Посадочная радиомаячная группа дециметрового диапазона длин волн Российский патент 2023 года по МПК G01S1/02 B64D45/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к радионавигационным средствам автоматизированных систем управления полетами и посадкой воздушных судов дециметрового диапазона длин волн и может использоваться в качестве радиотехнической системы инструментального захода воздушных судов на посадку, путем выдачи на борт информации об отклонениях воздушных судов от установленных траекторий курса и глиссады, а также дальности воздушных судов до точки приземления на взлетно-посадочную полосу.

Посадочная радиомаячная группа (ПРМГ) использует радиомаячные средства (курсовой и глиссадный радиомаяки) для формирования и излучения высокочастотных радионавигационных сигналов и ретранслятор дальномера для приема и обработки запросного сигнала дальности от воздушных судов с последующим формированием и излучением ответного сигнала дальности для обеспечения посадки воздушных судов по I - II категории метеоминимума.

Уровень техники

Известны посадочные радиомаячные группы дециметрового диапазона ПРМГ-4 и ПРМГ-10, разработанные с использованием зеркальных антенн, которые работают в условиях наличия мешающих переотражений излучаемых радиосигналов от земной поверхности.

Указанные посадочные радиомаячные группы позволяют формировать радионавигационные сигналы в диапазоне радиочастот 772,0 - 966,9 МГц (фиг.1) и обеспечивают посадку воздушных судов не выше 1-й категории (высота принятия решения не менее 60 м при горизонтальной дальности видимости не менее 800 м).

Известны посадочные радиомаячные группы дециметрового диапазона ПРМГ-76 и ПРМГ-76У, разработанные с использованием антенных решеток, которые также работают в условиях наличия мешающих переотражений излучаемых радиосигналов от земной поверхности. Указанные посадочные радиомаячные группы позволяют формировать сигналы в диапазоне радиочастот 772,0-966,9 МГц и обеспечивают посадку воздушных судов по 1-й категории и, в особых случаях, при тщательно выровненных и подготовленных площадках земной поверхности в местах установки посадочных радиомаячных групп на аэродроме, по II-й категории (высота принятия решения не менее 30 м при горизонтальной дальности видимости не менее 350 м).

Известна посадочная радиомаячная группа дециметрового диапазона ПРМГ-76УМ, выпускаемая АО «Челябинский завод «Полет» и используемая на аэродромах государственной авиации РФ для управления полетами и обеспечения посадки воздушных судов в простых и сложных метеоусловиях.

Общим недостатком указанных посадочных радиомаячных групп является работа только в диапазоне радиочастот 772,0-966,9 МГц, в котором практически все частотные каналы находятся в диапазоне волн, выделенном в настоящий момент для работы цифрового телевидения и средств мобильной связи.

Одновременная работа указанных средств в выделенном диапазоне частот приводит к мешающему воздействию непреднамеренных активных помех со стороны ТВ сигналов и сигналов мобильной связи на качество работы отечественной радиосистемы ближней навигации посадочной радиомаячной группы РСБН-ПРМГ (фиг.1).

Программа «Мероприятия конверсии РЧС по субъектам РФ. Территориально-временной план конверсии радиочастотного спектра в интересах развития перспективных радиотехнологий в Российской Федерации, часть II» предусматривает перевод средств радиотехнической системы ближней навигации (РСБН) в более высокочастотную часть дециметрового диапазона (960,0-1000,5 МГц).

В качестве прототипа выбрана последняя известная посадочная радиомаячная группа ПРМГ-76УМ.

Раскрытие сущности изобретения

Цель изобретения - одновременное навигационное обслуживание летательных аппаратов, оснащенных бортовым оборудованием радиотехнической системы ближней навигации разных поколений, работающих в диапазонах частот 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц (к предыдущим поколениям относятся РСБН-2С, РСБН-85, А-312, А-380; к современным поколениям относятся РБСН-НП, разрабатываемое оборудование РСБН-ОВК-2000 и т.д.).

Данная цель достигается техническим решением, в котором осуществлено внедрение второго канала формирования и передачи навигационной информации в международном диапазоне (960,0-1000,5 МГц).

Одновременная работа посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн (ПРМГ-ОМД) в диапазонах радиочастот 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц обеспечивается:

1) Введением второго передатчика для международного диапазона;

2) Введением в фидерный тракт курсового радиомаяка частотно-разделительного устройства для суммирования сигналов двух диапазонов;

3) Введением двухдиапазонной антенны.

Данная задача могла бы быть решена установкой на позиции второго комплекта аппаратуры посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн, предназначенного для работы в диапазоне частот 960,0-1000,5 МГц (метод решения задачи способом агрегатирования). Однако данный способ имеет существенные недостатки:

- Сложность размещения на позиции двух комплектов антенн (особенно размещение антенн курса и выносных контрольных устройств на продолжении оси взлетно-посадочной полосы);

- Усложнение настройки комплекса инструментальной посадки в части совмещения зон действия систем отечественного (772,0-966,9 МГц) и международного (960,0-1000,5 МГц) канала;

- Неоправданное увеличение массо-габаритных и стоимостных характеристик;

- Увлечение эксплуатационных расходов;

Согласно изобретению, посадочная радиомаячная группа дециметрового диапазона длин волн для обеспечения инструментального захода на посадку состоит из курсового радиомаяка, глиссадного радиомаяка, аппаратуры дистанционного управления, ретранслятора дальномера, размещенного совместно с глиссадным радиомаяком, отличающаяся тем, что дополнительно содержит передатчик курсового радиомаяка диапазона частот 960,0-1000,5 МГц, блок формирования и регулировки сигналов диапазона частот 960,0-1000,5 МГц с первым и вторым выходами, блок формирования и регулировки сигналов диапазона частот 772,0-966,9 МГц с первым и вторым выходами, частотно-разделительное устройство суммарного канала с первым и вторым входами, частотно-разделительное устройство разностного канала с первым и вторым входами, двухдиапазонную антенну курса с первым и вторым входами, причем вход передатчика курсового радиомаяка диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц соединен со вторым выходом второго центрального устройства контроля и управления; первый выход второго центрального устройства контроля и управления соединен с входом передатчика курсового радиомаяка диапазона частот 772,0-966,9МГц, выход которого соединен с входом блока формирования и регулировки сигналов диапазона частот 772,0-966,9 МГц, выход передатчика курсового радиомаяка диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц соединен с входом блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц, второй выход которого соединен со вторым входом частотно-разделительного устройства разностного канала, выход которого соединен со вторым входом антенны курса; первый выход блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 772,0-966,9 МГц соединен с первым входом частотно-разделительного устройства суммарного канала, второй выход блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 772,0-966,9 МГц соединен с первым входом частотно-разделительного устройства разностного канала; первый выход блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц соединен со вторым входом частотно-разделительного устройства суммарного канала, выход которого соединен с первым входом антенны курса.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении возможности одновременного навигационного обслуживания летательных аппаратов, оснащенных бортовым оборудованием радиотехнической системы ближней навигации разных поколений, работающих в диапазонах радиочастот 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана загрузка радиочастотного спектра в диапазоне 700-1000 МГц;

На фиг.2 представлена функциональная схема посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн согласно изобретению;

На фиг.3 показаны графики разностной F_Δ и суммарной F_Σ диаграмм направленности;

На фиг.4 показана результирующая диаграмма направленности;

На фиг.5 показана зависимость коэффициента разнослышимости от угла в диапазонах радиочастот 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц

Осуществление изобретения

Функциональная схема предлагаемой посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн (на одно направление посадки) представлена на фиг.2. Предлагаемая посадочная радиомаячная группа дециметрового диапазона длин волн состоит из курсового радиомаяка, глиссадного радиомаяка, аппаратуры дистанционного управления, ретранслятора дальномера, размещенного совместно с глиссадным радиомаяком.

Аппаратура дистанционного управления имеет один вход (1) и два выхода (2) и (3). Вход (1) соединен с автоматизированной системой управления (АСУ) полетами по каналу Ethernet. Первый выход (2) аппаратуры дистанционного управления соединен с аппаратурой глиссадного радиомаяка через вход (4) центрального устройства контроля и управления. Второй выход (6) центрального устройства контроля и управления соединен с входом (12) устройства контроля и управления. Первый выход (5) центрального устройства контроля и управления-1 соединен с входом (7) передатчика глиссадного радиомаяка, выход (8) которого соединен с входом (9) блока формирования и регулировки сигналов глиссады, выход (10) которого соединен с входом (11) антенны глиссады. Выход (13) устройства контроля и управления соединен с первым входом (14) устройства обработки, второй вход (15) которого соединен с выходом (18) приемника ретранслятора дальномера диапазона радиоволн 772,0-966,9 МГц, вход (19) которого соединен с выходом (27) антенны ретранслятора дальномера. Третий вход (16) устройства обработки соединен с выходом (20) передатчика ретранслятора дальномера, вход которого соединен с первым входом (25) циркулятора. Выход (17) устройства обработки соединен с входом (22) приемника ретранслятора дальномера диапазона радиоволн 960,0-1000,5 МГц, выход (23) которого соединен с вторым входом (24) циркулятора, выход (26) которого соединен с входом (27) антенны ретранслятора дальномера.

Второй выход (3) аппаратуры дистанционного управления соединен с курсовым радиомаяком через вход (28) центрального устройства контроля и управления-2, первый выход (29) которого соединен с входом (31) передатчика курсового радиомаяка диапазона радиоволн 772,0-966,9 МГц, выход (32) которого соединен с входом (33) блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиоволн 772,0-966,9 МГц, первый выход (34) которого соединен с первым входом (36) частотно-разделительного устройства суммарного канала, выход (38) которого соединен с первым входом (39) антенны курса. Второй выход (30) центрального устройства контроля и управления-2 соединен с входом(40) передатчика курсового радиомаяка диапазона длин волн 960,0-1000,5 МГц, выход (41) которого соединен с входом (42) блока формирования и регулировки сигналов диапазона длин волн 960,0-1000,5 МГц, второй выход (44) которого соединен со вторым входом (46) частотно-разделительного устройства разностного канала, выход (47) которого соединен со вторым входом (48) антенны курса. Второй выход (35) блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиоволн 772,0-966,9 МГц соединен с первым входом (45) частотно-разделительного устройства разностного канала. Первый выход (43) блока формирования и регулировки сигналов диапазона длин волн 960,0-1000,5 МГц соединен со вторым входом (37) частотно-разделительного устройства суммарного канала.

Работа предлагаемой посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн состоит в следующем. Антенны курсового радиомаяка и глиссадного радиомаяка, каждая в своей плоскости, излучают в пространстве попеременно две диаграммы излучения. Одна диаграмма создается высокочастотным сигналом, промодулированным сигналом частоты 2100 Гц (f₂), Другая диаграмма создается промодулированным сигналом частоты 1300 Гц (f₁). Причем курсовой радиомаяк излучает диаграмму направленности в двух диапазонах (772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц) одновременно. Результирующая диаграмма направленности для диапазонов длин волн 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц формируется сложением суммарной и разностной диаграммы направленности. Разностная диаграмма направленности вычисляется по формуле (1).

где:

- количество излучателей антенной решетки,

- амплитуда излучения,

- несущая частота 772,0-966,9 МГц/960,0-1000,5 МГц,

- нулевая фаза излучения.

Суммарная диаграмма направленности вычисляется по формуле (2).

Сложение в пространстве двух диаграмм направленности с модуляцией 2100 Гц вычисляется по формуле (3)

где:

- сдвиг фазы

- дополнительный набег фазы

Сложение в пространстве двух диаграмм направленности с модуляцией 1300 Гц вычисляется по формуле (4)

где:

показаны на фиг.3

В результате, в пространстве попеременно с частотой 12,5 Гц формируются две диаграммы направленности, симметричные относительно некоторого равносигнального направления (РСН), задающего линии курса или глиссады. Причем по одну сторону от линии курса/глиссады преобладает напряженность поля одной модуляции, а по другую сторону - другой. Контроль положения воздушных судов относительно равносигнального направления обеспечивается бортовым оборудованием, взаимодействующим с электромагнитным полем, сформированным диаграммами излучения курсового радиомаяка и глиссадного радиомаяка в вертикальной и горизонтальной плоскости. Сравнение амплитуд полей на борту воздушного судна обеспечивает указание линии курса/глиссады, стороны и величины отклонения от нее в зоне действия радиомаяка и характеризуется величиной коэффициента разнослышимости (КРС), определяемого по формуле (5).

где

- амплитуда ВЧ сигнала с частотой модуляции 2100 Гц

- амплитуда ВЧ сигнала с частотой модуляции 1300 Гц

Результирующая диаграмма направленности представлена на фиг.4.

Зависимость коэффициента разнослышимости КРС от угла в диапазонах длин волн 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц представлено на фиг.5.

Дальность воздушных судов до точки приземления определяется путем приема и обработки посылки запроса дальности (ЗД) от бортовой аппаратуры воздушных судов, формирования и ретрансляции посылки ответа дальности (ОД) на борт воздушных судов блоком ретранслятора дальномера, входящим в состав посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн.

Канал определения дальности используется также для обмена информацией «борт-земля-борт». Начало обмена инициируется запросом от ретранслятора дальномера. Для снижения уровня помех, создаваемых каналом обмена, информационный обмен по каналу «борт-земля-борт» осуществляется во временном интервале 5 мс между пачками 1300 и 2100 Гц, излучаемых глиссадным радиомаяком.

На функциональной схеме (фиг.2) представлен один комплект оборудования на одно направление посадки. Для обеспечения посадки с двух направлений на аэродроме устанавливается два таких комплекта.

Описание работы фидерного тракта курсового радиомаяка

Фидерный тракт курсового радиомаяка состоит из двух каналов формирования, регулировки и объединения сигналов отечественного (772,0-966,9 МГц) и международного (960,0-1000,5 МГц) диапазонов волн, каждый из которых состоит из основного и резервного комплекта аппаратуры.

Выходные сигналы блоков формирования и регулировки сигналов диапазонов длин волн 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц через переключатели тракт-нагрузка поступают на частотно-разделительное устройство диапазонов длин волн 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц суммарного канала. Аналогично формируются сигналы разностного канала. Сигналы с выходов обоих частотно-разделительных устройств поступают на входы передающей антенны. Благодаря усовершенствованной конструкции антенны реализуется возможность формирования требуемых диаграмм излучения в заданном частотном диапазоне и обеспечивается одновременная работа посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн в диапазонах длин волн 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц.

Промышленная применимость

Разработан и изготовлен опытный образец посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн, успешно проведены предварительные испытания. Образец проходит государственные испытания.

Эффективность предлагаемой посадочной радиомаячной группы дециметрового диапазона длин волн подтверждена положительными результатами предварительных испытаний опытного образца, показавшими успешное одновременное навигационное обслуживание летательных аппаратов на посадочной прямой в диапазонах длин волн 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц.

На фиг.2 приняты следующие сокращения:

АДУ КДП - аппаратура дистанционного управления с первым (2) и вторым (3) выходами;

ЦУКУ-1 - первое центральное устройство контроля и управления с первым (5) и вторым (6) выходами;

ЦУКУ-2 - второе центральное устройство контроля и управления с первым (29) и вторым (30) выходами;

УКУ - устройство контроля и управления;

ПРД-Г - передатчик ГРМ;

БФГ - блок формирования и регулировки сигналов глиссады;

А-Г - антенна глиссады;

УО - устройство обработки с первым (14), вторым (15) и третьим (17) входами;

ПРМ-РД ОД - приемник ретранслятора дальномера отечественного диапазона (772,0-966,9 МГц);

ПРМ-РД МД - приемник ретранслятора дальномера международного диапазона (960,0-1000,5 МГц);

ПРД-РД - передатчик ретранслятора дальномера;

Ц - циркулятор с первым (25) и вторым (24) входами;

А-РД - антенна ретранслятора дальномера;

ПРД-К ОД - передатчик курсового радиомаяка (КРМ) отечественного диапазона;

ПРД-К МД - передатчик курсового радиомаяка (КРМ) международного диапазона;

БФКО - блок формирования и регулировки сигналов отечественного диапазона с первым (34) и вторым (35) выходами;

БФКМ - блок формирования и регулировки сигналов международного диапазона с первым (43) и вторым (44) выходами;

ЧРУ-1 - частотно-разделительное устройство суммарного канала с первым (36) и вторым (37) входами;

ЧРУ-2 - частотно-разделительное устройство разностного канала с первым (45) и вторым (46) входами;

А-К - антенна курса с первым (39) и вторым (48) входами. Список литературы:

[1] - Г.А. Пахолков, В.В. Кашинов и др. "Угломерные радиотехнические системы посадки". - М.: Транспорт.- 1982

[2] - Посадочные радиомаячные группы [Электронный ресурс]: Посадочные радиомаячные группы ПРМГ-5, ПРМГ-76У -http://тц-атлет.рф/посадочные-радиомаячные-группы/, режим доступа: свободный.

[3] - Патент РФ №261971 С1, МПК G01S 1/16. Глиссадный радиомаяк для захода на посадку по крутой траектории (варианты) [Текст]/ Войтович Н.И., Жданов Б.В.; №2016115278; заявл. 19.04.16; опубл. 11.05.17, Бюл. №14.

Изобретение относится к радионавигационным средствам автоматизированных систем управления полетами и посадкой воздушных судов дециметрового диапазона длин волн и может использоваться в качестве радиотехнической системы инструментального захода воздушных судов на посадку путем выдачи на борт информации об отклонениях воздушных судов от установленных траекторий курса и глиссады, а также дальности воздушных судов до точки приземления на взлетно-посадочную полосу. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности одновременного навигационного обслуживания летательных аппаратов, оснащенных бортовым оборудованием радиотехнической системы ближней навигации разных поколений, работающих в диапазонах радиочастот 772,0-966,9 МГц и 960,0-1000,5 МГц. Посадочная радиомаячная группа дециметрового диапазона длин волн для обеспечения инструментального захода на посадку воздушных судов дополнительно содержит передатчик курсового радиомаяка диапазона частот 960,0-1000,5 МГц, блок формирования и регулировки сигналов диапазона частот 960,0-1000,5 МГц, частотно-разделительное устройство суммарного канала, частотно-разделительное устройство разностного канала, двухдиапазонную антенну курса. 5 ил.

Посадочная радиомаячная группа дециметрового диапазона длин волн для обеспечения инструментального захода на посадку воздушных судов, состоящая из курсового радиомаяка, глиссадного радиомаяка, аппаратуры дистанционного управления, ретранслятора дальномера, размещенного совместно с глиссадным радиомаяком, отличающаяся тем, что дополнительно содержит передатчик курсового радиомаяка диапазона радиочастот 772,0-966,9 МГц, передатчик курсового радиомаяка диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц, блок формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц с первым и вторым выходами, блок формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 772,0-966,9 МГц с первым и вторым выходами, частотно-разделительное устройство суммарного канала с первым и вторым входами, частотно-разделительное устройство разностного канала с первым и вторым входами, двухдиапазонную антенну курса с первым и вторым входами, причем вход передатчика курсового радиомаяка диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц соединен со вторым выходом второго центрального устройства контроля и управления; первый выход второго центрального устройства контроля и управления соединен с входом передатчика курсового радиомаяка диапазона радиочастот 772,0-966,9МГц, выход передатчика курсового радиомаяка диапазона радиочастот 772,0-966,9 МГц соединен с входом блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 772,0-966,9 МГц, выход передатчика курсового радиомаяка диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц соединен с входом блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц, второй выход которого соединен со вторым входом частотно-разделительного устройства разностного канала, выход которого соединен со вторым входом антенны курса; первый выход блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 772,0-966,9 МГц соединен с первым входом частотно-разделительного устройства суммарного канала, второй выход блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 772,0-966,9 МГц соединен с первым входом частотно-разделительного устройства разностного канала; первый выход блока формирования и регулировки сигналов диапазона радиочастот 960,0-1000,5 МГц соединен со вторым входом частотно-разделительного устройства суммарного канала, выход которого соединен с первым входом антенны курса.