".

Представленная блок-схема ГРМ (фиг. 1) обеспечивает формирование на выходах излучающих элементов амплитудно-фазовое распределение для сигналов узкого и широкого каналов в соответствии с нижеприведенной таблицей 1.

При b₁=b₂, b₂=b₄, , (коэффициент а далее называется коэффициентом вырезки в диаграмме направленности УК); d₁=d₃=с₂, d₂=d₄=с₃ излучение сигналов УК можно представить как результат излучения двух троек излучающих элементов (ИЭ). В первую тройку следует включить 51-ый ИЭ и 53-ий ИЭ, излучающие синфазные с равной амплитудой сигналы БЧ УК, и расположенный в середине между ними 52-ой ИЭ, излучающий синфазный с ними, равный по амплитуде сигнал НБЧ УК. Во вторую тройку ИЭ следует включить 52-ой ИЭ и 54-ый ИЭ, излучающие синфазные с амплитудой а сигналы БЧ УК, и расположенный в середине между ними 53-ой ИЭ, излучающий синфазный с ними и с амплитудой a сигнал НБЧ УК. При этом сигналы первой и второй троек сдвинуты относительно друг друга по фазе на величину ψ₂-ψ₁.

Как показано в патенте RU 2429499 по заявке 200911623/09 от 28.04.2009 г. "Глиссадный радиомаяк (варианты)" при указанном амплитудно-фазовом распределении токов в тройках ИЭ зона глиссады остается неизменной, несмотря на изменение высот подвеса излучателей относительно подстилающей поверхности вследствие выпадения снега или таяния снега либо изменения отражающих свойств подстилающей поверхности.

Здесь коэффициент а - параметр, регулирующий "вырезку" в суммарной диаграмме направленности. Коэффициент а может принимать значение от "0" (нет вырезки) до значения 0,7-0,8 (при 0<а<0,8 в случае идеально плоской подстилающей поверхности в области малых углов места не может появиться "ложная" глиссада).

В случае противофазности сигналов второй тройки по отношению к сигналам первой тройки можно регулировать (уменьшать, с ростом величины а) уровень сигнала УК в области малых углов места и таким образом существенно снижать уровень облучения складок рельефа местности, ответственных за искривления глиссады при применении известных стандартных маяков с нулевой решеткой.

Диаграммы направленности в вертикальной плоскости при а=0,577: F_{БЧ УК}(θ) для сигналов БЧ УК (31), F_{НБЧ УК} (θ) для сигналов НБЧ УК (32) приведены на фиг. 4. Диаграммы направленности вычислены при следующих исходных данных, указанных в таблице 2.

Из рассмотрения графиков на фиг. 4 видно, что наряду с существенным ослаблением поля под малыми углами места, важным для исключения искривлений глиссады, в зоне действия ГРМ появляется интерференционный ноль в диаграмме направленности F_{НБЧ УК} (θ) под углом θ₁≈4,5°, что явилось бы недостатком при одночастотной работе ГРМ.

Этот недостаток устраняется включением в состав ГРМ дополнительно передатчика широкого канала, элементов СВЧ тракта в составе распределительного устройства и излучения ГРМ сигналов широкого канала излучающими элементами 51-54.

Как видно из таблицы 2, излучение сигналов ШК можно также представить как результат излучения двух троек излучающих элементов (ИЭ). В первую тройку следует включить 51-ый ИЭ и 53-ий ИЭ, излучающие синфазные с равной амплитудой сигналы БЧ ШК и расположенный в середине между ними 52-ой ИЭ, излучающий синфазный с ними и равный по амплитуде сигнал НБЧ ШК. Во вторую тройку ИЭ следует включить 52-ой ИЭ и 54-ый ИЭ, излучающие синфазные с равной амплитудой сигналы БЧ ШК и расположенный в середине между ними 53-ий ИЭ, излучающий синфазный с ними и равной амплитудой сигнал НБЧ ШК. Следовательно, при изменении высоты снежного покрова на подстилающей поверхности или изменении ее отражающих свойств положение нулевого значения в диаграммах направленности под углом глиссады будет сохраняться.

Диаграммы направленности в вертикальной плоскости показаны на фиг. 5: F_{БЧ ШК} (θ) для сигналов БЧ УК (33), F_{НБЧ ШК} (θ) для сигналов НБЧ УК (34).

Как видно из рассмотрения графиков ДН (фиг. 5) для сигналов широкого канала, наблюдается большой уровень в ДН как под малыми углами места, так и в окрестности направления 4,5°. Причем под углами места ниже угла глиссады сигналы БЧ ШК и НБЧ ШК синфазны между собой, а выше угла глиссады противофазны между собой. Это позволяет формировать сигналы так, что ниже угла глиссады преобладает модуляция высокочастотного сигнала сигналом тональной частоты 150 Гц, а выше ее преобладает модуляция высокочастотного сигнала сигналом тональной частоты 90 Гц. Таким образом, зависимость РГМ от угла места по широкому каналу по характеру преобладания тональных частот друг над другом идентична зависимости РГМ от угла места по узкому каналу. Это существенное отличие работы широкого канала по настоящему изобретению от работы широкого канала аналогов, в которых РГМ не зависит от угла места. Величина РГМ в широком канале аналогов является постоянной для любого угла места. Во всей зоне действия тоновый сигнал 150 Гц преобладает над тоновым сигналом 90 Гц.

На фиг. 6 представлена расчетная суммарная зависимость РГМ от угла места, формируемая в пространстве при одновременном излучении сигналов узкого и широкого каналов по настоящему изобретению. Вычисления упомянутой зависимости выполнены по точным формулам вычисления РГМ, приведенным в статье Зотова А.В., Войтовича Н.И., Жданова Б.В. "Моделирование работы двухчастотной инструментальной системы посадки самолетов" в Вестнике Южно-Уральского государственного университета, серия Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника, 2013, том 13, №4. - Стр. 55-69.

Как видно из рассмотрения графика на фиг. 6, при одновременном излучении сигналов узкого и широкого каналов в пространстве формируется монотонная зависимость РГМ от угла места, типичная для работы маяков-аналогов.

Распределительное устройство 4 (фиг. 2) с первым 411, вторым 412, третьим 413 и четвертым 414 входами и с первым 421, вторым 422, третьим 423 и четвертым 424 выходами (далее, распределительное устройство) содержит первый 9 (HO1), второй 10 (НO2), третий 11 (НО3), четвертый 12 (НO4), пятый 13 (НO5), и шестой 14 (НO6), направленные ответвители (НО), первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 фиксированные фазовращатели на π/2, первую 19, вторую 20, третью 21 и четвертую 22 согласованные нагрузки.

Каждый из упомянутых НО состоит из первой линии передачи с первым и третьим плечами и второй линии передачи со вторым и четвертым плечами связь между которыми определяется коэффициентом связи α_n где n - номер НО, n=1, …, 6. Для первого 9 НО и шестого 14 НО , для второго 10 НО и четвертого 12 НО величина коэффициента связи α₂=α₄=β, 0,2<β<0,7, для третьего 11 и пятого 13 НО величина коэффициента связи равна .

Указанные устройства распределительного устройства соединены между собой следующим образом. Первый вход 411 распределительного устройства последовательно соединен с первым плечом 91 первой линии передачи первого 9 НО (HO1), первым фазовращателем 15, первым плечом 101 первой линии передачи второго 10 НО (НO2), первым 111 плечом первой линии передачи третьего 11 НО (НО3) и первой согласованной нагрузкой 19; вторая линия передачи второго 10 НО (НO2) плечом 102 соединена со второй 20 согласованной нагрузкой, а плечом 104 последовательно соединена со вторым 16 фазовращателем, первым выходом 421 распределительного устройства, который соединен с первым 51 излучающим элементом.

Второй вход 412 распределительного устройства последовательно соединен со вторым плечом 92 второй линии передачи первого 9 НО (HO1), первым плечом 121 первой линии передачи четвертого 12 НО (НO4), вторым плечом 132 второй линии передачи пятого 13 НО (НO5) и третьей согласованной нагрузкой 21; вторая линия передачи четвертого 12 НО (НO4) вторым плечом 122 соединена с четвертой согласованной нагрузкой 22, а плечом 124 последовательно соединена с третьим фазовращателем 17, четвертым выходом 424 распределительного устройства, который соединен с четвертым излучающим элементом 54.

Третий 413 вход распределительного устройства последовательно соединен со вторым плечом 142 второй линии передачи шестого 14 НО (НО6), четвертым 18 фазовращателем, первым плечом 131 первой линии передачи пятого 13 НО (НO5), вторым выходом 422 распределительного устройства, который соединен со вторым излучающим элементом 52.

Четвертый 414 вход распределительного устройства последовательно соединен с первым плечом 141 первой линии передачи шестого 14 НО (НО6), вторым плечом 112 второй линии передачи третьего 11 НО (НО3), третьим выходом 423 распределительного устройства, который соединен с третьим излучающим элементом 53.

Распределительное устройство работает следующим образом. При подаче сигнала в первое плечо n1 n-го НО первая линия передачи является основной линией передачи, а вторая линия (с плечами n2 и n4) - связанной линией передачи. Будем полагать, что амплитуда сигнала в первом плече n1 равна 1, а фаза равна нулю, тогда амплитуда сигнала в плече n4 будет равна α_n а фаза равна 0; амплитуда сигнала в плече n3 будет равна а фаза равна минус 90°; сигнал в плечо n2 при этом не ответвляется.

Сигнал БЧ УК со входа 411 на вход излучающего элемента 51 проходит по первой линии 91-93 первого 9 НО, изменяясь на величину далее задерживается на 90° фазовращателем 15, изменяется в а₂раз при ответвлении в НO2, задерживается на 90° фазовращателем 16. В результате (если пренебречь задержками сигнала и потерями сигнала в соединительных кабелях) комплексная амплитуда сигнала БЧ УК на выходе 421 распределительного устройства (на входе ИЭ 51) равна .

Аналогично вычисляются комплексные амплитуды сигнала БЧ УК на остальных излучающих элементах антенной решетки 5, а также комплексные амплитуды сигналов НБЧ УК, БЧ ШК и НБЧ ШК на всех излучающих элементах 51-54. Значения комплексных амплитуд сигналов представлены в упомянутой выше таблице 2.

Сумматор 7 (фиг. 3) с первым 711, вторым 712, третьим 713 и четвертым 714 входами и с первым 721, вторым 722, третьим 723 и четвертым 724 выходами (далее сумматор) содержит первый 23 НО (НO7), второй 24 НО (НO8), третий 25 НО (НO9), четвертый НО 26 (НO10) и первый 27, второй 28, третий 29 и четвертый 30 фиксированные фазовращатели на . Каждый из упомянутых НО состоит из первой линии передачи с плечами С1 и С3 и второй линии передачи с плечами С2 и С4, где С - номер НО с коэффициентом связи α_n (n=7, 8, 9, 10), где n - номер в обозначении НО на фиг. 6: НО n. Для первого 23 (НO7) и третьего 25 НО (НO9) коэффициент связи между первой и второй линиями передач равен α₇=α₉=0,707, а для второго (НO8) 24 и четвертого (НО10) 26 НО коэффициент связи между первой и второй линиями передач равен .

Указанные устройства сумматора 7 соединены между собой следующим образом.

Первый вход 711 сумматора последовательно соединен с первым 27 фиксированным фазовращателем на , первым плечом 231 первой линии передачи первого 23 НО (НO7), вторым фиксированным 28 фазовращателем на , вторым плечом 242 второго 24 НО (НO8).

Второй вход 712 сумматора последовательно соединен с третьим 29 фиксированным фазовращателем на , первым плечом 251 первой линии передачи третьего 25 НО (НO9), первым плечом 241 второго 24 НО (НO8).

Третье плечо 243 второго 24 НО соединено с первым выходом 721 сумматора, четвертое плечо 244 второго 24 НО соединено со вторым 722 выходом сумматора.

Третий вход 713 сумматора последовательно соединен со вторым плечом 232 второй линии передачи первого 23 НО, вторым плечом 262 четвертого 26 НО.

Четвертый вход 714 сумматора последовательно соединен со вторым плечом 252 второй линии передачи третьего 25 НО, четвертым 30 фиксированным фазовращателем, первым плечом 261 четвертого 26 НО.

Третье плечо 263 четвертого 26 НО соединено с третьим 723 выходом сумматора, четвертое плечо 264 четвертого 26 НО соединено с четвертым 724 выходом сумматора.

Сумматор работает следующим образом.

Сигналы БЧ УК, НБЧ УК, БЧ ШК, НБЧ ШК с апертурных датчиков 61-64 поступают на входы 711-714, соответственно. Сформированные сумматором сигналы о положении глиссады в пространстве и крутизне зоны поступают на выходы 721-724.

Сигнал о положении линии глиссады формируют аналогично тому, как в пространстве сигнал формируется на линии глиссады, т.е. со значением РГМ=0 по узкому каналу и РГМ=0 по широкому каналу. Эти сигналы называют "0 РГМ УК" и "0 РГМ ШК", соответственно. Сигналы, содержащие информацию о крутизне зоны глиссады, формируют в сумматоре таким образом, что информацию о крутизне глиссады по УК получают на выходе, на котором РГМ по широкому каналу равна 0, информацию о крутизне глиссады по ШК получают на выходе, на котором РГМ по узкому по каналу равна. Эти сигналы обозначают как "крутизна РГМ УК" и "крутизна РГМ ШК", соответственно. Таким образом, на выходах сумматора формируют сигналы "0 РГМ УК", "0 РГМ ШК", "крутизна РГМ УК" и "крутизна РГМ ШК".

Рассмотрим, например, сигнал БЧ УК на выходе 721. Сигнал БЧ УК на выходе 721 (1) является суммой четырех сигналов (2), поступающих с датчиков 61-64, установленных соответственно на четырех излучающих элементах 51-54:

где - комплексные амплитуды сигналов от соответствующих датчиков. Они определяются величинами АФР, представленными в таблице 1.

Коэффициенты передачи S_71n-721 (n=1, …, 4) определяются из рассмотрения пути волны от n-го датчика до выхода 721 на схеме, представленной на фиг. 3 (3-6):

В результате получим (7),

На данном выходе формируют сигнал контроля "0 РГМ УК", т.е. должно быть .

В пространстве на линии глиссады сумма напряжений сигналов БЧ УК от 51-го и 53-го излучающих элементов, входящих в упомянутую выше первую тройку ИЭ, равна нулю и сумма напряжений сигналов БЧ УК от 52-го и 54-го излучающих элементов, входящих в упомянутую выше вторую тройку ИЭ, также равна нулю. Следовательно, сумматор должен быть построен так, чтобы были выполнены равенства (9-10):

Из которых следует (11-12):

Таким образом, при α₇=α₉=-3dБ, напряжение на выходе 721 сумматора равно нулю.

В то же время на выходе сумматора не равно нулю. Следовательно, РГМ УК на выходе равно нулю. Можно показать, что напряжение сигнала НБЧ ШК на выходе 721 равно нулю. Поскольку в окрестности глиссады сигнал НБЧ ШК пренебрежимо мал, то это означает, что по показаниям измерителя РГМ на выходе 721 сумматора определяют изменения в положении глиссады по УК и, стало быть, о положении глиссады, формируемой в результате излучения сигналов УК и ШК в целом. При отклонении комплексной амплитуды тока сигнала БЧ УК в одном из излучающих элементов указанные выше равенства не выполняются, в результате суммарное напряжение сигнала БЧ УК оказывается не равным нулю. Следовательно, по показаниям сигнала БЧ УК на первом выходе сумматора контролируют положение глиссады в пространстве.

Можно аналогично показать, что дополнительно выполнением НO8 и НО10 с коэффициентом связи

обеспечивается контроль положения угла глиссады, задаваемого широким каналом, крутизны зоны глиссады по узкому каналу, крутизны зоны по широкому каналу.

Примеры практической реализации

Был выполнен расчет и было выполнено электродинамическое моделирование распределительного устройства 4, сумматора 7 и излучающего элемента с апертурным датчиком, разработана рабочая конструкторская документация и изготовлены образцы упомянутых устройств.

Электродинамическая задача сформулирована в строгой дифракционной постановке. Пространственно-временная нестационарная система уравнений Максвелла с заданными начальными и граничными условиями решается численно во временной области методом конечных интегралов (Finite Integration Technique, FIT).

Распределительное устройство

Расчет распределительного устройства выполнен при следующих исходных данных: а=0,578; β=0,501.

Тогда (-6 дБ)

α₂=α₆=β=-6 дБ

(-4,76 дБ)

Результаты расчета требуемой амплитуды коэффициента передачи сигнала с указанного входа на заданный выход по приведенным соотношениям, результаты расчета упомянутого коэффициента по трехмерной модели конструкции распределительного устройства на основе уравнений Максвелла и экспериментальные результаты на образце распределительного устройства на рабочей частоте приведены в таблице 3.

Сумматор

Сумматор выполнен из четырех НО и четырех фиксированных на 90 фазовращателей. Коэффициент связи НO7 и НO9 равен минус 3 дБ. Коэффициент связи НO8 и НО10 равен минус 6 дБ:

α₇=α₉=0,708 α₈=α₁₀=0,501

Следовательно, ослабление волны при прохождении по первой линии НO7 или НO9 составляет величину , а при прохождении волны по первой линии НO8 и НO10 волна ослабевает в раз.

На пути от первого входа 711 до первого выхода 721 сумматора сигнал БЧ УК задерживаеся фазовращателем 27 на 90°, ослабляется в 0,708 раз при прохождении по первой линии НO7, задерживаясь при этом на 90°, ответвляется в Н08 с коэффициентом 0,501. Таким образом, амплитуда коэффициента передачи с первого входа 711 на первый выход 721 равна 0,355. Аналогично вычисленные коэффициенты передачи (w=1, …, 4; n=1, …,4) представлены в таблице 4. В таблице 4 для сравнения приведены коэффициенты передачи , полученные в результате моделирования характеристик образца сумматора и результаты измерений коэффициентов передачи на образце сумматора.

В таблицах 5-20 приведены результаты вычисления напряжений сигналов БЧ УК, НБЧ УК, БЧ ШК, НБЧ ШК на каждом из выходов 721 сумматора с учетом амплитудно-фазового распределения входных сигналов и коэффициентов передачи сумматора.

Выход 721 ("O РГМ УК")

Выход 722 ("О РГМ ШК")

Выход 723 ("Крутизна УК")

Выход 724 ("Крутизна ШК")

Как видно из таблиц 5 и 6, на выходе 721 напряжение БЧ УК равно 0, напряжение НБЧ УК не равно нулю. Это обстоятельство позволяет по сигналу с амплитудой и по сигналу с амплитудой на выходе 721 контролировать положение 0 глиссады по УК.

По сигналам на выходе 722 представляется возможность выполнить контроль за положением угла глиссады по широкому каналу, а по сигналам на выходах 723 и 724 контролировать крутизну зоны по УК и ШК, соответственно.

Излучающий элемент с датчиком для антенной решетки ГРМ

Были изготовлены 4 образца излучающего элемента антенной решетки ГРМ. Излучающий элемент АР ГРМ представляет собой резонаторную антенну с частично прозрачной поверхностью, выполненную в соответствии с патентом РФ (Войтович Н.И., Бухарин В.А., Ершов А.В., Репин Н.Н. Плоская резонаторная антенна (варианты) // Патент РФ на изобретение №2357337, Россия, МПК H01Q 13/10. - 2007137544/09; заявлено 09.10.2007, опубл. 27.05.2009. Бюл. №15. Приоритет 09.10.2007 (Россия)).

Датчик апертурного контроля выполнен в виде короткого несимметричного диполя, введенного во внутреннюю область антенны. Эксперименты на образцах показали, что коэффициент связи датчика с антенной составляет величину минус 24 дБ.

Применение изобретения

Глиссадный радиомаяк в соответствии с настоящим изобретением может использоваться:

- на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова;

- на аэродромах высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности в зоне подхода самолетов на посадку: на аэродромах в балочно-овражистой местности, в холмистой и предгорной местности; на аэродромах, на которых концевая полоса безопасности круто обрывается к морю; на аэродромах, на которых взлетно-посадочная полоса и площадка для ГРМ расположены на искусственной насыпи;

- на аэродромах, расположенных в лесной местности;

- на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова, со сложным рельефом местности и лесными массивами в зоне захода самолетов на посадку.

На всех перечисленных аэродромах с применением ГРМ по настоящему изобретению исключается необходимость в уборке снега или в укатывании снега на территории перед маяком (в так называемой зоне А ГРМ, размеры которой определяются размерами первой зоны Френеля на земной поверхности и составляющей десятки тысяч квадратных метров).

Применение ГРМ по настоящему изобретению исключает необходимость в летных настройках ГРМ при переходе от осени к зиме и от зимы к лету.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах инструментального обеспечения захода самолетов на посадку. Достигаемый технический результат – повышение стабильности угла глиссады и крутизны зоны глиссадного радиомаяка при изменении высоты подстилающей поверхности вследствие выпадения снега либо роста травы или при изменении отражающих свойств подстилающей поверхности вследствие воздействия метеорологических факторов при обеспечении требований к величине искривлений глиссады и заданной зоны действия ГРМ. Указанный результат достигается за счет того, что двухчастотный глиссадный радиомаяк (ГРМ) содержит передатчик узкого канала с выходом "боковые частоты" и выходом "несущая плюс боковые частоты", передатчик широкого канала с выходом "боковые частоты" широкого канала и выходом "несущая плюс боковые частоты" широкого канала, распределительное устройство с четырьмя входами и четырьмя выходами, антенную решетку из четырех излучающих элементов, установленных на вертикальной мачте с высотами подвеса: Н₀ - высота подвеса первого излучающего элемента, H₀+d высота подвеса второго излучающего элемента, H₀+2d - высота подвеса третьего излучающего элемента, Н₀+3d высота подвеса четвертого излучающего элемента, где H₀≤2.5 м, , λ - длина волны, θ_г - заданный угол глиссады, при этом каждый излучающий элемент содержит датчик апертурного контроля излучаемых сигналов (далее апертурный датчик), кроме того, содержит сумматор с четырьмя входами и с четырьмя выходами и устройство измерения разности глубин модуляции с четырьмя входами. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 20 табл.

1. Двухчастотный глиссадный радиомаяк, содержащий передатчик узкого канала с выходом "боковые частоты" и выходом "несущая плюс боковые частоты", антенную решетку из четырех излучающих элементов, установленных на вертикальной мачте с высотами подвеса: Н₀ - высота подвеса первого излучающего элемента, Н₀+d высота подвеса второго излучающего элемента, Н₀+2d - высота подвеса третьего излучающего элемента, Н₀+3d высота подвеса четвертого излучающего элемента, где H₀≤2.5 м, , λ - длина волны, θ_г - заданный угол глиссады, при этом каждый излучающий элемент содержит датчик апертурного контроля излучаемых сигналов (далее апертурный датчик), отличающийся тем, что дополнительно содержит передатчик широкого канала с выходом "боковые частоты" широкого канала и выходом "несущая плюс боковые частоты" широкого канала, распределительное устройство с четырьмя входами и четырьмя выходами, сумматор с четырьмя входами и с четырьмя выходами и измеритель разности глубин модуляции с четырьмя входами, при этом выход "боковые частоты" передатчика узкого канала соединен с первым входом распределительного устройства, выход "боковые частоты" широкого канала передатчика широкого канала соединен со вторым входом распределительного устройства, выход "несущая плюс боковые частоты" узкого канала передатчика узкого канала соединен с третьим входом распределительного устройства, выход "несущая плюс боковые частоты" широкого канала передатчика широкого канала соединен с четвертым входом распределительного устройства, каждый К-й (К=1, …, 4) выход распределительного устройства соединен со входом К-го излучающего элемента, каждый апертурный датчик К-го излучающего элемента соединен с К-м входом сумматора, а К-й выход сумматора соединен с К-м входом измерителя разности глубин модуляции.

2. Двухчастотный глиссадный радиомаяк по п. 1, отличающийся тем, что распределительное устройство содержит шесть направленных ответвителей, четыре фиксированных фазовращателя на , четыре согласованные нагрузки, причем каждый направленный ответвитель состоит из первой линии передачи с первым и третьим плечами и второй линии передачи со вторым и четвертым плечами, связь между первой и второй линиями определяется коэффициентом связи α_n (n=1, …,,4), для первого и третьего направленного ответвителя , где а - коэффициент, равный отношению амплитуд сигнала "несущая плюс боковые частоты" в третьей и второй антеннах, ; для второго и четвертого направленного ответвителя величина коэффициента связи α₂=α₄=β, ; для пятого и шестого направленного ответвителя величина коэффициента связи равна ; при этом первый вход распределительного устройства последовательно соединен с первым плечом первой линии передачи первого направленного ответвителя, первым фазовращателем на , первым плечом первой линии передачи второго направленного ответвителя, первым плечом первой линией передачи третьего направленного ответвителя и первой согласованной нагрузкой, вторая линия передачи второго направленного ответвителя третьим плечом соединена со второй согласованной нагрузкой, а четвертым плечом последовательно соединена со вторым фазовращателем на и первым излучающим элементом; второй вход распределительного устройства последовательно соединен со вторым плечом второй линии передачи первого направленного ответвителя, первым плечом первой линии передачи четвертого направленного ответвителя, вторым плечом второй линии передачи пятого направленного ответвителя и третьей согласованной нагрузкой, вторая линия передачи четвертого направленного ответвителя вторым плечом соединена с четвертой согласованной нагрузкой, а четвертым плечом последовательно соединена с третьим фазовращателем на , четвертым выходом и четвертым излучающим элементом; третий вход распределительного устройства последовательно соединен со вторым плечом второй линии передачи шестого направленного ответвителя, четвертым фазовращателем на , первым плечом первой линии передачи пятого направленного ответвителя и вторым излучающим элементом; четвертый вход распределительного устройства последовательно соединен с первым плечом первой линии передачи шестого направленного ответвителя, вторым плечом второй линии передачи третьего направленного ответвителя и третьим излучающим элементом.

3. Двухчастотный глиссадный радиомаяк по п. 1, отличающийся тем, что сумматор с четырьмя входами и с четырьмя выходами по п. 1 (далее сумматор) содержит четыре направленных ответвителя, четыре фиксированных фазовращателя на , причем каждый направленный ответвитель состоит из первой линии передачи с первым и третьим плечами и второй линии передачи со вторым и четвертым плечами, для первого и четвертого направленных ответвителей коэффициент связи χ_n между первой и второй линиями передач равен χ₁=χ₄=0,707, а для второго и третьего направленных ответвителей коэффициент связи между первой и

второй линиями передач равен , при этом первый вход сумматора последовательно соединен с первым фиксированным фазовращателем на , первым плечом первой линии передачи первого направленного ответвителя, вторым фиксированным фазовращателем на , вторым плечом второго направленного ответвителя; второй вход сумматора последовательно соединен с третьим фиксированным фазовращателем на , первым плечом первой линии передачи третьего направленного ответвителя, первым плечом второго направленного ответвителя; третье плечо второго направленного ответвителя соединено с первым выходом сумматора; четвертое плечо второго направленного ответвителя соединено со вторым выходом сумматора; третий вход сумматора последовательно соединен со вторым плечом второй линии передачи первого направленного ответвителя, вторым плечом четвертого направленного ответвителя; четвертый вход сумматора последовательно соединен со вторым плечом второй линии передачи третьего направленного ответвителя, четвертым фиксированным фазовращателем на , первым плечом четвертого направленного ответвителя; третье плечо третьего направленного ответвителя соединено с третьим выходом сумматора; четвертое плечо четвертого направленного ответвителя соединено с четвертым выходом сумматора.