Сарайский Ю. Н., Алешков И. И. Аэронавигация. Часть 2_СПб ГУГА_2013. Аэронавигация часть II. Радионавигация в полете по маршруту

LORAN.
В годы Второй мировой войны Массачусетским технологическим институтом (США) была разработана импульсно-фазовая система LORAN (Long Range Navigation). В этой системе грубое определение местоположения осуществляется импульсным методом, чтобы определить, в какой фазовой дорожке оно находится, а более точное – фазовым методом.
Первый вариант этой системы LORAN-A работал в средневолновом диапазоне (1750-1950 кГц) и использовался до 1980 г, в том числе во время войны США во Вьетнаме в 60-е годы. Низкая стоимость судовых приемников этой системы (до 150 долларов) обусловила возможность их использования даже на рыбацких шхунах, благодаря чему система спасла немало жизней моряков.
Но наибольшее распространение получила система LORAN-C, созданная в конце 40-х годов. Станции этой системы объединены в так называемые цепочки, включающие обычно 3-5 станций. Одна из станций цепочки является ведущей, остальные – ведомыми. Станции работают на частотах 90-110 кГц и излучают сигналы по определенному графику.
Максимальная дальность действия может превышать 2500 км. Точность определения местоположения около 500 м.
Поскольку система в основном предназначена для судовождения, цепочки станций LORAN-C, устанавливаемые разными странами, расположены на берегах акваторий с интенсивным судоходством.
Насчитывалось более 30 цепочек на восточном и западном побережье США, на Аляске, в Японии, Скандинавии, Средиземноморье…
Ввиду появления спутниковых навигационных систем и в связи с разразившимся в 2008 г. всемирным экономическим кризисом американским конгрессом было принято решение с 2010 г. вывести из эксплуатации станции, принадлежащие США.
Использовались и другие варианты LORAN, применявшиеся для специальных целей: LORAN-B – чисто фазовый вариант системы, LORAN-D
– с передвижными станциями, повышенной точностью, но меньшей дальностью действия. Одну из разрабатывавшихся для управления беспилотными летательными аппаратами навигационных систем неофициально называли LORAN-F, хотя она к этому «семейству» не относится.
Omega. Фазовая РДРНС «Омега» была разработана США в сотрудничестве с другими странами и была полностью введена в эксплуатацию в 1976 г. Система работала в диапазоне сверхдлинных волн
(длина волны около 29 км), а такие радиоволны могут огибать земную поверхность, переотражаясь как в волноводе от поверхности земли и ионосферы. Дальность действия каждой станции более 9 тысяч километров.
Поэтому система включала в себя всего 8 станций, но своей рабочей областью охватывала весь земной шар, то есть являлась глобальной. В каждой точке планеты можно было получить 5-6 линий положения.
Погрешность определения места самолета зависит от региона, состояния

ионосферы и других факторов, поэтому может меняться в широких пределах, примерно от 1,5 до 12 км. Это не столь высокая точность, но зато место самолета можно было получить и над Антарктидой, и посреди Тихого океана, где другие средства отсутствуют.
На протяжении многих лет «Омега» являлась одним из основных средств навигации в океанических и удаленных районах. Но в 1997 г. система была выведена из эксплуатации, ее станции и антенны демонтированы. Не потому, что система была плохой, а потому что появилась тоже глобальная, но гораздо более точная спутниковая система.
Российские РДРНС. В нашей стране разностно-дальномерные системы часто называли радиотехническими системами дальней навигации (РСДН), поскольку их максимальная дальность действия намного превышала дальность традиционных средств УКВ-диапазона. В СССР было разработано несколько видов таких систем, предназначавшихся в первую очередь для обеспечения обороноспособности страны, но некоторые из них могли использоваться и в гражданской авиации. При этом одна и та же система могла иметь несколько названий или обозначений, что могло запутать не только потенциального агрессора, но и, пожалуй, отечественного пользователя.
Одной из самых используемых была фазовая РСДН-20 (она же Е-712, она же «Маршрут»). Работает на частотах примерно 12-15 кГц. Дальность действия каждой станции около 10 тыс. км, точность определения МС 2,5-7 км. Введена в эксплуатацию в 1972 г. и включала в себя несколько станций на территории СССР, но после распада страны остались только станции в
Краснодаре, Новосибирске и Комсомольске-на-Амуре. Наибольшая точность обеспечивается далеко к северу и к югу от линии, соединяющей эти станции, то есть в Северном Ледовитом океане и в районе Индии и Китая. На территории же России углы пересечения лини положения таковы, что не обеспечивают высокой точности.
Ранее предполагалось, что количество станций системы будет возрастать и впоследствии система станет глобальной, то есть будет российским аналогом «Омеги» под названием «Альфа».
Российская импульсно-фазовая система «Чайка» («Тропик», РСДН-
3,4,10) является отечественным аналогом LORAN-C. Имеет такую же частоту и примерно такую же точность.
Европейская цепочка (РСДН-3/10) включает в себя станции в Брянске,
Петрозаводске, Сызрани, Слониме (Беларусь) и Симферополе (Украина).
Станции Восточной цепочки расположены в Александровске-Сахалинском,
Петропавловске-Камчатском, Уссурийске и Охотске. Еще две цепочки работают на севере России (ведущие станции цепочек расположены в
Дудинке и Инте).
Если в одном и том же регионе установлены станции разных систем, но с одним и тем же принципом действия, то их совместное использование позволяет расширить зону действия системы и ее точность. Уже давно было

достигнуто соглашение с США о совместном использовании станций систем
«Чайка» и LORAN-C на Дальнем Востоке, а позже аналогичное соглашение было достигнуто с Кореей, Китаем, Японией, Норвегией. Правда, как уже отмечалось, с 2010 г. американские станции сняты с эксплуатации.
Перспективы использования РДРНС. Казалось бы, разностно- дальномерные системы постепенно, но безвозвратно уходят в прошлое аэронавигации. И причиной тому – появление спутниковых навигационных систем (СНС) – глобальных и гораздо более точных.
Но ориентироваться на применение только одного средства, пусть даже очень точного, это нарушение одного из основных правил аэронавигации – комплексного применения навигационных средств. Поэтому в планах ни одного государства не фигурирует полный отказ от наземных средств.
В настоящее время за рубежом разрабатывается новое поколение
LORAN, усовершенствованное (enhanced), называемое eLORAN.
Предполагается, что точность определения места самолета составит 8-10 м.
Назначение этой системы будет двоякое. С одной стороны это будет резервная (back up) система на случай невозможности использования СНС, а с другой – eLORAN будет способна передавать через свои станции поправки в координаты для пользователей СНС, позволяющие повысить точность.
8.3. Бортовое оборудование РДРНС
Вскоре после своего появления разностно-дальномерные системы стали использоваться не только длдя судовождения, но идля воздушной навигации. Но в докомпьютерную эпоху процесс определения места самолета представлял из себя непростую задачу. Впрочем, смотря с чем сравнивать. Определение места самолета по звездам было гораздо более трудоемким.
В те времена для каждого региона издавали специальные карты, на которых уже были нанесены семейства гипербол (линий положения). Для каждой пары станций – своим цветом. На гиперболах надписано, какой, например, разности фаз она соответствует. Штурман, настроившись на пару радиостанций РДРНС, с помощью фазометра измерял разность фаз и находил на карте соответствующую ей линию положения. Затем таким же образом по другой паре станций находил вторую гиперболу и определял место самолета в точке их пересечения. После этого оставалось полученное МС перенести
(по значениям широты и долготы) на полетную карту и определить, уклонилось ли воздушное судно от маршрута.
В настоящее время необходимость в таких манипуляциях отсутствует, поскольку микропроцессор бортового приемника не только обеспечит измерение навигационного параметра, но и рассчитает и выдаст экипажу сразу широту и долготу МС.

Рис. 8.2. Фрагмент карты с семействами ЛРРР
Рис. 8.3. Бортовой фазометр системы «Декка»
Впервые в советской гражданской авиации бортовые приемники
РДРНС стали устанавливать на самолетах Ил-62М для обеспечения перелета через Северную Атлантику и коррекции инерциальных систем. Поначалу

приходилось закупать зарубежные приемники ONS-VII, ONS-X, но позже появились и отечественные.
Бортовое оборудование «Квиток» (А-723) предназначено для работы с основными отечественными и зарубежными РДРНС и в высокой степени автоматизировано. В памяти приемника хранятся координаты и частоты станций систем и он автоматически пытается настроится последовательно на одну из РДРНС. Если, например, сигнал от системы РСДН-20 отсутствует
(из-за того, что система временно не работает или приемник находится вне ее зоны действия), то он пытается «поймать» сигналы от LORAN-C. А если и этих сигналов нет, то системы «Омега». При работе с фазовыми системами вначале нужно ввести приближенные координаты самолета (с точностью до
60 км) для устранения многозначности.
Рис. 8.4. Пульт управления и индикации бортового оборудования «Квиток»
После получения сигналов на двустрочном индикаторе отображаются широта и долгота текущего места самолета. В память приемника с помощью клавишного наборного поля можно ввести координаты девяти ППМ, задав тем самым маршрут полета. В этом случае приемник определяет, на каком из участков находится место самолета полет и на дополнительном двузначном индикаторе отображаются номера ППМ «на» и «от» которого выполняется полет. По известным текущим координатам и скорости их изменения

рассчитываются путевая скорость, фактический путевой угол и другие нужные для навигации величины.
С помощью галетного переключателя на двухстрочный индикатор можно вызвать различные данные: текущие широту и долготу, широту и долготу любого ППМ, ЛБУ и поправку в ФПУ для выхода в ППМ, оставшееся время и расстояние до ППМ, фактический и заданный путевые углы, путевую скорость и расчетное время пролета ППМ, удаление до ППМ и пеленг на него.
В служебных режимах («РНС», «Сост», «Контр») можно посмотреть, на какую систему автоматически настроился приемник, заставить его принудительно работать с конкретной системой, провести тестирование приемника и пр.
При временном прекращении поступления сигнала от РДРНС приемник может осуществлять счисление координат, но для этого в него нужно ввести скорость и курс.
Если переключатель на пульте управления стоит в положении «Авт», то после пролета очередного ППМ автоматически произойдет переход к новой частноортодромической системе координат, то есть ЛБУ и оставшееся расстояние будут относиться уже к новой ЛЗП. При положении «Руч» автоматической смены не произойдет.
Можно оперативно изменить маршрут полета, например, вместо пятого
ППМ выполнить полет сразу на восьмой или вообще в любую выбранную точу.
9. ПРИМЕНЕНИЕ БОРТОВЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ
СТАНЦИЙ
9.1. Принцип работы бортовых РЛС
Бортовая радиолокационная станция (БРЛС) является автономным радиотехническим средством, позволяющим наблюдать радиолокационное изображение пролетаемой местности и окружающей воздушной обстановки, а так же измерять курсовые углы, и наклонные дальности до ориентиров.
БРЛС может использоваться не только для решения навигационных задач, но и для предотвращения попадания в зоны опасных метеоявлений. В середине ХХ века бортовой радиолокатор был одним из основных средств навигации, но в настоящее время из-за невысокой точности он уступил свое место более точным радионавигационным средствам. Но как средство предотвращения попадания в зоны грозовой деятельности сохранил свое значение. Поэтому на современных ВС БРЛС чаще называют
метеонавигационными РЛС (МНРЛС). Некоторые типы БРЛС давали также возможность предотвращения опасных сближений с другими ВС.

В данной части учебного пособия будет рассмотрено применение БРЛС для навигации. Ее использование для обхода зон грозовой деятельности будет рассмотрено в другой части, в теме, посвященной обеспечению безопасности полетов.
БРЛС является автономным средством, а не системой, поэтому ее нельзя, разумеется, отнести к классу угломерных, дальномерных или иных систем. Но с ее помощью место самолета можно определить как угломерным, так и дальномерным или угломерно-дальномерным способом. При этом можно определить пеленги и дальности одновременно нескольких ориентиров
Принцип работы бортовой РЛС такой же, как и у наземных РЛС. Он заключается в излучении бортовой антенной электромагнитных импульсов, их отражении от объектов, и приёме отражённых сигналов бортовой антенной. Упрощенная блок-схема БРЛС представлена на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Упрощенная схема БРЛС
Синхронизатор вырабатывает периодическую последовательность запускающих импульсов, которые поступают на передатчик (ПРД) и ЭЛТ.
Под их воздействием передатчик генерирует и излучает через антенну мощные импульсы в сантиметровом диапазоне волн. Одновременно начинается развёртка на ЭЛТ, то есть «линия прицеливания» электронной пушки начинает отклоняться от центра экрана.
Отражённый от объекта импульс принимается через антенну и приёмник (ПРМ), и подаётся на ЭЛТ. В этот момент пушка излучает электроны, образуя пятно на экране трубки. Расстояние отметки объекта от начала развёртки пропорционально времени прохождения сигнала и, следовательно, удалению до объекта.
С помощью привода (электродвигателя) антенна сканирует
(вращается), излучая импульсы по различным направлениям. В результате послесвечения экрана отметки объектов по всем направлениям сливаются в единое изображение. На экране электронным путём формируются метки дальности, с помощью которых можно определить расстояние до объекта.

Одна и та же антенна предназначена как для излучения, так и для приема сигналов. Чтобы мощный излучаемый сигнал не попал в приемник, антенный переключатель отключает приемник от антенны в момент излучения импульса.
Использовались БРЛС как переднего обзора, в которых антенна располагается в носовой части ВС и сканирует вправо-влево в определенном секторе, так и БРЛС кругового обзора, в которых антенна вращается на 360°.
В этом случае антенна располагается под фюзеляжем.
Бортовые РЛС применяются в авиации с 50-ых годов и, конечно, за прошедшие десятилетия было создано много их разновидностей. В гражданской авиации применялись такие БРЛС как РОЗ-1, РПСН-2 и другие.
Наиболее распространены были радиолокаторы серии «Гроза», которые в принципе имели одинаковое устройство и похожие органы управления, но несколько различались в зависимости от того, для какого типа ВС были предназначены. Соответственно, на Ту-154 устанавливалась «Гроза-154», на
Ан-26 «Гроза-26» и т.д. Рассмотрим органы управления БРЛС на основе устройств этой серии.
9.2. Органы управления и режимы работы БРЛС «Гроза»
Органы управления. Общий вид органов управления и индикации бортовой РЛС «Гроза», применяемой на самолете Ан-26, показан на рис. 9.2.
Посередине в верхней части располагается экран ЭЛТ, в нижней часто которого находится точка начала развертки. Вертикальная линия идущая вверх от начала развертки называется курсовой чертой, поскольку направлена по продольной оси ВС. Антенна в таких БРЛС сканирует в секторе ±100° от продольной оси ВС (курсовой черты).
Слева от экрана находятся две клавиши управления антенной. С их помощью можно антенну, если она не сканирует, и соответствующую ее направлению линию развертки направить в любую сторону.
Справа от экрана находится клавиша включения БРЛС.
Справа внизу располагается переключатель масштабов изображения.
Здесь под масштабом понимается вовсе не то, что в картографии. Масштаб изображения – это дальность до максимально удаленного объекта, который можно видеть на экране (например, от начала развертки до самой верхней точки экрана). Пилот может установить любой из имеющихся масштабов. На каждом из них будут формироваться свои метки дальности (окружности одинакового удаления от ВС), но интервал между метками на каждом масштабе свой. Масштабы и интервалы между метками приведены в табл.
9.1. Интервал между метками для каждого масштаба своей БРЛС пилот должен знать наизусть, поскольку численные значения на экране, конечно, не надписаны.

Рис.9.2 . Органы управления и индикации БРЛС «Гроза-26».
Слева внизу – переключатель режимов работы БРЛС, о которых речь будет идти далее.
Посередине прямо под экраном располагается кремальера изменения угла наклона антенны относительно горизонтальной плоскости. Антенну (и, соответственно, направление ее излучения) можно установить так, чтобы она сканировала строго в горизонтальной плоскости (вправо-влево) или наклонить плоскость ее сканирования на несколько градусов вверх или вниз.
Нужно помнить, что нулевое положение антенны соответствует истинной горизонтальной плоскости, а не горизонтальной плоскости самолета. Если самолет летит с тангажом или креном, антенна не наклонится вместе с ним, а останется горизонтальной относительно земли. Для этого в БРЛС подаются сигналы от соответствующего внешнего устройства (например, от центральной гировертикали).
Таблица 9.1
Масштабы и интервалы между метками
Масштаб, км
30 50 125 250 375
(с задержкой 200)
Интервал между метками дальности, км
10 10 25 50 50

Имеются также кремальеры регулировки качества изображения на экране, аналогичные тем, что используются в телевизоре (яркость, контрастность,. частота и пр.), а также кремальера регулировки яркости меток дальности, с помощью которой эти метки можно сделать ярче или, наоборот, вообще убрать с экрана.

перейти в каталог файлов