(Статья может редактироваться со временем по мере появления новой информации)
ГЛАВА 5
5.1. РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ПОСАДКА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Самолеты сажают на взлётно-посадочные полосы (ВПП) аэродромов и авианосцев, ракеты на астероиды, планеты солнечной системы и их спутники, квадракоптеры и дроны на поверхность Земли и т. п, осуществляя безаварийную посадку с помощью, в том числе, радиолокационной навигационной аппаратуры
5.1.1. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ПОСАДКИ САМОЛЕТОВ
Реактивная авиация и ее широкое применение поставили вопрос об аэродромном обеспечении безаварийной посадки самолетов, необходимости организации службы регулирования подхода самолетов к аэродрому и очередность их посадки, создания для ВВС и Гражданского воздушного флота комплекса аэродромных радиолокационных, радионавигационных, радиосвязных и электросветотехнических средств, управляемых с одного командно-диспетчерского пункта аэродрома (КДПА).
Первой стационарной системой слепой посадки самолетов был комплекс под названием «Материк», разработанный в СССР в 1947–1950 гг. Система включала средства аэродромного и самолетного обнаружения. В основное аэродромное оборудование входили: обзорный радиолокатор, диспетчерский радиолокатор, автоматический радиопеленгатор, посадочная аппаратура, аппаратура командно-диспетчерского пункта и радиостанции связи.
Обзорный радиолокатор обеспечивал непрерывное визуальное наблюдение в пределах своего радиуса действия за самолетами, находившимися в зонах ожидания.
Диспетчерский радиолокатор являлся основным средством оперативного управления посадками самолетов, находившихся в воздухе и движущихся к аэродрому.
Посадочная основная аппаратура включала: ретранслятор, курсовой фазовый радиомаяк и глиссадный радиомаяк. Ретранслятор обеспечивал самолетам, шедшим на посадку, измерение расстояний до аэродрома посадки, измерение расстояний до точки приземления на взлётно-посадочную полосу (ВПП) при нахождении самолета на курсе посадки и полет по орбитам. Курсовой фазовый радиомаяк создавал зоны курса по направлению посадки самолетов и давал возможность летчику пилотировать самолет по средней линии ВПП. Глиссадный радиомаяк создавал равносигнальную зону, которая образовывала глиссаду планирования самолета при полете по курсу посадки. В состав основного самолетного оборудования входили: курсовой и глиссадный радиоприемники и самолетный радиодальномер.
Курсовой радиоприемник принимал сигналы курсового фазового радиомаяка, которые обеспечивали при посадке указание экипажам самолетов средней линии ВПП и стороны отклонения от нее.
Глиссадный радиоприемник принимал сигналы глиссадного радиомаяка и обеспечивал указание линии планирования самолета.
Рис.5.1. Радиолокационная система посадки РСП - 8
Самолетный радиодальномер определял дальности до аэродрома посадки, оборудованного ретранслятором, и расстояния до точки приземления при полете по посадочному курсу. Он же обеспечивал вождение самолета по круговым орбитам вокруг аэродрома.
Спустя два десятилетия после разработки комплекса «Материк» аэродромы ВВС уже были оснащены более современными передвижными радиолокационными системами посадки РСП - 6, РСП - 7 и РСП – 8, габаритные и, косвенно, стоимостные характеристики которых можно оценить по рис.5.1.
При заходе самолета на посадку, когда его посадочная скорость незначительна, примерно за 350 м до начала ВПП аэродрома, при нахождении самолёта в районе так называемой точки высоты принятия решения (ВПР), необходимо знать, в том числе, величины и знаки отклонения самолета по курсу и высоте от глиссады, для того чтобы принять решение, по крайней мере, о возможной посадке самолета или об её запрете и отправлении самолёта на повторный заход на посадку.
Посадить самолет на аэродром или авианосец можно, по крайней мере, двумя способами. Одним, если принудить самолет при его заходе на посадку перемещаться параллельно земле, на небольшом удалении от неё, всё время корректируя перемещение самолета только по курсу в плоскости горизонта, для вывода самолёта на продольную ось ВПП. И в момент достижения самолетом начала ВПП выдать команду на приземление (соприкосновение с ВПП). Однако, так как заходу самолета на посадку предшествует его полет на значительном удалении от места посадки, в том числе вокруг аэродрома по круговым орбитам (по <<коробочке>>), где могут находиться высотные сооружения, то данный способ посадки самолетов является небезопасным. Другое дело, если самолет садится на палубную ВПП авианосца, предварительно все время находясь над поверхностью воды, параллельной плоскости горизонта. И другим наиболее известным способом, когда посадку самолета осуществляют по глиссаде – линии проведенной из предполагаемого места соприкосновения самолета с ВПП под углом (порядка 50) к линии горизонта. При данном способе посадки самолетов также корректируют перемещение самолета, но уже по курсу и высоте, в плоскости горизонта и плоскости перпендикулярной плоскости горизонта, для вывода самолета на глиссаду. И в момент достижения самолетом начала глиссады выдают команду на приземление самолёта.
Очевидно, что при обоих способах посадки самолета необходимо, помимо знания величин и знаков его отклонения от глиссады в точке ВПР, также знать и отклонения самолета от других, наиболее удалённых от места посадки, точек глиссады, для того, чтобы скорректировать данные отклонения надлежащим образом.
5.1.2. ПОСАДКА САМОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ АНАЛОГОВО-
ЦИФРОВЫХ ЧАСТОТНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ
На рис.5.2 приведена возможная примерная блок – схема радиолокационной станции посадки (РСП) летательных аппаратов (самолётов) по глиссаде, например, на ВПП аэродромов и авианосцев, содержащая:
- антенную систему <Октанта>, рассмотренную в моей ст.№10 и используемую для формирования на выходах её приёмных антенн: <А> и <В>, расположенных (рис.5.5) в вертикальной плоскости относительно плоскости горизонта (антенна <А> ближе к Земле) и антенн <Е> и <Л>, расположенных в плоскости горизонта, НЛЧМ сигналов, отраженных от самолета при его заходе на глиссаду (выходы <Октанты>: YАС; YВС; YЕС и YЛС);
- два СВЧ смесителя ССМАВ и ССМЕЛ преобразующие сигналы, принятые приемными антеннами в разностные сигналы, выделяемые, соответственно, полосовыми фильтрами ПФАВ и ПФЕЛ и несущие информацию об, соответственно, отклонениях самолета от глиссады по высоте и по курсу;
- один (при последовательном принципе определения заданных дальностей до цели при нетрадиционном методе радиодальнометрии (радиолокации), рассмотренном в моей ст.№7) или несколько (при параллельном принципе определения заданных дальностей до цели) из формирователей меток времени (ФМВ), рассмотренных в моей ст.№7, формирующих метки времени при пролёте самолётом того, или иного, района глиссады (той, или иной, заданной <<чувственной зоны >> <<Октанты>>) и обнаруживающих его на той, или иной заданной дальности от излучателя НЛЧМ сигнала (приемопередающей антенны <О> антенной системы <Октанта>);
- два электронных ключа (коммутатора): ЭКАВ и ЭКЕЛ пропускающих, при подаче на их входы управления строб - импульса с выхода(ов) ФМВ, в момент пролёта самолетом <чувственной зоны> (рис.5.5) и его обнаружения ФМВ, разностные сигналы с выходов ПФАВ и ПФЕЛ на, соответственно, частотные детекторы ЧДАВ и ЧДЕЛ с дискриминационными характеристиками, определяющими как знаки, так и величины отклонения самолёта от заданных точек глиссады по курсу и высоте;
- два аналогово-цифровых преобразователя АЦПАВ и АЦПЕЛ, преобразующих уровни напряжений с выходов, соответственно, ЧДАВ и ЧДЕЛ в цифровые коды, которым соответствует записанная в программируемых постоянно запоминающих устройствах ППЗУАВ и ППЗУЕЛ информация об отклонениях самолета от той, или иной, заданной точки глиссады, соответственно, по высоте или по курсу.
На рис.5.3 приведена блок – схема альтернативного варианта РСП для определения отклонений самолёта от глиссады, которая отличается тем, что в ней использован в каждом канале определения отклонений аналоговый умножитель частоты (АУЧ), например, повышающий частоту сигнала в 23=8раз посредством последовательного смешивания в смесителях: СМ1, СМ2 и СМ3 с объединёнными входами, рис.5.4, сигнала с частотой, например, FАВ и выделения сигналов с суммарными частотами фильтрами суммарных частот (ФСС). А также схема отличается тем, что в ней разностные сигналы, сформированные на выходах ПФАВ и ПФЕЛ, преобразуются преобразователями ПРАВ и ПРЕЛ в меандры (последовательность положительных импульсов длительностью в пол периода частоты гармонических сигналов поступающих на входы преобразователей). Которые (меандры) далее, задержанные линиями задержек ЛЗАВ и ЛЗЕЛ логически перемножаются на элементах ИАВ и ИЕЛ с незадержанными меандрами и преобразуются в короткие информационные импульсы, в длительностях которых заложена информация об отклонениях самолета от тех, или иных, заданных точек глиссады и которая выявляется селекторами импульсов по длительности СЕЛАВ и СЕЛЕЛ типа, рассмотренного в моей ст. №7 (раздел 1.2.1.1.1.1).
Рассмотрим более подробно работу РСП, содержащую два идентичных по структуре канала определения величин отклонений самолёта от точки глиссады Н, рис.5.5, по высоте (канал с ППЗУАВ) и по курсу (канал с ППЗУЕЛ), на примере работы канала с ППЗУАВ.
Но сначала отметим, что на рис. 5.5 изображен один из возможных вариантов расположения антенной системы <Октанты>, в частности, на аэродроме. Рис.5.5, на котором изображено то, что необходимо для понимания процесса посадки самолёта:
- ВПП аэродрома с её центральной продольной линией и точкой М – места начала приземления самолета;
- точка Н - точка высоты принятия решения (ВПР), отстоящая от точки М - места начала глиссады, примерно, на расстоянии МН=350мм и от Земли на, например, ННо=31м; <чувственная зона> с радиусом ОС=ОС1=ОС2=30м, при, например, габаритах <Октанты>: ОА=ОВ=ОЕ=ОЛ=2м и приемной антенной <А> установленной на Земле и на центральной
Рис.5.5.
линии ВПП, а также отстоящей от точки Но, пусть, на АНо=6м;
- точки С1 и С2 – точки возможного пересечения самолетом <чувственной зоны>
Сигналы биений, сформированные на выходах приемных антенн <А> и <В> антенной системы <Октанта>, смешивают в СВЧ смесителе ССМАВ и выделяют полосовым фильтром ПФАВ с полосой пропускания определяемой возможными дальностями до самолета от излучателя НЛЧМ сигнала и параметрами последнего, разностный сигнал, который, через открытый высоким потенциалом (строб-импульсом) с выхода ФМВ ЭКАВ, подают на ЧДАВ, имеющим дискриминационную характеристику, при которой напряжение на выходе ЧДАВ: (+UАВ)=f(FАС<FВС) и (-UАВ)=f(FАС>FВС) является функцией дальностями до самолета и параметров НЛЧМ сигнала, что позволяет определить знак отклонения самолёта от выбранной точки Н глиссады, рис.5.5. И после того, как аналоговое напряжение сформированное ЧДАВ будет оцифровано аналогово-цифровым преобразователем (АЦПАВ), двоичным кодом с выхода последнего из ППЗУАВ будет списана записанная в ней информация о величине отклонения самолета по высоте от точки Н глиссады, с учётом знака отклонения. Аналогично работает и канал с ППЗУЕЛ по определению отклонений самолёта по курсу от заданной точки глиссады.
Рассмотрим, используя рис.5.5, на примере работу РСП с селекторами в каналах.
Пусть самолет осуществляет посадку и пересекает <чувственную зону> ниже глиссады в точке С1, например, при АНо=НоС11=6м и при расстояниях:
АС1=√(АС11)2+[АО+√(ОС)2-(АС11)2]2=31,84м;
ВС1=√[АО+√(ОС)2-(АС11)2-АВ]2+(АС11)2=28,2м,
а также при выбранных параметрах НЛЧМ сигнала, например, как и для реализации КАЗ от гиперзвукового оружия, рассмотренного в моей ст.№14: f=100ГГц, Fм=625КГц, fд=160МГц, g=1014Гц2,
то на выходе ССМАВ и ПФАВ будет сформирован разностный сигнал с частотой
FАВ1=2(АС1-ВС1)g/с=2.43МГц
Если же самолет будет пересекать <чувственную зону> выше глиссады в, например, точке С2, при расстояниях:
АС2=ОС+АО=32м и ВС2= ОС-ВО=28м
то на выходе ПФАВ будет сформирован разностный сигнал с частотой
FАВ2=2(АС2-ВС2)g/с=2.67МГц
При использовании же приемо-передающего модуля сантиметрового диапазона волн типа, приведённого в моей ст.№6 (раздел 1.1.1.2) и при параметрах НЛЧМ сигнала, например: f=10ГГц, Fм=625КГц, fд=16МГц, g=1013Гц2, частоты разностных сигналов будут равны: F1АВ1=0,243 МГц и F1АВ2=0.267МГц
Тогда, если использовать для определения величин отклонений самолёта от глиссады селектор импульсов (СЕЛАВ и СЕЛЕЛ) по длительности, рассмотренный в моей ст.№7 (раздел 1.2.1.1.1.1}, реализованный на базе отечественных цифровых микросхем 133 серии, имеющих время tзр=10нс естественной задержки распространения сигнала по микросхеме, необходимо будет повысить частоты сигналов (рис.5.3) F1АВ1 и F1АВ2, например, в23=8раз (рис.5.4), до величин 8F1АВ1=1,944 МГц и 8F1АВ2=2,136МГц и преобразовать их ПРАВ в меандры из положительных импульсов длительностью Т1АВ1=1/16F1АВ1=322нс и Т1АВ2=1/16F1АВ2=292нс. При этом, после подачи на элемент ИАВ:
- импульса разрешения с выхода ФМВ, через время tз после обнаружения самолёта;
- импульсов меандра, задержанных ЛЗАВ на время, например, tлз=282нс;
- и просто импульсов меандра,
на входе СЕЛ будут формироваться импульсы длительностью 322нс-282нс=40нс, при заходе самолета на посадку ниже глиссады и импульсы длительностью 292нс-282нс=10нс, при заходе самолета на посадку выше глиссады. То есть при отклонении самолета по высоте от точки С1, находящейся на удалении С1С11 =√(АС1)2-(АС11)2=29,5м от Земли, до точки С2, находящейся на удалении АС2=32м от Земли, на величину 32м-29,5м=2,5м, на следующих выходах СЕЛАВ будут формироваться информационные импульсы:
- на первом выходе, при поступлении на вход СЕЛ импульсов длительностью от 10нс до 20нс;
- на втором выходе, при поступлении на вход СЕЛ импульсов длительностью от 20нс до 30нс;
- на третьем выходе, при поступлении на вход СЕЛ импульсов длительностью от 30нс до 40нс.
То есть перепад высоты в 2,5м СЕЛ будет <отслеживать> трижды, через 2,5м/3=0,8м, что является, очевидно, приемлемым при осуществлении слепой посадки самолёта.
Аналогично определяют и отклонения самолёта по курсу от глиссады используя канал с секционированным селектором импульсов по длительности - СЕЛЕЛ.
Следует отметить, что как отмечалось в моей ст.№3, предложенный мной 40 лет назад принцип селекции импульсов по длительности, является и посей день, как видно, актуальным, что, очевидно, позволяет предположить, что и описанный принцип посадки самолетов (летательных аппаратов) может быть перспективным.
Очевидно, что при установке таких частотных РСП на Земле по всей линии протяженности глиссады можно организовать радиолокационную систему посадки самолётов. При этом количество таких РСП, при использовании последовательного, или параллельного нетрадиционных методов частотной радиолокации, может быть необязательно равным большому количеству точек глиссады, можно, очевидно, обойтись и несколькими десятками, чтобы обеспечить надежную посадку самолета на ВПП аэродрома или авианосца.
5.1.3. ЭЛЕКТРОННЫЙ ЦЕЛЬ - УКАЗАТЕЛЬ
Аналоговый электронный цель указатель, блок-схема которого приведена на рис.5.6, предназначен для выполнения функции визира, т. е. всё время должен показывать направление на цель и, будучи установленным на объекте, заставлять объект оптимально поворачиваться в сторону цели.
Цель – указатель, приведённый на рис.5.6, работает следующим образом
С помощью схемы содержащей:
- формирователь разностных сигналов (ФРЧ) типа, рассмотренного в моей ст.№10 (разделе 1.2.5.3) и с заменёнными в нём частотомерами (ЧАСТ) на полосовые фильтры: ПФА, ПФВ, ПФЕ, ПФЛ, ПФМ и ПФД;
- формирователь метки времени (ФМВ) формирующий, через время tз=f/g после обнаружения на заданном удалении ОС плюс (+) удалении tзVi приближающейся к источнику излучения НЛЧМ сигнала с радиальной скоростью Vri цели;
- электронные ключи (ЭК), открываемые в нужный момент (через время tз после обнаружения цели) времени строб-импульсом с выхода ФМВ и пропускающие на входы частотных дискриминаторов (ЧД) сигналы биений с выходов полосовых фильтров: ПФА, ПФВ, ПФЕ и ПФЛ. При этом ЧД формируют на входах первой и второй аналоговых схем вычитания (СВ): СВ1 и СВ2 напряжения постоянных уровней: UА, UВ, UЕ и UЛ с величинами, являющимися функцией расстояний от излучателя НЛЧМ сигнала до цели, плюс (+) от цели до приемных антенн < Октанты>, плюс (+) от приемных антенн до излучателя, а также являются функцией частоты FД Доплера, то есть радиальной скорости Vri цели. Так, например, согласно рис.5.5 и при сближении объектов величины: UА, UВ, UЕ и UЛ будут равны:
UА=f[(FА=(ОС+АСi+АО)g/с)-FД]; UВ=f[(FВ=(ОС+ВСi+ВО)g/с)-FД];
UЕ=f[(FЕ=(ОС+ЕСi+ЕО)g/с)-FД]; UЛ=f[(FЛ=(ОС+ЛСi+ЛО)g/с)-FД].
После чего, и при расположении приемных антенн <А> и <В> <Октанты> в плоскости перпендикулярной плоскости горизонта, а антенн <Е> и <Л> в плоскости параллельной плоскости горизонта, на выходах СВ1 будут сформированы: на одном (среднем) постоянное напряжение с уровнем UАВ=f(UА-UВ), являющимся функцией разности двух постоянных напряжений UА и UВ и независящим от скорости цели, а на двух остальных выходах СВ1 будут сформированы знаки величины напряжения UАВ, которыми будут открывать, тот, или иной, электронные коммутаторы (ЭКОМ): ЭКОМ1 или ЭКОМ2, для пропускания через себя на входы того, или иного, исполнительного устройства (ИУ) уровня напряжения UАВ, под действием которого рули, установленные на объекте совмещенным с цель-указателем, повернут объект в нужном направлении по углу места в сторону цели.
Рис.5.6.
Аналогичным образом, автоматически, будет проведена коррекция направления объекта в сторону цели и по курсу с помощью, подобным образом выполненного, второго канала коррекции объекта, управляющего рулями, которые заставляют перемещаться объект влево или вправо по азимуту. И данный процесс коррекции направления объекта на цель будет продолжаться до тех пор, пока напряжения UАВ и UЕЛ не станут равными нулю. После чего можно считать объект находящимся в за стабилизированном состоянии, до момента возникновения рассогласований между визиром совмещенным с объектом и истинным направлением на цель.
Очевидно, что добавив в схему рис.5.6 третий канал, можно будет организовать перемещение цель-указателя вперёд или назад относительно его предыдущего месторасположения, когда принималось решение о повороте цель-указателя, например, повернуть вправо и вверх.
5.1.4. ПОСАДКА САМОЛЕТОВ ПО ГЛИССАДЕ,
ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ ГОРИЗОНТА
Осуществить посадку самолета по глиссаде параллельной плоскости горизонта, то есть по линии параллельной продольной оси ВПП, посредством вывода самолета на продольную ось ВВП только с помощью коррекции его курса, можно, если воспользоваться электронным цель-указателем, рассмотренным в предыдущем разделе 2.3.1.3, который расположить, по крайней мере, на продольной ось ВПП, при всё время проводимой стабилизации полета самолета по высоте относительно плоскости горизонта. При этом можно использовать всего лишь один канал и только две приемные антенны цель-указателя, которые необходимо разместить на земле, на линии перпендикулярной продольной оси ВВП, на равном удалении от предполагаемой точки О приземления самолета и установки в точке О приемопередающей антенны <О> цель-указателя. А на самолете, в носовой его части, желательно установить пере излучатель НЛЧМ сигнала. Тогда, так как изменение угла места самолета по мере его приближения к месту своей посадки не будут оказывать влияния на измеренные величины и знаки отклонения самолета по азимуту, то определяя азимутальные величины отклонений и знаки этих величин, можно передавать на самолет команды, позволяющие отклонить самолет по курсу в нужном направлении (к ВПП) и на необходимую величину, в реальном масштабе времени. При этом, после проведения очередной коррекции перемещения самолета по курсу и изменения параметров излучаемого НЛЧМ сигнала, при использовании одного формирователя метки времени (ФМВ) в цель-указателе, и последовательном способе обнаружения самолета, проводят, очередную, следующую коррекцию самолета по приближению его полета ближе к глиссаде (к ВПП). И данный процесс изменения перемещения самолета по азимуту проводят, в принципе, до момента начала перемещения самолета по глиссаде параллельной плоскости горизонта. При параллельном же способе обнаружения самолета и использовании гребенки фильтров из N узкополосных УПФ и N-ого числа ФМВ, коррекцию перемещения самолета можно провести при его нахождении на том, или ином, заданном удалении от излучателя НЛЧМ сигнала, т. е. в моменты формирования очередной, той или иной, метки времени. И, при нахождении самолета в районе заданной точки ВПР и оценке его отклонений на данный момент времени, относительно глиссады по курсу и высоте, принимать решение о его приземлении или на повторный заход на посадку.
Очевидно, что если пере излучатель НЛЧМ сигнала установить в точке предполагаемого приземления самолета на ВПП, а цель-указатель установить на самолете, и при этом приемные антенны цель-указателя расположить на концах крыльев самолета, а приемопередающую антенну <О> в центре линии, соединяющей приемные антенны, и на корпусе самолета, то самолет, в принципе, сможет в автоматическом режиме <самостоятельно> сесть на ВПП аэродрома или авианосца (предпочтительно из-за отсутствия на пути приземляемого самолета препятствующих посадке посторонних предметов, только морская поверхность).
Следует отметить, что электронный цель-указатель можно устанавливать не только в отмеченных местах аэродрома, но, например, на некотором удалении от ВПП, что отмечено в [30 из ст.№5], а также сажать не только самолеты, но, например, беспилотники и квадрокоптеры на любую ровную поверхность земли, на которой установлен пере излучатель НЛЧМ сигнала.
5.1.5. СТАБИЛИЗАЦИЯ ПОЛЕТА САМОЛЕТА
ПО ВЫСОТЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ПЛОСКОСТИ ГОРИЗОНТА
Существуют задачи, когда необходимо чтобы объект перемещался, без кренов,
на определенном удалении от какой либо плоскости (например, самолет при
посадке на палубную ВВП авианосца от плоскости горизонта), когда известно, по крайней мере, что: ВПП авианосца находится на известном удалении (высоте) от плоскости горизонта (поверхности моря); должная высота нахождения самолета при его подлете к заданной точке приземления на ВПП; сильно отражающих радиоволны предметов на поверхности моря, по пути следования самолета, не существует; самолет по курсу выведен и перемещается по линии параллельной продольной оси ВПП, на минимально возможном удалении от неё; крены самолета относительно своей продольной оси и относительно поперечной оси ВПП сведены к минимуму; время выявления информации о величинах и знаках возможных отклонений самолета, на момент его нахождения в районе точки ВПР, по курсу, высоте и кренам, минимально, но достаточно для безаварийной посадки самолета, или выдачи команды на запрет его приземления и заход на второй круг посадки.
Осуществить такое местоположение самолета в пространстве и обеспечить своевременное выявление информации о существующих его отклонениях можно, если: перед местом приземления самолета, на линии проходящей по продольной оси ВПП, в районе точки ВПР, установить пере излучатель НЛЧМ сигнала, например, на конце жесткого стержня, выходящего из носовой части авианосца и являющегося продолжением продольной оси ВПП. А также: на концах крыльев самолета установить приемные антенны <А> и <В>; на продольной оси нижней части фюзеляжа самолета установить приемные антенны <М> и <Д>; в центре пересечения линий установки приемных антенн установить приемопередающую антенну <О> НЛЧМ сигнала, равноудаленную от приемных антенн. То есть организовать своеобразный цель-указатель пере излучателя, Очевидно, что когда самолет просто перемещается в пространстве и времени на отработку его кренов предостаточно, то величину кренов можно оценить, например, даже по отвесу, прикрепленному к потолку салона самолета. При посадке же самолета, и тем более, при его нахождении в районе точки ВПР, времени на определение и оценку кренов, курса и высоты полета самолета у пилота нет, это должен делать автопилот – цель-указатель пере излучателя. А за стабилизированность самолета по высоте относительно плоскости горизонта можно осуществить и оценить, при нахождении самолета в районе точки ВПР, оценивая удаления самолета от плоскости горизонта на расстояния не более ширины <чувственной зоны> радиолокатора. То есть, например, если установить <чувственную зону> радиолокатора на удалении необходимой высоты полета самолета над плоскостью горизонта, то при его полете выше плоскости горизонта и больше чем ширина <чувственной зоны>, цель-указателем не будет формироваться метка времени, что приведет к необходимости уменьшить высоту полета самолета, до момента возобновления начала формирования меток. После чего, или при полете самолета гораздо ниже установленной высоты, проводят увеличение высоты полета самолета, до момента окончания формирования меток времени. И такой процесс <синусоидального> за стабилизированного полета самолета на заданной высоте над плоскостью горизонта осуществляют до, в данном случае, приземления самолета.
5.1.6. ВАРИАНТ ПОСАДКИ САМОЛЕТА ПО ГЛИССАДЕ
На рис. 5.7 и рис. 5.8 приведены блок схемы, соответственно: радиолокационной станция посадки летательных аппаратов (РСПЛА) с её двумя устройствами определения знака и величины разности двух частот (УОЗВРДЧ), в принципе, защищённые патентом РФ (по заявке №2024119098 [28 из ст.№28] выдано РОСПАТЕНТ <решение о выдаче патента на изобретение>).
РСПЛА, рис.5.7, содержит антенну <О>, вход которой, работающий на передачу, подключен к мощному выходу Y2 дискретно перестраиваемого передатчика НЛЧМ сигнала (ДПП) типа, рассмотренного в разделе 1.2.1.1.2.1 моей ст.№7, а выход, работающий на прием - к входу СВЧ смесителя (ССМ6), второй вход которого подключен к маломощному выходу Y1 ДПП, а выход, через узкополосный фильтр разностной частоты (УФРЧ7) и далее через преобразователь гармонического сигнала в видеоимпульсы (ПР8), подключен к входу Х устройства формирования метки времени (УФМВ) типа, рассмотренного в разделе 1.2.1.1.1.2. или в разделе 1.2.1.1.1.5 моей ст.№7. А выход Y ФМВ подключен к вторым входам элементов И: И30; И31; И32 и И33 и входу Х ДПП, выход Y1 которого подключен также к вторым входам: ССМ18; ССМ19; ССМ20 и ССМ21 устройства формирования взаимно независимых разностных сигналов (УФВНРС).
УФВНРС выполненного в виде четырёх приемных антенн антенной системы <Октанта>, рассмотренной в моей ст. №10, антенн: <А>; <В>; <Е> и <Л>, выходы которых подключены:
- у <А>, через последовательно соединённые: ССМ18, ФРЧ22, второй ПРА26 и И30, к выходу NАС;
-у <В>, через последовательно соединённые: ССМ19, ФРЧ23, ПРВ27 и И31, к выходу NВС;
- у <Е>, через последовательно соединённые: ССМ20, ФРЧ24, ПРЕ 28 и И32, к выходу NЕС;
- у <Л>, через последовательно соединённые: ССМ21, ФРЧ25, ПРЛ 29 и И33, к выходу NЛС.
А выходы NАС и NВС подключены, соответственно, к входам NАС и NВС устройства определения знака и величины разности двух частот (УОЗВРДЧК) имеющего выходы: NАС>NВС; NАС<NВС и NАВ. И выходы NЕС и NЛС подключены, соответственно, к входам NЕС и NЛС устройства определения знака и величины разности двух частот(УОЗВРДЧВ) имеющего выходы:NЕС>NЛС;NЕС<NЛС;NЕЛ.
А устройство определения знака и величины разности двух частот (УОЗВРДЧ), рис.5.8, содержит входные шины Хi и Хj, при этом шина Хi, через последовательно соединенные И1 и счётчик импульсов (СЧ2), подключена к первому входу схемы 3 вычитания (СВ3) и шина Хj, через последовательно соединенные И4 и СЧ5, подключена к второму входу СВ3. А первые входы И1 и И4 объединены и подключены к шине строб-импульса (tизм). И вторые входы И1 и И4 объединены и подключены к выходу ГСИ6, а выходы СВ3 подключены, соответственно, к выходным шинам: Хi>Хj; Хi<Хj и Хij.
Данный вариант процесса посадки по глиссаде самолета на ВПП, посредством периодической подачи на него информация о величинах и знаках его отклонений по курсу и высоте от заданных точек глиссады, очевидно, можно осуществить, если, периодически, вычислять моменты появления самолета в районах данных точек глиссады и вычислять в данные моменты знаки и величины его отклонений от глиссады, например, с помощью, соответственно, УФМВ и УОЗВРДЧ.
Пусть, например, ЛЧМ сигнал имеет параметры: f=960МГц; F=300КГц;fd=16КГц; g=4,8×109/Гц2, самолет находится на удалении Д=500м от начала глиссады и антенны <О> и имеет посадочную скорость Vп=72км/час и С=3×108м/с, тогда.
Вычислить момент появления самолета в районе той или иной точки глиссады можно как классическим, так и оригинальным способами рассмотренными в разделе 1.2.1.1.1.2. и разделе 1.2.1.1.1.5 моей ст.№7. При этом, при классическом способе, проводят подсчет периодов частоты биений, например, Fб=2Дg/С=16КГц, за установленный интервал времени, например, tизм=10-2с. И подсчитанное целое (Nсч=Fбtизм=160) их количество далее, на цифровом компараторе в ФМВ, сравнивают с числом Nуст=160 установленным на шине Х компаратора. И если Nсч>Nуст, что возможно только при нахождении самолета на удалении значительно большем чем заданное Д от антенны <О>, то самолет считают необнаруженным, а если Nсч<Nуст, или при равенстве чисел, то самолет считают обнаруженным и формируют метку времени – короткий импульс. При этом максимальная ошибка в обнаружении самолета по дальности определится одним периодом частоты Fб и величиной с/g2tизм=3м, при скорости света с=3х108м/сек.
Обнаружить сигналы с частотой Fб=16КГц можно также оригинальным способом по принципу изложенному в разделе 1.2.1.1.1.2 моей ст.№7, с помощью схемы ФМВ рассмотренной там же и её секционированного селектора импульса (СЕЛ3) по а.с. №1083355, который, будучи реализованным на базе, например, элементов 133 серии, имеющей естественную задержку распространения сигналов tзр=10нс, будет формировать на выходе первого своего каскада (первой секции) короткие импульсы (импульсы обнаружения самолета) следующими с частотами близкими к Fб (меандр из импульсов обнаружения самолёта). И это будет происходить при поступлении на первый вход И2 через линию задержки (ЛЗ1), задерживающей импульсы меандра на 31240 нс меандра. И при непосредственном поступлении на второй вход И2 незадержанных импульсов меандра длительностью от tС1=10нс до tС2=20нс, т. е. не более и не менее того. Так, например, если видеоимпульсы меандра с частотой следования Fб16000=16КГц и длительностью 1/2Fб=31250нс, поступающие на И2 через ЛЗ1, логически перемножить с незадержанными видеоимпульсами, то на выходе И2 будут сформированы импульсы длительностью 10нс, обнаруживаемые СЕЛ3. Отметим, что при частоте следования видеоимпульсов Fб15995=15,995КГц длительностью 1/15995×2=31260нс и при их задержке на те же 31240нс, на выходе элемента И2 будут сформированы импульсы длительностью 20нс, обнаруживаемые также СЕЛ3. Так как на другие импульсы СЕЛ3, по первому своему выходу, не будет реагировать, то, очевидно, можно считать, что самолет будет обнаруживаться с точностью, по дальности, (500м)Fб16000/Fб15995 – 500м=15см. А регистр сдвига РГ4 и реле времени РВ5 в данном ФМВ будут выполнять функции, соответственно, накопления импульсов обнаружения для принятия решения по обнаружению самолёта не по одному импульсу обнаружения, а по нескольким, с целью повышения надежности процесса обнаружения, а РВ16 будет выполнять функцию формирования строб – импульса длительностью равной необходимому времени tизм (необходимому времени длительности обнаружения самолёта).
Следует отметить, что выделение полезных сигналов узкого спектра частот, более узкополосными фильтрами - УФРЧ, с полосой частот независящей от частот Доплера, позволят существенно повысить чувствительность приемника обнаружителя целей (самолётов).
А определить знаки и величины отклонений самолета от точек глиссады, например, в нашем случае на удалении точки в 500м(+/-)3м, можно с помощью УОЗВРДЧ, рис. 5.8, в котором, одновременно, ограниченные по длительности последовательности видеоимпульсов с частотой следования Fi и Fj поступают, соответственно, на И1 и И4, разрешая, в течении длительностей импульсов в последовательностях, проводить подсчет счётных импульсов ГСИ6, соответственно, СЧ2 и СЧ5. Очевидно, что после окончания последовательности и вычитания в СВ3, друг из друга количеств подсчитанных импульсов счетчиками - СЧ, на выходе Хij СВ будет сформирован результат вычитания, пропорциональный разности двух частот, а на выходах Хi>Хj и Хi<Хj – знаки разности двух частот Fi и Fj.
Подобная схема, как приведённая на рис.5.7, позволяет получить взаимно независимые величины разностей. То есть полученные разности частот сигналов биений, формируемые на выходах УОЗВРДЧк (для горизонтальной плоскости), не будут зависеть от перемещения самолета в вертикальной плоскости. А на выходах УОЗВРДЧв (для вертикальной плоскости), от перемещения самолета в горизонтальной плоскости.
На рис.5.9 приведен чертеж (вид сверху), на котором указаны расстояния равные, например: между антеннами АО=ОВ=10м; от антенны <О> до самолета – ОС=500м; от антенны <А> до самолета – АС2=ОС2-АО2 (АС=499,8999м) и от антенны <В> до самолета – ВС2=АС2+АВ2 (ВС=500,2999м). При этом на выходе ССМ18 будет сформирован сигнал биений с частотой [2 из ст.№5], без учета частоты Доплера, FА=2×(500м+10м+499,8999м)×(4,8×109/Гц2)/3×108м/с=16158Гц, а на выходе ССМ19 – FВ=16164Гц, которые, после выделения ФРЧ и преобразования ПР, преобразуются в последовательности видеоимпульсов длительностью ТА=1/2 FА=30944нс и ТВ=1/2 FВ=30938нс, пропускаемые через И30 и И31 на И1 и И4 УОЗВРДЧк, на выходе СВ3 которого, при частоте сигнала ГСИ6 равной FГСИ=150МГц, будет сформировано цифровое число соответствующее числу - ТА/(1/2FГСИ) – ТВ/(1/2FГСИ)=9282-9279=3. Очевидно, что в данном случае и при данном цифровом числе, можно утверждать, что самолет, на данный момент, отклонен от глиссады по курсу не более чем на 10м=ОА. А цифровому числу 1 будет соответствовать отклонение самолета на 3,333м от глиссады, в районе 500м(+/-3м) от её начала. А при нахождении самолета в районах, например, 250м и 1000м от начала глиссады, цифровому числу 1 будут соответствовать отклонения самолёта от глиссады порядка 1,5м и 6,5м, соответственно. А знаки отклонения самолета от заданных точек глиссады (вверху или внизу, слева или справа от точки глиссады находится самолёт) определятся выходами знаков СВ3, в данном случае выходами NАС>NВС или NАС<NВС УОЗВРДЧК.
Очевидно, что для того чтобы всё функционировало, по крайней мере, при сказанном выше, необходимо: после пересечения самолетом рубежа в 1000м, при F1000=(500м/1000м)(F=3×105Гц)=150КГц и Fб=16КГц, сформированной меткой времени переключить ДПП в состояние с F=3х105Гц. А в районе 500м глиссады, переключить ДПП в состояние с F250=(500м/250м)(F=3×105Гц)=600КГц, для того чтобы иметь всё время Fб=16КГц=Const.
Очевидно так же, что для осуществления надежной посадки самолёта, в том числе в автоматическом режиме, необходимо иметь гораздо больше контрольных точек на глиссаде, для определения знаков и величин отклонений самолета от неё, что вполне осуществимо.