Видео в конце...
Всем привет! На этот раз рассмотрим еще одну разновидность радионавигационных сигналов, совместно с рассмотренными ранее сигналами маркерных радиомаяков они составляют курсоглиссадную систему. По правде говоря, в эту систему входит еще и световая индикация, но мы тут не будем выходить за рамки радиоинженерной деятельности.
Как "прочертить" линию в небе?
Итак, рассматриваем сигналы инструментальной системы посадки. В прошлый раз мы выяснили, что маркерные радиомаяки не обеспечивают точный выход в торец взлетно-посадочной полосы. Сигнал маркера это скорее повод для проверки показаний необходимого перечня навигационно-пилотажных приборов. В условиях недостаточной видимости пилот нуждается в ярко прочерченной линии, следуя которой, можно привести самолет в начало полосы на необходимой высоте. Такая линия существует, ее не рассмотреть глазами, но ее чувствуют приборы.
Для понимания сути инструментальной посадки мы уже разобрали все необходимые технологии чуть ранее. Первое, что не мешало бы повторить это амплитудная модуляция сигналов. Вторая используемая технология это антенные решетки.
Если кратко, то набор простейших антенных элементов может формировать самые различные диаграммы направленности. Способов формирования диаграммы несколько и в зависимости от частот сигналов это могут быть манипуляции с фазой или с коэффициентами усиления на отдельных антенных элементах.
На основе этих двух технологий в воздушном пространстве прокладывается рекомендуемая траектория движения воздушного судна, называемая глиссадой. Линия эта расположена вдоль центральной оси полосы от ее торца вверх под углом примерно 3 градуса (рекомендовано Международной организацией гражданской авиации).
Глиссадная часть
Рассмотрим принцип работы глиссадной части радионавигационной системы. В вертикальной плоскости наземными передающими антеннами решетки излучается довольно узконаправленное излучение, причем состоящее из двух лучей.
Один луч ниже глиссады, один выше. Глиссада показана черным цветом. Излучение представляет собой гармоническое колебание на частотах от 108 до 112 МГц. Это колебание модулируется по амплитуде низкочастотной гармоникой. Верхний луч гармоникой с частотой 90 Гц, нижний 150 Гц. Глубина модуляции в обоих лучах одинакова. В случае смещения воздушного судна выше или ниже глиссады интенсивность какого-то из лучей уменьшится, это значит, что какая-то из боковых составляющих также уменьшится.
Курсовая часть
Наравне с глиссадной частью системы инструментальной посадки еще существует курсовая часть. Как ни странно, принцип действия нисколько не отличается от рассмотренного ранее. В горизонтальной плоскости также формируются два луча, каждый из них амплитудно модулирован своей низкочастотной гармоникой. В случае отклонения от курса какая-то из боковых полос уменьшит свою интенсивность.
Если быть точным, то несущие частоты ультракоротких волн в горизонтальном и вертикальном канале отличаются. На полетных картах указывается только одна из них, вторую приемник рассчитывает самостоятельно и пилотам даже необязательно знать о такой особенности. Сохраняя идеальный баланс между боковыми составляющими как в вертикальном, так и в горизонтальном каналах пилот точно знает, что находится на нужном курсе и глиссаде.
Проектируем приемник
Структура сигнала не очень сложная, значит набросать эскиз приемника не составит большого труда. Способов обработки сигнала может быть много, покажем лишь один особо напрашивающийся. Первым делом необходимо информационно ценные боковые частоты в спектре сигнала переместить в диапазон частот, удобный для выделения этих самых боковых частот. Математически показывается это очень просто.
Умножение высокочастотного сигнала на высокочастотную гармонику на близкой частоте дает две составляющие. Одна полезная на разности частот, другая побочная на сумме частот. Побочные составляющие на удвоенной частоте подавляются в фильтрах.
Фильтры выделяют каждый свою боковую спектральную составляющую. Одновременно в них подавляются составляющие на удвоенной частоте. С подробностями строения фильтров разберемся в будущих выпусках. Теперь наиболее ответственный этап. Отфильтрованные гармонические сигналы долны своей мощностью управлять положением индикатора на приборной панели.
Самый простой выход это выпрямить гармонический сигнала либо отсекая отрицательную его часть, либо отражая ее в положительной полуплоскости. Говоря математическим языком, лучше всего будет вычислить модуль гармонической функции.
Более мощная боковая частота условно дает больший "ток". Далее дело техники. В цифровом виде проще будет найти разность этих "токов", в аналоговом виде подойдет простая конструкция, моделирующая два движения "жидкости". Там где интенсивность больше, там и будет больше переливаться в соседнюю половину. Такой "перелив" зафиксирует амперметр, который направлением стрелки и ее отклонением покажет все состояние дел.
Индикатор системы инструментальной посадки
Внешний вид рамочного индикатора представлен на рисунке. Он может отличаться от представленного и даже может быть изображен на дисплее, но сути дела это не меняет.
Это два "амперметра" в вертикальном и горизонтальном каналах. Слева стрелки отклонены от центра, что показывает положение ниже глиссады и правее курса. Справа идеальное расположение стрелок, показывающее строгое следование глиссадной линии и нахождение на курсе.
Эпилог
Самое интересное в этой технологии это возможность посадки летательного аппарата в автоматическом режиме без участия пилота. По своей сути мощности боковых составляющих являются хорошими сигналами ошибок для систем управления с обратной связью. Автоматический заход на посадку при помощи курсоглиссадной системы экономит силы и внимание пилотов на один из самых ответственных участков полета.
Более подробный процесс проектирование системы цифровой обработки таких сигналов еще впереди, так что подписывайтесь чтобы ничего не пропустить и поддержите канал лайком. До новых встреч!