Принцип работы азимутального радиомаяка

VOR-4000 реализует амплитудно - фазовый метод углометрии, для чего ВЧ сигнал, излучаемый радиомаяком VOR, модулируется двумя синусоидальными напряжениями с частотой 30 Гц. Один сигнал – так называемый сигнал опорной фазы, имеет модулирующую составляющую с неизменной начальной фазой, второй сигнал – сигнал переменной начальной фазы, имеет модулирующую составляющую с изменяемой начальной фазой в соответствии с азимутальным направлением излучения сигнала приложение 2.

Зависимости начальной фазы сигнала переменной фазы от азимутального положения ВС можно посмотреть в приложении 3. Перемещая положение ВС по азимутальной шкале видно, как изменяется начальная фаза.

Названные сигналы излучаются разными антеннами: сигнал опорной фазы (его еще называют сигнал НБЧ) – всенаправленной антенной; сигнал переменной фазы (его еще называют сигнал БЧ) – направленной (скрещенными диполями).

Сигналы опорной и переменной фазы принимаются радиоприемным устройством воздушного судна, сравниваются по величине фазового сдвига, числовое значение которого определяет направление (пеленг) на радиомаяк (реализация фазового метода). Реализация амплитудной составляющей амплитудно - фазового метода предпологает получение на борту ВС сигнала переменной фазы путем амплитудной модуляции принимаемого сигнала вращающейся ДН передающей антенны специальной формы в виде кардиоиды. В целях возможности разделения сигналов переменной и опорной фазы в приёмном устройстве ВС в процессе их формирования в передатчике VOR используют различные виды модуляции: балансную – амплитудную – для сигнала переменной фазы, частотную плюс амплитудную – для опорной. Наряду с названными сигналами, радиомаяком излучается дополнительно еще два сигнала – сигнал опознавания и речевой сигнал. Сигнал опознавания и речевой сигнал передается с помощью всенаправленной антенны.

В радиомаяке VOR 4000 используется электронный способ управления вращением диаграммы направленности направленной антенны в азимутальной плоскости с частотой 30 Гц. При этом значение начальной фазы модулирующего сигнала в канале переменной фазы жестко связано с уловым положением ДНА относительно севера.

Создание такой диаграммы направленности, возможно с использованием двух скрещенных вибраторов и всенаправленной антенны.

Для удобства рассуждений одну пару вибраторов – обозначим буквой А, другую буквой B. Известно, что каждый в отдельности вибратор в пространстве создает ДН в форме тороида. За счет геометрического сложения полей вибраторов А и В формируется результирующая ДНА, сечение в горизонтальной плоскости которой представляет " восьмерку".

Если оба скрещенных вибратора запитать одним и тем же ВЧ сигналом, то сканирование ДНА наблюдаться не будет. Для сканирования необходимо изменять амплитуду питающих напряжений по законам U_Acos φ _А = UcosΩ t. И U_Bsin φ _А=UsinΩ t. соответственно для вибраторов А и В, где φ _А– азимутальное положение центра ДНА (кардиоиды), Ω – угловая частота вращения ДНА.

В результате сложения электромагнитных полей вибраторов А и В, в пространстве создается эффект вращения вектора напряженности электрического поля, а вместе с ним и диаграммы направленности (в приложении 7 результирующая диаграмма направленности вибраторов А и В имеет форму " восьмерки").

Частота вращения ДНА определяется частотой синусоидальных модулирующих колебаний, а направление лепестка ДНА определяется фазовым соотношением сигналов в вибраторах.

В целях компенсации “хвоста” восьмерки, необходимо создать в месте его расположения дополнительное электромагнитное поле, направление которого имеет обратное значение, и равное по величине исходному. Так как магнитное поле вокруг вибраторов имеет концентрический характер, то и результирующее магнитное поле будет иметь концентрический характер с учетом суммирования двух исходных. Следовательно, если вокруг скрещенных вибраторов поместить излучающее “кольцо” (его диаграмма направленности в приложении 2), и запитать его исходным немодулированным ВЧ опорным напряжением, то в результате суммирования полей в одном лепестке восьмерки и вычитания в другом (один “хвост” восьмерки скомпенсируется), образуется ДНА в форме кардиоды.
Из приведенных рассуждений следует сделать выводы:
1. Для питания рассмотренной антенны необходимо иметь как минимум три канала:

- канал опорного напряжения (опорной фазы) - для питания всенаправленной антенны;

- каналы косинусной и синусной составляющих для питания скрещенных вибраторов, образующих канал сигнала переменной фазы.
2. Антенная система представлена скрещенными вибраторами и всенаправленной антенной. В целях достижения требуемой ширины ДНА в угломестной плоскости всенаправленных антенн две - верхняя и нижняя. Запитываются они одинаковой мощностью, со сдвигом по фазе 105^о.
3. Создание требуемой диаграммы направленности антенны предполагает точную настройку фазовых соотношений излучающих антенн, как между собой, так и с учетом влияния поверхности земли.

Описание работы блока управления и индикации (KDI)

Блок управления и индикации (KDI) образует интерфейс между оператором и навигационной системой. Внешний вид передней панели представлен в приложении 4.Он позволяет оператору управлять аппаратурой радиомаяка и выдает информацию о ее состоянии. В нормальном режиме работы система управляется оператором при первоначальном включении, при калибровке на этапе ввода аппаратуры в эксплуатацию, а также в тех случаях, когда необходимо изменить заложенные параметры, или при техническом обслуживании и контрольных проверках осуществлять опрос датчиков и измерения в определенной последовательности.

С помощью клавиатуры оператор может вводить команды и запрашивать параметры. Лицевая панель блока управления и индикации разделена на несколько секторов, различных по своему назначению. Команды, выдаваемые с клавиатуры, поступают на ЦП радиомаяка, который вырабатывает сигналы подтверждения, возвращаемые на блок KDI. Все сообщения, выдаваемые передатчиком или монитором, также поступают на блок KDI, где они воспроизводятся или в виде подсветки светодиодных индикаторов или в виде цифровых и буквенных символов. Верхняя половина лицевой панели содержит подсвечиваемые индикаторы, отражающие состояние системы и наличие сигналов аварии. Ниже расположены алфавитно-цифровые табло READOUT1 (ОТСЧЕТ 1) и READOUT2 (ОТСЧЕТ 2), отображающие детальную информацию, и квазианалоговое табло READOUT 3 (ОТСЧЕТ 3), используемое в ILS-варианте. Центральная часть табло READOUT3 (ОТСЧЕТ 3) действует как индикатор работоспособности процессора блока KDI. Нижняя треть лицевой панели содержит сенсорные клавиши (клавиатуру) для программирования, установки параметров и выбора порядка опроса.

В блоке KDI имеется собственная микро-ЭВМ с блоками памяти (СППЗУ и ОЗУ), имеющая собственное программное обеспечение и свой источник питания. Микро-ЭВМ является промежуточным звеном ЦП и передает ему информацию.

В системе дистанционного управления аппаратурой радиомаяка имеется второй точно такой же блок управления и индикации KDI, который в нормальном режиме работы может использоваться для контроля и управления. Переключатель ENABLE/DISABLE (ВКЛЮЧЕНО/ ВЫКЛЮЧЕНО) позволяет оператору разрешить или запретить управление аппаратурой с местного блока KDI, если система дистанционного управления активна (например при калибровке). Отображение информации на блоке KDI сохраняется, даже если блок KDI отключен по входу.

Передача данных

Микро-ЭВМ блока KDI управляет потоками информации между передатчиками 1 и 2 с одной стороны и блоком KDI, системой дистанционного управления и соединителями внешнего интерфейса (например ADRACS) с другой стороны. Она непрерывно запрашивает монитор, направляет установочные данные или команды на измерение параметров в передатчик через последовательный интерфейс RS232C. Данные передаются со скоростью 9600 Гц и защищаются методом " echo".

Данные в системе дистанционного управления передаются через интерфейс V.24 со скоростью 600 Бод и защищаются введением разряда четности. Дистанционное управление соединяется с блоком KDI посредством модема и телефонной линии. Линия связи с принтером, а также с возможным другим устройством также образуется через интерфейс V.24, работающий со скоростью 1200 Бод.

Все линии передачи данных, внешние по отношению к блоку KDI, проходят через драйверы и приемники, которые предотвращают возможность появления помех при передаче. Два таймера/счетчика задают тактовые частоты для последовательной передачи данных.

Приложение 1. Упрощенная структурная схема радиомаяка VOR