АЭРОНАВИГАЦИЯ При радионавигации несущую частоту излучаемых электромагнитных волн модулируют речевыми или закодированными сигналами таким образом, чтобы передаваемую информацию можно было легко использовать. Кроме того, используется направленность радиолуча и то обстоятельство, что излучаемая волна распространяется в пространстве с известной скоростью.
Распространение излучения зависит от его частоты (см. РАДИО И ТЕЛЕВИДЕНИЕ). При аэронавигации обычно используются частоты от 50 кГц до более 300 МГц. Для повышения эффективности передачи и приема целесообразно применять остро настроенные резонансные схемы, рассчитанные на единственную хорошо стабилизированную несущую частоту. См. также АНТЕННА.
Системы посадки по приборам. В системах посадки по приборам обычно используется сочетание сигнальных полей излучателей с определенными диаграммами направленности, благодаря которым указатели зоны нулевого отсчета могут индицировать отклонение самолета вправо или влево от осевой линии взлетно-посадочной полосы (ВПП), а также вверх или вниз от глиссады, ведущей к точке касания ВПП.
Система посадки по приборам может быть автоматизирована путем подачи сигналов нулевого отсчета на бортовую систему управления полетом. См. также ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ УПРАВЛЕНИЕ.
Измерения с использованием эффекта Доплера. В тех случаях, когда наземные средства недоступны, направление и путевую скорость можно определить бортовыми радиосредствами, используя эффект Доплера (рис. 1). Непрерывный радиосигнал, посылаемый с самолета, встречает на своем пути препятствие и частично отражается обратно на бортовой приемник. Частота принимаемых колебаний отличается от частоты передаваемых на число длин волн, которые самолет пролетел за один период сигнала. Этот доплеровский сдвиг частоты можно обнаружить и измерить. На практике направление и скорость полета самолета определяются по доплеровскому сдвигу частоты с помощью гиростабилизированной антенной решетки, формирующей несколько лучей. См. также ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ.
Радиопеленгация. Радиокомпас. В течение многих лет направления и азимуты в аэронавигации обычно определяли с помощью специальных бортовых приборов, принимающих сигналы всенаправленных наземных радиостанций. Один из таких приборов - радиокомпас.
Рисунок 2 иллюстрирует принцип действия радиокомпаса. Антенной служит рамка с вертикальными боковыми сторонами, а вместо приемника подключен измерительный прибор. Если плоскость рамки ориентирована в направлении передающей станции, то напряжения в вертикальных ее элементах различаются по фазе, поскольку требуется некоторое время, чтобы волна преодолела расстояние между ними. Разность напряжений, наведенных на этих элементах, поступает на вход измерительного прибора. На практике направление определяют, когда напряжение на выходе рамки принимает нулевое значение, т.е. когда плоскость рамки перпендикулярна направлению на передатчик. При плохих погодных условиях помехи на низких частотах бывают неприемлемо большими, поэтому всеобщей практикой стала работа на высокочастотных каналах.
Всенаправленная радиосистема. Всенаправленное (ненаправленное) бортовое радиооборудование функционирует на частотах в диапазоне 112-118 МГц и обеспечивает пеленгацию в любом азимутальном направлении без проблем, создаваемых источниками электростатических и других помех. Такое оборудование работает по принципу создания разности фаз между двумя сигналами звуковой частоты. Ненаправленная антенна излучает опорный сигнал, а четыре антенны, питаемые радиочастотной энергией, промодулированной частотой 30 Гц, - сигнал с переменной фазой, которая зависит от направления на передающую радиостанцию. Бортовой радиокомпас автоматически измеряет разность между фазами опорного и фазопеременного сигналов, а полученная разность соотносится с углом направления на Север. Всенаправленное пеленгационное радиооборудование УКВ-диапазона применяется очень широко.
Радиолокация. В радиолокации используются радиоволны очень высоких частот. Такие волны распространяются по линиям визирования и испытывают отражение от твердых тел и жидкостей. Радиолокационные сигналы генерируются в виде последовательности коротких импульсов с синусоидальным заполнением. Специальная антенна концентрирует передаваемую энергию в узкий луч. Когда посланный импульс встречает на своем пути какой-либо объект, часть его энергии возвращается к антенне, с которой он был послан, а приемник измеряет время, затраченное импульсом на путь туда и обратно, что позволяет определить расстояние (рис. 3).
Поскольку в радиолокации используются короткие волны, передающие и приемные антенны имеют приемлемые размеры. На единичное измерение дальности до объекта уходит мало времени, так что антенну можно вращать и отображать принимаемые отраженные сигналы на экране электронно-лучевой трубки с большим послесвечением, что дает достаточно хорошие изображения местности. Транспортные и пассажирские самолеты обычно имеют на борту радиолокаторы, излучение которых отражается от облаков, дождя и атмосферных возмущений, сопровождающих бури и штормы. Такие метеорологические РЛС позволяют самолету избегать опасных ситуаций.
Определить местоположение самолета можно с помощью радиолокационной системы высокой точности "Шоран". Сигнал самолетного импульсного радиолокатора запускает две наземные станции, находящиеся на известном расстоянии друг от друга. Время, прошедшее с момента передачи пусковых импульсов до приема ответных, пересчитывается бортовыми приборами в расстояния от самолета до каждой станции. Этого достаточно, чтобы определить положение самолета в момент измерений.
Радиолокаторы - это "глаза" современного аэропорта. Непрерывный поиск в зоне обслуживания позволяет персоналу службы управления воздушным движением обнаруживать самолеты и руководить их полетами в своей зоне с целью обеспечить безопасность движения и посадки при любых погодных условиях. См. также РАДИОЛОКАЦИЯ; АЭРОПОРТ.
Дальномерное радиооборудование. Оборудование для измерения расстояний дополняет возможности ненаправленных приемопередатчиков. В комплект такого оборудования входят бортовой запросчик и ответчик с индикатором, а также наземный радиомаяк (рис. 4). Бортовой запросчик посылает импульсы, а наземный радиомаяк, находящийся в пределах его досягаемости, переизлучает ответные импульсы. По времени прохождения импульсов определяется расстояние от самолета до радиомаяка, а пилоту обеспечивается непрерывная визуальная индикация этого расстояния.
ОНЧ-радионавигационные системы. Некоторые авиационные радионавигационные системы работают на очень низких частотах (ОНЧ). Самая распространенная из них - "Омега" - ведет передачи с восьми станций, расположенных в Австралии, Японии, Норвегии, Либерии, Аргентине, на о.Реюньон, в штате Северная Дакота и на Гавайях. ОНЧ-радиопередачи распространяются на очень большие расстояния, следуя кривизне поверхности земного шара. Названные восемь станций обеспечивают глобальный охват.
Каждая станция передает сигналы на четырех фиксированных частотах в восьми временнх интервалах на отрезке времени 10 с. У каждой станции набор интервалов имеет собственную структуру, а работа станций синхронизируется посредством атомных часов. Приемник системы "Омега", установленный на самолете (или на корабле), определяет свое местонахождение, используя известные координаты передающих станций и измеренные фазовые углы принятых сигналов. Первоначально необходимо использовать сигналы по меньшей мере трех станций. Далее достаточно сигналов двух станций. Система ОНЧ-навигации позволяет определить текущее местонахождение транспортного средства при условии, что его первоначальное положение известно из какого-либо другого источника.
Спутниковая радионавигация. Навигацию можно осуществлять с очень высокой точностью, пользуясь СВЧ-радиосигналами со спутников. Спутниковая навигационная система NAVSTAR обслуживает военную и гражданскую авиацию и ряд наземных пользователей.
Для решения навигационных задач обычно необходимы сигналы четырех спутников. (Сигналов трех спутников было бы достаточно для определения местоположения, если бы отсутствовали погрешность хода часов приемника и другие ошибки. Сигнал четвертого спутника позволяет их скорректировать.) Каждый спутник (всего их 24) передает сигналы, указывающие его точное местоположение. Используя эту информацию и расстояния до спутников (определенные по времени прохождения сигнала), можно определить местоположение самолета. Перед определением времени прохождения сигнала выполняется синхронизация очень точных часов навигационного приемника самолета с еще более точными атомными часами на спутниках. См. также СПУТНИК СВЯЗИ; АВИАЦИЯ ГРАЖДАНСКАЯ; АВИАЦИЯ ВОЕННАЯ; ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ; ПРОТИВОВОЗДУШНАЯ ОБОРОНА.