Sisteme de Navigatie Si Dirijare Aeriana. Componenta Terestra
CUPRINS
INTRODUCERE
CAPITOLUL 1
REPERE ISTORICE PRIVIND SISTEMELE DE NAVIGAȚIE SI DIRIJARE AERIANĂ
1.1 Generalități
1.2 [NUME_REDACTAT] de Poziționare (GPS – [NUME_REDACTAT] System)
1.3 GLONASS
1.4 Radare de aviație
1.5 ILS ([NUME_REDACTAT] System)
1.6 DME ([NUME_REDACTAT] Equpment)
1.7 LORAN
Capitolul 2
SISTEME SI ECHIPAMENTE DE NAVIGAȚIE ȘI DIRIJARE CU BAZA LA SOL
2.1 . SISTEME ȘI ECHIPAMENTE DE RADIONAVIGAȚIE APROPIATĂ
2.1.1 Considerații generale
2.1.2. Sistemul de navigație apropiată VOR
2.1.2.1. Descrierea sistemului VOR
2.1.2.2. Principii de funcționare
2.1.2.3 Determinarea poziției aeronavei
2.1.3. Sistemul de navigație apropiată DME
2.1.3.1. Descrierea sistemului DME
2.1.3.2 Compunerea sistemului DME
2.1.3.3 Principiul de funcționare al DME
2.2 SISTEME ȘI ECHIPAMENTE DE RADIONAVIGAȚIE ÎNDEPARTATĂ
2.2.1. Considerații generale
2.2.2 Sistemele de navigație hiperbolice
2.2.3. Sistemul de radionavigație îndepărtată LORAN
2.2.3.1 Generalități
2.2.3.2. Principiul de funcționare
2.2.4. Sistemul de radionavigație indepărtată DECCA
2.2.4.1. Considerații generale
2.2.4.2. Principiu de funcționare
2.2.4.3. Calculatorul de drum OMNITRAC
2.2.5. Sistemul de radionavigație indepărtată DECTRA
2.2.5.1. Generalitați
2.2.6. Sistemul ONS
2.2.6.1. Generalitaț
2.2.6.2. [NUME_REDACTAT] 3
STUDII ASUPRA STRUCTURII, COMPUNERII ȘI FUNCȚIONĂRII RADIOFARULUI DE PANTĂ ȘI DIRECȚIE DIN COMPUNEREA SISTEMULUI DE ADUCERE LA ATERIZARE ILS
3.1 Generalități
3.2 Clasificarea sistemelor ILS
3.3 Compunerea și funcționarea sistemului
3.4 Principiul sistemului ILS EQUISIGNAL (semnale egale
STUDIU DE CAZ
CAPITOLUL 4. REALIZAREA ȘI PREZENTAREA DE SIMULĂRI PENTRU ECHIPAMENTUL DE MĂSURARE A DISTANȚEI ȘI AL SISTEMULUI INSTRUMENTAL DE ATERIZARE
4.1 Simularea echipamentului de măsurare al distanței (DME
4.2 Simularea sistemului instrumental de aducere la aterizare (ILS)
CONCLUZII ȘI SOLUTII INVOATIVE
Bibliografie
LUCRARE DE LICENȚĂ
SISTEME DE NAVIGAȚIE ȘI DIRIJARE AERIANĂ. COMPONENTA TERESTRĂ
CUPRINS
INTRODUCERE
CAPITOLUL 1
REPERE ISTORICE PRIVIND SISTEMELE DE NAVIGAȚIE SI DIRIJARE AERIANĂ
1.1 Generalități
1.2 [NUME_REDACTAT] de Poziționare (GPS – [NUME_REDACTAT] System)
1.3 GLONASS
1.4 Radare de aviație
1.5 ILS ([NUME_REDACTAT] System)
1.6 DME ([NUME_REDACTAT] Equpment)
1.7 LORAN
Capitolul 2
SISTEME SI ECHIPAMENTE DE NAVIGAȚIE ȘI DIRIJARE CU BAZA LA SOL
2.1 . SISTEME ȘI ECHIPAMENTE DE RADIONAVIGAȚIE APROPIATĂ
2.1.1 Considerații generale
2.1.2. Sistemul de navigație apropiată VOR
2.1.2.1. Descrierea sistemului VOR
2.1.2.2. Principii de funcționare
2.1.2.3 Determinarea poziției aeronavei
2.1.3. Sistemul de navigație apropiată DME
2.1.3.1. Descrierea sistemului DME
2.1.3.2 Compunerea sistemului DME
2.1.3.3 Principiul de funcționare al DME
2.2 SISTEME ȘI ECHIPAMENTE DE RADIONAVIGAȚIE ÎNDEPARTATĂ
2.2.1. Considerații generale
2.2.2 Sistemele de navigație hiperbolice
2.2.3. Sistemul de radionavigație îndepărtată LORAN
2.2.3.1 Generalități
2.2.3.2. Principiul de funcționare
2.2.4. Sistemul de radionavigație indepărtată DECCA
2.2.4.1. Considerații generale
2.2.4.2. Principiu de funcționare
2.2.4.3. Calculatorul de drum OMNITRAC
2.2.5. Sistemul de radionavigație indepărtată DECTRA
2.2.5.1. Generalitați
2.2.6. Sistemul ONS
2.2.6.1. Generalitaț
2.2.6.2. [NUME_REDACTAT] 3
STUDII ASUPRA STRUCTURII, COMPUNERII ȘI FUNCȚIONĂRII RADIOFARULUI DE PANTĂ ȘI DIRECȚIE DIN COMPUNEREA SISTEMULUI DE ADUCERE LA ATERIZARE ILS
3.1 Generalități
3.2 Clasificarea sistemelor ILS
3.3 Compunerea și funcționarea sistemului
3.4 Principiul sistemului ILS EQUISIGNAL (semnale egale
STUDIU DE CAZ
CAPITOLUL 4. REALIZAREA ȘI PREZENTAREA DE SIMULĂRI PENTRU ECHIPAMENTUL DE MĂSURARE A DISTANȚEI ȘI AL SISTEMULUI INSTRUMENTAL DE ATERIZARE
4.1 Simularea echipamentului de măsurare al distanței (DME
4.2 Simularea sistemului instrumental de aducere la aterizare (ILS)
CONCLUZII ȘI SOLUTII INVOATIVE
Bibliografie
INTRODUCERE
Sistemele de radionavigație au un rol foarte important în traficul aerian și tot odată în managementul acestuia, fără aceste sisteme traficul aerian ar reprezenta un dezastru, nu ar exista sincronizari această cauză și datorită apariției din ce în ce mai mare a multor companii aeriene și totodată a numărului foarte mare de aeronave existente la ora actuală.
Navigația aeriană este un domeniu al științei care se ocupă cu metodele și practicile cele mai eficiente pentru asigurarea deplasării aeronavelor în spațiul aerian în deplină siguranță a zborului. Pentru a se realiza deplasarea este necesară menținerea aeronavei pe traiectul obligat si cunoașterea permanentă a poziției acesteia în spațiu, coordonate, direcție de zbor, viteză, inălțime și timp calculat între repere obligate.
ELEMENTE ȘI MĂRIMI UTILIZATE ÎN NAVIGAȚIA AERIANĂ
Direcția – reprezintă orientarea liniei de-a lungul căreia se deplasează avionul, exprimată bidimensional (în plan orizontal) sau tridimensional (în spațiu). Modurile prin care se poate exprima sunt prin: azimut, drum, cap, relevment, gisment.
Distanța – reprezintă intervalul dintre două puncte stabilite.
Timpul – reprezină intervalul între două momente considerate.
Înălțimea de zbor – reprezintă elementul principal al navigației aeriene, aceasta având legătură directă cu siguranța zborului.
înălțimea convențională (Hc): este determinată barometric și reprezintă diferența de înălțime dintre un punctul curent în care se găsește aeronava și suprafața la nivelul căreia presiunea atmosferică are 760mm col. Hg.
Înălțimea absolută (Ho): reprezină înălțimea măsurată față de nivelul mării;
Înălțimea adevărată (Ha): reprezintă înălțimea măsurată între proiecția gravitațională pe sol a aeronavei și centrul de masă al aeronavei;
Înălțimea relativă (Hr): înălțimea măsurată între un punct de referință și centrul de masă al avionului
In funcție de felul zborului, a distanței, vitezei, înălțimii, a condițiilor meteo, se folosesc una sau mai multe din metodele de navigație următoare:
a) metoda navigației observate – este determinată poziția unei aeronave comparând reperele de pe sol cu semnele convenționale de pe hartă;
b) metoda navigației estimate – este determinată pozița unei aeronave după diferite instrumente de la bord, efectuând unele calcule;
c) metoda navigației radioelectrice – se determină poziția unei aeronave folosind mijloacele electronice ale aeronavei și/sau mijloace externe acesteia (amplasate pe sol sau sateliți);
d) metoda navigației astronomice – constă în determinarea poziției aeronavei după aștrii de pe bolta cerească cu ajutorul unor instrumente optice (de la bordul aeronavei);
e) metoda navigației inerțiale – constă în determinarea poziției aeronavei (și a tuturor celorlalte elemente de zbor) plecând de la principiul determinării accelerației ce ia naștere pe cele 3 axe ale aeronavei;
f) metoda navigației izobarice – constă în determinarea poziției aeronavei plecând de la diferența indicațiilor de înalțime citite la altimetrul barometric și radioelectric
Aparatele care asigură elementele necesare aplicării unei metode de navigație aeriană, poartă denumirea de sisteme de navigație și dirijare aeriană. Mijloacele de navigație aeriană se pot clasifica astfel: mijloace generale sau geometrice (se bazează pe măsurarea diferiților parametri ce depind de forma, dimensiunile și proprietățile solului, din această categorie făcând parte: compasele magnetice obișnuite, girocompasele, sistemele direcționale, vitezometrele, altimetrele cu capsulă aneroidă, termometrele aerului exterior, indicatorii de navigație, sistemele inerțiale, cronometrele etc.), mijloace de radionavigație (se bazează pe principii electronice, din această categorie făcând parte: radiogoniometrele, radiofarurile, echipamentele de măsurare a distanței aeronavei etc.)(schema 1), mijloace astronomice de navigație (se bazează pe principiul măsurării parametrilor deplasării aștrilor pe bolta cerească, din această categorie făcând parte: astrocompasul, astrosextantul etc.) și mijloace luminoase de navigație (se bazează pe principiul utilizării energiei luminoase pentru orientare, din această categorie făcând parte: balizajul luminos al pistei de aterizare, farurile de aerodrom și dispozitivul de semnalizare prin sclipiri a poziției aeronavei).
În elaborarea licenței am ales să prezint sistemele de radionavigație care asigură elementele necesare metodei de navigație radioelectrice, aceasta fiind cea mai utilizată metodă de către piloți in primul rând datorită reducerii calculelor de navigație iar în al doilea rând datorită preciziei.
CAPITOLUL 1
REPERE ISTORICE PRIVIND SISTEMELE DE NAVIGAȚIE SI DIRIJARE AERIANĂ
[NUME_REDACTAT] de-al doilea război mondial a fost momentul în care s-au dezvoltat sistemele de radionavigație, din necesitatea de a determina poziția obiectelor pe pământ in orice condiții de vreme, și ziua și noaptea, pe distanțe și suprafețe de ordinul de mărime al continentelor și oceanelor, cu precizie satisfăcătoare pentru flotele de luptă maritime și aeriene. Dintre diversele sisteme utilizate , s-au dovedit mai bune cele care au utilizat radionavigația hiperbolică. Dintre acestea, încă se folosesc sistemele LORAN-C și DECCA.
S-a dovedit că acești sateliți pot fi utilizați pentru radionavigație, îmbinând precizia (prin folosirea undelor în UIF și EIF) cu raza de acțiune practic nelimitată (datorată altitudinii la care sunt plasate emițătoarele), odată ce un prim satelit artificial al Pământului, Sputnik 1, a fost lansat de către URSS pe 4 octombrie 1957.
Primele experimente cu sateliți de navigare au fost efectuate în SUA cu sistemul de sateliți TRANSIT(fig 1.1), cunoscut și sub numele de NAVSAT ([NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]), folosit inițial de către submarinele purtătoare de rachete nucleare Polaris și apoi de toată flota de luptă a SUA. 1960 este anul în care au avut loc primele lansări de; sistemul a fost complet operațional prin 1965 și a funcționat până în 1996 când a fost complet înlocuit cu sistemul GPS. TRANSIT utiliza 5 – 6 sateliți pe orbite circulare polare pentru a se acoperi tot globul pământesc (spre final erau operaționali 10 sateliți); altitudinea orbitei era de circa 1100km. Poziționarea se realiza prin măsurarea efectului Doppler¹. Emițătoarele de pe sateliți emiteau continuu unde de RF cu frecvență foarte stabilă și cunoscută. La nivelul radioreceptorilor de pe nave se monitoriza, la intervale scurte de timp, deplasarea de frecvență Doppler, la apropierea și la depărtarea sateliților. Cunoscând precis pozițiile mai multor sateliți și deviațiile Doppler, se putea calcula poziția receptorilor.
Primul sistem GPS a devenit complet operațional in 1996, iar odată cu aceasta, sateliții TRANSIT nu au mai fost folosiți pentru radionavigație fiind complet acoperiți de către GPS, iar acum sunt folosiți pentru studierea ionosferei aceștia rămânând pe orbite.
Fig. 1.1 Satelit TRANSIT din 1970
1.2 [NUME_REDACTAT] de Poziționare (GPS – [NUME_REDACTAT] System)
Este în prezent, singurul sistem de radionavigație prin stateliți complet funcțional purtând denumirea oficială de NAVSTAR GPS ([NUME_REDACTAT] Timing and [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]).
Sistemul a fost dezvoltat de [NUME_REDACTAT] al SUA ([NUME_REDACTAT] Department of Defense – DoD). Deși costurile de funcționare și pentru înlocuirea sateliților (aproximativ 400 milioane de dolari pe an), sunt în întregime acoperite de SUA, sistemul este bun public – poate fi utilizat gratuit de oricine.(fig 1.2)
Apariția ideii, studiile teoretice și apoi experimentele cu sateliți, s-au realizat de prin 1973 până în 1978 – 1979; din 1978 sistemul a devenit utilizabil pentru armata SUA, la început cu 18 sateliți. În acest moment sistemul deține o constelație de 24 de sateliți definitivată în 1993.
Sistemul GPS a fost conceput și realizat în scopuri militare și până prin 1983² a fost accesibil numai pentru armata SUA³. A urmat o perioadă în care, sub licență, sistemul a putut fi folosit și în aplicații civile, mai ales în transportul aviatic. Din 1993, în special dupa 1995 sistemul a fost dat în folosință și în scopuri civile, fără restricții, însă performanțele erau mai reduse decât cele militare, rezervate în continuare armatei SUA. Eliminarea restricțiilor a avut loc după anul 2000. Înainte de anul 2000, erorile în poziționare pentru civili erau de circa 100m în plan orizontal și circa 156m în altitudine; după 2000, erorile sunt de cel mult 20m, dar pot fi și sub 1 – 3mm!. Sistemul GPS, totodată furnizează și ora exacta, având in această situație o eroare foarte mica, de 60 … 5ns.
Fig 1.2. Satelit actual utilizat de GPS(Block II-F)
1.3 GLONASS
Este un sistem inițiat de URSS în 1983 și continuat de Rusia, incomplet (operează cu vreo 8 sateliți)(fig 1.3) și cu șanse reduse de dezvoltare din cauza costurilor mari;
Fig 1.3. [NUME_REDACTAT]-k1(Glonass)
1.4 Radare de aviație
Radarul, un dispozitiv care este utilizat pentru detectarea de contacte, independent de condițiile de timp și de vreme, a fost unul dintre cele mai importante descoperiri științifice și evoluții tehnologice care au apărut de la al doilea război mondial încoace. Este cunoscut ca una dintre cele mai mari invenții născute din necesitate. Ideea de bază de RADAR poate fi urmărită de la experimente clasice asupra undelor electromagnetice, conduse de către comunitatea științifică în secolul 19. La începutul anilor 1800, un fizician englez, [NUME_REDACTAT] a demonstat că un curent electric produce câmp electric și că energia din câmp se întoarce în circuit când acesta este oprit. În 1864, fizicianul scoțian, [NUME_REDACTAT], a formulat ecuațiile generale ale câmpului electromagnetic, determinând că undele de lumină și deasemenea undele radio sunt de fapt, unde electromagnetice guvernate de aceleași legi fundamentale, dar
având diferite frecvențe. El a demonstrat matematic că orice perturbație electrică ar putea produce un efect la distanță considerabilă față de punctul de origine și că această perturbație se deplasează sub formă de valuri cu viteza luminii.
În momentul în care Maxwell a dedus aceste concluzii, nu exista nici un mijloc prin care se puteau propaga sau detecta undele electromagnetice. Nu înainte de 1886, teoriile lui Maxwell au fost testate. Astfel, fizicianul german [NUME_REDACTAT], s-a orientat să clarifice ecuațiile generale ale lui Maxwell. Hetrz a putut demonsta că undele electromagnetice călătoreau in linii drepte si că acestea pot fi reflectate de către un obiect de metal la fel ca undele luminoase reflectate în oglindă.
În 1904 inginerul german, [NUME_REDACTAT] a obținut un brevet pentru un dispozitiv capabil să detecteze nave. Acest dispozitiv a fost demonstrat la Marina germană, dar nu a reușit să trezească interesul, probabil, in mare parte din cauza gamei sale foarte limitate. În 1922, [NUME_REDACTAT] a atras atenția asupra activității experimentale a lui Hertz și a repetat experimentele acestuia și în cele din urmă a propus, în principiu, ceea ce stim acum ca radar marin.
Prima observație a efectului de radar a fost făcută în 1922 de către Dr. [NUME_REDACTAT] de la Laboratorul de [NUME_REDACTAT] (LNR) din Washington, DC. Dr. Taylor a observat că o navă care trece între un emițător și un receptor radio reflectă unele dintre valuri înapoi la transmițător. În 1930 teste suplimentare de la LNR au observat că un avion zboară printr-o grindă de la o antenă de transmisie , care a provocat o fluctuație în semnal. Importanța radarului în scopul de urmărire a navelor si aeronavelor în cele din urmă a devenit recunoscută, atunci când oamenii de știință și inginerii au învățat cum să folosească o singură antenă pentru transmitere și recepționare.
Datorită condițiilor politice și militare în vigoare la momentul respectiv, [NUME_REDACTAT] ale Americii, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], Franța, Italia, Germania si Japonia au început să experimenteze cu radare, cu diferite grade de succes. În anii 1930, au fost făcute eforturi de către mai multe țări, de a utiliza ecoul radio, pentru detectarea aeronavelor. Cele mai multe dintre aceste țări au fost în măsură să producă o anumită formă de echipament radar operațional pentru a fi utilizate de către militari la începutul războiului în 1939.
La începutul celui de-al doilea război mondial, Germania a progresat mai mult în domeniu radar, creeand si dezvoltand unitati radar pe teren și în aer pentru apărare împotriva aeronavelor aliate. Capacitatea radarului pentru a servi ca un dispozitiv de avertizare timpurie s-a dovedit valoros ca un instrument de apărare pentru britanici și germani.
Deși radarul a fost utilizat la începutul războiului ca o arma defensivă , pe măsură ce războiul a progresat, a ajuns să fie utilizat deasemenea în scopuri ofensive. De la mijlocul anului 1941 radarul a fost angajat pentru a urmări aeronave în mod automat în azimut și elevație și mai târziu pentru a urmări obiectivele în mod automat în gamă.
Toate sistemele radar dezvoltate înainte de război au fost în banda VHF. Aceste semnale radar de joasă frecvență sunt supuse la mai multe limitari, dar, în ciuda neajunsurilor, VHF a reprezentat frontiera de tehnologie radar. Târziu în 1939, fizicienii britanici au creat cavitatea magnetron, oscilatorul care funcționează la frecvențe mai mari.
După război, progresul în tehnologiea radar a încetinit. În anii 1950 sisteme radar noi și mai bune au început să apară și beneficiile pentru marina civila au devenit mult mai importante. Deși tehnologia radar a fost folosita în primul rând de către armată, beneficiile s-au observat în multe aplicații civile importante, din care un exemplu principal este siguranța navigației maritime. Aceleași principii fundamentale descoperite în urmă cu aproape un secol și datele de bază care le oferă, și anume raza de acțiune, încă se aplică unităților radar marine moderne de astăzi
1.5 ILS ([NUME_REDACTAT] System)
Primele sisteme de aterizare după instrumente au apărut in Germania in anul 1932 (sistemul Lorenz) apoi prin perfecționări treptate s-a ajuns la un sistem standardizat in intreaga lume, numit ILS. Sistemul de aterizare instrumental a fost inventat în 1930 de către [NUME_REDACTAT] IEEE Pioneer 1964 la [NUME_REDACTAT] Lorenz o filiala ITT. [NUME_REDACTAT]( IEEE Pioneer 1965), în cadrul unui contract cu CAA([NUME_REDACTAT] Authority), a dezvoltat si testat un sistem complet care cuprinde un Localizer și o intensitate constantă, [NUME_REDACTAT](fig1.5.1).
Fig 1.5.1 Primul model de dezvoltare
ITT a primit apoi un contract cu CAA / [NUME_REDACTAT] de a dezvolta o pantă equi-semnal cu o rată constantă de coborâre. Transmițătorul a fost proiectat de M. Charchian de ITTFL iar receptoarele au fost contractate la [NUME_REDACTAT]. Din mai, echipamentul pantei de aterizare, a fost gata pentru instalare și testare si experimentat de CAA la aeroportul din Indianapolis. A fost cerut ca echipamentul să fie instalat la 400 de metri de pistă în scopuri de siguranță. Designul final al sistemului de antenă a fost realizată de către [NUME_REDACTAT].(fig 1.5.2)
Fig 1.5.2 Design final al sistemului([NUME_REDACTAT])
Când toate specificațiile au fost îndeplinite, sistemul a devenit mai sensibil la undele de reflexie de la capătul inferior. Sistemul britanic proiectat de ITT [NUME_REDACTAT] and Cable a evitat problema utilizând o instalație casantă la marginea pistei.
Pilotul de teste CAA [NUME_REDACTAT], alocat proiectului, a fost un atu important pentru dezvoltarea sistemului. Comentariul său că sistemul de apropiere la aterizare, a fost "prea ascuțit și este necesare pentru a fi corectat" a determinat să se elaboreze un control de modulare procentuala prin adăugarea unei antene de corecție "înmuiere" (US [NUME_REDACTAT] 2419551) montată pe jumătate de drum până catargul antenei. Prin ajustarea puterii purtătorului de antenă directivă , problema a fost rezolvată. Cu altă ocazie, pilotul a spus ca "panta este prea mică".
La mijlocul anilor 40, FAA([NUME_REDACTAT] Administration) a emis un preț fix pentru sistemele de pantă de aterizare, care încorporează o cerință pentru fazorii de impedanță constantă. Cerința a apărut pentru a simplifica ajustările fazei, fara a afecta ajustări de amplitudine.
Acum sunt peste 66 ani de funcționare, iar deoarece sistemul a fost acceptat de către armată, standardizat de OACI este acum în uz civil în toată lumea
La ora actuală el reprezintă sistemul principal pentru efectuarea procedurilor de apropiere pe toate aeroporturile deschise traficului de pasageri și marfă. Dacă se ține seama că sistemul ILS constituie și baza procedurii de aterizare automată, se poate admite că sistemul este in plină evoluție. In viitor sistemul MLS ([NUME_REDACTAT] System) va inlocui sistemul deja clasicu, ILS. Acesta este conceput cu o precizie ridicată de ghidare la aterizare cu precizie de
centimetrii, permițând implementarea sistemelor de aterizare automată controlată
de la sol. În prezent există câteva sisteme MLS instalate în lume, dar acestea vor coexista mult timp împreună cu sistemul ILS.(fig 1.5.3)
Fig 1.5.3 Sistemul actual ILS
Sistemul de aterizare instrumental ILS ([NUME_REDACTAT] System) este folosit de peste 40 de ani si este sistemul cu cea mai mare acuratețe pentru ghidare la aterizare general acceptat.
1.6 DME ([NUME_REDACTAT] Equpment)
Dezvoltat în Australia, echipamentul de măsurare al distanței (DME), utilizat pentru măsurarea distanței dintre aeronavă și stația terestră, a fost inventat de [NUME_REDACTAT] ‘Taffy” Bowen în timp ce era angajat ca șef al diviziei de Radiofizică al [NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT] Organisation (CSIRO)
O altă versiune a sistemului a fost dezvoltată de [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] la începutul anilor 1950, care functiona in banda de 200 MHZ VHF. Versiune aceasta a fost adoptată de către [NUME_REDACTAT] al [NUME_REDACTAT] ca DME(D) sau DME intern, iar următoarea versiune a fost adoptată internațional de către OACI sub denumirea de DME(I).
Acest sistem este similar cu un radar secundar, cu deosebirea că se află la bordul aeronavelor și nu la sol, fiind produs mai întai cu rol de transponder IFF. Sistemul DME este un rezultat al dezvoltării sistemului de identificare amic-inamic(IFF), îmbunătățit mai ales dupa cel de-al doilea război mondial. Pentru compatibilitate, DME este identic funcțional cu componenta de măsurare a distanței , TACAN , și oferă distanța(în unele sisteme oferă si viteza la sol). Sistemul reprezintă o tehnologie a viitorului pentru că funcționează în banda de frecvențe UHF, însă cu toate acestea, frecvența sistemului poate fi asociată cu cea a VOR-ului, ILS-ului sau LLZ-ului.
1.7 LORAN
Prin 1940, armata [NUME_REDACTAT] a recunoscut necesitatea de a dispune de un sistem de
radionavigație cu rază de acțiune foarte mare (peste 1500km), pentru navele maritime și aeriene care operau în Atlantic și mai ales în Pacific.
Cu ajutorul lui R. G. Dippy, în 1942 a devenit operațional sistemul LORAN (Long RAnge Navigation system), numit mai târziu LORAN-A pentru a-l deosebi de versiunile ulterioare (LORAN-B, C, D și E).
LORAN-A utiliza unde de 1750kHz, 1850kHz, 1900kHz și 1950kHz care în propagare urmau curbura Pământului, asigurând sistemului o rază de acțiune de circa 1200km pe timp de zi și peste 2500km noaptea, când propagarea undelor de JF și MF este mult mai bună. Frecvențele diferite asigurau identificarea stațiilor principale.
LORAN-A funcționa după exact aceleași principii ca și sistemul GEE. O stație principală (A) furniza semnale de comandă și sincronizare altor două – de regulă mai multe (până la 6) stații secundare (B, C, …). Stațiile principale emiteau impulsuri de RF cu durata de 40μs la intervale de 40ms. Stațiile secundare emiteau impulsuri întârziate față de cele principale cu 29 …39ms. Astfel, intervalul dintre un impuls principal și cel secundar corespunzător era mai mare decât dintre impulsul secundar și cel principal următor – astfel se eliminau confuziile privind sursa impulsurilor, deși pe ecranul osciloscoapelor acestea puteau să arata identic. Intârzierile impusurilor secundare față de cele principale difereau de la o stație secundară la alta, asigurând astfel identificarea stațiilor secundare. Măsurând timpul dintre un impuls secundar și unul principal și scăzând întârzierile dintre emisii, se putea afla diferența timpilor de propagare și apoi hiperbola corespunzătoare. La intersecția a două hiperbole astfel determinate se afla receptorul.
Precizia poziționării cu LORAN−A era cam de 1% din distanța față de emițătoare (0,2 … 20km), comparabilă cu aceea realizată prin navigare celestă.
Sisteme LORAN-A au fost instalate cam peste tot în lume, pe coastele Atlanticului (mai ales în SUA, Canada și [NUME_REDACTAT]), ale Pacificului (China, Japonia, Australia), și ale [NUME_REDACTAT] (Indonezia, Micronezia). Prin 1970 – 1975 majoritatea instalațiilor au fost dezafectate, dar în China au mai funcționat până după 1995.
In timp, s-au introdus și alte sisteme asemănătoare cu LORAN-A, dintre care larg utilizat a fost LORAN-C (varianta B a rămas în stadiu experimental iar variantele D și F au avut aplicații limitate).
De prin anul 2003, s-a emis ideea dezafectării și a ultimului sistem de radionavigație hiperbolocă – LORAN-C, având în vedere disponibilitățile GPS. Suporterii LORAN subliniază însă câteva avantaje ale acestuia față de sistemele prin sateliți, printre care:
LORAN folosește emițătoare de mare putere, greu de perturbat (oricum, mult mai greu
decât GPS);
stațiile LORAN sunt exploatate de firme independente de stat – GPS este controlat complet
de guvernul SUA1 (prin U.S. D.O.D);
LORAN poate fi folosit în combinație cu GPS pentru o mai bună estimare a poziției sau/și
ca sistem de rezervă.
Având în vedere toate acestea, deocamdată LORAN-C rămâne în funcție.
¹Efectul Doppler constă în apariția unei diferențe între frecvența unei unde măsurată la sursă (fS) și aceea
măsurată la un receptor (fR) aflat în mișcare relativă față de sursă. Dacă S se apropie de R: fR > fS; dacă S se îndepărtează de R: fR < fS.
²1983, președintele SUA [NUME_REDACTAT] a autorizat utilizarea GPS în scopuri civile.
³Marea utilitate militară a sistemului GPS a fost dovedită în războiul din [NUME_REDACTAT] (1990 – 1991).
VOR TACAN
DME
LORAN
GPS GLONASS
Capitolul 2
SISTEME SI ECHIPAMENTE DE NAVIGAȚIE ȘI DIRIJARE CU BAZA LA SOL
2.1 . SISTEME ȘI ECHIPAMENTE DE RADIONAVIGAȚIE APROPIATĂ
2.1.1 Considerații generale
Sistemul de radionavigație apropiată este un echipament format din radiofaruri terestre și aparatură de bord, care asigură determinarea în zona sa de acțiune a informațiilor referitoare la azimut și distanță. Azimutul și distanța se determină în raport cu punctul de radionavigație (PRN) în care este plasată antena radiofarului. Coordonatele acestui punct sunt cunoscute, iar determinarea informațiilor de navigație se poate face la bord și în PRN sau numai la bordul aeronavei.
În componența sistemului de radionavigație apropiată intră un radiofar azimutal si un radiofar telemetric. La bordul aeronavei există instrumente destinate pentru măsurarea distanței si azimutului până la stația terestră și anume la radiofarul amplasat la sol. Este determinată totodată poziția aeronavei și abaterea acesteia de la azimutul dat.
Semnalele proporționale cu azimutul și distanța aeronavei se transmit de la echipamentul de bord al sistemului în calculatorul acestuia pentru a se determina abaterea aeronavei de la traiectul de zbor programat, precum și la echipamentul de afișare a informațiilor. În cadrul sistemului există două canale: unul azimutal și unul telemetric. Canalul de azimut este format dintr-un radiofar azimutal terestru și echipamentul de bord și are rolul de a asigura măsura azimutul în raport cu radiofarul. Cel de-al doilea canal, este format din radiofarul telemetric terestru și aparatura de bord, asigurând determinarea distanței aeronavei față de radiofar.
În SRNA(sistemul de radionavigație apropiată) poziția aeronavelor se determină prin intersecția a două linii de poziție diferite cu ajutorul echipamentului de bord. În cazul funcționării în regim azimutal – telemetric, poziția aeronavei se determină la intersecția dintre linia azimuturilor egale (o dreaptă) și linia distanțelor egale față de radiofar, care este un cerc. Pe de altă parte, dacă sistemul funcționează în regim telemetric, poziția aeronavei se determină prin intersecția a două linii de poziție (cercuri). Sistemul mai poate funcționa în regim azimutal, când punctul aeronavei se determină la intersecția dintre două linii de azimuturi egale.
Aceste principii au dus la realizarea a diferite tipuri de sisteme de radionavigație apropiată, dintre care o răspândire mai largă au căpătat-o sistemele RSBN (de producție sovietică), sistemul VOR/DME și TACAN (de producție occidentală). Unele tipuri de SRNA se asociază cu sistemele de aterizare formând complexe de conducere a zborului.
2.1.2. Sistemul de navigație apropiată VOR
2.1.2.1. Descrierea sistemului VOR
Sistemul de navigație apropiată VOR este un mijloc de radionavigație care lucrează pe frecvență înaltă, fiind folosit des în zborul instrumental(IFR) și care permite aeronavelor care dețin la bord un instrument de recepție să determine poziția în aer și menținerea lor pe traiect, prin primirea semnalelor radio transmise de către o rețea de balize radio fixe de la sol. Denumirea VOR provine de la [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]-[NUME_REDACTAT] Range (raza semnalului radio omni-direcțional de înaltă frecvență ), abreviat și VHF omni range – VOR. Frecvențele VHF utilizate sunt cuprinse în banda 108-117.95MHz (Figura 2.1)
Figura 2.1. Echipamentul de bord VOR
Sistemul VOR este compus dintr-o rețea de NDB – uri care transmit semnalele ce conțin informații precise despre azimut astfel încât pe lângă recepția semnalului pilotul poate determina exact relevmentul magnetic (respectiv radialul pe care zboară aeronava față de stație).
O statie de la sol VOR (figura 2.2) transmite un semnal omnidirecțional principal și un al doilea semnal extrem este propagat de o antenă pe diferite etape, rotindu-se in sensul acelor de ceasornic, de 30 de ori pe secundă.
Figura 2.2. Statie terestră VOR
Semnalul radio emis de stația terestră VOR, include semnalul de navigare, identificatorul stației și o voce în cazul în care este echipat. Semnalul de navigare permite receptorului de la bord să determine distanța față de stația de la sol. Elementul de identificare al stației este compus de obicei din două sau trei litere inșiruite din codul Morse. Semnalul vocal, dacă este folosit, este de obicei numele postului
Avantajele sistemului VOR sunt următoarele:
sensibilitate redusă la interferențele electrice și atmosferice;
eliminarea efectului nopții, din moment ce semnalele VHF sunt linii de transmisie și nu sunt reflectate de ionosfera (ca semnalele NDB în banda LF / MF).
Siguranța și acuratețea semnalelor VOR permit folosirea acestuia cu încredere în orice condiții meteo, ziua sau noaptea, în scopuri cum ar fi:
orientare și fixare a poziției;
deplasarea pe drum înspre sau dinspre o stație terestră VOR;
așteptarea (pentru acțiuni de întarziere sau manevrare).
Avantajul major este acela că direcția către stație este citită direct de pe echipamentul de indicare, deci informația despre poziția pe un anumit radial al VOR- ului este prezentată direct și precis pe indicatorul acestuia. În cazul în care la bordul aeronavei există două indicatoare VOR se acordează pe două frecvențe, se trasează pe hartă cele două radiale, iar la intersecția acestora se determină poziția aeronavei. Mai există în exploatare un echipament RNAV (aRea NAVigation) care preia informații de la două sau mai multe stații VOR simultan creând astfel un “VOR virtual” care mărește precizia determinărilor VOR.
Distanța de acțiune a radiofarurilor VOR de rută, ca de altfel a tuturor mijloacelor de radionavigație din gama VHF este determinată de înălțimea de zbor (undele ultrascurte se propagă în linie dreaptă, fără a fi supuse curbării). Astfel, pentru:
înălțime de zbor 300 m, distanța de acțiune este 92 km
înălțime de zbor 1500 m, distanța de acțiune este 170 km
înălțime de zbor 6000 m, distanța de acțiune este 320 km
înălțime de zbor 9000 m, distanța de acțiune este 400 km
Pilotul poate seta receptorul VOR la o stație terestră, sau poate selecta un radial pentru a defini un curs magnetic spre sau dinspre stația terestră. Radialul VOR-ului este impărtit in 360 de grade, la punctul de 360 de grade fiind reprezentat nordul magnetic. Momentul potrivit pentru activarea receptoarelor de navigație, în acest caz receptoarele VOR, este în timp ce aeronava se află la sol deoarece pilotul are de a face cu zborul planificat și trebuie să știe unde să meargă.
După decolare, de obicei începand de la 1000 feet deasupra solului, receptorul VOR va primi semnale de la emițător iar săgeata va indica FROM.(figura 2.3)
Figura2.3.Indicativul FROM
Atunci când aeronava a trecut de jumătate sau este aproape de următoarea stație , receptorul VOR va prelua semnalele de la stația următoare.În acest caz, săgeata se va schimba de la indicativul FROM la indicativul TO(Figura 2.4)
Figura 2.4. Indicativul TO
În cazul în care stația VOR nu funcționează , receptorul VOR va indica un steguleț roșu care va sta la centru tot timpul.(Figura 2.5)
Figura 2.5. Indicativul NO SIGNAL
2.1.2.2. Principii de funcționare
Principiul de funcționare al sistemului VOR se bazează pe compararea în fază a două semnale, „fiind construit astfel încât câmpul electromagnetic emis să reprezinte distinct în azimut direcții cu precizia de un grad”. El emite omnidirecțional marcându-se astfel în spațiu simultan 360 de direcții distincte care concură în radiofar (Figura 2.6). Aceste direcții se numesc radiale și reprezintă relevmentele magnetice ale aeronavei sau drumuri magnetice măsurate față de nordul magnetic din punctul de amplasare al radiofarului.
Figura 2.6.Axele radioelectrice ale antenei VOR
Etapele functionării sistemului:
O stație VOR emite simultan două semnale. Unul numit semnal de referința este recepționat în același fel către avion oricare ar fi poziția lui față de stație. Celălalt, semnal de azimut, are o caracteristică specifică a poziției avionului receptor.
Semnalul de referință este modulat în frecvență cu 30 HZ. Acesta are aceeași fază în orice direcție la orice moment. Fiind transmis de o antenă omnidirecțională, diagrama polară a semnalului de referința se realizează sub forma unui cerc (Figura 2.7).
Semnalul variabil ( sau semnalul de azimut) este transmis de la o antenă rotativă, care se rotește cu 30 de rotații pe secunda, împreună cu o antenă nedirecțională. Ca urmare a rotației este transmis un semnal a cărei digramă polară este de forma cifrei 8.
Figura 2.7. Diagrama de directivitate a statiei
Când cele două semnale, semnalul de referință și cel variabil, sunt combinate, diagrama polară rezultantă este de forma unei cardioide. În urma rotației cardeidei se emite un semnal de 30 Hz modulat în amplitudine. Transmiterea semanlului se realizează în așa fel încât diferența de fază dintre cele două semnale este zero în direcția nordului magnetic, iar în oricare alta direcție este egală cu valoarea unui radial.
Receptorul. La bordul aeronavei se găsește un receptor pe unde ultrascurte, care detectează semnalul. Compararea la bord a semnalului de referință cu semnalul de azimut permite măsurarea azimutului, astfel realizându-se parcurgerea unei axe raddiolectrice trecând peste stație și implicit determinarea poziției aeronavei față de stația terestră VOR.
2.1.2.3 Determinarea poziției aeronavei
Determinarea poziției unei aeronave cu ajutorul sistemului VOR se realizează prin trasarea unei linii de poziție stație-avion și totodată este necesară o nouă linie de poziție de la un al doilea radiofar omnidirecțional VOR sau prin translație de la același, dar la un interval determinat de timp. Calculul poziției se face fie analitic, fie cu ajutorul hărții (Figura 2.8)
Figura 2.8 Determinarea pozitiei aeronavei utilizând sistemul VOR
Determinarea direcției aeonavei în raport cu stația VOR se realizează astfel:
– se fixează frecvența stației;
– se verifică apariția unuia dintre indicatoarele „to”/„from”;
– se rotește selectorul de direcție până când acul indicatorului de drum va fi zero, găsindu-se astfel 2 valori unghiulare, una la care va apărea indicația „to” și una având indicația „form”. Aceste două indicații indică faptul că aeronava se află pe o axă compusă din 2 radiale concurente opuse. Luând capul magnetic în dreptul căruia apare indicația „from” și îndreptând aeronava pe direcția lui se realizează zborul de îndepărtare de la radiofar, iar urmând capul magnetic al cărei in indcație este „to” se realizează apropierea de radiofar.
În urma procedeului se vor trage următoarele concluzii:
– dacă acul indicator este la 0, apare indicația „from”, selectorul de direcție indică relevmentul magnetic al aeronavei;
– dacă acul indicator este la 0 și apare indicația „to”, selecorul de direcție indică relevmentul magnetic al radiofarului.
De exemplu pe direcția 120˚ apare indicația „from” și pe direcția 250˚ indicația „to”. Acest lucru evidențiază faptul ca aeronava se afla pe axa 120˚/250˚, care trece prin stație. Astfel dacă pilotul fixează selectorul de direcție 120˚ și apare indicația „from”, zburând pe un cap magnetic de 120˚ se îndepărtează de stația VOR. Dacă selectează 250˚ împreună cu indicația „to” și aeronava zboară pe un cap magnetic de 250˚ atunci ea se îndreaptă spre radiofarul VOR.
Calcularea poziției aeronavei se realizează prin cunoașterea relevmentului magnetic al aeronavei și a distanței fața de stație, distanță care se va afla dupa un anumit procedeu. „ După ce s-a deretminat RMA, se execută un viraj de 90˚, la dreapta sau la stânga și se zoboară pană când s-a modificat relevmentul magnetic al aeronavei cu 10˚. Se cronometrează timpul scurs între cele două relevmente diferite cu 10˚. Acest timp este 1/6 din timpul necesar pentru a ajunge la stație. Cunoscând viteza avionului, se poate determina distanța. Deci cunoscând RMA și distanța fața de stație, se poate determina poziția avionului pe hartă.
Trebuie menționat faptul ca acest procedeu nu ține cont de derivă ceea ce duce la determinarea unor date imprecise în anumite condiții. Procedeul poate fi folosit în special atunci când se face traversarea unei stații. În acest caz, măsurarea distanței până la stație este mai exactă.
2.1.3. Sistemul de navigație apropiată DME
2.1.3.1. Descrierea sistemului DME
Echipamentul de măsurare a distanței (DME – distance measuring equipment) poate furniza informații foarte utile: distanța dintre aeronavă și o stație terestră. DME folosește principiile de funcționare ale radarului pentru a măsura distanța, citind mai degrabă distața oblică decât cea orizontală.
Echipamentul de măsurare al distanței(DME) este o tehnologie de radionavigație care folosește principiul măsurării distanței de la bordul unei aeronave către o stație de la sol și semnalul radio primit de la stația respectivă(Figura 2.9). Măsurarea distanței se face prin cronometrarea timpului de întârziere a unui semnal radio de înaltă frecvență transmis de la bordul aeronavei.
Fig. 2.9. Măsurarea distanței cu ajutorul DME
Sistemul este similar cu un radar secundar cu deosebirea că acesta se află la bordul aeronavelor și nu la sol, fiind folosit mai întâi cu rol de transponder IFF. Sistemul DME este un rezultat al dezvoltării sistemului de identificare amic-inamic (IFF), îmbunătațit mai ales după cel de-al doilea război mondial.
Pe lânga măsurarea distanței, sistemul DME poate determina deasemenea și viteza aeronavei față de sol prin monitorizarea schimbărilor de poziție a acesteia față de stația de la sol. Vitezele determinate nu sunt foarte precise decât în cazul în care aeronava zboară înspre sau dinspre stația terestră
Stațiile terestre DME sunt de obicei co-localizate cu stațiile terestre VOR. Un sistem tipic de transponder la sol DME de rută sau terminal, va avea un impuls de 1kW la ieșire pe canalul UHF alocat. O stație DME terestră de putere mai slabă poate fi co-amplasată cu o instalație de antenă ILS.
2.1.3.2 Compunerea sistemului DME
Sistemul DME este compus dintr-un emițător și un receptor (interogator) în gama UHF dispuse la bordul aeronavei și dintr-un un receptor și un emițător (transponder) care lucrează în aceeași gamă, dispus la sol.(Figura 2.10)
Figura 2.10. Schema bloc a sistemului DME
La bordul aeronavei se regăsesc mai multe elemente ale indicatorului DME respectiv, elemente care ușurează munca pilotului, acestea oferindu-i acestuia posibilitați multiple de reglare a sistemului și de citire a datelor necesare unei navigații in condiții cat mai bune, și anume(Figura 2.11) : indicatorul de distanță, timpul către stația terestră, viteza la sol, comutator de frecvențe si selectorul modului de lucru.
Figura 2.11. Indicatorul DME de la bordul aeronavei
Stațiile terestre ale sistemului DME(Figura 2.12) sunt dispuse fie în prelungirea PDA fie amplasate de-a lungul căilor aeriene, lucrând conjugat cu stațiie sistemelor VOR sau sistemelor ILS.
Există 126 de canale date înspre utilizarea de către operatorii civili, fiecare dintre aceste canale lucrează într-o gamă unică de frecvențe, frecvențe elaborate de catre ICAO, acestea fiind folosite in toată lumea și trebuie cunoscute foarte bine de către piloți.
Figura 2.12. Stație terestră DME
2.1.3.3 Principiul de funcționare al DME
Sistemul DME este folosit de către aeronave pentru a determina distanța până la o stație de la sol. Principiul după care funcționează îl reprezintă trimiterea și primirea de perechi de semnale radio. DME operează în banda radio UHF, utilizând frecvențe de la 962 MHz până la 1213 MHz.
În cazul funcționării este folosit principiul radarului secundar. Una din propriile transmisii este detectată de către radarul primar, transmisie proprie care este reflectată de la un obiect; radarul secundar detectează o transmisie-răspuns de la un transponder activat de un semnal de interogare/apelare.
Un transponder DME situate la sol poate face față la aproximativ 100 de aeronave in acelasi timp, sistemul fiind făcut astfel încat să nu existe nicio posibilitate ca impulsuri de apelare/interogare de la un avion să determine o indicare incorectă a distanței la alt avion.
Transponderul DME de la sol emite semnale cu puterea de ieșire de 1 kW în impuls pe canalele UHF atribuite. Semnalele de interogare sunt transmise sub formă de perechi de semnale electromagnetice sub formă de impulsuri. Un interogtor DME este conceput să se acordeze automat pe frecvență când este selectată o stație asociată unui sistem VOR. De asemenea, sistemele DME de joasă putere lucrează conjugat cu sistemul ILS, pentru care oferă date precise despre distanța aeronavelor.
Stația DME de la sol răspunde cu o secvență identică de perechi de semnale de răspuns cu o întârziere precisă de timp de 50 microsecunde, receptorul de la bord fiind acordat astfel încăt să permită trecerea doar a acelor perechi de semnal cu intreval corect între ele. Transponderele DME de la sol transmit pe un canal cuprins în intervalul 962-115 MHZ și recepționează pe cale corespunzătoare în gama 962-1150 MHz.
De cealaltă parte, de la bordul aeronavei, este folosită o antenă de directivitate cu caracteristica ingustă. Această antenă este amplasată in prtea de desupt a aeronavei
Aceasta antenă va transmite un semanl de răspuns, realizându-se astfel la bordul aeronavei masurarea timpului scurs de la transmiterea semnalului de interogare și pană la primirea semnalului de răspuns. Aceste informații duc în cele din urmă la calcularea distanței de la stație la aeronavă (Figura 2.13).
Formula de calcul a distanței pe care o folosește DME, pentru a calcula distanța aeronavei până la stația DME aflată la sol este urmatoarea:
distanța = viteza*timpul (2.1) Viteza folosită în formulă se referă la viteza impulsului radio(semnalului electromagnetic) care este egală cu viteza luminii, 300,000,000 m/sec sau 186,000 mile/sec. Timpul folosit în formula de calcul este timpul total/2- 50 ms.
Fig. 2.13. Principiul de funcționare al DME
2.2 SISTEME ȘI ECHIPAMENTE DE RADIONAVIGAȚIE ÎNDEPARTATĂ
2.2.1. Considerații generale
În unele situații, sistemele de navigație radio apropiate nu pot oferi informații necesare executării zborului. Din această cauză pe liniile aeriene se mai utilizează sistemele de radionavigație indepartată, destinate să determine poziția aeronavelor la distanțe mai mari de 1500 Km, unele echipamente asigurând prin conceperea lor o acoperire globală pentru navigația aeriană, maritimă si terestră.
Ele au în compunerea lor stații terestre amplasate în puncte fixe, cu coordonatele cunoscute și totodată dețin echipamente la bordul aeronavelor necesare determinării poziției dorite. Stațiile de la sol sunt folosite ca repere, iar pe baza semnalelor recepționate de către aeronave de la stațiile terestre sunt determinate coordonatele. Prin sistemele de radionavigație îndepărtată se asigură deplasarea pe traiect a aeronavelor, se determină elementele necesare de navigație și se conduce aeronava intr-un raion programat.
Clasa sistemelor telemetrice, fazice sau în impulsuri includ aceste sisteme de radionavigație îndepărtată.
Gama undelor utilizate în cadrul sistemelor de radionavigație îndepărtată se încadrează în gama undelor lungi și foarte lungi în cadrul sistemelor fazice și în impulsuri.
La sol, echipamentul radiotehnic este format din trei sau mai multe stații. Când echipamentul este format din 3 stații, (X,Y,Z) una din stații, de exemplu X, este stația conducătoare , iar stațiile Y și Z sunt stațiile conduse. Stațiile X și Y sunt conduse datorită deținerii de către stația X a două echipamente de comandă. La bordul aeronavei avem un receptor destinat să indice poziția aeronavei. În cadrul schemei receptorul este plasat în punctul A. Se măsoara intervalul de timp dintre momentul recepționării impulsurilor emise de stația conducătoare X și una din stațiile conduse( de exemplu Y). Parametrul determinat în urma acestor măsurări va fi distanța. Receptorul de la bordul aeronavei măsoară intervalul de timp de mai sus și proporțional cu acest interval, el transmite un semnal în calculatorul sistemului, calculatorul urmând ca pe baza informațiilor transmise să calculeze coordonatele aeronavei la momentul respectiv.
Stațiile terestre formează așa – numita rețea de stații conducătoare și conduse, stațiile lucrând pe aceeași frecvență. Perechile de stații determină așa-zisa linie de poziție. LP1 in cadrul perechii A si B iar in cadrul perechii A si C este detrminata linia de pozitie LP₂.
2.2.2 Sistemele de navigație hiperbolice
Denumirea de sisteme de navigație hiperbolică provine de la liniile de poziție care se determină cu ajutorul lor și care se numesc hiperbole.
Toate hiperbolele care se pot construi pe două focare P și S (două puncte fixe de referință) se numește rețea sau familie de hiperbole (Fig. 2.15.). Arcul mic din cercul mare, adică distanța cea mai scurtă dintre două puncte de referință P și S este denumită linia de bază și este specifică sistemelor de navigație hiperbolică, iar perpendiculara la mijlocul liniei de bază se numește linia de centru.
Figura 2.15. [NUME_REDACTAT] stații de emisie cu radiere poziționate în punctele P și S plus un receptor amplasat la bordul aeronavei intră în compunerea sistemelor de navigație hiperbolica. La sol, una din cele două stații este stația principală iar cealaltă stație, secundară. Ambele stații emit semnale sincron sub formă de impulsuri sau undă continuă.
Semnalul emis de cele două stații poate fi măsurat. Din această cauză, cunoscându-se diferența dintre duratele de timp necesare semnalelor emise să ajungă la aernonave se poate stabili distanța față de punctele P și S, pe baza diferenței de timp . In cazul în care cele două stații emit semnale continue, nemodulate atunci în punctul de măsurare se va determina continuu diferența de fază dintre cele două semnale, locul geometric în cazul acesta fiind reprezentat de asemenea de o linie de poziție de forma hiperbolei. În momentul în care cele două linii de poziție se intersectează, intersecția lor determină poziția aeronavei (figura 2.16).
Figura 2.16. Determinarea locului aeronavei cu ajutorul hiperbolei
Sistemele de navigație hiperbolică utilizate în zilele noastre sunt LORAN, DECCA, DECTRA si OMEGA.
2.2.3. Sistemul de radionavigație îndepărtată LORAN
2.2.3.1 [NUME_REDACTAT] LORAN a fost omologat de către OACI ca sistem standard de radionavigație îndepărtată și face parte din categoria sistemelor diferențial telemetrice având în compunerea sa stații de radioemisie terestre și totodată receptoare amplasate la bordul aeronavelor.
Lucrează pe frecvențe de 1850, 1900, 1950 KHz. Stațiile au o putere de impuls de 100KW. O stație secundară este separată de o stație principală pe o distanța cuprinsă intre 360 si 700 km.
Diferențierea perechiilor de stații se face dupa frecventa de repetititie a semnalelor. Sistemul LORAN folosește 3 frevențe fundamentale de repetare a semnalelor: special(s)- emite 20 semnale/secundă, joasă(L)- 25 semnale/secundă, înaltă(H)- 33/semnale/secundă. O hiperbolă se determină prin măsurarea diferenței de timp dintre două semnale emise de o pereche de stații.
La ora actuală o suprafață de peste 120.000000 kilometrii pătrați este acoperită de către sistemele LORAN, incluzându-se aici și zone greu accesibile precum zona Atlanticului de Nord, zona Pacificului de Nord sau zona coastei de est a Asiei. La ora actuală sistemele Loran sunt în cădere, dar se incearcă menținerea lor. Această cădere se datorează apariției sistemului GPS. Este sigur ca până în 2015 sistemul LORAN va mai fi funcțional , datorită rămânerii in exploatare până în acel an a sistemului LORAN- C.
De-a lungul timpului LORAN a dezoltat mai multe variante ale sistemului dintre care cele mai importante sunt următoarele:
Sistemul LORAN A – a fost utilizat de [NUME_REDACTAT] până în anul 1980 când a fost înlocuit de sistemul LORAN C. Utilizarea sistemului LORAN – A a continuat în alte zone de pe glob mult timp după apariția sistemului LORAN – C, deoarece trecerea la acest sistem nou necesitând o pregatire pe o durată mai mare de timp.
Sistemul LORAN C – este forma evoluată a sistemului LORAN A. Precizia sistemului LORAN C este mai mare datorită măsurări combinate a intervalului de timp și a diferenței de fază dintre semnalele emise de o pereche de stații.
LORAN C face parte din categoria sistemelor diferențial – telemetrice fazice în impulsuri și are în principiu aceeași componență ca și sistemul LORAN A.
La folosirea unui sistem LORAN este important să se identifice perechea de stații necesare pentru determinarea liniei de poziție. Aceasta se identifica dupa anumiti parametrii precum: indicele specific si indicii de baza si de asemenea canalul de lucru.(figura 2.17)
Indicele de bază reprezintă frecvența de repetare sau numărul de impulsuri pe secundă: (tabelul 2.1.)
Tabelul 2.1. Indicele de baza pentru sistemul LORAN
Indicele specific derivă din indicele de bază printr-o mică variație a frecvenței acestuia. Există 8 indici specifici numerotați de la 0 la 7. Fiecăruia îi corespunde o anumită frecvență de repetare.
Canalul de lucru corespunde frecvenței purtătoare a stației si poate fi identificat astfel:
1950 KHz – canalul 1 LORAN A;
1850 KHz – canalul 2 LORAN A;
1900 KHz – canalul 3 LORAN A;
100 KHz – canalul C LORAN C;
100 KHz – canalul S LORAN C SPECIAL.
Figura 2.17. Situația stațiilor terestre și stabilirea liniilor de poziție
2.2.3.2. Principiul de funcționare
Principiul de funcționare al sistemelor LORAN(A, C, C special) nu se diferențiază unul de altul. Funcționează pe baza măsurării diferenței de timp Δt (microsecunde), între recepționarea unui impuls emis de stația principală și recepționarea impulsului repspectiv de către stația secundară. Diferențele de timp reprezintă liniile de poziție, iar pentru determinarea lor, la bordul aeronavelor se folosețte acelați receptor pentru toate cele trei tipuri de sistem LORAN.
Sistemul folosește lanțuri de stații, fiecare lanț fiind format dintr-o stație principală. O stație principală A furnizează semnale de comandă și sincronizare altor două stații secundare.(de obicei până la 6 stații). Un impuls constă dintr-o înșiruire de sinusoide, frecvența purtătoarei fiind de 100KHz iar amplitudinea crescătoare, conform relatiei(2.2), cu o durată de 65 microsecunde. Descreșterea amplitudinii după întreruperea curentului din antenă depinde de caracteristicile circuitului format de ieșirea din emițător. Viteza de scădere a amplitudinii depinde de amortizarea circuitului, iar amortizarea depinde de fiecare emitator, mai exact caracteristicile acestuia. De obicei se asigură o amortizare astfel încat conținutul în armonice al semnalului să fie cât mai mic.
(2.2)
A-constanta de normalizare a amplitudinii curentului maxim în antenă
r- diferența anvelopă
PC- parametrul de fază pentru codare(0- impuls pozitiv iar impuls negativ)
Aspectul semnalelor este prezenat în (figura 2.18) pentru impulsurile pozitive. Impulsurile negative sunt reprezentate în (figura 2.19). Este esențial în cazul navigării să se identifice sursele impulsurilor recepționate și anume a stațiilor a căror poziție este cunoscută. O codare este esențială pentru identificarea emisiilor fiecărei stații. Orice stație emite grupuri de câte 9 sau 8 impulsuri.
Figura 2.18. Impuls pozitiv [NUME_REDACTAT] 2.19. Impuls negativ [NUME_REDACTAT] o funcționare corectă a sistemului este absolut necesară o coordonare riguroasă în ceea ce privește momentul emiterii semnalelor de către cele două stații emițătoare.
Procedura de emisie se realizează astfel:
Stația master( principală) emite prima un grup de 9 impulsuri, 8 dintre ele fiind la intervale de 1000μs iar al 9-lea impuls la 2000μs
Stațiile secundare emite succesiv grupuri de 8 inpulsuri separate de 1000μs. Emisiile se execută după aceea după un interval de timp necesar pentru ca semnalul să se propage la cea mai mare distanță de acțiune (o astfel de undă pacurge 3000km in 30 μs)
După finalizarea emisiei de către stațiile secundare se reia emisia stației principale (intervalul dintre două emisii a stației principale se numește timp de repetiție de grup)
După ce se realizează și ultima emisie de către o stație secundară din lanț, procesul se reia
Astfel prin măsurarea timpului de repetiție de grup, realizat cu o mare precizie, se identifică lanțul LORAN și se cunosc în acel moment și succesiunea în emisie a stațiilor secundare din lanț și compunerea sistemului. Ca urmare se pot trasa hiperbolele de poziționare și se poate determina poziția receptorului( aeronavei).
2.2.4. Sistemul de radionavigație indepărtată DECCA
2.2.4.1. Considerații generale
Sistemul DECCA este un sistem de navigație hiperbolică pentru distanțe medii, folosit atât de aviație cât și de marină. Spre deosebire de sistemul LORAN, acesta nu utilizează principiul emisiei în impulsuri, ci al undelor întreținute, nemodulate.
Un sistem DECCA este format din grupări de 4 stații de radioemisie terestre dintre care una, ca și la sistemul LORAN, poartă denumirea de stație principală, iar celelalte trei se numesc stații secundare. De obicei, stațiile sunt amplasate în stea, la o distanță de 100-200 kilometri de stația principală. Întregul complet de 4 stații poartă denumirea de lanț DECCA.
Banda de frecvență în care lucrează stațiile terestre care emit este cuprinsă între 70-130 KHz. Semnalele emise de stațiile terestre sunt utilizate atât de nave maritime la o distanța de peste 450 km față de stație cât și de aeronavele aflate la orice înălțime. Este un sistem de radionavigație costlier și de pilotaj datorită preciziei și razei de acțiune pe care o are sistemul DECCA.
Din nou, la fel cum sistemul LORAN este în decădere din cauza apariției GPS-ului, la fel și majoritatea stațiilor din sistemul DECCA au fost închise în primăvara anului 2000, în ciduda preciziei acestuia. Sistemul acoperea o mare parte globală precum: coasta vest Europeană, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] de Nord, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] , Indiei, nord-vestul Australiei , având peste 12 lanțuri. Datorită preciziei, multe companii aeriene foloseau acest sistem, având un înalt grad în determinarea poziției aeronavei.
2.2.4.2. Principiu de funcționare
Principiul de lucru al sistemului DECCA constă în compararea la bordul avionului a fazelor transmise de o pereche de stații de emisie terestre. Diferența de fază va fi proporțională cu distanța la care se găsește avionul, iar măsurarea acestei diferențe de fază nu se deosebește principial prea mult de cea a impulsurilor. Deoarece este practic imposibil ca la bord să fie separate două semnale de aceeași frecvență, emise din locuri diferite, sistemul DECCA utilizează stații terestre care emit pe frecvențe diferite. În aparatura de bord, aceste frecvențe diferite sunt aduse la o frecvență comună și abia apoi sunt separate. Așadar se poate spune că, spre deosebire de sistemul LORAN, în sistemul DECCA hiperbolele, privite ca locul geometric al tuturor punctelor cu aceeași diferență de fază, nu sunt o realitate fizică, ci virtuală, care apare abia în receptorul de bord.
Pentru determinarea liniei de poziție este necesară o singură pereche de stații terestre, iar pentru determinare punctului avionului sunt necesare două perechi de stații terestre. Un lanț DECCA este format deci din trei perechi de stații (Figura. 2.20.), din care stația principală este comună celorlalte trei secundare. Fiecare stație poartă denumirea uneia dintre următoarele trei culori: roșu, verde, violet.
Figura 2.20. Schema unui lanț DECCA
Frecvențele de lucru ale stației principale și secundare reprezintă o armonică (un multiplu) a unei frecvențe fundamentale , a cărei valoare este de aproximativ 14 KHz (valoarea exactă, cuprinsă între 14,018 – 14,316 KHz variază de la un sistem DECCA la altul).
Așadar, stația principală emite pe frecvența 6, iar stațiile secundare emit astfel:
– stația secundară roșie: 8;
– stația secundară verde: 9;
– stația secundară violet: 5.
În receptorul de bord, ambele semnale, atât ale stației principale, cât și ale stației secundarem sunt mmultiplicate cu factorii 2, 3, 4, 5 și 6, obținându-se o frecvență comună pentru fiecare stație.
Astfel, pentru perechea de stație roșie se va obține:
– 6*4 = 24 pentru frecvența stației principale;
– 8*3 = 24 pentru frecvența stației secundare.
Pentru perechea de stație verde:
– 6*3 = 18 pentru frecvența stației principale;
– 9*2 = 18 pentru frecvența stației secundare.
Pentru perechea de stație violet:
– 6*5 = 30 pentru frecvența stației principale;
– 5*6 = 30 pentru frecvența stației secundare.
Frecvența de 6 a stației principale servește la sincronizarea întregului sistem, adică a stațiilor secundare, unde declanșează emiterea simultană a fercvențelor proprii de 8, 9 și 5, iar la bordul avionului pentru compararea fazelor.
Fiecare zonă DECCA este marcată cu o literă. De obicei, un lanț DECCA cuprinde 20 de zone.
Pentru determinarea de precizie, fiecare zonă este împărțită în fâșii. Numărul fâșiilor dintr-o zonă variază în funcție de culoarea perechii de stații astfel:
– pentru perechea roșie: 24 fâșii numerotate de la 0 la 23;
– pentru perechea verde: 18 fâșii numerotate de la 30 la 47;
– pentru perechea volet: 30 fâșii numerotate de la 50 la 79.
La rândul său, fiecare fâșie este împărțită în 100 de subdiviziuni, adică sutimi de fâșie.
Aceasta se realizează cu ajutorul unui fazometru special, numit decometru. La bordul avionului există deci trei decometre, denumite, ca și perechile de stații, după culoarea specifică. Citirile pe decometre se fac cu ajutorul a două ace indicatoare și a unui sector mobil. Sectorul mobil se deplasează sub o fereastră a cadranului și indică litera corespunzătoare zonei DECCA. Acul indicator mare, de-a lungul gradațiilor exterioare ale cadranului arată fâșia din interiorul zonei respective. Acul indicator mic, de-a lungul gradațiilor interioare arată sutimile de fâșie. Aceste litere și cifre reprezintă coordonatele DECCA.
Pentru determinarea liniei de poziție sau a punctului avionului se tipăresc hărți speciale, pe care sunt imprimate în culorile respective hiperbolele lanțurilor DECCA.
2.2.4.3. Calculatorul de drum OMNITRAC
Calculatorul de drum are rolul de a transforma coordonatele DECCA în coordonate rectangulare și a acționa diverse instrumente de bord printre care și pilotul automat. De asemenea, calculatorul acționează și un dispozitiv numit înregistrator de drum, unde, pe o hartă, este trasat drumul real urmat de avion.
Pe lângă rezolvarea calculelor specifice sistemului hiperbolic, calculatorul OMNITRAC poate utiliza și elementele furnizate de receptoarele de bord VOR, DME, TACAN, radar Doppler, permițând în același timp și introducerea manuală a diverselor informații obținute din estimările pilotului. Pe baza elementelor introduse, calculatorul produce semnale care acționează un indicator de relevmente magnetice spre un punct obligat, un indicator cu distanța și timpul de zbor rămas, precum și înregistratorul drumului urmat. El are, de asemenea, posibilitatea de a acționa direct asupra pilotului automat pentru executarea tuturor manevrelor necesare corectării drumului de urmat.
Calculatorul permite determinarea direcției de zbor, a distanței de parcurs și a timpului estimat pentru orice punct de pe traiect, dinainte calculat. Coordonatele acestor puncte predeterminate devin niște radiofaruri fictive spre care urmează să se efectueze zborul.
2.2.5. Sistemul de radionavigație indepărtată DECTRA
2.2.5.1. Generalitați
DECTRA (DECCA Tracking and Ranging) este un sistem hiperbolic destinat navigației pe distanțe mari. Este un derivate al sistemului DECCA putand folosi de multe ori unele din stațiile terestre ale acestuia.
Sistemul se compune din 4 stații terestre care formează un lanț și care lucrează în banda de frecvență de 70 KHz. Amplasarea stațiilor este însă diferită de cea a sistemului DECCA. Astfel, linia de bază a unei perechi de stații este de numai 100-, în schimb distanța între ambele perechi este foarte mare, fiind aproximativ de . Datorită distanței mici dintre stația principală și secundară se pot considera practic în locul hiperbolelor, drepte tangente la acestea (asimptote).
Figura 3.9. Rețeaua de hiperbole DECTRA
Aceste hiperbole se mai numesc și hiperbolele direcțiilor de zbor. Cu ajutorul hiperbolelor și a mănunchiului de drumuri ce provin de la cele două extremități se poate determina direct poziția avionului. În acest scop, la bordul avionului, în afară de cele trei decometre specifice sistemului DECCA, mai există și un al patrulea, care indică distanța față de stația terestră de referință.
Sistemul DECTRA a încetat să mai fie utilizat la sfârșitul anilor 1960, atunci când sistemele inerțiale au devenit principala metodă de navigație pe distanțe mari.
2.2.6. Sistemul ONS
2.2.6.1. [NUME_REDACTAT] ONS (OMEGA [NUME_REDACTAT]) reprezintă cel mai recent sistem de radionavigație hiperbolică pentru distanțe lungi. Funcționeaza în gama de frecvențe foarte joase (VLF).
Fiecare stație reprezintă un emițător de unde întreținute cu o putere de 10KW funcționând în gama de frecvențe cuprinsă între 10 și 14 KHz, asigurând o distanță de acțiune, ziua și noaptea, de peste . Conform acestei distanțe de acțiune, eroarea în determinarea poziției aeronavei nu depășește 2- sau 1- marine. Datorită frecvențelor de lucru, sistemul poate fi utilizat atât de avioane, cât și de nave maritime de suprafață și submarine.
2.2.6.2. [NUME_REDACTAT] de funționare este asemănător cu cel al sistemului DECCA. La capetele unei linii de bază sunt amplasate două stații care emit sincronizat semnale omnidirecționale reprezentate în spațiu prin cercuri concentrice, care reprezintă locul geometric unde faza semnalului rămâne constantă la intervale de o semilungime de undă. Intersecția a două rețele de cercuri definește puncte în care diferența de fază este constantă. Curbele care unesc aceste puncte de intersecție formează o rețea de hiperbole, fiecare din ele corespunzând la o diferență de fază constantă dintre cele două emisii.
Datorită periodicității undelor emise, hiperbolele se reproduc periodic și sunt distanțate în mod egal de-a lungul segmentului de bază. Ele pot fi ușor calculate și imprimate pe hărți de navigație, constituind linii de poziție OMEGA. Spațiul dintre două linii de poziție definește o fâșie sau culoar.
Există un număr infinit de valori ale diferenței de fază constante dintre două emisii, deci un număr infinit de linii de poziție posibile. Cunoscând diferența de fază, frecvența celor două stații emițătoare și distanța care le separă, se poate determina exact liniile de poziție dintre cele două emițătoare. Cu alte cuvinte, la bordul avionului se măsoară diferența de timp între fiecare din semnalele recepționate și semnalul furnizat de un oscilator foarte stabil pe bază de cesiu sau rubidiu.
Spre deosebire de celelalte sisteme hiperbolice, fiecare stație de la sol are spectrul său propriu de emisie. Sincronizarea emisiei semnalelor fiecărei stații se face în raport cu timpul universal și începe exact la începutul fiecărei ore. Precizia sincronizării este asigurată cu ajutorul unor ceasuri pe bază de cesiu.
Pentru a efectua navigația cu ajutorul sistemului OMEGA, este necesar să se cunoască coordonatele inițiale ale poziției avionului înainte de decolare. Pentru determinarea punctului avionului se utilizează frecvența de bază de 10,2 KHz, iar receptorul trebuie setat pe ciclul de emisie de 10 secunde.
La bordul avionului, sistemul dispune de următoarele elemente: o antenă cadru ortogonală cu preamplificator, 3 receptoare independente și un bloc de comandă cu indicator. Receptorul dispune de un bloc de decodificare care determină diferența de fază dintre semnalul recepționat și cel local și calculează numărul fâșiei față de emițător. El mai dispune de un bloc de memorare, care, pe baza unui program de navigație ortodromică, transformă datele poziției determinate de linii de poziție hiperbolică în coordonate geografice.
Blocul de comandă și indicare poate funcționa fie în modul de prezentare continuă a coordonatelor, mod normal de utilizare, fie prin introducerea și comanda diferitelor elemente.
Sistemul, dat în folosință în 1971, dispunea de 9 stații plasate în S.U.A., Hawaii, Japonia, Australia, Argentina, insula Trinidad, Norvegia și insula [NUME_REDACTAT], dar a fost închis în anul 1997.
Capitolul 3
STUDII ASUPRA STRUCTURII, COMPUNERII ȘI FUNCȚIONĂRII RADIOFARULUI DE PANTĂ ȘI DIRECȚIE DIN COMPUNEREA SISTEMULUI DE ADUCERE LA ATERIZARE ILS
3.1 [NUME_REDACTAT] mai delicată parte a unui zbor de cele mai multe ori o constituie aterizarea. De cele mai multe ori condițiile meteo pot fi nefavorabile și din această cauză facilitățile furnizate pilotului trebuie să fie independente față de condițiile meteo, permițându-i acestuia să ia o decizie la finalul procedurii de apropiere. Sistemul care furnizează astfel de informații necesare realizării apropierii si finalizării procedurii de aterizare poartă denumirea ILS( [NUME_REDACTAT] Sistem).
Sistemul ILS ([NUME_REDACTAT] System), sistemul de aterizare după instrumente, a fost conceput pentru a furniza o apropiere de precizie, cu indicarea axului pistei și a pantei de coborâre la apropierea finală de radiofarul de direcție și cel de pantă.
Cu o vechime de aproximativ 40 de ani, sistemul instrumental de aducere la aterizare(ILS) este cel mai precis sistem de aducere la aterizate folosit în zilele noastre fiind folosit de către companiile aeriene civile și de către unitățile militare de aviație. Sistemul dă informații concrete pilotului pentru ca acesta să realizeze o aproiere instrumentală de pistă , date atât despre situarea aeronavei în plan orizontal cât și vertical față de pista de decolare aterizare.
[NUME_REDACTAT] Sistem reprezintă un sistem care furnizează informații legate de poziția aeronavei, astfel el reușind să ghideze cu precizie aeronava, în timp ce aceasta vine la aterizare și în timpul executării manevrei de aterizare. Pentru ghidare și pentru executarea manevrelor necesare, sistemul instrumental de aducere la aterizare folosește combinat unele semnale radio și aranjamente luminoase de intensitate mare, toate acestea cu scopul de a oferi o mare siguranță evoluției zborului de apropiere indiferent de condițiile meteo la momentul executării manevrelor.
Pozitia indicatorului de bord poate fi reprezentată într-una din urmatoarele figuri:
Fig. 3.1. Indicator de bord Fig. 3.2. Indicator de bord Fig. 3.3.Indicator de bord
(pantă-dreapta) (direcția- jos) (pantă-stanga )
Fig. 3.4. Indicator de bord Fig. 3.5. Indicator de bord
(pantă-dreapta) (pe pantă și direcție)
Sistemul ILS, cu toate mijloacele radiotehnice atât de la bordul aeronavei cât și de la sol, în orice condiții meteo permite pilotului urmatoarele:
să mențină direcția precisă de apropiere la aterizare, corespunzătoare planului vertical ce trece prin axul pistei;
păstrând direcția de apropiere la aterizare, să coboare sub un unghi predeterminat, adică să păstreze o pantă, astfel încât să ajungă la punctul optim de contact cu pista;
să determine distanța față de pragul pistei.
Totodata ILS rezolvă și anumite probleme de navigație precum:
intrarea pe axul pistei, menținerea direcției de aterizare pană la pragul pistei.
realizează menținerea aeronavei pe panta de coborâre convenabilă până la vederea pistei;
determinarea distanței aproximative față de un punct de referință (punctul ILS);
oferă posibilitatea corectării erorilor eventuale pe direcția de aterizare, fără calcule prea complexe.
3.2 Clasificarea sistemelor ILS
Ținând cont de fiabilitatea și integritatea agregatelor și dispozitivelor componente, precum și de gradul de precizie, sistemele ILS se clasifică în 5 categorii de performanțe care determină exploatarea operațională a unui aerodrom:
Sistemul ILS de categoria I este sistemul cu performanța cea mai scăzută, care permite efectuarea procedurii de apropiere pană la o înălțime de luarea deciziei de 60 m, și o vizibilitate orizontală de 800 m.
Sistemul ILS de categoria a II-a are o performanță mai ridicată, permițînd efectuarea procedurii de apropiere până la o înălțime de luarea deciziei de 30 m și o vizibilitate orizontală de 400 m. Majoritatea aeroporturilor internaționale sunt dotate cu sisteme de categoria a II-a.
Sistemul ILS de categoria a III-a A permite efectuarea procedurii de apropiere până la o înălțime de luarea deciziei de 0 m și o vizibilitate orizontală de 200 m.
Sistemul ILS de categoria a III-a B permite efectuarea procedurii de apropiere pînă la o înălțime de luarea deciziei de 0 m și o vizibilitate orizontală de 50 m.
Sistemul ILS de categoria a III-a C are performanța cea mai ridicată, permițînd ghidajul avionului pe timpul apropierii finale și pe pistă cu o înălțime de luarea deciziei de 0 m și o vizibilitate orizontală de asemenea de 0 m
3.3 Compunerea și funcționarea sistemului
Un sistem ILS se compune dintr-un complex de dispozitive și instalații dispuse la sol și la bordul avionului.
la sol principalele componente sunt
un radiofar de direcție
un radiofar de pantă;
2 sau 3 radiomarkere;
monitoare;
dispozitive de comandă și semnalizare la distanță;
sistem de alimentare
la bordul aeronavei găsim urmatoarele componente:
un receptor pentru semnalele radiofarului de direcție
un receptor pentru semnalele radiofarului de pantă;
un indicator cu două ace în cruce (CDI);
un receptor pentru semnalele radiomarkerelor;
dispozitiv de semnalizare optică și sonoră a recepționării semnalelor radiomarkerelor.
Figura 3.6.. Distanțele de dispunere a elementelor sistemului ILS
Radiofarul de direcție (LLZ) sau aliniament este amplasat în partea opusă direcției de aterizare, dincolo de pragul pistei, în prelungirea axei, la o distanță ce variază între 200 și 500 m. Acesta are o putere de emisie în jurul lui 50W, utilizand o gama de frecvențe cuprinsă între 108,1 MHz și 112 MHz. Este compus în principiu din două antene dipol prevăzute cu un reflector parabolic, care permite acoperirea unui sector de ± 70° față de axa pistei pe o distanță de aproximativ 45 km la 600 m înălțime de zbor.
Frecvența purtătoare a emițătorului este modulată în amplitudine simultan cu frecvențele de 90 și 150 Hz formând două diagrame radiante care prin suprapunere dau naștere unui fascicol sub forma unui sector îngust de 5° și a cărui bisectoare este axa pistei. Acesta se mai numește și fascicolul de față al radiofarului de direcție. Pentru un observator care se găsește la intrarea pistei, cu fața spre radiofar, modulația de 150 Hz se află la dreapta, iar cea de 90 Hz la stînga axului pistei.
Emițătorul radiofarului de direcție mai este modulat periodic cu o frecvență de 1.020 Hz corespunzătoare semnalului de identificare al sistemului, format din 3 litere din alfabetul Morse. Durata de transmitere este de 5 semale pe minut.
Fiecare radiofar de direcție este format din două echipamente de emițătoare identice, unul de bază și unul de rezervă, precum și un dispozitiv de control automat al funcționării (monitor). În cazul apariției unei defecțiuni în funcționarea vreunui bloc, dispozitivul comută automat al doilea echipament, semnalizând acest lucru la panoul principal de comandă și control.
Radiofarul de pantă (GP) este amplasat la o distanță cuprinsă între 125 și 380 m față de pragul de aterizare al pistei și lateral la 120 – 185 m,avand o puterea de emisie în jurul a 20W, iar gama de frecvență utilizată este cea a frecventelor ultrainalte(UHF), si anume 328 – 355,4 MHz. Are o ntena specială formată de regulă din două elemente montate pe un pilon vertical care permite prin ajustare stabilirea unui unghi de pantă cuprins între 2° și 4°, dintre care cel optim este de 2,5°. Distanța de acțiune între limitele de 8° față de axa pistei este de aproximativ 18 km la o înălțime de zbor de 600 m.
Ca și la radiofarul de direcție, frecvența purtătoare a emițătorului este modulată în amplitudine simultan cu frecvența de 90 și 150 Hz, formând două diagrame de radiere care se suprapun. Acestea constituie un sector de 1° a cărui bisectoare este planul înclinat ce trece prin panta de coborâre stabilită. Modulația de 150 Hz este amplasată dedesubtul pantei, iar cea de 90 Hz deasupra acesteia. Comparativ cu sectorul de direcție, sectorul de pantă este mult mai îngust ceea ce presupune o finețe a manevrelor avionului în plan vertical mult mai pronunțată.
Radiomarkerele sunt amplasate în axul pistei la distanțe stabilite prin norme. Pe pistele de decolare aterizare de obicei se gasesc 3 radiomarkere insa pentru sistemele ILS de categoria I si majoritatea sistemelor de categoria 2 folosesc doar doua radiomarkere. Ele lucrează pe frecvența de 75 MHz, la fel ca și celelalte radiomarkere de pe lângă radiofarurile nedirecționale de rută sau radio-balize.
Poziția radiomarkerelor este precizată pentru fiecare pistă în instrucțiunile de apropiere de acel aeroport. La bordul aeronavelor trecerea prin dreptul radiomarkerelor este semnalizată optic și acustic.
Puterea lor de emisie este în jurul de 2,5W, ceea ce asigură o diagramă de radiere verticală suficientă pentru efectuarea procedurilor de apropiere după instrumente. Ca și radiofarul de direcție și de pantă, radiomarkerele au un dispozitiv de control automat al funcționării.
Verificarea înălțimii obligate de zbor și distanța față de pragul pistei în etapa apropierii intermediare și finale sunt permise aeronavelor de către radiomarkerul exterior (OM), unde de obicei se amplasează și o radiobaliză(LOM) care ajută la efectuarea procedurii.
La trecerea aeronavei prin dreptul radiomarkerului exterior (OM) se aprinde un indicator albastru și se aude un semnal de 400 Hz în stilul literei „M” din alfabetul Morse (– –). Indicatorul albastru clipește în același ritm (Figura 3.7)
Figura 3.7. Indicator OM la bord
Scopul radiomarkerului intermediar (MM) este acela de a indica pe vizibilitate redusă momentul ghidajului vizual după reperele de la sol. La trecerea prin dreptul radiomarkerului intermediar(MM), se aprinde un indicator galben și se aude un semnal de 1,3 kHz în stilul literelor „AA” din alfabetul Morse (• – • –). Indicatorul galben clipește în același ritm. (Figura 3.8)
Figura 3.8. Indicator MM la bord
Radiomarkerul interior (IM, doar uneori exista), atunci când este prevăzut în sistem, poate fi amplasat la o distanță cuprinsă între 75 și 450 m și la maximum 30 m lateral de ax. Frecvența purtătoare este modulată în amplitudine cu 3,000 Hz transmițând pentru identificare în mod continuu 6 puncte pe secundă. Durata de zbor a unui avion în cuprinsul diagramei de radiere în condițiile arătate la radiomarkerul exterior este de 3 ± 1 secundă.
Scopul radiomarkerului interior este acela de a avertiza echipajul în condiții de vizibilitate foarte reduse asupra imediatei apropieri de pragul pistei. De regulă, când se instalează un radiomarker interior, distanța lui față de prag corespunde înălțimii de luarea deciziei pentru panta nominală a sistemului.
La trecerea prin dreptul radiomarkerului din punctul C, se aprinde un indicator alb și se aude un semnal de 3 kHz în stilul literei „H” din alfabetul Morse (• • • •). Indicatorul alb clipește în același ritm.(Figura 3.9)
Figura 3.9. Indicator IM la bord
Din punct de vedere funcțional sistemul poate oferi:
informații de dirijare – radiofarurile de pantă și direcție;
informații despre distanță – radiomarkere și DME;
informații vizuale – lumini de apropiere, pragul PDA, precum și balizajul PDA.
3.4 Principiul sistemului ILS EQUISIGNAL (semnale egale)
În cursul evoluției tehnicii, mai multe etape au contribuit la principiul ghidării aeronavei pe traiectoria de coborare.
Sistemul equisignal, are la bază principiul de egalitatate a intensitățiilor semnalelor recepționate și detectate, la intersecția a două diagrame radiate A și B de a lungul pistei. Semnalul emis de fiecare diagramă este modulat, cu o anumita modulație. După o convenție, diagrama din dreapta este modulata cu de 150 Hz, cea din stînga de 90 Hz. Gradul de modulație în fiecare diagramă este de 20%. Pentru avionul care se află pe axul pistei, cele două semnale sunt identice ca intensitate și grad de modulație, deci la detecție: E90=E150.
Cînd avionul se află lateral axului, datorită directivității antenelor, intensitatea semnalului recepționat din cele două loburi radiate, va fi determinată de lobul din stînga sau dreapta, după poziția aeronavei față de ax și va predomina unul din semnale E90 sau E150. In oricare poziție lateral axului de direcție putem scrie:
Figura 3.10 Diagrama de radiație la ILS [NUME_REDACTAT] acestui principii derivă de egalitatea strictă a puterilor radiate în cele două loburi și de probleme de sincronizare a celor două emițătoare modulate cu 90Hz , respective cu 150 Hz, precum si de instabilitatea în timp a acestor parametri.
Figura 3.11. Dezavantajul principiului
STUDIU DE CAZ
CAPITOLUL 4. REALIZAREA ȘI PREZENTAREA DE SIMULĂRI PENTRU ECHIPAMENTUL DE MĂSURARE A DISTANȚEI ȘI AL SISTEMULUI INSTRUMENTAL DE ATERIZARE
4.1 Simularea echipamentului de măsurare al distanței (DME)
Echipamentul de măsurare a distanței (DME – distance measuring equipment) este un sistem de radionavigație care furnizează pilotului informații foarte utile legate de distanța dintre aeronavă și o stație terestră. DME folosește principiile de funcționare ale radarului pentru a măsura distanța, citind mai degrabă distața oblică decât cea orizontală.
Echipamentul de măsurare al distanței(DME) este o tehnologie de radionavigație care folosește principiul măsurării distanței de la bordul unei aeronave către o stație de la sol și semnalul radio primit de la stația respectivă. Măsurarea distanței se face prin cronometrarea timpului de întârziere a unui semnal radio de înaltă frecvență transmis de la bordul aeronavei.
Principiul după care funcționează DME-ul este prezentat intr-o simulare video realizată cu ajutorul a două softuri foarte folosite în zilele noastre în special pentru creearea de elemente ( [NUME_REDACTAT]) precum si animarea elementelor ( [NUME_REDACTAT] Effects).
Principalele componente ale sistemului au fost create cu ajutorul [NUME_REDACTAT].
Elementele utilizate în simularea echipamentului de măsurare a distanței sunt urmatoarele:
aeronava (figura 4.1)
indicatorul de bord (figura 4.2)
stația de la sol ( figura 4.3)
semnalul emis de stația de la sol (figura 4.4)
semnalul emis de aeronavă (figura 4.5)
fundalul in care are loc simularea ( figura 4.6)
elementele în [NUME_REDACTAT]
Figura 4.1. [NUME_REDACTAT] 4.2 Indicator bord
Figura 4.3. Stație terestră Figura 4.4. Semnal emis de la sol
Figura 4.5. Semnal emis de aeronavă Figura 4.6. Fundal de desfășurare
Figura 4.7 Elementele sistemului de măsurare a distanței in [NUME_REDACTAT]
Se poate observa că rolul [NUME_REDACTAT]-ului este doar de a creea elementele. Observația este destul de evidentă datorită lipsei semnalelor emise și recepționate de stație, poziția aeronavei in afara cadrului precum și indicatorul de la bordul aeronavei care în ilustrator nu conține nici un element referitor la distanță, timp sau viteză. După finalizarea creeri elementelor, acest fișier(.AI) va fi importat în [NUME_REDACTAT] Effects unde toate elementele moarte vor prinde viață.
Odată importat fișierul, am decis în a începe în primul rând cu animare peisajului (norii). Următorul pas a fost realizarea unei mișcări rectilinii ale aeronavei din afara cadrului până în momentul trecerii peste stația de la sol DME și ieșirea din cadru al acesteia. În momentul în care aeronava a intrat în peisaj era necesară începerea emiterii de semnale de către stația terestră, recepționarea semnalului de către aeronavă și răspunsul acesteia printr-un semnal ecou. Transmiterea și recepționarea semnalelor era necesară pe tot parcursul deplasării aeronavei în peisaj, fiind nevoie de mai multe copii ale primului semnal emis respectiv recepțtionat acestea fiind aranjate în program astel încat transmiterea(dark r…solid) si recepționarea(red solid) de către stația terestră să fie constante. (figura 4.8)
Figura 4.8. Realizarea animației semnalelor emise respectiv recepționate
După ce aeronava era în mișcare , semanlele erau animate , stația emitea și recepționa, mai era necesară o singură animație pentru ca programul sa fie finalizat și animația să indeplinească cerințele de funcționare normale. Era nevoie ca indicatorul de bord să afișeze distanța , timpul până la stație precum și viteza aeronavei. Pe timpul deplasării aeronavei spre stație am creeat o animație pentru indicatorii de la bord. În momentul in care un semnal era emis și recepționat datele din indicatorul de bord se modificau in diferite puncte in care se afla aeronava in spațiu, lucru evident în figura 4.9. Indicatorul vertical se găsește la secunda 13 și se observă pe acea scară din josul imaginii că aeronava mai are 6 minute până la stație și 7 noduri marine
Figura 4.9. Realizarea animației indicatorului de la bordul aeronavei
Intr-un final programul urmează a fi salvat iar el poate fi observat în figura 4.10 aproape la fel ca în [NUME_REDACTAT], însă de data aceasta in [NUME_REDACTAT] Effects cu toate animațiile necesare prezentării simulării echipamentului de măsurare a distanței.
Figura 4.10 Programul final [NUME_REDACTAT] Effects
4.2 Simularea sistemului instrumental de aducere la aterizare (ILS)
Sistemul ILS ([NUME_REDACTAT] System), sistemul de aterizare după instrumente, a fost conceput pentru a furniza o apropiere de precizie, cu indicarea axului pistei și a pantei de coborâre la apropierea finală de radiofarul de direcție și cel de pantă. Cu o vechime de aproximativ 40 de ani, sistemul instrumental de aducere la aterizare(ILS) este cel mai precis sistem de aducere la aterizate folosit în zilele noastre fiind folosit de către companiile aeriene civile și de către unitățile militare de aviație. Sistemul dă informații concrete pilotului pentru ca acesta să realizeze o aproiere instrumentală de pistă , date atât despre situarea aeronavei în plan orizontal cât și vertical față de pista de decolare aterizare.
Pincipiul de funcționare la fel ca și cel al DME-ului o sa îl prezint cu ajutorul unei simulari creeate in cele două softuri prezentate anterior( [NUME_REDACTAT] respectiv [NUME_REDACTAT] Effects).
Elementele neanimate create de care este nevoie in creearea animației:
aeronava (figura 4.11)
pista + tower + radiofar de direcție + radiofar de pantă+ două aeronave (figura 4.12)
radiomarkere (exterior, intermediar și interior) (figura 4.13)
receptoare pentru semnalele radiomarkerelor (figura 4.14)
indicator de pantă și direcție (figura 4.15)
toate elementele (Ilustrator) (figura 4.16)
Figura 4.11. [NUME_REDACTAT] 4.12. Pista + elemente
Figura 4.13. [NUME_REDACTAT] 4.14 Indicator radiomarkere Figura 4.15 Indicator de pantă și direcție
Figura 4.16 Elemente neanimate [NUME_REDACTAT] creearea majorității elementelor în [NUME_REDACTAT], fișierul(AI) este exportat in [NUME_REDACTAT] Effects. De această dată nu încep direct prin animarea elementelor, ci prin creearea unor elemente care nu au fost inițial create în Ilustrator.
În primul rând se creează elementele componente ale ILS-ului care nu au fost exportate inițial, precum: radiomarkerul exterior, radiomarkerul intermediar, radiomarkerul interior, semnalele emise de catre radiofarul de pantă și radiofarul de direcție precum și 3 afișaje luminoase pentru receptorul radiomarkerului care vor lumina in momentul în care aeronava survolează unul din radiomarkere.
Fiind create toate elementele componente ale ILS precum și fundalul, m-am gândit să realizez această simulare prin prezentarea în program respectiv fișierul video a unei stări nefavorabile a vremii, o vreme ploioasă , cu fulgere ( se observă în fișierul video) precum și prezența ceții( se observă orașul din depărtare în ceață, deasemenea o ceață nu foarte densă la nivelul pistei).
Am început prin a creea în program o traiectorie oblică a aeronavei, aceasta îndreptându-se spre pistă în vederea aterizării. Primul survol are loc peste radiomarkerul exterior, moment in care am realizat luminarea afișajului de la bord (situat in colțul din stâanga sus al video-ului) precum și introducerea unui semnal acustic specific survolului peste acest radiomarker, auzit de către pilot în cabina acestuia. Aceeași procedură am aplicat-o și pentru celelalte două radiomarkere. De-a lungul simulării este evident semnalul emis de catre radiofarul de pantă și radiofarul de direcție prin cele doua culori: galben respectiv albastru, intre care aeronava trebuie să se situeze. Nesituarea aeronavei intre aceste semnale este reprezentată la inceputul simulării prin indicatorul de panta și direcție( stânga-sus sub indicatorul radiomarkerelor), însă pe parcurs se observă corecția, aeronava intrând pe direcție și pantă necesare unei bune aterizării chiar și in condițiile în care ceața împiedică observarea pistei. Toate elementele animate sunt reprezentate în figura 4.17
Figura 4.17 Realizarea animării elementelor ILS
Concluzionând, pentru realizarea unei simulări este necesară în principal deținerea a două softuri: Pentru creearea elementelor este nevoie de [NUME_REDACTAT] iar pentru realizarea mișcării elementelor este nevoie de [NUME_REDACTAT] Effects. Se pot prezenta cu ajutorul acestor două programe o mulțime de situații aeriene, de la prezentarea de accidente aviatice, situații de evitare ale acelor accidente, prezentarea anumitor influențe ale vremii asupra aeronavelor și asupra zborului. Este nevoie doar de multă muncă cu cele două softuri și o atenție mărită fiind ca o singură greșeală la un anumit element poate da peste cap toată simularea.
CONCLUZII ȘI SOLUTII INVOATIVE
După modul în care informația a fost selecționată in cadrul elaborării acestei lucrări consider că aceasta poate reprezenta un bun suport de curs pentru studenți atât prin informația conținută in cele 3 capitole, cât și prin simulările referitoare la sistemul instrumental de aterizare si echipamentul de măsurare a distanței prezentate in capitolul 4.
În lucrare am ales să prezint sistemele de radionavigație pe care le consider foarte importante și fără de care traficul aerian ar reprezenta un dezastru. Cu toate ca multe dintre ele au o vechime destul de mare, in continuare se caută inbunătațiri și noi tehnologii vitale in bunul curs al traficului aerian.
În zona de aerodrom, pe lângă sistemele de navigație, un rol foarte important il au totodată controlorii de trafic aerian, însă de multe ori și experiența piloților este foarte esențială. Acest lucru se pote demonstra foarte ușor prin prezentarea unei situații recente pe un aeroport din Barcelona. Un BOEING 767-300 sosit de la Moscova se pregătea de aterizare, însă in ultimul moment a fost nevoit sa recurgă la un go-around datorită unui Airbus A380-300 care în acel moment traversa pista respectivă.(figura 5). Toată această situație se datorează controlorului de trafic care a aprobat Airbus-ului sa traverseze pista crezând că nu este activă datorită trecerii de la configurația de zi, totdată dând aprobare de aterizare Boeing-ului.
Figura 5. [NUME_REDACTAT]
O soluție inovativă in cadrul sistemelor de navigație și dirijare a aeronavelor se vede a fi construcția unu turn de control fără controlori de trafic. Operațiunile de dirijare se vor face de la distanță cu ajutorul unor echipamente video si audio performante precum și cu o rețea de senzori.
La prima vedere pare ceva ieșit din comun insă acest proiect chiar a fost dezvoltat de catre Saab( Divizia de Apărare și Siguranță) prin tehnologia [NUME_REDACTAT]. În premieră mondială, în toamna acestui an, cu denumirea de [NUME_REDACTAT] Tower, va deveni operațional în Suedia, sistemele audiu/video+ senzorii fiind deja instalați încă de anul trecut.
[NUME_REDACTAT] Tower este alcătuită din camere video HD precum și camere Pan-Tilt-Zoom, senzori de supraveghere și senzori meteo, tunuri luminoase, microfoane și alte implementări in cadrul pistei. Acești senzori trimit datele la [NUME_REDACTAT] Tower, acestea fiind afișate pe ecrane la 360 de grade, in timp real. Un controlor al traficului aerian dispune de toate mijloacele necesare, pe lânga live video pentru a controla operațiunile ca și cum s-ar afla pe un aeroport tradițional. Acest sistem mai este testat și de țări pecum Australia și Norvegia , cei din urmă dorind să o implementeze cât de curând.
Avantajele importante ale acestei tehnologii sunt reprezentate în special de reducerea costurilor pe aeroporturi. Apare evident pentru mulți intrebarea: “Ce se întâmplă dacă unul din echipamente cedează?” Cei de la Saab au și un răspuns potrivit: Datorită performanței camerelor, acestea sunt capabile să se acopere un ape cealaltă existând sisteme de back-up pentru a nu se compromite în nici un moment siguranța.
O altă dezvoltare a navigației a apărut odată cu începerea cupei mondiale din Brazilia. Pentru a evita haosul din perioada campionatului mondial, in Brazilia s-a instalat o tehnologie de navigație digitală care permite controlorilor să incadreze mai multe aeronave pe o singură traiectorie. Tehnologia este bazată pe GPS, sisteme computerizate la bord in loc de radiobalizele de la sol sau alte tehnologii de secol XX precum și traiectorii de zbor optimizate. REQUIRED NAVIGATIONAL PERFORMANCE(figura 5.1.) așa cum este denumit sistemul a fost conceput de către un pilot al companiei [NUME_REDACTAT] și dezvoltat de catre compania Flight efficiency Services. Furnizorul serviciilor de navigație din Brazilia au instalat sistemul în aeronave și în 10 aeroporturi din orașele gazdă ale cupei mondiale. Primele traiectorii au fost instalate încă din anul 2012 in Rio de Janeiro. Avantajele preconizate se referă la reducerea emisiilor de dioxid de carbon cu peste 736 kg, reducere mare de costuri insă cel mai important avantaj îl reprezintă reducere abordării aterizării cu 35km și 7.5 minute în medie , comparative cu traiectoriile convenționale. Totadată se spune ca acest sistem ar genera economii de 75 litrii combustibil sau 70 USD in medie pe zbor pe o rută aglomerată între Rio și [NUME_REDACTAT].
Figura 5.1. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] legătură cu incidental aviatic petrecut la Barcelona consider că de cele mai multe ori pilotii și controlorii nu trebuie să se bazeze decât pe sistemele de navigație decoarece există situații in care pot apărea erori în cadrul acestora. O bună comunicare pilot-controlor de cele mai multe ori duce la evitarea multor catastrofe. Din păcate există și au existat comunicări mai puțin bune care au dus la catastrofe in aer si datorită acestora apariția a noi sisteme de navigație din păcate aparute din greșeli fatale.
Cele două evoluții prezentate mai sus: [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT] Performance datorită avantajelor lor: reducerea majoră a costurilor , reducerea poluării precum și siguranța aeronautică ar trebui implementate pe majoritatea aeroporturilor din lume și mai ales in zonele cu o intensitate ridicată a traficului.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Sisteme de Navigatie Si Dirijare Aeriana. Componenta Terestra (ID: 2038)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.