Принцип функционирования ВРМ

В составе принимаемого на самолёте сигнала от маяка VOR имеются сигна­лы опорной фазы и переменной фазы. Фаза опорного сигнала не зависит от поло­жения самолёта относительно маяка, а фаза переменного сигнала зависит от на­правленияприёма. Измеряя разность фаз между ними в точке приёма, можно оп­ределить направление на маяк.

Рассмотрим процесс формирования сигнала VOR (рис.1).

Рис. 50. Формирование сигнала “переменной” фазы в радиомаяке VOR

Антенна маяка VOR имеет диаграмму направленности (ДН) по напряжённости поля

DH = 1+ m∙cos φ при m = 0,3 (улитка Паскаля). По форме эта ДН близка к форме окружности со смещённым центром.

ДН антенны маяка вращается со скоростью 30 об/сек (Fвр = 30 Гц).

Пусть в момент t = 0 максимум ДН направлен на магнитный север, т.е. маг­нитный меридиан проходит через ось симметрии ДН. Отметим, что все маяки VOR ориентированы на магнитный север.

Положение наблюдателя (самолёта) относительно маяка VOR принято ха­рактеризовать магнитным азимутом (магнитным пеленгом), т.е. углом между маг­нитным меридианом, проходящим через маяк, и направлением от маяка на на­блюдателя. Угол измеряется от магнитного меридиана по часовой стрелке от 0 до 360 град. В дальнейшем вместо термина «магнитный азимут» («магнитный пе­ленг») будем употреблять термин «азимут». Таким образом, на рис.1а азимут на­блюдателя А равен 0 град, а азимут наблюдателя В равен α.

Пусть в момент t = 0 напряжённость поля излучения антенны в направлении 0W и 00ST равна 1, в направлении 0N равна 1+ m, а в направлении 0S равна 1- m.

Предположим, что маяк излучает немодулированную несущую fo. Тогда сигнал, принятый наблюдателем в точке А, можно записать в виде

u_A = U_m ∙ [ 1+ m∙ cos(2π ∙F_вр∙t)] cos 2πf∙t

а сигнал, приятый наблюдателем в точке В, в виде

u_В = U_m∙ [1 + m cos(2π∙F_вр∙ t - α)] cos 2πf∙t.

Таким образом, в точках А и В наблюдатели получили на входах приёмни­ков амплитудно-модулированный сигнал. Коэффициент модуляции m для маяков V0Р равен 30%.

В точке А максимум модулирующего напряжения достигается в момент t₀, а в точке В - в момент t₁. Если бы наблюдателю В был известен момент времени t₀, то из­меряя t₁- t₀ и зная частоту вращения ДН, можно было бы вычислить свой азимут α.

Для того, чтобы сообщить наблюдателю момент совпадения максимума ДН с направлением

на магнитный север (т.е. момент t₀), в маяке формируют сигнал «Опорной фазы» - гармонику частотой 30 Гц, максимум которой соответствует моменту t₀ (рис.2а) и сигнал поднесущей - гармонику частотой 9960 Гц.

Рис. 51. Суммарный сигнал радиомаяка VOR

Поднесущую модулируют по частоте сигналом «Опорной фазы» с девиацией частоты

± 480 Гц. Таким образом, что в момент совпадения максимума ДН с направлением на север сигнал поднесущей имеет максимум частоты, равный 10440 Гц (рис.2б). Далее частотно-модулированной поднесущей модулируют излучаемый мая­ком сигнал по амплитуде с коэффициентом модуляции 30%. На рис.2в показан ВЧ сигнал, принимаемый наблюдателем в точке В. Его огибающая имеет сложный вид и содержит в себе информацию об «Опорной фазе» и о «Переменной фазе» (временные масштабы на рис.2 искаже­ны).

В приёмнике после обработки выделяют сигналы «Опорной фазы» и «Переменной фазы». Измеряя разность фаз между ними, вы­числяют азимут наблюдателя.

Следует отметить, что в действительности сигнал маяка V0R может формироваться различными способами, например, с помощью двух антенн - одной неподвижной и одной подвижной, или за счёт электронного вра­щателя и т.д.

В системе В0Р предусмотрена возможность опознавания маяка. Для этого используют тональную модуляцию несущих колебаний частотой 1020 Гц, а сооб­щение передают кодом

Морзе. Используют также модуляцию речевым сообщени­ем.

В настоящее время наибольшее распространение получили ВРМ VOR доплеровского типа (DVOR) и его разновидность - маяки повышенной точности их называют еще прецизионными (PDVOR). По принципу действия они одинаковы и аналогичны принципу действия наземных пеленгаторов доплеровского типа. На рис.52 представлена схема антенной системы фазового радиомаяка доплеровского типа.

Рис. 52. Схема антенной системы доплеровского ВРМ

Она состоит из неподвижной центральной антенны А₀ и подвижной антенны А₁, которая вращается по окружности радиуса R c постоянной скоростью Ω. Если антенна А₁ излучает сигнал е_{1 =} Е_m1·sinωt, то в точке приема на ВС этот сигнал будет иметь вид:

е_вс = Е_m·sinω(t - t_з),

где - t_з = r/c - время запаздывания сигнала при прохождении им расстояния r между ВРМ и ВС.

При вращении антенны А₁ расстояние r изменяется по закону

r = r₀ - R· сos (Ωt - А_вс),

где: R - радиус окружности вращения антенны А₁;

А_вс - азимут ВС;

Ω - угловая скорость вращения антенны А₁ (Ω = 2πF).

Таким образом, принятый на ВС сигнал будет иметь переменную фазу и, как следствие, частоту, которая равна ω _пр = dφ/dt.

Cигнал, принимаемый на ВС, окончательно будет иметь вид

е_вс = E_m· sin {ωt - ω ·[r₀ - R· cos (Ωt - А_вс)]/с}.

Частота этого сигнала будет равна

ω _пр = ω - (2π/ λ) ·Ω·R· sin (Ωt- А_вс).

Таким образом, сигнал, принимаемый на ВС, представляет частотно-модулированное колебание, причем начальная фаза модуляции частоты равна азимуту ВС. Измеряя фазу модуляции можно определить азимут ВС. Поскольку изменение частоты сигналов, принимаемых на ВС, обусловлено доплеровским сдвигом, возникающим из-за движения антенны А₁ относительно ВС, радиомаяки получили название доплеровских.

Неподвижная антенна А₀ служит для излучения опорного сигнала частоты Ω, фаза которого не зависит от азимута ВС относительно маяка.

На борту ВС после приема и преобразования выделяются два сигнала: - опорный U_{оп =} U_m· cos Ωt и “рабочий ” - U_р = U_m·cos(Ωt- А_вс). При А_вс = 0⁰ фазы этих сигналов равны, в любом другом направлении они будут различны. Таким образом, процесс измерения азимута на борту заключается в сравнении фаз двух сигналов - “рабочего” и опорного

А_вс = φ_р - φ_оп.

В реальных маяках механическое вращение боковой антенны А₁ заменяется последовательным подключением вибраторов, расположенных на окружности заданного радиуса R (рис.53). Радиус окружности R = 6,6м, количество вибраторов N = 39. Вибраторы работают попарно (1-21;2-22; …12-32;19-39).

Рис. 53. Схема коммутации вибраторов антенны ВРМ

Прием сигналов РМ VOR на борту осуществляется навигационно-посадочным оборудованием систем "Курс-МП",VIM-95 или других типов, в котором имеется два независимых канала, позволяющих одновременно измерять МПС по двум РМ. Результаты измерения отображаются с помощью двухстрелочного радиомагнитного индикатора РМИ-2Б или индикаторов аналогичного типа.

В табл.8 приведены основные эксплуатационно-технические характеристики типовых ВРМ.

Таблица 8

ВРМ	VOR	DVOR	PDVOR	DVOR -2000	РМА-90
Погрешность измерения азимута (2s), град	3,6 (до 5) (2^0-РМ;3^0-БО)	1…2	1…2
Дальность действия, км:
трассовые ВРМ при Нэш = 10000м
аэродромные
Число рабочих каналов

Дата добавления: 2014-01-06