Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время одним из важнейших направлений в гражданской авиации (ГА) является повышение уровня обеспечения безопасности полетов В свете возросшей интенсивности воздушного движения данная проблема является одной из приоритетных Уровень безопасности полетов зависит от достоверности и скорости обновления информации о положении воздушных судов (ВС) в пространстве Очевидно, что основным источником информации служат различные радиотехнические системы, такие как первичные и вторичные радиолокаторы, системы ближней и дальней навигации, различные типы радиопеленгаторов, связное оборудование и другие специальные системы обеспечения полетов
В связи с этим точность получаемых данных о местоположении ВС непосредственно зависит от точности радиотехнических систем
Как известно, одним из самых ответственных этапов полета является этап захода ВС на посадку По статистике на данном этапе происходит более половины всех авиационных происшествий Для обеспечения захода ВС на посадку используется специальная инструментальная система посадки (СП), представляющая собой радиотехнический комплекс, состоящий из курсового радиомаяка (КРМ), глиссадного радиомаяка (ГРМ), нескольких маркерных радиомаяков (МРМ) и комплекта бортовой приемной аппаратуры КРМ служит для обеспечения ВС информацией о положении относительно линии глиссады в горизонтальной плоскости, ГРМ — для обеспечения ВС информацией о положении относительно линии глиссады в вертикальной плоскости, а посредством МРМ ВС обеспечивается информацией о прохождении контрольных точек
Таким образом, радиотехническая система посадки должна непрерывно обеспечивать ВС информацией о положении относительно линии глиссады в различных метеорологических условиях
Точность как КРМ, так и ГРМ непосредственно связана с характеристиками диаграмм направленности (ДН) их антенн Известно, что среднеквадратическая ошибка измерения угловых координат ВС пропорциональна такому параметру ДНА как ее ширина, при этом форма ДНА определяется амплитудным и фазовым распределением тока в раскрыве антенны Положение в пространстве линии курса и линии глиссады очень чувствительны к изменениям фазового и амплитудного распределений тока Так, при изменении положения линии курса у порога ВПП на величину более 3-х метров в ту или иную сторону относительно оси взлетно-посадочной полосы (ВПП) происходит переключение аппаратуры КРМ на резервный комплект Поэтому наряду с высокими требованиями к трактам формирования сигнала блоков СП предъявляются и аналогичные требования к точности системы контроля параметров СП
Более полная информация о характеристиках излучения антенных устройств системы посадки собирается во время проведения летных проверок В настоящее время в соответствии с нормативными актами ГА летные проверки являются основным способом контроля характеристик излучения наземных средств радиотехнического обеспечения полетов (РТОП)
Летные проверки производятся как при вводе системы посадки в эксплуатацию, так и во время периодических проверок, после замены или модернизации основных узлов радиотехнической системы, в том числе и антенных систем
В табл 1 приведена периодичность летных проверок для радиомаячных систем посадки различных категорий
Таблица 1
(В - летная проверка при вводе в эксплуатацию, Г - годовая летная проверка, П - полугодовая летная проверка)
Для проведения летных проверок используются специально оборудованные самолеты-лаборатории (СЛ) На борту таких самолетов-лабораторий находится контрольно-измерительное оборудование, позволяющее фиксировать характеристики излучения тестируемых радиотехнических систем
В середине 90-х годов находящиеся на эксплуатации самолеты-лаборатории типа АСЛК-75 практически выработали свой ресурс, а также полностью исчерпали себя по своим техническим возможностям Их элементная база устарела, и системы данного типа уже не обеспечивали нужной точности измерений и не позволяли выполнять соответствующие международным требованиям летные проверки наземных средств РТОП
В 1999 2000 гт была проведена модернизация АСЛК-75 (АСЛК-75М-02, АСЛК-75М-03) и начато производство автоматизированной системы АСЛК-Н-01 В данных системах используются современная элементная база и сопряжение с ЭВМ, однако следует отметить, что стоимость изготовления комплекта оборудования СЛ составляет около 300 тысяч долларов США Стоимость же изготовления, испытаний и ввода в эксплуатацию разрабатываемой АСЛК-С-80, по предварительным оценкам, будет около 800 тысяч долларов США
Если обратиться к зарубежным аналогам, то стоимость СЛ вместе со стоимостью самолета составляет порядка 4 5 млн долларов США, те в современных условиях российского рынка приобретение подобного рода
5"
автоматизированных систем летного контроля является весьма проблематичным
Следует отметить, что в качестве альтернативных средств измерений на аэродромах России использовались подвижные аэродромные лаборатории (ПАЛ) Являясь специальными средствами измерений в ГА, они предназначаются для контроля выходных характеристик курсовых и глиссадных радиомаяков инструментальной системы посадки
Метод контроля стабильности выходных характеристик радиомаяков основан на сравнении величин токов, соответствующих положениям линии курса и глиссады, и линиям, ограничивающим их секторы, измеренных непосредственно после очередной летной проверки КРМ или ГРМ с соответствующими значениями токов, измеренных ПАЛ
Можно отметить спедующие недостатки данного метода контроля
- измеряются только два параметра антенных систем радиомаяков
(положение линии курса (глиссады) и границы секторов курса или глиссады),
- измерения чувствительны к месту установки ПАЛ на аэродроме, что
негативно влияет на результаты измерений на аэродромах со сложным
рельефом местности
В качестве альтернативных наземных способов контроля характеристик излучения радиомаяков могут быть применены косвенные методы, основанные на восстановлении характеристик излучения КРМ и ГРМ по результатам измерений электромагнитных полей (ЭМП) в их ближней зоне излучения
При использовании традиционных методов контроля производится измерение как амплитуды, так и фазы ЭМП Однако измерение фазы на высоких частотах сопряжено с большими трудностями (сложность и высокая стоимость измерительного оборудования, наличие генератора опорного сигнала и т д), поэтому экономически целесообразно использовать так называемые бесфазовые методы Основной их особенностью является то, что в процессе контроля производится измерение только лишь амплитуды ЭМП в ближней зоне излучающей системы без каких-либо измерений фазы При
б-
этом фазовое распределение восстанавливается по измеренным амплитудным данным
Таким образом, возникает актуальная научно-техническая задача обеспечить контроль характеристик излучения курсового и глнссадного радиомаяков с необходимой точностью в наземных условиях методом бесфазовых измерений при сохранении требований к безопасности полетов на заданном уровне Решение этой задачи позволит уменьшить объем летных проверок средств РТОП
Цель диссертационной работы
Целью работы является разработка наземного метода контроля характеристик излучения курсового и глиссадного радиомаяков инструментальной системы посадки
Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи
изучить и классифицировать методы бесфазовых измерений характеристик излучения,
разработать наиболее эффективный метод измерений, максимально подходящий для решения конкретного типа задачи,
разработать методику и рекомендации по проведению процедуры измерений характеристик излучения КРМ и ГРМ инструментальной системы посадки на этапе их технического обслуживания,
разработать программное обеспечение для расчета характеристик излучения КРМ и ГРМ
Методы исследования
Данные исследования были выполнены с использованием теории радионавигации, теории антенн и устройств СВЧ, теории матричного исчисления и линейной алгебры, методов математического моделирования процессов, а также с использованием разработанной экспериментальной установки
?
Основные положения, выносимые на защиту
-
Разработанный метод бесфазового контроля характеристик излучения курсового и глиссадного радиомаяков
-
Рекомендации по выбору мест установки измерительного зонда при проведении технического обслуживания КРМ и ГРМ
-
Разработанное программное обеспечение для восстановления фазового распределения токов в антенной системе КРМ и ГРМ и их характеристик излучения
Научная новизна работы
-
Проведен анализ и сравнение существующих методов восстановления характеристик излучения антенн систем по результатам бесфазовых измерений в их ближней зоне
-
Теоретически обоснована и подтверждена в процессе проведения эксперимента возможность восстановления фазового распределения ЭМП по амплитудным измеренным данным
-
Предложена методика бесфазового контроля характеристик излучения радиомаяков инструментальной системы посадки в процессе эксплуатации
-
Разработано профаммное обеспечение для проведения наземных измерений в процессе технического обслуживания радиомаяков инструментальной СП
Результаты, полученные в ходе выполнения диссертации
-
Классифицированы методы бесфазового восстановления характеристик излучения
-
Проведен эксперимент, подтверждающий реализуемость бесфазового метода диагностики
-
Разработан метод измерений характеристик излучения КРМ и ГРМ и профаммное обеспечение для реализации данных измерений при техническом обслуживании радиомаяков
Практическая ценность работы
Полученные в процессе выполнения данной работы результаты позволяют
-
значительно упростить процедуру проведения измерений характеристик излучения КРМ и ГРМ путем частичного отказа от проведения облетов,
-
производить измерение характеристик излучения КРМ и ГРМ с использованием предлагаемого метода контроля фазового распределения токов в антенне в процессе технического обслуживания,
-
расширить функциональные возможности ПАЛ в части их использования для измерений характеристик излучения КРМ и ГРМ Апробация работы
Результаты выполненных исследований докладывались на научно-технических конференциях в МГТУ ГА, МАТИ (2004 2005 гг) и на Международной Крымской научно-технической конференции по проблемам радиотехники (2005, 2006 гг)
Внедрение основных результатов
Основные результаты диссертационной работы внедрены в МГТУ ГА, Рыльском авиационном колледже ГА и НПО «ЛЭМЗ», что подтверждается соответствующими актами
Достоверность результатов
Достоверность результатов основана на корректном использовании различных методов математического моделирования на ПЭВМ и на экспериментальных результатах, полученных в процессе проведения эксперимента на разработанной экспериментальной установке
Публикация результатов
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 статьях и 6 тезисах докладов
Структура и объем работы
