План лекции. «Радио в гражданской авиации

Лекция № 2

Тема лекции:

«Радио в гражданской авиации. Классификация сигналов. Основные характеристики и параметры сигналов»

Оптическое изображение и особенности восприятия 2

Литература

Е. А. Москатов Основы телевидения, 2005р. - 162 с

Глава 2. РАДИО В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

2.1. РАДИОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЛЕТОВ

Управление воздушным движением (УВД) заключается в целом комплексе мероприятий по планированию, координированию и руководству движением воздушных судов (ВС) в едином воздушном пространстве. Управление полетами всех гражданских ВС осуществляется централизованно. Аэрофлот имеет единую систему организации, планирования н координирования воздушного движения над территорией страны.

Воздушное пространство делится на нижнее и верхнее. Как в плане, так и по высоте оно подразделено на районные центры (РЦ), которые включают воздушные трассы, районы подхода, районы аэродромов и зоны местных воздушных линий (МВЛ). В район аэродрома входят воздушные коридоры, зоны ожидания, круга, взлета и посадки.

На воздушных трассах и в зонах аэродромов поддерживается определенный порядок движения, регламентируемый рядом правил. Управление воздушным движением осуществляют районные центры единой системы УВД, относящиеся к службе движения

гражданской авиации.

Диспетчеры, руководящие движением, пилотируемые ВС, взлетно-посадочные полосы (ВПП) с рулежными дорожками (РД), радиосветотехнические средства обеспе чення полетов, регламентированное воздушное пространство с переменными метеоус ловиями, комплекс бортовых и наземных технических средств − все это звенья слож

ной динамической системы.

Пилоты и диспетчеры являются главными фигурами в этой системе. Пилот командуе экипажем и управляет BQ наблюдает за метео- и воздушной обстановкой; контролирует приборам работу силовых установок; наблюдает за показаниями пилотажно-навнгационны приборов, одновременно выполняя пилотажные задачи; поддерживает радиосвязь с диспет мерами, передавая им и получая от них информацию, оперативно изменяет программу полет при сложных условиях полета (обходе опасных метеоусловий, закрытии аэропорта, уходе второй круг) и т. д.

Диспетчер непрерывно контролирует режимы полета ВС в воздушном пространстве; передает на борт и получает с борта информацию о выполнении оперативных команд; логически прогнозирует развитие воздушной обстановки в контролируемой зоне; следит за метеоусловиями; собирает и хранит в памяти огромное количество динамической и статической информации − о воздушной обстановке, схемах захода на посадку, состоянии ВПП, числе и очередности готовых к вылету ВС, наземных высотных препятствиях, взлетно-посадочных характеристиках ВС, об эксплуатационных возможностях радиотехнических систем обеспечения полетов и др.

Источником динамической информации о воздушной обстановке в контролируемой зоне в основном являются радиотехнические системы обеспечения полетов. Статическая информация заложена в схемах, таблицах, памяти ЭВМ, наставлениях, инструкциях и т. д.

Диспетчеры различных зон УВД выполняют следующие функции. Диспетчер руления руководит движением ВС по перрону, передает ВС диспетчеру стартового диспетчерского пункта (СДП) в месте предварительного старта (50... 100 м от ВПП), включает огни освещения РД и светофоры, принимает ВС после посадки (освобождения ВПП).

Диспетчер СДП руководит движением ВС при выруливании на ВПП, взлете и наборе высоты до 200 м, сообщает экипажу направление взлета, его условия и порядок выполнения послевзлетного маневра.

Диспетчер посадки обеспечивает заход ВС на посадку и дает разрешение командиру ВС на ее выполнение, по индикатору посадочного радиолокатора (ПРЛ) контролирует положение ВС и при необходимости дает команду о его коррекции или уходе ВС на второй круг.

Диспетчер круга руководит полетами ВС в ближней приаэродромной зоне: при взлете − от высоты 200 м до рубежа передачи диспетчеру подхода на высоте второго эшелона и расстояния до 30 км; при полете − от высоты второго эшелона на траектории снижения и захода на посадку (или ожидания) до последнего разворота на высоте 400 м. Контроль положения ВС ведется по индикаторам диспетчерского радиолокатора (ДРЛ).

Диспетчер подхода управляет движением ВС в своем секторе подхода к аэродрому с момента пересечения границы зоны подхода (100 км) до границы ближней зоны (30...40 км) при прилете и в обратном направлении при вылете. Для контроля используются индикаторы ДРЛ или радиотехнической системы ближней навигации (РСБН).

Диспетчеры районных центров управляют движением ВС по трассам в верхнем воздушном пространстве (выше 6100 м) и дальше 300 км. Для контроля используются индикаторы обзорных радиолокаторов (ОРЛ) с большим радиусом действия.

Диспетчеры вынесенных радиолокационных диспетчерских пунктов (ВРДП) обеспечивают радиолокационный контроль на участках, взаимоудаленных на 250...300 км и расположенных таким образом, чтобы рабочие зоны радиолокаторов перекрывали всю грассу. Как правило, информация от ВРДП по линиям связи передается диспетчеру РЦ.

Диспетчер местного диспетчерского пункта (МДП) осуществляет контроль и руководство движением ВС на местных воздушных линиях. Такие полеты производятся н дневное время при видимости не менее 2 км, с интервалами между ВС не менее 30 км на высоте 50... 100 м.

Комплекс наземных радиосредств, обеспечивающих диспетчеров и экипажи ВС информацией, необходимой для УВД, объединяется в аэропортах в единую службу, которая называется базой эксплуатации радиотехнического оборудования и связи (ЭРТОС). По выполняемым функциям радиоэлектронное оборудование (РЭО) сгруппировано в узле радионавигации и узле связи. Состав, размещение и индикаторы РЭО показаны на рис. 2.1. Рабочие места диспетчеров, расположенные в основном на командно-диспетчерском пункте (КДП), оборудованы электронно-лучевыми индикаторами и пультами дистанционного управления соответствующим РЭО, связанными с удаленными объектами кабельными линиями и радиосвязи.

Узел радионавигации состоит из радиолокационных и радиомаячных систем. В свою очередь, радиолокационные системы состоят из обзорных, диспетчерских и посадочных радиолокаторов.

Обзорные радиолокаторы предназначены для обнаружения ВС в контролируемых зонах и определения их азимута (угла между направлениями на север и ВС) и наклонной дальности до ВС. Они позволяют диспетчеру контролировать выдерживание ВС установленных маршрутов, расписания полетов, интервалов между ВС, обнаруживать очаги опасной грозовой деятельности и их перемещение. Они, работая в активном режиме с самолетными ответчиками (см. § 2.3), позволяют определять государственную принадлежность ВС и получать данные о бортовом номере, высоте ВС и остатке горючего. Дальность действия ОРЛ достигает 500 км (при высоте полета 25 км), а точность определения координат по дальности составляет 800 м, а по азимуту − 30'.

Диспетчерские радиолокаторы определяют ту же информацию о ВС в зонах подхода и круга. От ОРЛ они отличаются большей точностью на малых расстояниях, а также способностью исключать помехи от неподвижных отражающих объектов (так называемой селекцией подвижных целей).

Посадочные радиолокаторы обеспечивают контроль диспетчером посадки траектории снижения ВС. На экране индикатора ПРЛ (см. рис. 2.1) нанесены в логарифмическом масштабе проекции заданной траектории снижения на вертикальную плоскость − глиссады и на горизонтальную − линии курса, линии равных отклонений и линии дальности от точки касания. Отметки положения ВС − светящиеся точки − при точном снижении должны совпадать с глиссадой и линией курса. Кроме того, на индикаторе имеется цифровая индикация азимута и угла места.

Радиомаячные системы работают в комплексе с радионавигационными устройствами ВС. Они состоят из (см. рис. 2.1) ближнего и дальнего приводных и маркерного радиомаяков (БПРМ, ДПРМ и МРМ), курсового (КРМ) и глиссадного (ГРМ) радиомаяков системы инструментальной посадки и маяка радиотехнической системы ближней навигации (РСБН) и описЗны в § 2.3 совместно с бортовыми устройствами.

Автоматический радиопеленгатор (АРП) позволяет измерять азимут ВС путем определения направления, из которого поступают сигналы работающего бортового РПДУ. I

Узел связи объединяет сети воздушной и наземной авиационной электросвязи. Сеть воздушной радиосвязи по линиям "Земля − борт" содержит приемопередающие наземные и бортовые радиостанции командной связи, работающие в диапазоне MB, и дальней связи − в диапазоне ДкМВ. Первые используются для ближней связи на расстоянии до 350 км между командиром ВС и диспетчерами в телео>онном режиме, I вторые − для дальней связи в телефонном или телеграфном режиме.

Сеть наземной связи по линиям " Земля − Земля" наряду с радиолиниями раз-1 личных диапазонов использует радиорелейные и кабельные линии связи, по которым кроме сигналов связи передаются большие массивы информации в двоичном коде, обрабатываемые в ЭВМ.

Автоматизированные системы УВД (АСУВД) разрабатываются и внедряют для повышения безопасности и интенсивности воздушного движения за счет автома-тизации управления им.

Входящие в систему управления ЭВМ позволяют обрабатывать полетную информацию поступающую от РЭО, и предоставлять ее диспетчеру в удобной для использования символьно-числовой форме, тем самым избавляя его от рутинной работы по обработке информации и ведению связи.

В настоящее время в Аэрофлоте используются две разновидности АСУВД "Старт" и ТЕРКАС. Каждая из систем охватывает обширный район, включающий аэропорты с интенсивным воздушным движением. На электронном индикаторе воздушной обстановки диспетчера движущимися символами на фоне схемы района обозначен отметки от ВС, направления их движения и буквенно-цифровые данные о них (см. рис 2.7). Кроме того, на таблично-знаковом индикаторе содержится полная информация всех ВС и другие данные, необходимые диспетчерам руления и старта. Дальнейши] развитием АСУВД является система "Стрела", объединяющая все АС крупного региона и обеспечивающая возможность управления им из единого центра.

Рис. 2.1

2.2. БОРТОВОЕ РАДИООБОРУДОВАНИЕ СВЯЗИ

Радиоэлектронное оборудование современного воздушной судна − это сложный комплекс устройств и систем, обеспечивающий решение задач самолетовождения и связи и играющий важнейшую роль в обеспечении безопасности и регулярности полетов. В зависимости от назначения и используемых принципов РЭО принято делить на три группы: радиооборудование связи (РОС), радионавигационное оборудование (РНО) и радиолокационное оборудова ние (РЛО).

Группа РОС обеспечивает внешнюю и внутреннюю связи экипажа, вчутрибортовое вещание и запись речевой информации.

Связная радиостанция (СРСТ) (рис. 2.2) предназначена для дальней телефонно-телеграфной радиосвязи экипажа с наземными самолетными радиостанциями. Она состоит из РПДУ, РПУ и ан тенны, работает в диапазоне дека- и частично гектометровых волн и имеет автоматическое управление. В зоне дальней связи используются отраженные от ионосферы лучи радиоволн, которые действуют начиная с расстояния в сотни километров от РПДУ. Максимальная дальность зависит от мощности РПДУ и выбора рабочей волны и, как правило, превышает дальность беспосадочного полета. В СРСТ используются радиосигналы с амплитудным управлением. Командная радиостанция (КРСТ) (рис. 2.3) обеспечивает телефонную связь командира корабля с диспетчером при полете по трассе и в приаэродромной зоне. Работает она в диапазоне метровых волн, дальность связи D (км) ограничивается пределами прямой видимости (зона ближней связи) и зависит от высоты Н (м) полета (). При высоте 10 000 м предельная дальность связи около 350 км. В КРСТ используются АМ-радиосигналы.

Самолетное переговорное устройство (СПУ) предназначено для внутрибортовой телефонной связи между членами экипажа и выхода любого из них на внешнюю радиосвязь. Состоит оно из усилителя звуковых частот и абонентских аппаратов, позволяющих подключать авиагарнитуру (микрофон и телефон) каждого члена экипажа к любому каналу связи.

Самолетное громкоговорящее устройство (СГУ) обеспечивает инутрибортовое вещание в пассажирских салонах. Состоит оно из Усилителя звуковой частоты и системы громкоговорителей и используется бортпроводником для объявлений и трансляции музыкальных программ.

Самолетное магнитофонное устройство (СМУ) обеспечивает автоматическую запись в полете речевой информации, поступающей по каналам внешней и внутрибортовой связи. Кроме входящего в состав авиационного оборудования МС на борту установлены многоканальные магнитофонные устройства (МСРП) для записи информации о режиме полета и работе основных систем ВС, которая расшифровывается после каждого полета.

2.3. БОРТОВОЕ РАДИОНАВИГАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Группа РНО, работая в сочетании с наземными радиомаяками, обеспечивает экипаж и систему автоматического управления ВС (САУ) навигационной информацией, позволяющей осуществлять самолетовождение и посадку в любых метеоусловиях.

Автоматический радиокомпас (АРК) (рис. 2.4) представляет собой РПУ с направленной поворотной антенной, которая при приеме сигналов ближней или дальней наземной приводной радиостанции (ПРС) автоматически устанавливается в направлении на ПРС. Одновременно происходит вращение стрелки индикатора курса, который отсчитывает курсовой угол радиостанции (-угол) между продольной осью ВС и направлением на ПРС. При полете на привод и продольная ось ВС совпадает с направлением на ПРС. Такой режим полета используется для вывода ВС в зону аэродрома или в другую навигационную точку, в которой расположена ПРС. Измерив курсовые углы двух ПРС, положение которых известно, можно восстановить ориентировку − определить место ВС по карте. Для вывода ВС на посадочный курс, совпадающий с направлением оси ВПП, на борту ВС используются два АРК, а на земле две ПРС: дальняя (ДПРС) и ближняя (БПРС), расположенные перед ВПП вдоль ее оси. В результате предпосадочного маневра достигаются нулевые показания индикаторов обоих АРК. В момент пролета ВС над ПРС показание соответствующего индикатора изменяется от 0 до 180°. Телефоны, включенные через СПУ на выход АРК, позволяют прослушать позывные ПРС, а также речевую информацию. Этот канал используется как резервный в случае отказа основного канала связи. Приводная радиостанция и АРК работают в диапазонах гекто- и километровых волн. Для связи используются АМ-радиосигналы.

Радиомаячная система посадки (СП) (рис. 2.5) обеспечивает снижение ВС на осевую линию ВПП по оптимальной траектории планирования (глиссаде) при отсутствии видимости, а также фиксацию момента пролета над маркерным маяком.

На борту ВС используется аппаратура КУРС-МП, содержащая курсовой (КРП), глиссадный (ГРП) и маркерный (МРП) радиоприемники, а на земле − одноименные маяки КРМ, ГРМ и МРМ.

Антенны РПДУ ГРМ формируют две диаграммы излучения, имеющие в вертикальной плоскости форму пересекающихся лепестков, сигнал ы в которых отличаются звуковой частотой модуляции (и). Равносигнальная зона совпадает с глиссадой планирования. При снижении ВС по глиссаде два сигнала на выходе ГРП взаимно компенсируют друг друга и горизонтальная стрелка двухстрелочного посадочного индикатора занимает среднее (нулевое) положение. При отклонении ВС от глиссады вверх или вниз преобладает один из сигналов, что приводит к отклонению стрелки в направлении на глиссаду.

Антенны РПДУ КРМ формируют диаграмму, подобную РПДУ ГРМ, но в горизонтальной плоскости. Ее равносигнальная зона совпадает с осью ВПП. Индикатором положения ВС является вертикальная стрелка индикатора, отклонение которой соответствует направлению на ось ВПП. При правильном снижении должны поддерживаться нулевые показания обоих индикаторов.

Диаграмма излучения (МРМ) направлена вертикально и имеет конусообразную форму. Маркерные радиомаяки устанавливают в навигационных точках, пролет над которыми должен быть зафиксирован, например в точках расположения ДПРС и БПРС. Момент пролета над МРМ отмечается прослушиванием в телефонах в течение нескольких секунд прерывистого сигнала звуковой частоты, ^миганием сигнальной лампочки и звонком. Эти сигналы различны для разных МРМ. Маяки работают в диапазоне метровых волн с Помощью АМ-радиосигналов.

Радиотехническая система ближней навигации (РСБН) (рис 2.61 является комплексной радиомаячной системой. Принцип действия РСБН основан на определении места самолета (МС), т. е. положения ВС относительно маяка, в полярной системе координат – азимута и дальности измеряемых временным методом.

Азимут ВС − это угол между северным направлением истинного (или магнитного) меридиана, проходящего через азимутальный радиомаяк (АРМ), и направлением на ВС. Диаграмма излучения АРМ в горизонтальной плоскости представляет сооой узкий луч, вращаемый со строго постоянной угловой скоростью. В момент, когда луч проходит через северное направление, АРМ излучает всенаправленно но короткий радиоимпульс. Моменту приема этого импульса бортовым РПУ соответствует начало отсчета времени (t = 0). Второй импульс поступает в момент когда вращающаяся диаграмма изн лучения направлена на ВС. Азимут, пропорциональный измеренному времени отсчитывается стрелочным индикатором.

Маяк-ответчик дальности ДРМ, расположенный совместно с АРМ, излучает ответный радиоимпульс в момент приема запросного импульса от бортового РПДУ − запросчика дальности. Бортовой вычислитель измеряет время распространения, пропорциональное дальности которая отсчитывается цифровым индикатором.

Полет по азимуту на маяк или от него осуществляется, если выдерживается постоянный угол. Полету по круговой орбите соответствует постоянная дальность. Кроме азимутально-дальномерной РСБН содержит курсоглиссадную посадочную систему, подобную рассмотренной выше. В системе используются импульсно-модулированные (ИМ) радиосигналы в дециметровом диапазоне волн. I

Самолетный ответчик системы управления воздушным движением (СО УВД) представляет собой приемопередатчик, работающий в автоматическом режиме и обеспечивающий передачу информации о бортовом номере ВС, остатке топлива, высоте в ответ

на сигналы запроса, поступающие от наземного радиолокатора. Информация передается импульсными сигналами в двоичном коде.

Эта информация в сочетании с радиолокационной о месте самолета и аэродромной обрабатывается ЭВМ, преобразуется в телевизионный сигнал и отображается на экране индикатора диспетчера. Каждое ВС отображено отметкой квадратной формы и отрезком, соответствующим траектории движения ВС за 2 или 4 мин, а также буквенно-цифровой информацией ("формуляром ВС"), полученной от СО УВД и достаточной для управления воздушным движением в приаэродромной зоне. В ответчике используются ИМ-радиосигналы в диапазоне дециметровых волн.

2.4. БОРТОВОЕ РАДИОЛОКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

К радиолокационному оборудованию относятся радиоустройства, в которых использован принцип радиолокации − отражение радиоволн от облучаемых объектов. На самолете РЛО решает навигационные задачи. Существенным преимуществом РЛО является автономность, поскольку радиолокаторы не нуждаются в каких-либо наземных маяках.

Радиолокационный высотомер (РВ) предназначен для измерения истинной высоты самолета. В состав РВ входят РПДУ, РПУ, система обработки информации и индикатор высоты. Принцип работы РВ весьма прост. Антенна передатчика излучает сигнал к земле. После отражения он принимается антенной приемника. Система обработки измеряет время между моментами излучения и приема, пропорциональное высоте.

Индикатор может быть электронно-лучевым для РВ больших высот или стрелочным для посадочных РВ малых высот. Последние используются при выполнении предпосадочного маневра и широко применяются благодаря высокой точности измерения. Показания РВ могут вводиться в систему автоматического управления заходом на посадку.

Радиолокационные высотомеры работают в деци- и сантиметровом диапазонах волн. В РВ больших высот используется импульсная, а в посадочных − частотная модуляция.

Панорамная радиолокационная станция (ПРЛС) применяетеся для получения на экране электронно-лучевого индикатора панорамы радиолокационного изображения местности, над которой пролетает самолет. Эта панорама позволяет экипажу ВС ориентироваться при "слепом" полете. При облучении земной поверхносп радиоволнами энергия отраженных волн зависит от характера этой поверхности (лес, поле, водоем, город и т. д.). Уровень сигнал, отраженного от разных участков земной поверхности и поступающего на вход приемника, колеблется в соответствии с изменением отражающей способности этих участков. Это вызывает изменение яркости свечения соответствующих точек экрана индикатора. В зультате на экране индикатора возникает панорама.

Станция состоит из приемопередатчика, электронно-лучевого индикатора и антенны. Передатчик вырабатывает радиосигнал ввиде коротких импульсов. Антенна излучает энергию в виде луча очень узкого в горизонтальном сечении и широкого (веерообразно) вертикальном. Проекция этого луча на земную поверхность − это радиус окружности, центр которой находится под самолетом. Антенна вращается вокруг вертикальной оси, поэтому облучение поверхности радикально-круговое. Развертка электронного луча индикатора также радиально-круговая.

Чем дальше отклоняется луч от центра экрана, тем более удаленным участкам облучаемой поверхности соответствуют отраженные сигналы, поступающие на вход приемника и вызывающие ту или иную засветку экрана. Вращение развертки проходит одновременно (синхронно) с антенной. Поэтому каждая точка на экране соответствует определенному участку поверхности земли. Расстояние до любого ориентира определяется по масштабным кольцам, а направление на него − курсовой угол * − с помощью транспортирной шкалы. В случае, показанном на рис. 2.9, на экране засвечен только один ориентир.

Наряду с описанным выше режимом "Земля" в ПРЛС используют дополнительные режимы. В режиме "Метео" используется узкая диаграмма направленности, сканирующая (качающаяся) в пределах сектора обзора по курсу ВС. Это позволяет обнаружить препятствия − горные вершины, встречные ВС, облачность. В режиме "Контур" на экране индикатора выделяются области интенсивной грозовой деятельности на фоне облачности, безопасной для полета. В режиме "Снос" можно определить отклонение линии пути от направления продольной оси, вызванное сносом ВС боковым ветром.

Доплеровская радиолокационная станция (ДРЛС) называется также доплеровским измерителем скорости и сноса (ДИСС). Она состоит из приемопередатчика, направленной антенны и двух электронных индикаторов: цифрового − путевой скорости и стрелочного − угла сноса УС.

Принцип измерения истинной путевой скорости основан на эффекте Доплера, который состоит в том, что частота колебаний, поступающих на вход приемника, изменяется, если приемник или передатчик перемещается в направлении распространения волн. Частота колебаний повышается при сближении приемника и передатчика и понижается при их удалении. Этот эффект связан с тем, что скорость взаимного перемещения приемника и передатчика складывается (или вычитается) со скоростью распространения волны, поэтому частота принимаемого сигнала,где и − скорость волны и частота излучаемого сигнала соответственно; − скорость взаимного перемещения приемника и передатчика вдоль направления распространения волн; − доплеровский сдвиг частоты − изменение частоты за счет эффекта Доплера. Выделив в приемнике частоту и измерив ее, получим результат, пропорциональной скорости.

В случае самолетной ДРЛС доплеровский сдвиг возникает за счет перемещения передатчика и приемника, установленных на самолете относительно точки отражения. Небольшое усовершенствование позволяет измерить кроме продольной и поперечную составляющую скорости, вызванную сносом самолета, т. е. определить полную истинную скорость самолета относительно земли (путевую скорость) по величине и направлению.

Зная положение исходного (ИПМ) и конечного (КПМ) пунктов маршрута, продолжительность полета, скорость и угол сноса, штурман определяет и наносит на карту МС. Это позволяет определить угол отклонения от заданной линии пути и пройденный путь. Этот процесс может быть автоматизирован. Например на магистральных самолетах начиная с ТУ-154 используется система индикации МС, в которых карта с нанесенной на ней заданной линией пути (ЗЛП) составляющей путевой скорости, а визир (например, светящаяся точка) – в поперечном направлении со скоростью, пропорциональной поперечной составляющей.

2.5. РЭО В БОРТОВОМ ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННОМ КОМПЛЕКСЕ

Базовый пилотажно-навигационный комплекс (БПНК) объединяет все бортовые системы навигации и посадки, авиационное и ради электронное оборудование с системой автоматического управлен ВС (САУ) и обеспечивает пилотирование ВС в автоматическом режиме. Навигационная информация, вырабатываемая каждым устройством − датчиком базового навигационного комплекса (БНК), виде цифрового сигнала поступает в бортовую ЦВМ, которая обрабатывает информацию, сопоставляя ее с программой полета, хранящейся в памяти, и вырабатывает команды, поступающие в базовый пилотажный комплекс (ВПК). В БПК эти команды преобразуются из цифровой в аналоговую форму и через автопилот воздействует на органы управления ВС, а также на двигатели, обеспечивая автоматическое выполнение программы полета.

Такие системы внедрены на самолетах ЯК-42, ИЛ-76 и ИЛ-8. Самолеты нового поколения ТУ-204 и ИЛ-96 оснащены более совершенными электронными системами. Наряду с новым БПНК на них используется автоматическая система диагностики и резервирования на базе специальных ЭВМ. Названная система контролирует и регистрирует техническое состояние всех функциональных систем и элементов ВС, при необходимости отключает отказавшие и включает резервные системы. Это позволяет повысить безопасность полетов и резко сократить объем работ по техническому обслуживанию. На приборной доске в кабине экипажа вместо десятков разнообразных приборов установлено от четырех до шести цветных кинескопов, на которых в соответствии с программой или по требованию экипажа последовательно воспроизводится информация о режиме полета, навигационной обстановке, работе систем ВС.

В стадии разработки и внедрения находятся системы авиационной космической радиосвязи и радионавигации, лазерной навигации, цифровой связи. Их внедрение положительно скажется на безопасности полетов и технико-экономических показателях РЭО. Ускорение научно-технического прогресса в гражданской авиации позволит повысить безопасность и регулярность полетов, расширить сферу применения авиации, обеспечить повышение ее экономической эффективности. Это тесно связано с улучшением профессиональной подготовки инженерно-технических кадров для отрасли.

ВЫВОДЫ

Радиотехнические средства, обеспечивающие управление воздушным движением в гражданской авиации, объединяются в наземные, бортовые и комплексные системы РЭО.

Наземная система радиотехнического обеспечения и связи (РТОС) включает в себя РЛС различного радиуса действия, работающие в пассивном и активном режимах, Радиомаячные навигационные и пеленгаторные системы, системы электро- и радиосвязи. Полная информация об обстановке в воздушном пространстве, обработанная и Пополненная при помощи ЭВМ поступает в виде телевизионного изображения на индикаторы диспетчеров и в сочетании с информацией, поступающей по каналам связи, является основой для принятия решений при управлении воздушным движением.

Бортовая система РЭО в сочетании с авиационным оборудованием позволяет экипажу обеспечивать управление ВС как при полете по трассам, так и в автономном полете. Она содержит три группы оборудования: РОС, РНО и РЛО. Радиооборудование связи обеспечивает внешнюю и внутрибортовую связь и запись полетной информации. Радионавигационное и радиолокационное оборудование обеспечивают решение навигационных задач: РНО − в комплексе с наземными системами, РЛО − автономно.

В составе БПНК авиационное и радиоэлектронное оборудование используется качестве датчиков − источников информации, которая обрабатывается бортовы ЭВМ и обеспечивает автоматическое пилотирование ВС по заранее запрограммирован ному маршруту. В РЭО самолетов нового поколения ТУ-204 и ИЛ-96 входит компле ЦВМ, обеспечивающий дисплейное отображение информации, анализ техническо состояния бортового оборудования и его автоматическое резервирование.

Ближайшей перспективой является освоение космической радиосвязи и навигации, цифровой связи и лазерной навигации.

Глава 3. УПРАВЛЯЮЩИЕ СИГНАЛЫ

3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИГНАЛОВ

Сигнал и его математическая модель. Процесс изменения физичесю величины, соответствующий передаваемому сообщению − сигнал, может быть изучен экспериментально и теоретически. Экспериметальное изучение связано с наблюдениями и измерениями при помощи измерительных приборов и устройств: электронны осциллографов, вольтметров, приемников. Оно конкретно, нагляднно лишено той степени обобщенности, которая позволяет судить о фундаментальных свойствах сигналов, предсказывать их изменена и производить расчеты. Это становится возможным в результате теоретического изучения, основу которого составляет представление сигнала в виде математической зависимости − модели.

Математическая модель сигнала − это функциональная зависимость, в которой аргументом является время. Ее обозначают символами и т. д. Она пригодна независимо от того какая конкретная физическая величина (ток, напряжение, напряженность поля и т. д.) является носителем сигнала. При правильном выборе математическая модель позволяет изучить наиболее важные свойства сигналов, игнорируя множество второстепенных признаков. Она может быть задана в виде формулы, вычислительного алгоритма, графика − временной диаграммы и даже словесного описания.

Детерминированные и случайные сигналы. Сигнал, значение которого в любой момент времени может быть точно определено (предсказано) при помощи математической модели, называется детерминированным (ДТС). Например, если известны параметры U_m и гармонического сигнала, то для любого момента времени напряжение можно определить однозначно.

Случайным (СЛС) называют сигнал, мгновенные значения которого не могут быть точно предсказаны. Строго говоря любой реальный сигнал является случайным. Действительно, если бы можно было заранее вычислить все интересующие получателя значения сигнала, то отпала бы необходимость в его передаче по каналу связи, так как он не содержал бы информации.

Сигналы и помехи как случайные функции времени являются предметом изучения статистической радиотехники, использующей аппарат теории вероятностей и математической статистики. В результате такого изучения выясняют закон распределения вероятностей, при помощи которого можно определить, например, вероятность того, что случайное значение сигнала в данный момент находится в заданном интервале или какую часть времени существования сигнала его значения находятся в заданном интервале, а также распределение мощности сигнала по спектру частот.

Между детерминированными и случайными сигналами нет четкой границы. У одного и того же сигнала часть параметров может быть детерминированной, а другая часть − случайной. Во многих случаях результаты статистического анализа могут быть "вписаны" в детерминированную модель сигнала. Например, ширина диапазона речевых частот 300...3400 Гц была определена статистическими методами. Чем больше превышение сигнала известной формы над помехами, тем более точными оказываются результаты анализа при использовании более простых − детерминированных моделей.

Непрерывные (НС) и импульсные (ИС) сигналы. Наряду с сигналами, непрерывными во времени, очень важный для радиотехники класс сигналов представляют собой импульсы − сигналы, существующие в пределах ограниченного отрезка времени. Различают видео- и радиоипульсные сигналы (ВИС и РИС). Термин "видеоимпульс" связан с телевидением − одной из первых областей применения ИС. Видеоимпульс трапециевидной формы можно охарактеризовать амплитудой (высотой), длительностью, а также длительностями фронта и среза.

Если − видеоимпульс, то соответствующий ему радиоимпульсы При этом называют огибающей радиоимпульса, а функци − его заполнением. Импульсы напряжения, используемые в радиотехнике, могут иметь амплитуды от долей микровольта до десятков киловольт и длительности, доходящие до долей наносекунды.

Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы. Сигналы, значена которых могут быть измерены в любой момент времени, называются аналоговыми (АС) или континуальными. Термин "аналоговый сигнал" взят из вычислительной техники. Такие сигналы используются в аналоговых вычислительных машинах. Первоначально для радиосвязи и радиовещания использовались исключительно аналоговые сигналы.

Дискретные сигналы (ДС) − это прерываемые во времени сигналы. Их использование связано с импульсными системами, благодаря которым стало возможным большинство современных применений радиотехники. Преобразование АС в ДС (дискретизация) сводится к формированию последовательных импульсов, временной интервал Т_и между которыми, называемый шагом дискретизации, постоянен, а один из параметров изменяется пропорционально мгновенным значениям АС в моменты дискретизации. Чем быстрее изменяется АС, тем меньшим должен быть шаг Т_и и короче импульс. Одним из достоинств ДС является возможность временного у плотнения каналов связи, при котором в интервалах между импульсами данного ДС передаются импульсы других ДС.

Цифровые сигналы (ЦС) являются важнейшей разновидностью дискретных сигналов. Суть преобразования ДС в ЦС сводится к тому, что каждое отсчетное значение ДС (высота импульса на рис. 3.3, б), предварительно округленное до целого числа, записывается в виде цифры в двоичном коде. Каждая цифра передается как сочетание импульсов (единиц) и пауз (нулей). Наединицы условно обозначены сплошными, а нули − штриховыми линиями.

Периодические и непериодические сигналы. Сигналы, у которых одинаковые мгновенные значения повторяются через одинаковые временные интервалы (через период Т)называются периодическими (ПС). Простейший периодический сигнал − гармоническое колебание. Непериодические сигналы (НПС) не удовлетворяют этому условию.

Рис

3.2 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СИГНАЛОВ

Простейшим детерминированным сигналом является гармоническое колебание. Его математическая модель

, а параметры − амплитуда круговая частота, начальная фаза. Поскольку эти параметры постоянны, гармоническое колебание не является сигналом, так как не изменяется в соответствии с передаваемым сообщением. Такие колебания, формируемые измерительными генераторами, используются в качестве измерительных (тестовых) сигналов для" испытания элементов канала связи. Амплитуда и частота такого сигнала могут быть установлены в пределах определенных диапазонови точно измерены.

Сложные сигналы (СС) характеризуются изменением параметров во времени – детерминированным или случайным. К числу сложных будем относить все сигналы, кроме гармонического. Их параметры: динамический диапазон, частотный спектр и длительность.

Динамический диапазон сигнала D характеризует изменение Уровня сигнала в процессе передачи. Это изменение соответствует отношению максимального (пикового) значения мощности сигнала к минимальному. Любое изменение уровня сигнала (его мощности, напряжения или тока) принято оценивать по логарифмической шкале децибел (дБ):

.

Вебером и Фехнером было установлено, что реакции человека на изменение мощности сигнала, воспринимаемого через органы чувств, пропорциональна логарифму этого изменения. Это означает, что если мощность звукового или светового сигнала возрастает, например, в 100, 1000, 10ⁿ раз, то ощущаемое человеком изменение громкости или яркости произойдет соответственно в 2, 3, п раз, поскольку. Это позволяет человеку нормально воспринимать сигналы, мощности которых отличаются в миллионы раз. Логарифмический закон восприятия и является основанием для введения логарифмической шкалы уровней. Основная единица этой шкалы 1 бел (Б): поскольку, поскольку, а

Практическое применение нашла единица, в 10 раз меньшая, − децибел (дБ), которая приблизительно соответствует минимальному изменению громкости, различимому на слух. В децибелах измеряют динамический диапазон, усиление, затухание, а также уровень мощности (или амплитуды) сигнала.

Этот уровень определяют по отношению к эталонному. В радиолокации и связи за эталонный уровень мощности принят 1 мВт. В этом случае значение 10 измеряется в децибелмилливаттах (дБм).

Если устройство состоит из нескольких каскадов с коэффициентами передачи;;, то общий коэффициент передачи равен их произведению:, а уровень усиления в децибелах − сумме соответствующих уровней всех каскадов:. Это следует из известного свойства логарифмов. И, наконец, при усилении и, а при затухании и.

Для расчета можно воспользоваться графиком рис. 3.6. Если задано значение (или), то записать его следует в виде.Тогда, где, a. Значения для определяются по графику по шкале. Если задано значение, то, а по шкале.

Частотный спектр сигнала – это совокупность гармонических колебаний, образующих сложный сигнал. Если частоты этих колебаний находятся в интервале от нижней частоты до верхней то ширина спектра (или полосы частот)

Выясним, при каких условиях сигнал проходит через канал связи без искажений. Таких условий три, и они относятся к параметрам сигнала: динамическому диапазону ширине спектра и длительности

Условие линейности амплитудной характеристики. Амплитудная характеристика (АХ) канала связи выражает зависимость между уровнями сигнала на выходе и входе канала (рис. 3.7). Линейный − рабочий − участок характеристики соответствует значениям сигнала, превышающим уровень шумов (помех) и не достигающим уровня при котором возникают нелинейные искажения, обусловленные наличием в канале связи электронных и других приборов с нелинейными вольт-амперными характеристиками. Этими значениями ограничен динамический диапазон канала:. Если выполняется условие:

,

то в пределах динамического диапазона АХ линейна, сигнал не искажается и превышает шумы. При невыполнении этого условия либо слабые сигналы неразличимы на фоне шумов, либо для сильных сигналов нарушается линейность АХ. Это приводит к искажению формы временной диаграммы сигнала и воспринимается как резкое изменение тембра звука, ухудшение разборчивости, появление новых звуков, не присущих сигналу.

2. Условие пропускания спектра сигнала. Полосой пропускания канала будем называть ширину частотного интервала, в пределах которого усиление сигнала достаточно велико и равномерно. Если спектр и полоса перекрываются и

(3-4)

То условие пропускания выполняется. Невыполнение этого условия − причина частотных искажений, в результате которых амплитуды части колебаний из спектра сигнала ослабляются. Это воспринимается как изменение тембра звука; может ухудшиться и разборчивость речи.

3. Объем сигнала. Отложим значения трех параметров сигнала: динамического диапазона ширины спектра и длительности сигнала в виде отрезков по трем осям координат и построим прямоугольный параллелепипед с соответствующими сторонами (рис. 3.8). Его объем принято называть объемом сигнала:

Если соответствующие параметры канала связи удовлетворяй условиям, а следовательно, объем сигнала умещается в объеме канала:

то выполняется условие согласования между сигналом и каналом связь возможна.

Весьма желательным является уменьшение объема сигнала при хранении передаваемой информации. Действительно, при уменьше; достигается экономия энергозатрат, при уменьшении эффективнее используется частотный диапазон и ослабляется действие помех, приуменьшении повышается пропускная способность канала. Однако при использовании сигналов любого данного вида такая возможность ограничена. Например, если повысить скорость телеграфной передачи уменьшить то повысится частота импульсов и возрастет Если уменьши мощность сигнала, т. е. то он станет неразличим на фоне шумов передачу предется повторить − увеличить. Поэтому лучшим из cpaвниваемых сигналов следует считать сигнал меньшего объема, если это не противоречит другим, более существенным требованиям.