Дистанционное оборудование (авиация) - Distance measuring equipment (aviation)

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Наземная станция D-VOR / DME
Антенна DME рядом с укрытием транспондера DME

В авиации , расстояние измерительное оборудование ( DME ) является радионавигации технология , которая измеряет наклонная дальность (расстояние) между воздушным судном и наземной станцией по времени задержки распространения радиосигналов в полосе частот между 960 и 1215 мегагерц (МГц). Требуется прямая видимость между самолетом и наземной станцией. Запросчик (бортовой) инициирует обмен, передав пару импульсов по назначенному «каналу» на наземную станцию ​​ответчика. Назначение канала определяет несущую частоту и интервал между импульсами. После известной задержки транспондер отвечает, передавая пару импульсов на частоте, которая смещена от частоты запроса на 63 МГц и имеет заданное разнесение.

Системы DME используются во всем мире с использованием стандартов, установленных Международной организацией гражданской авиации (ИКАО), RTCA, Агентством по авиационной безопасности Европейского союза (EASA) и другими организациями. Некоторые страны требуют, чтобы воздушные суда, выполняющие полеты по приборам (ППП), были оснащены запросчиком DME; в других случаях запросчик DME требуется только для выполнения определенных операций.

В то время как автономные транспондеры DME разрешены, транспондеры DME обычно соединены с системой азимутального наведения, чтобы обеспечить воздушным судам возможность двумерной навигации. Обычная комбинация - это DME, размещенный вместе с передатчиком всенаправленного диапазона (VOR) ОВЧ на одной наземной станции. Когда это происходит, частоты оборудования VOR и DME объединяются. Такая конфигурация позволяет летательному аппарату определять свой азимутальный угол и расстояние от станции. Установка VORTAC (VOR, размещенная совместно с TACAN ) обеспечивает те же возможности для гражданских самолетов, но также обеспечивает возможности двумерной навигации для военных самолетов.

Маломощные транспондеры DME также связаны с некоторыми установками системы посадки по приборам (ILS), курсового радиомаяка ILS и микроволновой системы посадки (MLS). В таких ситуациях частота / интервал между импульсами транспондера DME также сочетается с частотой ILS, LOC или MLS.

ИКАО характеризует передачи DME как сверхвысокие частоты (UHF). Также используется термин L-диапазон.

Разработанный в Австралии, DME был изобретен Джеймсом «Джерри» Геррандом под руководством Эдварда Джорджа «Тэффи» Боуэна, когда он работал начальником отдела радиофизики Организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO). Еще одна разработанная версия системы была развернута компанией Amalgamated Wireless Australasia Limited в начале 1950-х годов в диапазоне 200 МГц VHF . Эта внутренняя версия Австралии была обозначена Федеральным департаментом гражданской авиации как DME (D) (или DME Domestic), а более поздняя международная версия, принятая ИКАО, как DME (I).

DME в принципе аналогичен функции вторичного радиолокационного обнаружения , за исключением того, что функции оборудования в самолете и на земле меняются местами. DME был послевоенной разработкой, основанной на системах идентификации друга или врага (IFF) времен Второй мировой войны . Для обеспечения совместимости DME функционально идентичен компоненту измерения расстояния TACAN.

Операция

В своей первой итерации самолет, оборудованный DME, использовал это оборудование для определения и отображения своего расстояния от наземного транспондера путем отправки и приема пар импульсов. Наземные станции обычно размещаются вместе с VOR или VORTAC. Маломощный DME может быть совмещен с ILS или MLS, где он обеспечивает точное расстояние до точки приземления, аналогично тому, которое в противном случае обеспечивается маркерными маяками ILS (и, во многих случаях, позволяя удалить последние).

Новая роль DME - это зональная навигация DME / DME (RNAV). Из-за в целом более высокой точности DME по сравнению с VOR, навигация с использованием двух DME (с использованием трилатерации / расстояния) позволяет выполнять операции, которые не допускаются при навигации с помощью VOR / DME (с использованием азимута / расстояния). Однако для этого требуется, чтобы самолет имел возможности RNAV, а для некоторых операций также требуется инерциальный эталонный блок.

Типичный наземный ретранслятор DME для навигации по маршруту или терминала будет иметь пиковый импульсный выходной сигнал 1 кВт на назначенном канале УВЧ.

Аппаратное обеспечение

Приборы индикации дистанции DME и VOR / ADF в кабине

Система DME состоит из передатчика / приемника (запросчика) УВЧ (диапазона L) в воздушном судне и приемника / передатчика ( ретранслятора ) УВЧ (диапазона L ) на земле.

Сроки

Режим поиска

150 пар импульсов опроса в секунду. Самолет опрашивает наземный ретранслятор с помощью серии пар импульсов (запросов), и после точной временной задержки (обычно 50 микросекунд) наземная станция отвечает идентичной последовательностью пар импульсов. Приемник DME в воздушном судне ищет пары импульсов ответа (X-режим = интервал 12 микросекунд) с правильным интервалом и шаблоном ответа на свой исходный шаблон запроса. (Пары импульсов, которые не совпадают с шаблоном запроса отдельного воздушного судна, например, не синхронны, называются парами заполняющих импульсов или сквиттером . Кроме того, ответы другим воздушным судам, которые поэтому не являются синхронными, также отображаются как сквиттер).

Режим трека

Менее 30 опросных пар импульсов в секунду, так как среднее количество импульсов в ПОИСКЕ и ТРЕКЕ ограничено максимум 30 парами импульсов в секунду. Бортовой запросчик фиксируется на наземной станции DME, как только он распознает, что конкретная последовательность ответных импульсов имеет тот же интервал, что и исходная последовательность запроса. После того, как приемник заблокирован, он имеет более узкое окно для поиска эхо-сигналов и может удерживать блокировку.

Расчет расстояния

Радиосигналу требуется около 12,36 микросекунд, чтобы пройти 1 морскую милю (1852 м) до цели и обратно. Разница во времени между запросом и ответом за вычетом 50 микросекунд задержки наземного транспондера и ширины импульса ответных импульсов (12 микросекунд в режиме X и 30 микросекунд в режиме Y) измеряется схемой синхронизации запросчика и преобразуется в измерение расстояния. ( наклонная дальность ) в морских милях, затем отображается на дисплее DME в кабине.

Формула расстояния, расстояние = скорость * время , используется приемником DME для расчета своего расстояния от наземной станции DME. Скорость в расчетах - это скорость радиоимпульса, которая является скоростью света (примерно 300000000  м / с или 186000  миль / с ). Время в расчете составляет (общее время - ширина ответного импульса 50 мкс) / 2 .

Точность

Точность наземных станций DME составляет 185 м (± 0,1 морских миль ). Важно понимать, что DME определяет физическое расстояние между антенной самолета и антенной транспондера DME. Это расстояние часто называют «наклонной дальностью» и тригонометрически зависит от высоты самолета над транспондером, а также от расстояния между ними на земле.

Например, самолет, находящийся непосредственно над станцией DME на высоте 6076 футов (1 морская мили), по-прежнему будет показывать 1,0 морскую милю (1,9 км) на показаниях DME. Технически самолет находится в миле от нас, всего в миле по прямой. Наклонная ошибка дальности наиболее заметна на больших высотах вблизи станции DME.

Радионавигационные средства должны поддерживать определенную степень точности, установленную международными стандартами, FAA, EASA , ICAO и т. Д. Чтобы убедиться в этом, организации летной инспекции периодически проверяют критические параметры на должным образом оборудованном воздушном судне для калибровки и подтверждения точности DME.

ИКАО рекомендует точность меньше суммы 0,25 морских миль плюс 1,25% от измеренного расстояния.

Технические характеристики

Типичный наземный маяк-ответчик DME имеет ограничение в 2700 запросов в секунду (пары импульсов в секунду - pps). Таким образом, он может предоставлять информацию о расстоянии до 100 самолетов одновременно - 95% передач для самолетов в режиме слежения (обычно 25 пакетов в секунду) и 5% в режиме поиска (обычно 150 пакетов в секунду). Выше этого предела транспондер избегает перегрузки, ограничивая чувствительность (усиление) приемника. Ответы на более слабые (обычно более удаленные) запросы игнорируются, чтобы снизить нагрузку на транспондер.

Данные радиочастоты и модуляции

Частоты DME связаны с частотами VOR, и запросчик DME предназначен для автоматической настройки на соответствующую частоту DME при выборе соответствующей частоты VOR. Запросчик DME самолета использует частоты от 1025 до 1150 МГц. Транспондеры DME передают по каналу в диапазоне от 962 до 1213 МГц и принимают по соответствующему каналу в диапазоне от 1025 до 1150 МГц. Полоса частот разделена на 126 каналов для запроса и 126 каналов для ответа. Частоты запроса и ответа всегда различаются на 63 МГц. Разнос всех каналов составляет 1 МГц при ширине спектра сигнала 100 кГц.

Технические ссылки на каналы X и Y относятся только к интервалу между отдельными импульсами в паре импульсов DME, интервалу 12 микросекунд для каналов X и интервалу 30 микросекунд для каналов Y.

Средства DME идентифицируются трехбуквенным кодом Морзе с частотой 1350 Гц . Если он совмещен с VOR или ILS, он будет иметь тот же идентификационный код, что и родительский объект. Кроме того, DME идентифицирует себя между DME родительского учреждения. Идентификационный номер DME составляет 1350 Гц, чтобы отличать себя от тона 1020 Гц VOR или курсового радиомаяка ILS.

Типы транспондеров DME

Федеральное управление гражданской авиации США установило три типа транспондеров DME (не считая тех, которые связаны с системой посадки): терминальные транспондеры (часто устанавливаемые в аэропорту) обычно обеспечивают обслуживание на минимальной высоте над землей 12 000 футов и дальности действия 25 морских миль; Транспондеры, работающие на малой высоте, обычно обеспечивают обслуживание на минимальной высоте 18 000 футов и дальности действия 40 морских миль; и высотные транспондеры, которые обычно обеспечивают обслуживание на минимальной высоте 45 000 футов и дальности до 130 морских миль. Однако многие из них имеют эксплуатационные ограничения, в значительной степени основанные на блокировании прямой видимости, и фактические характеристики могут отличаться. В Руководстве по аэронавигационной информации США говорится, предположительно в отношении высотных транспондеров DME: «надежные сигналы могут приниматься на расстояниях до 199 морских миль на высоте прямой видимости».

Приемоответчики DME, связанные с системой захода на посадку по ILS или другим приборам, предназначены для использования во время захода на посадку на конкретную ВПП, на одном или обоих концах. Они не авторизованы для общей навигации; ни минимальный диапазон, ни высота не указаны.

Использование частот / распределение каналов

Использование частот DME, формирование каналов и сопряжение с другими навигационными средствами (VOR, ILS и т. Д.) Определяются ИКАО. 252 канала DME определяются комбинацией их частоты запроса, интервала между опросными импульсами, частоты ответа и интервала ответных импульсов. Эти каналы обозначены 1X, 1Y, 2X, 2Y, ... 126X, 126Y. Каналы X (которые были первыми) имеют пары импульсов опроса и ответа, разделенные интервалом в 12 микросекунд. Каналы Y (которые были добавлены для увеличения пропускной способности) имеют пары импульсов запроса с интервалом 36 микросекунд и пары импульсов ответа с интервалом 30 микросекунд.

В общей сложности определены 252 частоты (но не все используются) для запросов и ответов DME - в частности, 962, 963, ... 1213 мегагерц. Частоты опроса составляют 1025, 1026, ... 1150 мегагерц (всего 126) и одинаковы для каналов X и Y. Для данного канала частота ответа на 63 мегагерца ниже или выше частоты запроса. Частота ответа разная для каналов X и Y и разная для каналов с номерами 1-63 и 64-126.

Назначены не все определенные каналы / частоты. Существуют «дыры» назначения с центрами 1030 и 1090 мегагерц для обеспечения защиты системы вторичного обзорного радара (SSR). Во многих странах существует также «дыра» в назначении с центром в 1176,45 мегагерц для защиты частоты GPS L5. Эти три «дыры» удаляют примерно 60 мегагерц из доступных для использования частот.

Прецизионный DME (DME / P), компонент СВЧ-системы посадки, назначается Z-каналам, которые имеют третий набор интервалов между импульсами опроса и ответа. Каналы Z мультиплексируются с каналами Y и существенно не влияют на план каналов.

Будущее

В 2020 году одна компания представила свой DME пятого поколения. Хотя эта итерация совместима с существующим оборудованием, эта итерация обеспечивает большую точность (до 5 метров с использованием триангуляции DME / DME) с дальнейшим уменьшением до 3 метров с использованием дальнейшего уточнения. Трехметровое оборудование рассматривается как часть европейского проекта SESAR с возможным развертыванием к 2023 году.

В двадцать первом веке воздушная навигация все больше полагается на спутниковое наведение. Однако наземная навигация будет продолжаться по трем причинам:

  • Спутниковый сигнал очень слабый, может быть подделан и не всегда доступен;
  • Европейский союз правило требует , чтобы государства - члены сохранять и поддерживать наземные навигационные средства;
  • Ощущение суверенитета или контроля над собственными навигационными средствами государства. «Некоторые государства хотят, чтобы навигация над их территорией полагалась на средства, которые они контролируют. И не у каждой страны есть свои созвездия, такие как GPS США или Галилео в Европе».

Одним из преимуществ оборудования пятого поколения, предложенного в 2020 году, является его способность проверять работоспособность при полетах дронов , что значительно сократит расходы и задержки предыдущих пилотируемых сертификационных летных испытаний.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки