СРЕДСТВА НАВИГАЦИИ СВЯЗИ И ОПОВЕЩЕНИЯvenec.ulstu.ru/lib/disk/2015/Tarasov_2.pdf · 2015-04-14 · Средства навигации, связи

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

СРЕДСТВА НАВИГАЦИИ ,

СВЯЗИ И ОПОВЕЩЕНИЯ

Методические указания

по изучению дисциплины

Ульяновск 2009

ББК О57я7

С75

Средства навигации, связи и оповещения: метод. указания по изучению

дисциплины / сост. С. Н. Тарасов. − Ульяновск : УВАУ ГА(и), 2009. − 55 с.

Приведены общие сведения о дисциплине «Средства навигации, связи и

оповещения» и даны подробные методические указания по её изучению.

Предназначены для курсантов и студентов заочной формы обучения спе-

циализации 280102.65.01 – Поисковое и аварийно спасательное обеспечение

гражданской авиации.

Печатается по решению Редсовета училища.

Печатается в авторской редакции

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общие сведения ................................................................................................. 3

Словарь основных терминов ............................................................................ 4

Рекомендуемая литература ............................................................................. 10

Содержание дисциплины и методические указания по её изучению ........ 11

© Ульяновск, УВАУ ГА(и), 2009.

С. Н. ТарасовСредства навигации, связи и оповещения: метод. указания по изучению дисциплины

2 © НИЛ НОТ НИО УВАУ ГА (и), 2009

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Основной задачей изучения дисциплины «Средства навигации, связи и

оповещения» является формирование у обучающихся систематизированных

знаний о назначении, теоретических основах, принципах работы, устройстве,

основных характеристиках, методике эксплуатации современных радиоэлек-

тронных средств определения местоположения (навигации), связи и опове-

щения, применяемых в гражданской авиации в аварийных ситуациях и при

проведении поисковых и аварийно-спасательных работ.

Знание данной дисциплины позволит инженеру-спасателю квалифициро-

ванно эксплуатировать аварийные радиоэлектронные средства, применяемые

в настоящее время в ГА при проведении поиска потерпевших аварию ВС и

спасения экипажей и пассажиров, а также быстро освоить те, которые будут

вводиться в эксплуатацию в будущем.

Изучение дисциплины «Средства навигации, связи и оповещения» бази-

руется на знаниях, полученных при изучении физики, электротехники и

электроники, воздушной навигации. В свою очередь она является базовой

для изучения авиационной безопасности, спасательной техники, оборудова-

ния и снаряжения, защиты в чрезвычайных ситуациях, поискового и аварий-

но-спасательного оборудования (в том числе и бортового), где рассматрива-

ются способы применения радиоэлектронного оборудования при проведении

поисковых и аварийно-спасательных работ в ГА.

В процессе обучения предусматривается прослушивание лекций, прове-

дение практических занятий, самостоятельное выполнение контрольной ра-

боты в объёмах и сроках, утверждённых действующими учебными планами.

Виды отчётности по дисциплине: контрольная работа, экзамен.

Заданием на контрольную работу предусмотрено определение макси-

мальной дальности действия радиолиний радиоэлектронных средств в кон-

кретных условиях применения с учётом энергетических соотношений в ра-

диолинии и особенностей распространения радиоволн. Выбор варианта зада-

ния, проработку содержания, порядок выполнения необходимых расчетов,



оформление и защиту контрольной работы следует производить в соответст-

вии с рекомендуемой литературой [11].

В результате изучения дисциплины обучающиеся должны

знать:

− назначение, решаемые задачи и основные эксплуатационно-технические

характеристики радиоэлектронного оборудования ВС и наземных ра-

диоэлектронных средств, применяемых при ЧС в ГА;

− методику и порядок применения радиоэлектронных средств местоопре-

деления (навигации), связи и оповещения в условиях ЧС;

− сигналы бедствия, порядок подачи и приёма их при аварийных ситуациях;

− методы и способы поиска над сушей и водной поверхностью при помо-

щи радиотехнических средств;

уметь:

− грамотно эксплуатировать современные радиоэлектронные средства

местоопределения (навигации), связи и оповещения, применяемые при

аварийных ситуациях в ГА;

иметь представление:

− о возможностях применения радиоэлектронных средств местоопределе-

ния (навигации), связи и оповещения в нештатных ситуациях;

− о перспективах развития радиоэлектронного обеспечения поисково-

спасательных работ в условиях ЧС в ГА.

СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ

Аварийно-спасательные работы – работы, проводимые силами и сред-

ствами предприятий ГА и взаимодействующих организаций на территории и

в районе аэродрома с целью спасения пассажиров и экипажей воздушных су-

дов, терпящих или потерпевших бедствие, а также для оказания помощи на-

селению при стихийных, экологических и других бедствиях, в случаях, когда

место авиационного происшествия или бедствия известно.



Антенна – устройство, предназначенное для излучения и/или приёма ра-

диоволн (передающая антенна преобразует энергию токов высокой частоты в

энергию электромагнитных волн; приёмная антенна осуществляет обратное пре-

образование энергии электромагнитных волн в энергию токов высокой частоты,

которые создают на входе приёмника напряжение высокой частоты).

Детектирование (демодуляция) – процесс преобразования радиосигнала

в управляющий (переданный) сигнал, т.е. процесс, обратный модуляции.

Дуплексная связь – вид связи, при котором между корреспондентами обеспечиваются одновременно передача и приём сообщений в прямом и об-ратном направлениях.

Избирательность (селективность) – способность выделять полезный сиг-нал из всей совокупности радиосигналов и помех, действующих на входе при-ёмника.

Информация – сведения, передаваемые с помощью условных сигналов, символов, технических средств, о состоянии и свойствах различных объектов.

Ионосфера – верхние слои атмосферы, характеризующиеся значитель-ным содержанием ионов и свободных электронов вследствие ионизации ат-мосферных газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнеч-ной радиации и космического излучения.

Канал связи – совокупность технических средств (передающих и приём-ных) и линии связи (среды распространения), реализующая связь между од-ной парой корреспондентов.

Кодирование – в широком смысле слова тождественное представление одних физических явлений и процессов другими, в узком смысле – процесс отображения сообщения числом в выбранной системе счисления, а цифр числа – соответствующими физическими процессами и/или величинами, пригодными для хранения и передачи этого сообщения по линиям связи.

Линия связи – физическая среда, в которой распространяются сигналы, переносящие сообщения.

Многоканальная система связи – система связи, обеспечивающая неза-

висимый обмен сообщениями между двумя группами корреспондентов (от-

правителей и получателей) по одной линии связи.



Модуляция – процесс управления параметрами несущего колебания (ра-

диосигнала) в соответствии с изменением передаваемого (управляющего,

модулирующего) сигнала.

Организация связи – система распределения технических, частотных и

временных ресурсов между корреспондентами, создаваемая в интересах наи-

более полного и качественного удовлетворения их потребностей по обмену

информацией.

Передающее устройство – часть системы связи, обеспечивающая фор-

мирование сигналов, передаваемых по линиям связи.

Поисково-спасательные работы – работы, проводимые силами и сред-

ствами предприятий ГА и взаимодействующих организаций с целью спасе-

ния пассажиров и экипажей воздушных судов, терпящих или потерпевших

бедствие, когда их месторасположение неизвестно.

Помехи – процессы, искажающие сигналы и приводящие к возникнове-

нию ошибок при приёме сообщений.

Помехоустойчивость – способность радиоприёмника обеспечивать при-

ём полезных сигналов при воздействии различных помех.

Приёмное устройство – часть системы связи, обеспечивающая приём, выде-

ление и воспроизведение переданных по линии связи сообщений.

Радиоволны – взаимосвязанные пространственно-временные колебатель-

ные процессы изменения напряженностей электрического и магнитного полей

(электромагнитные волны), способные распространяться в пространстве.

Радиолокация – обнаружение, определение координат и свойств движу-

щихся и неподвижных объектов радиотехническими методами с использова-

нием радиоволн, отражённых или переизлучённых этими объектами.

Радионавигация – вождение движущихся объектов по заданным траекто-

риям с помощью излучения и приёма радиоволн с использованием радио-

электронных средств и радиотехнических методов.

Радиосвязь – обеспечение обмена информацией между объектами с по-

мощью радиоэлектронных средств посредством излучения и приёма радио-

волн (радиосигналов).



Радиосигнал – высокочастотные гармонические колебания, существую-

щие в виде переменных напряжений, токов, электромагнитных полей и слу-

жащие переносчиком информации.

Радиосистема – организованная совокупность устройств, предназначенных

для передачи, извлечения, обработки и накопления определённой информации с

использованием радиоволн и радиотехнических методов.

Радиотехника – 1) наука об электромагнитных колебаниях и волнах радио-

диапазона, методах их генерирования, усиления, излучения, приёма; 2) отрасль

техники, осуществляющая применение таких колебаний и волн для переда-

чи, извлечения информации.

Радиоустройство – часть радиосистемы, выполняющая в её составе одну из

основных задач (например, радиопередающее, радиоприёмное и т.п.).

Радиоэлектроника – собирательное название ряда областей науки и техни-

ки, связанных с передачей и преобразованием информации на основе использо-

вания радиочастотных электромагнитных колебаний и волн.

Связь – процесс передачи информации от одного корреспондента (отправи-

теля информации) к другому (получателю информации).

Сигнал – процесс изменения во времени физического состояния какого-

либо объекта, служащий для отображения, регистрации и передачи сообщений.

Симплексная связь – способ связи, при котором передача сообщений

получателю чередуется с приёмом ответных сообщений от него (режим по-

очерёдного занятия канала связи по принципу «один говорит – все остальные

слушают»).

Сообщение – материальная форма воплощения информации.

Функциональный элемент – часть радиоустройства, выполняющая за-

данную функцию по формированию или преобразованию сигналов (инфор-

мационных процессов).

Чувствительность – способность принимать слабые сигналы (характери-

зуется минимальной мощностью входного радиосигнала при заданной вы-

ходной мощности полезного сигнала).



Электроника – наука о взаимодействии электронов и других заря-

женных частиц с электромагнитными полями и о методах создания элек-

тронных приборов, используемых для передачи, обработки и хранения ин-

формации.

Электросвязь – способ и процесс передачи сообщений с помощью элек-

трических или электромагнитных сигналов.

Энтропия – мера количества информации.

Принятые сокращения

АД амплитудный детектор

АМ амплитудная модуляция (амплитудный модулятор)

АПЧ автоматическая подстройка частоты

АРБ аварийный радиобуй

АРУ автоматическая регулировка усиления

АСУ антенно-согласующее устройство

АЧХ амплитудно-частотная характеристика

ВАХ вольт-амперная характеристика – зависимость изменения тока от

изменения приложенного напряжения

ВУ видеоусилитель (усилитель видеосигналов)

ВЧ высокие частоты

ГВЧ генератор высокой частоты

ГЕТ гетеродин (маломощный генератор в радиоприёмных устройствах)

ГЛОНАСС глобальная орбитальная навигационная спутниковая система

ГУН генератор, управляемый напряжением

ДН диаграмма направленности (антенны)

ДПКД делитель с переменным коэффициентом деления

ДФКД делитель с фиксированным коэффициентом деления

ЗГ задающий генератор

ИСЗ искусственный спутник Земли

ИФД импульсный фазовый детектор



КНД коэффициент направленного действия антенны

КОСПАС-SARSAT международная система поиска и спасения аварий-ных судов и самолётов

КПД коэффициент полезного действия ОГ опорный генератор ПАСОП поисковое и аварийно-спасательное обеспечение полётов ПРМ (радио)приёмное устройство ПРД (радио)передающее устройство РСБН радиосистема ближней навигации РСДН радиосистема дальней навигации РТС радиотехническая система (радиосистема) РЭС радиоэлектронное средство СВЧ сверхвысокие частоты СНС спутниковая навигационная система ССС спутниковая система связи СЧ средние частоты УВЧ 1) усилитель высокой частоты; 2) ультравысокие частоты УМ усилитель мощности УНЧ усилитель низкой частоты УПЧ усилитель промежуточной частоты ФД фазовый детектор ФМ фазовая модуляция (фазовый модулятор) ЧД частотный детектор (дискриминатор) ЧМ частотная модуляция (частотный модулятор) ШПУ широкополосный усилитель GPS Global Positioning System – глобальная система определения ме-

стоположения DME Distance Measuring Equipment – оборудование (радиомаяк) изме-

рения дальности VOR Very high frequency Omnidirectional range Beacon – всенаправлен-

ный (азимутальный) радиомаяк диапазона ОВЧ



РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Фельдман, В.Ю. Аварийно-спасательное оборудование воздушных су-

дов: применение в аварийных ситуациях : учеб. пособие / В.Ю. Фельд-

ман. – М. : Транспорт, 2001. – 195 с.

2. Верещака, А.И. Авиационное радиооборудование : учеб. для вузов /

А.И. Верещака, П.В. Олянюк. – М. : Транспорт, 1996. – 344 с.

3. Руководство по поисковому и аварийно-спасательному обеспечению

полётов гражданской авиации СССР: РПАСОП ГА-91: Пр. МГА СССР от

28.03.91 № 65 / С.А. Бурлаков, Л.И. Попов, Н.Ф. Тихонов (отв. исп.). –

Б. м. : Б.изд., 1991. – 205 с.

Дополнительная

4. Челюканов, И.П. Аварийно-спасательное оборудование воздушных судов :

учеб. пособие / И.П. Челюканов; КИИГА. – Киев : КИИГА, 1987. – 68 с.

5. Качан, В.К. Средства связи пассажирских самолетов : учеб. для вузов /

В.К. Качан, В.В. Сокол. – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев : Вища школа,

1980. –280 с.

6. Софронов, Н.А. Радиооборудование самолётов: учеб. для авиационных

техникумов / Н.А. Софронов. – М. : Машиностроение, 1993. – 392 с.

7. Авиационная радиосвязь: справочник / П.В. Олянюк, В.А. Русол,

В.Н. Ганьшин и др.; под ред. П.В. Олянюка. – М. : Транспорт, 1990. –

208 с.

8. Спутниковые навигационные системы : метод. пособие / А.М. Аникин,

А.Н. Барабаш, В.Н. Вовк, А.В. Липин; под ред. А.В. Липина. – СПб. :

Академия ГА, 1998. – 78 с.

9. Ефимов, А.В. Авиационная радиоэлектроника: учеб. пособие для вузов/

А.В. Ефимов. – Ульяновск : УВАУ ГА, 2004. – 219 с.



Методические материалы и технические средства

обучения и контроля знаний

10. Авиационное радиоэлектронное оборудование и радиотехнические системы. Сборник лабораторных работ. Радиосистемы связи / сост. А.С. Лушников, А.В. Ефимов. – Ульяновск : УВАУ ГА, 2002. – 51 с.

11. Средства навигации, связи и оповещения. Расчет максимальной даль-ности радиолиний : метод. указания по выполнению контрольной ра-боты / сост. С.Н. Тарасов. – Ульяновск : УВАУ ГА, 2005. – 28 с.

12. Лушников, А.С. Наземные радиоэлектронные средства обеспечения полётов воздушных судов : учеб. пособие / А.С. Лушников. – Улья-новск : УВАУ ГА, 2001. – 46 с.

13. Компьютерная программа-тренажёр «Переносной приёмник спутни-ковой навигации GPS Apollo».

14. Липатова, Т.Н. Радиооборудование самолётов Ан-24 и Ан-26 и его лётная эксплуатация: учеб. пособие / Т.Н. Липатова, В.И. Федоров; под ред. В.Е. Сазанова. – Ульяновск : УВАУ ГА, 1997. – 115 с.

15. Плакаты, макеты, образцы РЭС, стенды с радиоэлектронным обору-дованием.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕЁ ИЗУЧЕНИЮ

Введение

Содержание и особенности дисциплины. Связь с другими дисциплинами. Общие сведения о назначении, решаемых задачах радиоэлектронных средств связи, оповещения и местоопределения (навигации) в современных условиях. Роль и значение дисциплины в системе профессиональной подготовки инже-неров-спасателей для ГА.

Литература: [2, с. 3–9], [3, с. 7–12], [4, с. 21–22].




Авиационное радиоэлектронное оборудование – это важная составляю-

щая часть комплекса технических средств обеспечения полётов, оказываю-

щая непосредственное влияние на качество и важнейшие показатели эффек-

тивности функционирования воздушного транспорта на современном этапе

развития ГА.

Следует ознакомиться с основными преимуществами (универсальность,

всепогодность, высокая точность) применения РЭС навигации, связи и опо-

вещения для решения задач обеспечения безопасности, регулярности и эко-

номичности полётов ВС ГА, а также с возможностями использования РЭС в

чрезвычайных (аварийных) ситуациях, при проведении поисково-

спасательных работ.

Необходимо рассмотреть и присущие им недостатки и ограничения

(сложность, высокая стоимость, подверженность влиянию помех и т.п.), а

также пути возможного устранения и снижения действия ограничивающих

факторов.

Вопросы для самопроверки

1. Какие разновидности РЭС составляют техническую основу информа-

ционного обеспечения воздушных перевозок?

2. Какие радиотехнические средства служат одним из наиболее универ-

сальных источников информации о текущих координатах ВС?

3. Каковы основные преимущества и задачи РЭС связи?

4. Каковы ограничения и недостатки, присущие РЭС навигации, связи и

оповещения?

Тема 1. Общие сведения о функционировании РЭС

Основные понятия, термины и определения. Классификация, назначение

радиоэлектронных средств (РЭС), применяемых в ГА. Принципы передачи

информации с помощью электрических колебаний и электромагнитных волн.



Содержание дисциплины

Электрические сигналы и их основные преобразования. Основные элементы

радиоэлектронных устройств.

Принципы построения радиопередающих и радиоприёмных устройств.

Основные характеристики антенн и особенности распространения радиоволн

различных диапазонов. Дальность действия систем радиосвязи.

Литература: [2, с. 9–12, 37–50], [5, с. 35–38, 96–135],

[7, с. 20–23, 25–33, 41–45],

[9, с. 4–96, 153–169, 178–184, 188–215],

[11, с. 6–18].


Для успешного освоения материала следует внимательно ознакомиться с

основными понятиями, терминами и определениями радиоэлектроники: ра-

диотехника, радиоволны, электроника, радиосистема, радиоустройство,

функциональный элемент, радиосвязь, радиолокация, радионавигация,

сигнал, информация, сообщение, модуляция (манипуляция), детектирова-

ние (демодуляция) и др.

Одним из основных признаков классификации радиоэлектронных средств,

применяемых в ГА, является их назначение. По этому признаку РЭС ГА подраз-

деляются на четыре больших группы: средства связи, средства посадки, средства

навигации и средства управления воздушным движением. Необходимо изучить

состав, основные характеристики, особенности принципов функционирования,

размещения и эксплуатации этих разновидностей РЭС. Следует отметить другой

важный признак классификации – диапазон рабочих частот, существенно

влияющий на эксплуатационные возможности РЭС.

Необходимо уяснить сущность принципа передачи информации с помо-

щью электромагнитных волн, рассмотрев обобщённую схему радиоканала и

основные операции и преобразования сигналов в нём.

Обобщённая схема радиосвязи предполагает наличие источника сообще-

ния, передающей и приёмной частей, линии связи (физической среды рас-

пространения радиосигналов), источников возможных помех, получателя или




оконечного устройства отображения информации. При этом для эффективной

передачи сообщения необходимо произвести ряд определённых действий:

− преобразование исходного сообщения в электрический сигнал;

− наделение признаками сообщения несущего колебания (модуляция);

− усиление радиосигнала по мощности;

− излучение радиосигнала (преобразование в переменное высокочастотное

электромагнитное поле);

− на приёмной стороне – преобразование ВЧ электромагнитного поля в

радиочастотное колебание и селекция полезного сигнала из множества

других и возможных помех;

− детектирование радиосигнала – выделение из него переданного, ин-

формационного сигнала;

− преобразование принятого информационного сигнала в удобную для

восприятия форму.

Сигналы по своей природе можно разделить на первичные (неэлектриче-

ские), управляющие (электрические) и радиосигналы (радиоволны). Для того

чтобы иметь возможность сравнивать различные по природе сигналы между

собой, применяют их математическое описание, т.е. математические моде-

ли. В радиоэлектронных средствах сигналы существуют в виде токов, на-

пряжений, электромагнитных полей. Всё многообразие сигналов классифи-

цируют по ряду признаков:

− по информационному – на детерминированные и случайные;

− по способу математического описания – на вещественные и ком-плексные;

− по времени существования – на непрерывные и импульсные;

− по виду – на аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые. Необходимо изучить особенности классификации и существующие раз-

новидности сигналов, основные параметры обобщённой математической мо-дели (квазигармонического колебания). Следует обратить особое внимание на взаимосвязь параметров сигналов (радиосигналов) с задачами получе-ния сведений о различных характеристиках объектов, т.е. с информацией,




извлекаемой из этих параметров при обработке сигналов в радиоэлектронных средствах ГА.

Кроме описания электрических сигналов как действительных функций

времени в ряде случаев полезным является спектральное представление

сигналов – совокупностью (набором) гармонических колебаний с различны-

ми (кратными) частотами. Необходимо уяснить, почему именно гармониче-

ские функции (колебания) получили широкое применение в спектральном

анализе, ознакомиться с общими вопросами разложения произвольного сиг-

нала в ряд Фурье. Важно отметить физический смысл коэффициентов ряда

Фурье, их взаимосвязь с понятием спектра сигнала, т.е. его моделью в час-

тотной области. Для закрепления материала следует рассмотреть примеры

применения спектрального представления различных сигналов:

− постоянного тока (напряжения);

− гармонического сигнала переменного тока (напряжения);

− периодической последовательности видеоимпульсов;

− периодической последовательности радиоимпульсов;

− непериодического сигнала (одиночного импульса).

Нужно обратить внимание на физический смысл понятия спектральной

плотности сигнала, на сущность и практическую значимость прямого и

обратного преобразований Фурье.

Во многих средствах радиосвязи ГА используется амплитудная модуля-

ция, т.е. передаваемое сообщение содержится в изменении амплитуды несуще-

го колебания. Следует рассмотреть сущность и разновидности амплитудной

модуляции радиосигналов, подчеркнуть особенности балансной и однополосной

модуляции.

Необходимо получить представление об областях применения, разновидно-

стях и особенностях угловой (частотной и фазовой) модуляции радиосигналов.

Устройства, в которых осуществляется преобразование радиосигнала в пе-

реданный (управляющий, полезный) сигнал, называются детекторами (демо-

дуляторами). Обязательным атрибутом этих устройств является наличие нели-

нейных элементов, свойства которых и определяют возможность детектирования




радиосигналов. Необходимо изучить сущность процесса детектирования, рас-

смотреть особенности построения детекторов (демодуляторов) АМ радиосигна-

лов. Следует также ознакомиться с детектированием частотно-модулированных

сигналов, отметить специфику реализации детекторов (демодуляторов) ЧМ ра-

диосигналов.

При эксплуатации различного радиоэлектронного оборудования важно

уметь ориентироваться во всём многообразии используемых радиосигналов.

Для этого, в соответствии с регламентом Международного союза электросвя-

зи, введены специальные обозначения классов излучения. Следует изучить

структуру и смысл буквенных и цифровых элементов в обозначениях, озна-

комиться с основными классами излучений, используемыми в радиоэлек-

тронных средствах связи и навигации ГА.

Любое радиоэлектронное устройство состоит из элементов, которые

можно разделить на две группы – линейные и нелинейные. Необходимо уяс-

нить различие в свойствах элементов этих групп, рассмотреть примеры.

Следует кратко ознакомиться с устройством, основными свойствами, осо-

бенностями эксплуатации современных электровакуумных приборов (радио-

лампы, электронные приборы СВЧ), работа которых основана на явлении

термоэлектронной эмиссии – испускании физическим телом (катодом) за-

ряженных частиц (электронов) в окружающее пространство за счёт затрачен-

ной энергии на нагрев этого тела.

Важно отметить основные преимущества использования в РЭС различно-

го назначения современных полупроводниковых (твердотельных) приборов

(диодов, биполярных и полевых транзисторов, многослойных структур, инте-

гральных микросхем).

Необходимо получить представление о типовых узлах и устройствах со-

временных РЭС (усилители, генераторы, фильтры, логические элементы

цифровой техники).

Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления раз-

личных электрических сигналов. В составе любого усилителя присутствуют

усилительный (нелинейный) элемент (транзистор, электронная лампа и




т.д.), нагрузка и источник питания. Принцип действия заключается в том, что

входной маломощный сигнал управляет через усилительный элемент энерги-

ей источника питания, поступающей в нагрузку, в соответствии с законом

изменения входного управляющего сигнала, обеспечивая его усиление. Не-

обходимо познакомиться с обобщённой схемой включения электронных уси-

лителей, с типами источников сигналов и нагрузок. Следует знать особенно-

сти и классификацию усилителей по следующим признакам:

− по виду усилительного элемента (ламповые, полупроводниковые);

− по назначению (усилители напряжения, усилители мощности);

− по диапазону частот усиливаемых сигналов (УПТ, УНЧ, УВЧ, ШПУ, ВУ);

− по характеру нагрузки (апериодические, резонансные);

− по числу каскадов усиления (однокаскадные, двухкаскадные, много-

каскадные).

Нужно проанализировать основные характеристики и параметры усилителей:

− входные (входное сопротивление, входная ёмкость, динамический диа-

пазон входных напряжений, токов);

− передаточные (коэффициенты усиления по напряжению, по току, по

мощности, АЧХ);

− выходные (выходная мощность, выходное сопротивление, КПД).

Электронные генераторы – устройства, предназначенные для создания

(генерирования) электрических сигналов заданной формы, частоты и мощно-

сти за счёт преобразования энергии источника питания. Как правило, в со-

став генераторов входят усилительный элемент и колебательная система с

элементами положительной обратной связи (ПОС). По способу возбуждения

генераторы подразделяют на автогенераторы (генераторы с самовозбужде-

нием) и генераторы с внешним возбуждением. В зависимости от формы сиг-

налов различают генераторы гармонических колебаний и релаксационные

генераторы.

Электрическими фильтрами называют устройства, предназначенные

для обеспечения прохождения сигналов определённого диапазона частот

(полосы пропускания) с малым затуханием и с большим ослаблением на всех




остальных частотах (полоса задержания). Обычно фильтры реализуют на

основе линейных элементов – сопротивлений, ёмкостей, индуктивностей

(LC-фильтры, RC-фильтры). По виду АЧХ фильтры подразделяются на че-

тыре типа:

− фильтры нижних частот (ФНЧ);

− фильтры верхних частот (ФВЧ);

− полосовые фильтры (ПФ);

− режекторные фильтры (РФ).

Следует ознакомиться с назначением указанных фильтров, изучить ос-

новные параметры и характеристики, рассмотреть примеры применения в

РЭС ГА.

Радиопередающие устройства (радиопередатчики) предназначены для

генерирования электрических ВЧ-колебаний, их модуляции и передачи в ан-

тенну с целью излучения в виде электромагнитных волн (радиоволн). Конст-

рукция передатчиков и применяемая элементная база, в первую очередь, за-

висит от мощности и длины волны излучаемого сигнала. Необходимо рас-

смотреть классификацию и разновидности радиопередатчиков:

− по назначению (радиовещательные, телевизионные, связные, радиоло-кационные, радионавигационные);

− по виду излучения (с непрерывным излучением, с импульсным излуче-нием);

− по излучаемой мощности (очень малой мощности – до 3 Вт, малой мощ-ности – от 3 до 100 Вт, средней мощности – от 100 Вт до 10 кВт, боль-шой мощности – от 10 до 500 кВт, сверхмощные – свыше 500 кВт);

− по диапазону рабочих частот (в соответствии с классификацией диапа-зонов электромагнитных волн);

− по условиям эксплуатации (стационарные, бортовые). Следует отметить основные технические характеристики и параметры, а

также требования, предъявляемые к радиопередатчикам (КПД, стабильность частоты, качество передачи и др.). На примере типовой структурной схемы связного радиопередающего средства необходимо изучить назначение и




основные функции входящих в его состав устройств (задающего генератора, буферного усилителя, модулятора, усилителя мощности), рассмотреть принципы формирования и обработки сигналов. Важно подчеркнуть особен-ности построения и режимов работы выходных каскадов радиопередатчиков. Нужно обратить внимание на назначение и основные функции антенно-согласующих устройств.

Радиоприёмные устройства (радиоприёмники) служат для выделения

радиосигнала на фоне помех, его усиления и преобразования в переданный

управляющий сигнал, т.е. выделения полезной информации, переносимой

радиосигналами. Необходимо ознакомиться с основными характеристиками

и параметрами радиоприёмников (чувствительность, избирательность,

диапазон рабочих частот, выходная мощность, помехоустойчивость, ста-

бильность и др.).

Существуют различные структурные схемы радиоприёмных устройств.

Следует рассмотреть состав, особенности и принцип работы приёмника

прямого усиления, основным достоинством которого является относительная

простота построения, а недостатками – невысокая избирательность и низкая

помехоустойчивость. Главное отличие приёмников этого типа – усиление

сигнала производится непосредственно на рабочей частоте.

Более совершенными характеристиками обладают радиоприёмники су-

пергетеродинного типа, в которых основное усиление сигнала осуществля-

ется не на рабочей, а на некоторой фиксированной промежуточной часто-

те. Для этого в структуре приёмника предусмотрено преобразование частоты

принимаемого сигнала с помощью смесителя и вспомогательного маломощ-

ного генератора (гетеродина), т.е. перенос спектра сигнала из области рабо-

чих частот на промежуточную частоту. Кроме того, на промежуточной час-

тоте легче реализовать фильтрацию сигнала с лучшими качественными ха-

рактеристиками и получить большое усиление, что обеспечивает высокую

избирательность и чувствительность приёмников этого типа. Некоторым не-

удобством является наличие зеркального и других побочных каналов приёма

сигналов. Следует изучить назначение, основные функции устройств, входящих




в состав супергетеродинного радиоприёмника (входные цепи, УВЧ, смеситель,

гетеродин, УПЧ, детектор, схема АРУ, УНЧ), рассмотреть прохождение и не-

обходимые преобразования сигнала в них, а также ознакомиться с имеющи-

мися органами управления и регулировками.

В современных условиях к радиопередающим и радиоприёмным средст-

вам предъявляются достаточно жёсткие требования:

− надёжное, беспоисковое вхождение в связь;

− поддержание связи без дополнительных подстроек и регулировок.

Поскольку в состав радиопередатчиков и радиоприёмников входят раз-

личные генераторы (гетеродины, опорные, задающие генераторы), то для

соответствия этим требованиям необходимо обеспечить возможность их бы-

строй и точной настройки на рабочую частоту и поддержание её значения с

высокой стабильностью в процессе ведения связи.

Высокая стабильность в генераторах достигается применением кварцевой

стабилизации частоты, термостатированием частотозадающих элементов (LC-

колебательных контуров, кварцевых резонаторов), стабилизацией питающих

напряжений и режимов работы активных элементов (транзисторов, инте-

гральных схем, электронных ламп). Нужно рассмотреть варианты использова-

ния, отметить достоинства и недостатки кварцевой стабилизации частоты в за-

дающих генераторах с возможностью перестройки на несколько рабочих частот

(со сменными кварцевыми резонаторами, с применением АПЧ).

Ещё одним способом обеспечения высокой стабильности с возможностью

быстрой и точной перестройки частоты является применение синтезаторов

частот, которые позволяют получить дискретную сетку рабочих частот.

Следует проанализировать возможные способы реализации, отметить состав,

основные отличия, преимущества и недостатки построения синтезаторов по

принципам прямого и косвенного синтеза частот, привести примеры их ис-

пользования в средствах радиосвязи ГА.

Работа любых радиоэлектронных средств связана с излучением и приё-

мом радиоволн – электромагнитных волн с частотами от 3 кГц до 3 ТГц,

представляющих собой взаимосвязанные пространственно-временные




колебательные процессы изменения напряжённостей электрического и маг-

нитного полей, способные распространяться в пространстве и переносить по-

лезную информацию на большие расстояния без проводов.

Известно, что электрическим током называется упорядоченное движение

свободных носителей заряда (электронов), а заряды при неравномерном дви-

жении создают вокруг себя изменяющееся электромагнитное поле. Это свой-

ство и лежит в основе принципа излучения радиоволн специальными устрой-

ствами – антеннами. По назначению антенны подразделяются на передаю-

щие, приёмные и приёмопередающие (комбинированные). Передающая ан-

тенна преобразует энергию токов высокой частоты в энергию электромаг-

нитных волн. Приёмная антенна осуществляет обратное преобразование

энергии электромагнитных волн в энергию токов высокой частоты, которые

создают на входе приёмника напряжение высокой частоты. В соответствии с

принципом взаимности любая передающая антенна при её использовании в

качестве приёмной сохраняет свои характеристики, но не всякая приёмная

антенна будет эффективна при работе на передачу (излучение). По конст-

руктивному исполнению различают линейные и апертурные антенны. Линей-

ные антенны обычно представляют собой металлический проводник, попе-

речные размеры которого малы по сравнению с длиной волны излучаемых

электромагнитных колебаний. Отличие апертурных антенн заключается в

наличии некоторой ограниченной поверхности, через которую проходит ос-

новной поток излучаемой или принимаемой энергии. Необходимо ознако-

миться с основными типами конструкций линейных (проволочных, штыре-

вых, вибраторных, щелевых) и апертурных (рупорных, линзовых, зеркальных)

антенн. Важно отметить, что эффективность работы антенн существенно за-

висит от соотношения геометрических размеров и длины волны. Поэтому

линейные антенны имеют размеры кратные половине или четверти длины

волны, а в апертурных определённым образом подбирают соотношение па-

раметров раскрыва антенны (рупора или линзы) в двух взаимно перпендику-

лярных направлениях.




Следует изучить физический смысл основных электрических параметров

и характеристик антенн. К ним относятся:

− входное сопротивление (отношение напряжения высокой частоты на

входе антенны к току питания);

− сопротивление излучения (коэффициент связи между мощностью, излу-

чаемой антенной, и квадратом действующего значения тока на её входе);

− коэффициент полезного действия (отношение излучаемой мощности к

полной мощности, подводимой к антенне);

− коэффициент направленного действия (показывает выигрыш в мощно-

сти, излучаемой в главном направлении при использовании направлен-

ных антенн);

− коэффициент усиления (учитывает направленные свойства антенн и по-

тери мощности при излучении);

− диаграмма направленности (даёт наглядное представление о распреде-

лении энергии радиоволн в пространстве);

− действующая длина или высота линейных антенн (отношение ЭДС, наве-

дённой в антенне, к напряжённости электрического поля);

− эффективная площадь раскрыва апертурных антенн (отношение мощ-

ности на входе приёмника к плотности потока мощности, попадающего

в раскрыв антенны).

Нужно рассмотреть особенности конструкций, взаимосвязь параметров и

размеров, условия эффективной работы и области применения антенн раз-

личных диапазонов:

− антенны диапазонов ОНЧ, НЧ и СЧ обычно представляют собой верти-

кальные несимметричные излучатели, имеют геометрические размеры

гораздо меньше длины волны, низкое сопротивление излучения, малую

действующую высоту, слабые направленные свойства в горизонтальной

плоскости, невысокий КПД;

− антенны диапазонов ВЧ и ОВЧ имеют геометрические размеры соизме-

римые с длиной волны, выполняются, в большинстве случаев, в виде




полуволновых или четвертьволновых вибраторов (излучателей), обла-

дают выраженными направленными свойствами, более высоким КПД;

− антенны диапазонов УВЧ и СВЧ при малых габаритах позволяют полу-

чать очень узкие диаграммы направленности, поскольку длина волны

излучаемых колебаний гораздо меньше геометрических размеров, обла-

дают высокой направленностью, имеют близкий к единице КПД.

Важно подчеркнуть специфические условия функционирования, требования к

конструкции и размещению бортовых (самолётных) антенн, привести примеры.

При изучении закономерностей распространения радиоволн необходимо

знать свойства радиоволн:

− прямолинейность распространения в свободном пространстве;

− постоянство скорости распространения в свободном пространстве;

− способность в небольших пределах изменять свои параметры при встрече с

неоднородностями среды распространения (эффект Доплера);

− поглощение и рассеяние энергии радиоволн;

− отражение и преломление на границах сред распространения с различ-

ными характеристиками;

− дифракция и рефракция;

− интерференция.

Также следует ознакомиться с многочисленными факторами, существенное

влияние из которых на распространение радиоволн оказывают следующие:

− электрические свойства почвы (потери в поверхностном слое земли);

− электрические свойства атмосферы (ионосферы) (отражение, прелом-

ление радиоволн);

− рельеф местности (ограничение дальности из-за кривизны земной по-

верхности, эффект «радиотени»);

− процессы, происходящие на Солнце (вспышки, солнечный ветер, приво-

дящие к возмущениям магнитного поля, «магнитные бури»);

− время года и суток (изменение состояния и свойств ионосферы зимой,

летом, днём, ночью);




− погодные условия (снег, дождь, туман, отражения от гидрометеоров).

Распространение радиоволн между радиопередающим и радиоприёмным

устройствами возможно несколькими способами:

− прямолинейно в однородной среде (свободном пространстве);

− поверхностными волнами в непосредственной близости от земной по-

верхности, частично огибающими её вследствие явлений дифракции,

рефракции (преломления) и рассеяния в тропосфере;

− пространственными волнами, способными отражаться от различных сло-

ев ионосферы и земной поверхности (многоскачковое распространение).

В связи с этим нужно рассмотреть строение ионосферы, причины возник-

новения на различных высотах слоёв с повышенной ионизацией (D – 50…60

км, E – 90…130 км, F1 – 200…300 км, F2 – 350…400 км), зависимость её

электрических свойств от времени года, суток, солнечной активности.

В соответствии с международным регламентом, с учётом применяемых

методов генерирования, приёма и усиления радиосигналов, особенностей

распространения, весь спектр радиоволн принято условно разделять на диа-

пазоны. Следует изучить существующее распределение диапазонов частот,

иметь представление об их использовании РЭС ГА различного назначения

(см. например, [2, с. 11] или [9, с. 200]).

Важно отметить достоинства и недостатки, особенности распространения

радиоволн различных диапазонов:

1) диапазоны очень низких (ОНЧ) и низких частот (НЧ):

− распространение поверхностными и пространственными волнами;

− отражение от слоя D днём и от слоя E ночью;

− слабая зависимость от сезона, времени суток, солнечной активности;

− высокий уровень атмосферных и индустриальных помех;

− для связи на большие расстояния требуются мощные передатчики;

2) диапазон средних частот (СЧ):

− в дневное время характеризуется сильным поглощением пространст-

венных волн слоями D и E, дальность распространения поверхностными

волнами не превышает 1000 км;




− в ночное время слой D исчезает, распространение пространственными и

поверхностными волнами, дальность возрастает до 3000 км;

− зимой условия распространения лучше, чем летом;

− высокий уровень промышленных и атмосферных помех;

3) диапазон высоких частот (ВЧ):

− распространение поверхностными и пространственными волнами;

− сильное затухание поверхностных волн из-за потерь в почве;

− отражение (многократное) от верхних слоёв F1 и F2 ионосферы;

− возможно установление надёжной радиосвязи на большие расстояния при

небольшой мощности передатчиков;

− наличие зон молчания («мёртвых зон»);

− эффект замирания сигналов (фединги) из-за многолучёвости распростра-

нения радиоволн;

− меньший уровень атмосферных и индустриальных помех;

4) диапазон очень высоких частот (ОВЧ):

− прямолинейное распространение радиоволн (в пределах прямой видимо-

сти), дальность ограничивается кривизной земной поверхности;

− отражение от земной поверхности и слабая дифракция;

− пронизывание ионосферы (не отражаясь, уходят в космос);

− надёжная связь в условиях ионосферных возмущений;

− малый уровень атмосферных и промышленных помех;

− возможна дальняя радиосвязь за счёт рефракции и тропосферного рас-

сеяния на её неоднородностях;

5) диапазоны ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ):

− распространение прямолинейное (в пределах прямой видимости);

− повышенное поглощение энергии в тропосфере и различных гидроме-

теорах при длине волны менее 10 см;

− возможность использования остронаправленных антенн при сравни-

тельно малых размерах;

− практически полное отсутствие индустриальных и атмосферных помех.




Следует подчеркнуть относительно большую ширину диапазонов ОВЧ,

УВЧ и СВЧ, что даёт возможность одновременного функционирования ра-

диоэлектронных средств ГА различного назначения без взаимных помех.

Для оценки дальности действия систем радиосвязи, радионавигации и

радиолокации в ГА необходимо рассмотреть основные энергетические соот-

ношения в радиолиниях с учётом особенностей и условий распространения

радиоволн (влияние рельефа местности и кривизны земной поверхности).

Наиболее характерными для работы РЭС ГА являются:

– радиолинии односторонней и двусторонней радиосвязи с непрерыв-

ным излучением (связь, навигация);

– запросно-ответные радиолинии с импульсным излучением (навига-

ция, вторичная радиолокация);

– радиолинии локации по точечному объекту (радиолокация).

Для каждого типа радиолинии следует изучить основные соотношения

межу эксплуатационными характеристиками и техническими параметрами,

обеспечивающими эти эксплуатационные возможности. Важно отметить, что

в радиолиниях связи и навигации энергетика обратно пропорциональна квад-

рату расстояния, а в радиолокации по точечному объекту обратно пропор-

циональна расстоянию в четвёртой степени. Кроме того, поскольку подав-

ляющее большинство РЭС ГА работает в диапазонах ОВЧ (метровые волны),

УВЧ (дециметровые волны) и СВЧ (сантиметровые волны), где распростра-

нение радиоволн считается прямолинейным, то необходимо рассмотреть

влияние рельефа местности и кривизны земной поверхности на дальность

прямой видимости в зависимости от высоты расположения передающей и

приёмной антенн применяемых РЭС в различных типовых ситуациях.


1. Какие области науки и техники охватывает понятие радиоэлектроники?

2. Каковы основные признаки классификации РЭС, применяемых в ГА?

3. Какие задачи решают средства радиосвязи?

4. Каково назначение систем радиолокации?




5. Каковы отличительные особенности систем радионавигации?

6. В чём состоит принцип передачи информации с помощью электромаг-

нитных волн?

7. Поясните сущность понятий модуляции и демодуляции (детектирования).

8. Что такое сигнал? В каком виде сигналы могут существовать в радио-

электронных средствах?

9. По каким признакам осуществляется классификация и какие сущест-

вуют разновидности электрических сигналов?

10. Какие свойства радиосигналов (электромагнитных волн) лежат в основе

функционирования средств радиосвязи, радиолокационных и радионави-

гационных средств и систем?

11. Какие классы излучений соответствуют обозначениям A1A, A2A, A3E,

J3E? В каких радиоэлектронных средствах ГА они применяются?

12. По каким основным признакам осуществляется классификация усили-

телей?

13. За счёт чего в электронных усилителях обеспечивается усиление сиг-

налов?

14. Для чего предназначены электронные генераторы? На какие виды ге-

нераторы подразделяются по способу возбуждения?

15. Для чего в радиоэлектронной аппаратуре применяются электрические

фильтры?

16. Какие преобразования сигналов предусматриваются в типовой линии

радиосвязи?

17. По каким признакам и на какие разновидности классифицируют ра-

диопередающие устройства (радиопередатчики)?

18. Из каких функциональных элементов состоит типовая структурная

схема связного радиопередающего устройства? Почему радиопередат-

чики строятся по многокаскадной схеме?

19. Для чего в составе приёмопередающей аппаратуры присутствуют

специальные антенно-согласующие устройства? Каковы их основ-

ные функции?




20. Для чего предназначены радиоприёмные устройства? Какими основ-

ными параметрами они характеризуются?

21. Какова структура, достоинства и недостатки радиоприёмников прямого

усиления?

22. Какова структура, достоинства и недостатки радиоприёмников супер-

гетеродинного типа?

23. Чем вызвана необходимость формирования дискретной сетки частот

с высокой стабильностью в приёмопередающих радиоэлектронных

средствах, применяемых в ГА? Каковы особенности способов решения

этой задачи в синтезаторах частот прямого и косвенного синтеза?

24. Для чего применяются антенны? Какой физический эффект лежит в ос-

нове излучения электромагнитных колебаний (радиоволн) антеннами?

25. В чём состоит сущность принципа взаимности?

26. Каковы основные параметры и характеристики антенн? Что показывает

диаграмма направленности антенны?

27. Почему и как конструктивное исполнение антенн зависит от диапазона

рабочих частот?

28. Каковы основные свойства радиоволн? Как взаимосвязаны между со-

бой частота и длина волны электромагнитных колебаний?

29. Какими способами возможно распространение радиоволн в свобод-

ном и околоземном пространстве?

30. Почему состояние ионосферы изменяется в зависимости от времени

года, суток и солнечной активности?

31. Каковы особенности распространения радиоволн диапазонов ОНЧ,

НЧ, СЧ?

32. Почему распространение радиоволн ВЧ-диапазона сопровождается на-

личием зон молчания (мёртвых зон), где приём сигнала невозможен?

33. В чём особенности распространения радиоволн диапазонов ОВЧ,

УВЧ, СВЧ? От чего и каким образом зависит дальность их распро-

странения?




34. Почему большинство радиоэлектронных средств ГА функционирует в

диапазонах ОВЧ, УВЧ, СВЧ?

35. Почему энергетика радиолинии связи обратно пропорциональна квад-

рату расстояния, а при радиолокации по точечному – обратно пропор-

циональна четвёртой степени расстояния?

Тема 2. Информационные основы

и принципы организации связи

Количество информации, кодирование, пропускная способность канала

связи. Аналоговые и цифровые системы связи; системы электропроводной

многоканальной связи.

Принципы организации авиационной связи. Понятие сети связи. Особен-

ности организации подвижной (воздушной) радиосвязи и фиксированной

(наземной) электросвязи. Назначение и задачи аварийно-спасательных сетей

радиосвязи. Принципы функционирования систем связи в различных режи-

мах: в режиме повседневной деятельности, в режиме повышенной готовно-

сти, в режиме ЧС. Порядок пользования связью. Общие сведения об обеспе-

чении конфиденциальности передачи сообщений при ЧС.

Системы радиосвязи различных частотных диапазонов. Особенности сис-

тем радиорелейной и спутниковой связи.

Телефонные и телеграфные сети и сети передачи данных. Современные

информационные технологии, применяемые в ГА.

Литература: [2, с. 37–86, 101–131], [3, с. 22–25, 32–34, 169],

[7, с. 23–25, 34–46, 95–159].


С точки зрения теории информации сведения о различных объектах ото-

бражаются в виде некоторого упорядоченного множества материальных объ-

ектов, пригодных для запоминания, хранения, обработки и транспортировки

(передачи).




Процесс представления информации отображающими её объектами на-

зывается кодированием. Как правило, при кодировании (речевом, цифровом,

буквенном и т.п.) используется ограниченный набор символов – алфавит, из

которого для отображения информации в требуемом объёме составляются

слова, числа, кодовые комбинации. В свою очередь, ограниченное множество

слов, чисел, кодовых образов, отображающих информацию требуемого объ-

ёма, подлежащую передаче от одного корреспондента к другому, называют

сообщением.

Следует изучить классификацию сообщений по характеру изменения во

времени (непрерывные, дискретные), особенности их существования в виде

электрических сигналов (соответствующих изменений напряжения, тока) в

электрических цепях и схемах. Необходимо рассмотреть достоинства пред-

ставления (кодирования) дискретных сообщений и их передачи в цифровых

системах связи, а также ознакомиться с возможностями отображения непре-

рывных сообщений цифровыми образами. Важно отметить физический

смысл и следствия теоремы Котельникова для представления непрерывных

сигналов с ограниченным спектром последовательностью дискретных число-

вых отсчётов, взятых в определённые моменты времени, по которым воз-

можно восстановить исходное непрерывное сообщение.

Поскольку процессы кодирования информации связаны с представлением

передаваемых сообщений числом в выбранной системе счисления, то следует

отметить разновидности, достоинства и недостатки существующих систем

счисления (десятичной, двоичной и других). В частности, важным достоин-

ством двоичной системы счисления является наличие всего двух элементар-

ных символов – 0 и 1, которые можно просто и надёжно смоделировать в

электронных схемах наличием или отсутствием тока (напряжения) в элек-

трической цепи. Кроме того, в двоичных (цифровых) системах связи обеспе-

чивается более высокая помехоустойчивость за счёт меньшей подверженно-

сти двоичных сигналов действию помех, приводящему к возможным иска-

жениям передаваемых сообщений.




Необходимо рассмотреть сущность понятий:

– основания кода (количество используемых при кодировании различ-

ных цифр или алфавит кода – а);

– значности (разрядности) кода (количество цифр, используемых для

отображения слова или числа сообщения, – n);

– числа кодовых комбинаций (количество различных слов, которые

могут быть составлены из элементов кода заданной разрядности, – N).

Важно подчеркнуть взаимосвязь между этими параметрами кодов на

примерах двоичного и десятичного кодирования с различным количеством

разрядов: N = a n.

Следует отметить особенности применения пятизначного равномерного

двоичного кода Бодо при телетайпной связи, шестизначного неравномерного

кода Морзе при радиотелеграфной связи, а также многоразрядных двоичных

кодов в системах цифровой связи, привести примеры сигналов отображения

двоичных сообщений изменением посылок постоянного тока (напряжения) и

радиоимпульсов (гармонических колебаний) определённой длительности и

частоты.

Особую роль в теории передачи сообщений и повышении эффективности

средств связи играет количественная мера информативности (новизны и

неожиданности) сообщений, основанная на вероятностном подходе, т.е. чем

менее вероятным оказывается событие, о котором идёт речь в сообщении,

тем больше информации содержится в этом сообщении. При этом мера коли-

чества информации должна удовлетворять требованию аддитивности, т.е.

должна давать возможность оценивать количество информации, содержа-

щейся в нескольких независимых сообщениях, как сумму количества сведе-

ний в каждом из них. Следует рассмотреть особенности применения лога-

рифмической функции для реализации оценки количества информации в

двоичных системах передачи данных. Необходимо обратить внимание на

взаимосвязь количества информации с разрядностью (длиной) слова и объ-

ёмом (основанием кода) алфавита при равновероятных сообщениях (оно про-

порционально числу разрядов и логарифму объёма алфавита). В общем случае,




вероятность возникновения различных сообщений не одинакова, поэтому для

оценки информативности используется понятие среднего количества ин-

формации в сообщениях, формируемых источником, которое получило на-

звание энтропии или степени неопределённости ситуации до появления со-

общения. Следовательно, чем больше неопределённость до появления сооб-

щения, тем больше энтропия и тем большее количество информации достав-

ляет это сообщение.

Передача сообщений осуществляется по различным каналам связи, ос-

новными характеристиками которых являются ширина полосы частот про-

пускания, продолжительность работы канала и динамический диапазон зна-

чений сигналов. Идеальный канал связи должен пропускать всё без искаже-

ний, т.е. иметь линейную амплитудную характеристику, равномерную ам-

плитудно-частотную характеристику и не нарушать фазовых соотношений

между спектральными компонентами сигнала. Реальные каналы связи по

своим свойствам, так или иначе, отличаются от идеального. Кроме того, в

них сигналы подвергаются воздействию всевозможных помех. Поэтому в

общем случае сигнал на выходе канала будет отличаться от сигнала на его

входе, а значит, и количество информации на выходе будет меньше, чем на

входе, на величину потерь информации из-за неидеальности канала и влия-

ния помех. Эта величина потерь информации, определяющая вносимую по-

мехами в сигнал неопределённость, получила название условной энтропии,

или ненадёжности, канала связи. Необходимо обратить внимание на свой-

ства и физический смысл условной энтропии.

Важной характеристикой канала связи является его пропускная способ-

ность, показывающая максимально возможное количество полезной инфор-

мации, передаваемое по каналу связи в единицу времени. Следует отметить

взаимосвязь пропускной способности с количеством информации на входе

канала (энтропией источника информации), ненадёжностью канала (услов-

ной энтропией) и технической скоростью передачи двоичных сигналов, а

также проанализировать определение пропускной способности канала связи

в виде произведения его полосы пропускания на логарифм ненадёжности




канала, выраженной через отношение полезного сигнала к шуму (формула

Шеннона).

Рассмотренные выше основные информационные характеристики и пара-метры сообщений, сигналов, применяемых систем кодирования, каналов связи позволяют решить задачу передачи большого количества сообщений по одному физическому каналу связи (линии связи), т.е. определить принципы построения многоканальных систем передачи информации. Для этого необходимо в принципе обеспечить взаимную ортогональность объединяемых информацион-ных сигналов, т.е. отсутствие взаимного влияния их друг на друга. Этого можно достичь распределением спектров сигналов сообщений по частотной оси так, чтобы они не перекрывались между собой (частотное уплотнение/разделение), либо размещением сигналов во временной области так, чтобы они не наклады-вались друг на друга (временное уплотнение/разделение). Следует ознакомиться с особенностями, достоинствами и недостатками существующих способов уп-лотнения/разделения сигналов (каналов):

– частотного уплотнения/разделения в системах передачи аналоговых сообщений;

– временного уплотнения/разделения в системах передачи аналоговых и дискретных сообщений;

– уплотнения по форме в цифровых системах передачи данных. Как известно, основной задачей любых систем связи является обеспече-

ние своевременной доставки сообщений от источника к получателю с мини-мально возможными искажениями информации. С реализацией этой общей задачи связано понятие организации связи, которое предусматривает прове-дение совокупности мероприятий по выбору состава технических средств, их надлежащему размещению, правильному распределению частот, сочетанию разнообразных средств, их резервированию и техническому обслуживанию с целью поддержания непрерывности и высокой надёжности связи. Поскольку связь, как правило, представляет собой составную часть какой-либо системы управления, то её структура определяется организационной структурой по-следней. При этом все средства электросвязи и радиосвязи объединяются в сети связи.




Сеть связи – совокупность средств радио- и электросвязи, устанавливае-

мых в местах расположения взаимодействующих корреспондентов, объеди-

нённых общими каналами, назначенными для данной сети. Необходимо об-

ратить внимание на структуру, особенности организации и функционирова-

ния сетей воздушной радиосвязи, которые строятся по радиальному принци-

пу (с назначением требуемых частотных ресурсов и симплексным режимом

доступа), а также сетей наземной электросвязи, представляющих более

сложную структуру, которая строится по радиально-узловому принципу, име-

ет в своём составе оконечные телеграфные станции, систему центров комму-

тации сообщений, узлы связи и предусматривает использование общегосу-

дарственных сетей и каналов связи.

Следует отметить назначение, специфику организации и функционирова-

ния аварийно-спасательных сетей связи, предусматривающих выделение

особых – аварийных – частот 2,182 МГц, 121,5 МГц, 123,1 МГц для телефон-

ной и телеграфной радиосвязи, специальных каналов телефонной, теле-

тайпной, факсимильной электросвязи. Особое внимание нужно обратить на

функционирование систем связи и содержание проводимых мероприятий в

различных режимах (повседневной деятельности, повышенной готовности,

чрезвычайной ситуации). Важно подчеркнуть необходимость соблюдения

дисциплины связи, заключающейся в неукоснительном выполнении уста-

новленного порядка и режима ведения связи, следовании правилам предос-

тавления каналов и линий связи при передаче очень срочных сообщений, ка-

сающихся безопасности полётов и аварийных ситуаций. Право на первооче-

редное ведение связи в радиосетях дают:

– сигналы бедствия при радиотелеграфной связи слово «СОС» (SOS),

при радиотелефонной – словами «Терплю бедствие» (международный

сигнал – MAYDAY);

– сигнал срочности – слово ПАН (PAN);

– сигналы безопасности – группа букв ТТТ или слово «СЭКЮРИТЭ»

(SECURITE).




В ряде случаев, например при ЧС, требуется обеспечить конфиденциаль-

ность телефонных переговоров, передачу документов, содержащих секрет-

ные сведения. Для этого предусматривается использование специальной ап-

паратуры и каналов связи.

Системы радиосвязи могут функционировать в различных частотных диапазонах, выбор которых определяется назначением и требованиями, предъявляемыми к надёжности, быстродействию и качеству передачи инфор-мации. Необходимо ознакомиться с особенностями распространения радио-волн различных диапазонов и возможностями их применения для решения за-дач связи. Следует отметить достоинства и недостатки использования диапа-зонов низких и средних частот (НЧ и СЧ) – километровые и гектометровые волны, высоких частот (ВЧ) – декаметровые волны, очень высоких частот (ОВЧ) – метровые волны (наличие или отсутствие помех, влияние кривизны земной поверхности и отражения от слоёв ионосферы при распространении, относительная ширина диапазонов и т.д.). Примером реализации принципов построения многоканальных систем и передачи различного рода сообщений по радиоканалу в диапазонах ОВЧ, УВЧ и СВЧ являются наземные системы радиорелейной связи, в которых используются промежуточные ретранслято-ры для передачи сообщений на значительные расстояния между корреспон-дентами. При изучении спутниковых систем радиосвязи нужно обратить вни-мание на состав, принципы их функционирования, достоинства и возможности (широкополосность, многоканальность, обширная зона действия), рассмот-реть упрощённую функциональную схему спутникового ретранслятора, осо-бенности обеспечения доступа пользователей к ресурсам ССС.

Телефонные системы наземной электросвязи предназначены для обеспе-чения оперативного взаимодействия смежных пунктов управления, двусто-роннего обмена текущей оперативной информацией в виде речевых сообще-ний. Необходимо ознакомиться с составом технических средств (телефонные аппараты, устройства коммутации, линии и узлы связи, каналы общего поль-зования и ведомственного подчинения и т.п.), особенностями обеспечения приоритетного использования линий связи в чрезвычайных ситуациях, воз-можностями документирования речевых сообщений и другими услугами.




Телеграфная (телетайпная, телексная) связь обеспечивает оперативный

обмен дискретными буквенными или цифровыми сообщениями. Главные её

особенности – быстрота и документальность. Следует отметить особенности

входящих в её состав технических средств, принципов кодирования сообще-

ний, основные операции по формированию и передаче сигналов, регистрации

сообщений.

Системы передачи данных (СПД) – цифровые системы связи – предна-значены для обмена большими объёмами информации в двоичном виде меж-ду информационно-вычислительными средствами (ЭВМ). Важно отметить их основные особенности: высокое быстродействие и высокая скорость переда-чи данных, необходимость применения помехоустойчивого кодирования и методов исправления ошибок с целью обеспечения требований повышенной верности передачи информации.

Необходимо также ознакомиться с особенностями систем факсимильной связи (передача неподвижных изображений, документов, карт, чертежей), воз-можностями электронной почты и современных компьютерных технологий.


1. Что составляет сущность понятий информации и сообщения? 2. Что понимают под кодированием сообщений? 3. Какими параметрами характеризуются существующие коды? Как они связаны между собой?

4. Какими преимуществами обладают цифровые системы передачи инфор-мации?

5. Почему при передаче информации по реальным каналам связи количе-ство информации на выходе такого канала не может превысить количе-ство информации на его входе?

6. От чего и каким образом зависит пропускная способность канала связи? 7. В чём сущность частотного уплотнения/разделения каналов в многока-нальных системах передачи информации?

8. Каковы принципы организации воздушной радиосвязи и наземной элек-тросвязи?




9. В чём особенности организации и функционирования аварийно-

спасательных сетей связи?

10. Для чего предназначены системы телефонной, телеграфной связи?

Тема 3. Бортовые и наземные средства авиационной связи

Назначение, виды, классификация, решаемые задачи бортовых и назем-ных средств авиационной связи. Устройство и принципы функционирования радиостанций. Бортовые радиостанции. Принципы функционирования само-лётных радиостанций диапазонов ОВЧ и ВЧ.

Наземные средства авиационной радиосвязи. Связь авиадиспетчеров с ВС через дальнюю приводную радиостанцию. Обеспечение радиосвязи с мо-бильными средствами при проведении поисково-спасательных работ в ГА.

Литература: [2, с. 86–100], [5, с. 170–261], [6, с. 50–100], [7, с. 46–66, 84–89], [10, с. 5–30], [12, с. 36–41].


Бортовые и наземные средства авиационной радиосвязи предназначены для двустороннего обмена речевой информацией между экипажами ВС и диспетчерскими службами на различных этапах полёта. При этом основным видом командной воздушной связи (на дальностях до 400 км) является ра-диосвязь в диапазоне ОВЧ. В качестве дополнительного (резервного) вида, а также для организации дальней связи используется радиосвязь в диапазоне ВЧ (в северных широтах – диапазон СЧ). Следует подчеркнуть важность обеспечения таких основных эксплуатационных требований к связным ра-диостанциям, как:

– беспоисковое вхождение связь; – бесподстроечное ведение связи; – высокая стабильность рабочей частоты; – простота и удобство управления. Необходимо на примере типовой функциональной схемы изучить особен-

ности построения радиостанций (наличие общих для приёмной и передающей




частей антенно-фидерного устройства, синтезатора частот, устройства управ-ления и т.д.). Обратить внимание на принципы формирования и обработки сигналов при работе на передачу и при приёме (применение схем автомати-ческой регулировки мощности, автоматической регулировки глубины моду-ляции в передатчиках, автоматической регулировки усиления в приёмниках), специфику и ограничения обмена речевой информацией в симплексном ре-жиме.

Следует ознакомиться с основными техническими характеристиками и параметрами существующих разновидностей бортовых радиостанций диапа-зонов ОВЧ – типа «Баклан-5», ВЧ – типа «Микрон», наземных радиостанций, соответственно «Баклан-РН», модификаций «Полёт», «Берёза», «Кедр» и др. Нужно отметить сходство принципов построения наземных радиостанций и основные отличия от бортовых, особенности их эксплуатации (более высокая мощность излучения, повышенная стабильность частоты, пространст-венное разнесение передающей и приёмной частей).

Важно подчеркнуть возможность использования диспетчерскими служ-бами наземной радиостанции дальнего привода диапазона СЧ для ведения односторонней телефонной связи с экипажем ВС в нештатных ситуациях, например при отказе имеющихся на борту средств радиосвязи, но при ис-правной приёмной аппаратуре радиокомпаса.

При проведении поисково-спасательных работ в районе ЧС развертывают мобильные узлы связи, оснащенные, в том числе, и средствами радиосвязи, для обеспечения оперативного управления, оповещения и обмена текущей информацией между подразделениями, смежными службами и вышестоящи-ми органами управления. Необходимо ознакомиться с особенностями разме-щения и применения средств радиосвязи, типовыми комплектами аппаратуры.


1. Какие эксплуатационные требования предъявляются к бортовым радио-станциям?

2. Почему основным видом командной воздушной связи является радио-связь в диапазоне ОВЧ?




3. В чём сходство и различие в принципах построения бортовых и назем-

ных радиостанций?

4. Каково назначение антенно-согласующих устройств? Чем вызвана необ-

ходимость их применения в составе радиостанций?

5. Какое радиоприёмное устройство может быть использовано экипажем

на борту ВС для приёма диспетчерских указаний в случаях отказа штат-

ных радиосредств связи?

Тема 4. Аварийные РЭС радиосвязи и навигации

Аварийные средства связи; радиостанции диапазона ОВЧ Р-855 УМ, Р-

855А1 и диапазона ВЧ – Р-861. Спутниковая система поиска и спасения

«КОСПАС-SARSAT»; бортовой радиобуй АРБ.

Литература: [1, с. 143–157], [2, с. 83, 89, 212–213], [3, с. 22–25],

[4, с. 21–37], [5, с. 261–275], [6, с. 101–107, 298–299],

[7, с. 66]. [10, с. 33–51].


В соответствии с требованиями ICAO ВС ГА обязательно оснащаются

аварийными радиоэлектронными средствами обеспечения поисково-

спасательных работ и связи. Эти средства предназначены для работы в ава-

рийно-спасательных радиосетях, в которых ведётся постоянное круглосуточ-

ное прослушивание наземными службами специально выделенных частот в

диапазоне ВЧ – 2182, 4364, 8364 и 12 546 кГц, в диапазоне ОВЧ – 121,5 МГц

(международная аварийная частота), а также 123,1 МГц и 243 МГц для ис-

пользования их при проведении поисково-спасательных мероприятий.

В состав бортовых аварийных радиосредств входят:

– радиостанция диапазона ОВЧ Р-855 УМ или Р-855 А1;

– радиостанция диапазона ВЧ Р-861 («Актиния») или ей подобная;

– аварийный радиомаяк (радиобуй) типа АРБ-ПК международной систе-

мы поиска и спасения «КОСПАС-SARSAT».




Аварийные радиостанции Р-855 УМ и Р-855 А1 предназначены для ве-

дения экипажем ВС, совершившим вынужденную посадку и находящимся на

земле, двусторонней симплексной радиосвязи в телефонном режиме с поис-

ково-спасательными самолётами или вертолётами, а также для излучения не-

прерывных радиосигналов с прерывистой тональной модуляцией (режим ра-

диомаяка), позволяющих привести поисково-спасательное ВС к месту аварии

с помощью специального радиокомпаса диапазона ОВЧ (АРК-У2 или АРК-

УД), установленного на его борту.

Радиостанции имеют следующие основные эксплуатационно-технические

характеристики и параметры:

– фиксированные рабочие частоты – 121,5 МГц (Р-855 УМ), 121,5 МГц и

243 МГц (Р-855 А1);

– мощность излучаемого радиосигнала – 0,13 Вт;

– вид излучения – радиосигнал с амплитудной модуляцией;

– чувствительность приёмной части – не хуже 10 мкВ;

– мощность сигнала звуковой частоты – 0,01 Вт;

– время работы при типовом применении – до 60 часов;

– дальность действия – до 50…70 км (в зависимости от высоты расположе-

ния антенны радиостанции и высоты полёта поисково-спасательного ВС).

По рекомендуемой литературе следует изучить состав радиостанций, осо-

бенности развертывания и применения для проведения радиосвязи, а также

их функционирования в режиме радиомаяка для привода поисково-

спасательных ВС к месту чрезвычайного происшествия.

Радиостанция Р-861 также предназначена для радиосвязи в диапазоне

ВЧ экипажа ВС, потерпевшего аварию, с поисково-спасательными службами

в телеграфном и телефонном режимах («ТЛГ» и «ТЛФ») и для автоматической

передачи сигналов бедствия – «SOS» – азбукой Морзе. В силу особенностей

распространения радиоволн диапазона ВЧ (способность отражения от раз-

личных слоёв ионосферы и земной поверхности), дальность действия радио-

станции Р-861 может достигать нескольких сотен километров (до 1000 км).




Работа радиостанции Р-861 осуществляется на одной из четырёх фикси-

рованных частот (2182, 4364, 8364 или 12 546 кГц), которая выбирается в за-

висимости от времени года, суток, солнечной активности. Особенностью пе-

редатчика радиостанции является наличие перестраиваемых элементов для

согласования его выходного сопротивления с комплексным сопротивлением

антенны, которое имеет различную величину на различных рабочих частотах.

Выходная мощность передатчика в телефонном режиме – 0,75 Вт, в теле-

графном – около 3 Вт. Источник электропитания (аккумуляторная батарея)

обеспечивает непрерывную работу в течение 48 часов при соотношении вре-

мени приём/передача 6/1 и температуре окружающей среды от +20 до +50°С.

Следует обратить внимание на конструкцию антенны этой радиостанции

(вертикальный излучатель длиной около 5,5 метров из металлизированных

стеклопластиковых звеньев с тремя противовесами), последовательность её

развёртывания и подключения. Необходимо изучить состав комплекта, рас-

положение органов управления и настройки, порядок подготовки радиостан-

ции к работе, особенности её эксплуатации в различных режимах, а также

внимательно ознакомиться с типовыми примерами ведения радиосвязи в ава-

рийной ситуации.

В дополнение к аварийным радиостанциям на борту ВС рекомендуется

устанавливать специальный радиобуй типа АРБ-ПК международной спутни-

ковой системы поиска и спасения «КОСПАС-SARSAT». Система

«КОСПАС-SARSAT» предназначена для определения координат места ава-

рийной посадки ВС и состоит из аварийных радиобуев, устанавливаемых на

различных объектах (ВС, морских судах и т.д.), нескольких низкоорбитальных

искусственных спутников Земли (ИСЗ) с аппаратурой приёма, обработки, хра-

нения и передачи информации, а также наземных национальных центров.

Аварийный радиобуй АРБ-ПК содержит два передатчика – спутникового

канала, работающего на частоте 406,025 МГц, и канала ближнего привода

(частота 121,5 МГц) для пеленгации места аварии автоматическими радио-

компасами АРК-У2 или АРК-УД. Оба передатчика работают на одну антен-

ну, излучая непрерывные колебания на частоте 121,5 МГц и периодически, с




интервалом около 50 секунд, повторяющиеся радиосигналы на частоте

406,025 МГц длительностью 0,44 секунды, содержащие информацию об

идентификационном номере радиобуя, коде страны, типе объекта (ВС).

Следует ознакомиться с основными эксплуатационно-техническими ха-

рактеристиками радиобуя АРБ-ПК и системы в целом, рассмотреть принци-

пы функционирования и взаимодействия всех её компонентов, уяснить осо-

бенности метода определения координат по доплеровскому сдвигу частоты.

Необходимо также изучить расположение органов управления, порядок под-

готовки АРБ-ПК к работе, особенности его эксплуатации в аварийной ситуа-

ции в совокупности с аварийными радиостанциями типа Р-855 УМ.


1. Что входит в типовой комплект бортовых аварийных радиосредств?

2. Каково назначение и особенности функционирования аварийной радио-

станции Р-855 УМ?

3. В чём особенности аварийной радиостанции Р-855 А1? Какие режимы

работы в ней предусмотрены?

4. Каково назначение, возможности, особенности развертывания и экс-

плуатации радиостанции Р-861 диапазона ВЧ?

5. В чём заключаются особенности эксплуатации аварийного радиобуя

системы «КОСПАС-SARSAT»?

Тема 5. Средства оповещения в авиапредприятиях

Системы централизованного оповещения о ЧС служб ПАСОП в авиа-

предприятиях и на аэродромах; их назначение, задачи, структура и способы

оповещения при ЧС. Сигналы оповещения. Технические средства оповещения.

Назначение, решаемые задачи, разновидности, эксплуатация и контроль тех-

нического состояния средств оповещения о ЧС на аэродромах ГА (система

«ГОРН-2» и др.).

Литература: [3, с. 7–57, 141].





По рекомендуемой литературе нужно изучить:

– общие вопросы организации и выполнения поисково-спасательных ра-

бот в авиапредприятиях и на аэродромах;

– состав поисково-спасательных сил и средств;

– организацию приёма и передачи сообщений о воздушных судах, тер-

пящих или потерпевших бедствие;

– действия руководящего состава, специалистов и различных подразде-

лений служб ПАСОП;

– особенности управления поисково-спасательными силами и средствами

при организации и выполнении поисково-спасательных работ.

Необходимо обратить внимание на применение специальных сигналов

оповещения «ГОТОВНОСТЬ» и «ТРЕВОГА» для сбора расчётов аварийно-

спасательных подразделений.

Сигнал «ГОТОВНОСТЬ» подаётся тогда, когда до ожидаемой посадки

ВС, терпящего бедствие, на данном аэродроме остаётся 30 и более минут.

Сигнал «ТРЕВОГА» подаётся тогда, когда авиационное происшествие

произошло внезапно или до ожидаемой посадки ВС, терпящего бедствие, ос-

таётся менее 30 минут.

Объявление сигналов «ТРЕВОГА» и «ГОТОВНОСТЬ» осуществляется

службой движения по циркулярной связи или применением специальной ап-

паратуры оповещения (система «ГОРН-2» и др.) одновременно всем расчё-

там аварийно-спасательных подразделений в соответствии с утверждённой

схемой оповещения. Время оповещения не должно превышать 25 секунд.

Следует рассмотреть состав, структуру и особенности взаимодейст-

вия элементов системы оповещения «ГОРН-2» на аэродромах ГА, а также

ознакомиться с периодичностью контроля её состояния (при заступлении на

смену, техническая проверка 2 раза в год).





1. В каких случаях проводятся поисково-спасательные работы в авиапред-

приятиях?

2. Каков состав поисково-спасательных сил и средств предприятия ГА?

3. В каких случаях применяется сигнал оповещения «ГОТОВНОСТЬ»?

4. В каких случаях применяется сигнал оповещения «ТРЕВОГА»?

5. Какова типовая структура и состав системы оповещения «ГОРН-2» на

авиапредприятиях?

6. В чём заключаются мероприятия по организации приёма и передачи со-

общений о ВС, терпящих или потерпевших бедствие?

Тема 6. Радиотехнические системы ближней навигации и посадки

Методы определения местоположения ВС радиотехническими средства-ми; методы измерения азимута и дальности. Назначение, типы и состав сис-тем ближней навигации и посадки; принципы работы навигационных и поса-дочных средств; взаимодействие бортовой аппаратуры с наземным оборудо-ванием. Основные эксплуатационно-технические характеристики систем ближней навигации и посадки.

Бортовые радиоэлектронные средства поиска аварийных ВС; автоматиче-ские радиокомпасы АРК-У2, АРК-УД; их использование для привода поис-ково-спасательного ВС к месту аварии.

Литература: [2, с. 132–195], [12, с. 23–36], [14 с. 43–46], [6, с. 108–137, 156–192, 238–241, 299–344].


Работа систем радионавигации ГА базируется на определении положения и скорости движения центра масс ВС относительно некоторых неподвижных или движущихся (навигационных) точек, положение которых в каждый мо-мент времени известно с высокой точностью. Положение ВС характеризует-ся поверхностями и/или линиями положения, которые представляют собой




геометрическое место точек, имеющих фиксированную координату (геомет-рический параметр – дальность, азимут, угол места, высота), относительно выбранной навигационной точки. Местоположение ВС в радионавигации часто находится по пересечению линий (поверхностей) положения.

Нужно проанализировать возможности, достоинства и недостатки суще-

ствующих методов определения местонахождения ВС.

Пеленгационный (угломерный) метод при реализации его на плоскости

предполагает наличие не менее двух навигационных точек с известными коор-

динатами, относительно которых определяются линии положения в виде пря-

мых равного пеленга. Пересечение этих линий и даёт местонахождение ВС.

Дальномерный метод также требует наличия не менее двух, а для устра-нения неоднозначности – трёх навигационных точек, относительно которых определяются линии положения в виде окружностей постоянного радиуса, и на их пересечении находится местонахождение ВС.

Угломерно-дальномерный метод обладает уникальным свойством – воз-можностью определения местоположения ВС при наличии всего лишь одной навигационной точки с известными координатами. При этом местонахожде-ние ВС находится на пересечении линий положения – окружности постоян-ной дальности и прямой постоянного пеленга, построенных из одной навига-ционной точки.

Разностно-дальномерный метод основан на определении разности дальностей между ВС и наземными навигационными точками, но сами рас-стояния до навигационных точек не измеряются. При этом линии положения на плоскости имеют вид гипербол, по пересечению которых возможно опре-деление местоположения ВС.

Поскольку в ГА реализация на практике способов определения местопо-ложения ВС сопряжена с нахождением тех или иных геометрических пара-метров, то следует рассмотреть существующие методы измерения дально-сти и угловых координат (азимута, угла места).

В основе методов измерения дальности лежит известное свойство радио-

волн – постоянство скорости их распространения в свободном пространстве. В

зависимости от того, по какому параметру отражённого или ответного сигнала




(временному положению импульса, частоте или фазе) определяется его за-

паздывание относительно излучённого, различают импульсный, частотный

и фазовый методы измерения дальности.

Сущность импульсного метода заключается в излучении последователь-

ности коротких радиоимпульсов (с периодом повторения гораздо большим

чем длительность импульса) с последующим измерением времени запаздыва-

ния (пропорционального дальности) ответных (отражённых или переизлу-

чённых) эхосигналов относительно моментов излучения. Следует подчерк-

нуть основные достоинства импульсного метода (разрешение объектов по

дальности, хорошая точность, излучение и приём на одну антенну), а также

отметить недостатки (принципиальное ограничение на минимальную изме-

ряемую дальность).

Частотный метод предполагает излучение непрерывного частотно-

модулированного колебания и обеспечение одновременного приёма отражён-

ного от объекта радиосигнала, с целью их сравнения в каждый момент вре-

мени по частоте. При этом разница в частоте излучаемого и принимаемого

сигнала оказывается пропорциональной дальности до объекта. Нужно отме-

тить достоинства частотного метода (простота реализации, повышенная

точность, принципиальное отсутствие ограничения на минимальное значе-

ние измеряемого расстояния) и его недостатки (отсутствие разрешения

объектов по дальности, необходимость применения двух антенн, ограниче-

ния на измерение больших расстояний).

При измерении дальности фазовым методом тоже излучаются непрерыв-

ные немодулированные, а иногда и амплитудно-модулированные, радиосиг-

налы, производится измерение разности фаз между излучаемым и отражён-

ным сигналами в каждый момент времени, которая пропорциональна рас-

стоянию до объекта. Достоинства этого метода – высокая точность измере-

ний, отсутствие ограничений на минимальную дальность. К существенным

недостаткам можно отнести выполнение условия однозначности измерений

на дальности не более половины длины волны излучаемых колебаний, отсут-

ствие разрешения объектов по дальности.




Необходимо рассмотреть примеры применения импульсного, частотного

и фазового методов измерения дальности в средствах и системах радиолока-

ции и радионавигации.

Измерение угловых координат (азимута, угла места) в радиолокацион-

ных и радионавигационных системах ГА в основном осуществляется ам-

плитудными (максимума, минимума, равносигнального направления) и фа-

зовым методами. В некоторых отечественных РСБН применяется временной

метод измерения азимута.

Амплитудные методы базируются на применении антенн с ярко выра-

женной направленностью излучения.

Метод максимума заключается в ориентации оси антенной системы в

направлении на объект, например ВС, по максимуму амплитуды сигнала,

принимаемого от данного объекта. Преимуществом этого метода является

большая дальность из-за высокой энергетики радиолинии, но точность опре-

деления координат не самая лучшая.

При реализации метода минимума диаграмма направленности антенной

системы имеет ярко выраженный минимум (провал), который совмещается с

направлением на объект, и производится оценка положения антенны относи-

тельно опорного направления по минимуму амплитуды принимаемого сигна-

ла. Этот метод обладает более высокой точностью измерений угловых коор-

динат, но имеет низкую энергетику радиолинии.

В методе равносигнального направления (сравнения амплитуд) антен-

ная система имеет две перекрывающиеся, смещенные друг относительно

друга, диаграммы направленности, формирующие равносигнальное направ-

ление (РСН), которое ориентируется в направлении объекта, и по положению

этого РСН относительно опорного направления производится измерение уг-

ловых координат. Метод обладает высокой чувствительностью и точностью

измерений и достаточно большой дальностью действия.

Фазовый метод измерения угловых координат основан на сравнении фаз

приходящих от объекта радиосигналов, принимаемых двумя разнесенными в

пространстве ненаправленными антеннами. При этом для выполнения условия




однозначности измерений расстояние (база) между антеннами не должно

превышать половину длины волны принимаемых электромагнитных колеба-

ний. Этот метод не обладает разрешающей способностью по направлению.

Временной метод угловых измерений предполагает вращение или пере-

мещение узкой диаграммы направленности (ДН) антенной системы с задан-

ной постоянной угловой скоростью и определение интервала времени, про-

порционального величине угла, между началом отсчёта и моментом, когда

максимум ДН совпадает с направлением на объект. Следует ознакомиться с

особенностями другой разновидности временного метода без задания начала

отсчёта времени – методом угловых измерений по времени сканирования лу-

ча (Time Reference Scanning Beam – TRSB).

Необходимо обратить внимание на разновидности, эксплуатационные

возможности, технические характеристики средств радиотехнических сис-

тем ближней навигации, предназначенных для обеспечения самолётовож-

дения по воздушным трассам и определения местоположения ВС, к которым

относятся:

– наземные всенаправленные азимутальные радиомаяки диапазона ОВЧ

(РМА или VOR-маяки), позволяющие по их излучаемым радиосигналам в

совокупности с бортовой приёмной аппаратурой определять магнитный

азимут ВС (по измеренным азимутам относительно двух разнесённых

РМА можно определить местоположение ВС пеленгационным методом);

– наземные всенаправленные дальномерные радиомаяки диапазона

УВЧ (РМД или DME-маяки), которые по импульсным сигналам запро-

са бортовых радиодальномеров (типа СД-75) формируют соответст-

вующие ответные импульсные посылки, используемые бортовой аппара-

турой для определения дальности ВС до РМД импульсным методом, что

в совокупности с информацией от аппаратуры РМА даёт возможность

определения местоположения ВС угломерно-дальномерным методом

относительно одной навигационной точки, где установлено оборудова-

ние РМА/РМД или VOR/DME;




– радиомаяки диапазона УВЧ отечественной радиотехнической систе-мы ближней навигации (типа РСБН-4н), обеспечивающие измерение дальности импульсным методом на основе запроса с ВС и переизлуче-ния запросных сигналов наземным ответчиком, азимута временным методом за счёт вращения антенны с постоянной угловой скоростью 100 об/мин, имеющую узкую в горизонтальной плоскости ДН, и изме-рения временного интервала, пропорционального углу её поворота в направлении на объект относительно опорного направления, что по-зволяет реализовать угломерно-дальномерный метод определения ме-стоположения ВС;

– наземные автоматические радиопеленгаторы (АРП), используемые в качестве дополнительного средства навигации и позволяющие изме-рять азимут ВС относительно места установки АРП по сигналам пере-датчиков бортовых связных радиостанций диапазона ОВЧ.

Также нужно ознакомиться с эксплуатационными возможностями, соста-вом, размещением, особенностями взаимодействия бортового и наземного оборудования существующих радиотехнических систем обеспечения по-садки ВС, в которые входят:

– приводные радиостанции оборудования системы посадки (ОСП), кото-рые функционируют в диапазонах НЧ и СЧ и предназначены для приво-да ВС, оснащённых автоматическими радиокомпасами (типа АРК-15), приёмниками сигналов маркерных радиомаяков, в район аэродрома для выполнения предпосадочного манёвра и захода на посадку;

– радиомаячные системы (РМС) инструментального захода на посадку метрового диапазона (системы ILS, СП-80, СП-90 и им подобные), со-стоящие из совокупности наземных (курсовых – КРМ, глиссадных – ГРМ и маркерных – МРМ радиомаяков) и бортовых (радиоприёмных уст-ройств типа Курс-МП-70) радиотехнических устройств, обеспечивающих получение информации на борту о положении ВС относительно курса посадки и глиссады снижения, а также о пролёте маркированных точек на предпосадочной траектории, удаление которых от порога взлётно-посадочной полосы известно;




– радиомаячные системы посадки сантиметрового диапазона радио-

волн (системы MLS), предусматривающие взаимодействие наземной и

бортовой аппаратуры с целью получения информации на борту об от-

клонении ВС от заданной траектории посадки в горизонтальной и вер-

тикальной плоскостях и о расстоянии ВС до расчётной точки призем-

ления с более высокой точностью определения его пространственного

положения.

При изучении возможностей бортовых средств поиска аварийных ВС

следует обратить внимание на использование специальных радиокомпасов

(типа АРК-У2) для определения направления (пеленга) на бортовые связные

радиостанции и аварийные радиомаяки (аварийные радиобуи) с целью при-

вода поисково-спасательных ВС к месту нахождения судна, потерпевшего

аварию. По упрощённой функциональной схеме радиокомпаса нужно изу-

чить состав, принцип действия, рассмотреть его работу как системы автома-

тического регулирования. Важно подчеркнуть необходимость применения

двух антенн – направленной (с двумя провалами в ДН) и ненаправленной для

обеспечения однозначности измерений пеленга методом минимума, ознако-

миться с основными эксплуатационно-техническими характеристиками (диа-

пазон рабочих частот, дальность действия, точность измерения и т.д.).


1. Какими достоинствами и недостатками обладают пеленгационный и

дальномерный методы определения местоположения ВС?

2. В чём заключаются преимущества угломерно-дальномерного метода ме-

стоопределения объектов?

3. Каковы особенности разностно-дальномерного метода определения ме-

стоположения ВС?

4. Какой метод измерения дальности обладает разрешающей способностью

по дальности и почему?

5. В чём заключаются достоинства частотного и фазового методов изме-

рения дальности?




6. Каковы разновидности и особенности амплитудных методов измерения

угловых координат?

7. Почему фазовый метод измерения угловых координат не обладает раз-

решающей способностью по направлению?

8. Какой метод определения местоположения ВС может быть реализован с

применением оборудования РМА/РМД или VOR/DME?

9. Каковы особенности функционирования, взаимодействия бортовой и на-

земной аппаратуры отечественной системы типа РСБН-4н?

10. С какими бортовыми радиоэлектронными средствами взаимодейству-

ют автоматические радиопеленгаторы?

11. Каково назначение, состав и общие принципы взаимодействия назем-

ного оборудования и бортовой аппаратуры радиомаячных средств инст-

рументального захода на посадку (системы типа ILS)?

12. Каково назначение, состав, принцип действия и особенности эксплуа-

тации радиокомпасов АРК-УД, АРК-У2?

Тема 7. Спутниковые системы местоопределения (навигации)

Назначение, состав, типы, основные параметры радиотехнических систем

дальней навигации (РСДН). Методы измерения навигационных параметров.

Спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС, GPS; их совместное ис-

пользование (система GNSS). Аппаратура пользователей системы РСДН; её

эксплуатационно-технические характеристики. Основные приёмы эксплуата-

ции спутниковых навигационных систем.

Литература: [2, с. 203–213], [6, с. 241–299], [8, с. 15–43].


Радиотехнические системы дальней навигации (РСДН) предназначены

для определения местоположения ВС и других движущихся объектов в пре-

делах всего земного шара на расстояниях порядка нескольких тысяч кило-

метров вне зависимости от времени суток и метеоусловий.




В состав РСДН входят:

– опорные радиопередающие станции (наземные или спутниковые),

формирующие навигационные сигналы, по которым определяется ме-

стоположение объектов;

– бортовое оборудование потребителей, обеспечивающее приём и обра-

ботку сигналов опорных станций с целью определения навигационного

параметра и последующего вычисления текущих координат объекта.

Следует рассмотреть особенности функционирования дальномерных

РСДН, в которых информативным параметром радиосигнала является вре-

менной интервал между импульсными посылками, а навигационным пара-

метром – дальность до опорных радиопередающих станций с известными

координатами или параметрами движения. Важно отметить их достоинства

(более высокая точность измерений) по сравнению с разностно-

дальномерными системами, использующими в качестве информативного па-

раметра разность фаз радиосигналов большой длительности для определе-

ния навигационного параметра – разности дальностей до опорных станций.

Необходимо обратить внимание на преимущества спутниковых систем

навигации (СНС):

– глобальная зона действия установленных на спутниках радиотехниче-

ских средств, охватывающая всю территорию земного шара, за счёт

большой высоты полёта ИСЗ при применении достаточно простых ан-

тенных устройств;

– использование радиоволн диапазонов УВЧ, распространяющихся в

пределах прямой видимости, с очень низким уровнем помех, что по-

зволяет определять местоположение объектов (ВС) дальномерным ме-

тодом с высокой точностью;

– практически неограниченная пропускная способность;

– относительная простота и небольшая стоимость бортового приёмного

оборудования, отсутствие передатчика, применение современных циф-

ровых технологий обработки сигналов;




– возможность комплексного использования для решения задач навига-

ции, связи и наблюдения.

Нужно ознакомиться с возможностями, составом, особенностями органи-зации и основными эксплуатационно-техническими характеристиками суще-ствующих спутниковых систем навигации – отечественной ГЛОНАСС и американской GPS, а также создаваемой на основе их совместного использо-вания глобальной навигационной спутниковой системы GNSS:

– рассмотреть задачи и выполняемые функции управляющего сегмента, обеспечивающего контроль и координацию всей глобальной системы в целом с нескольких наземных станций (слежение за спутниками, про-гнозирование параметров их движения и обмен информацией);

– изучить особенности конфигурации и различия расположения спутни-ков на орбитах и самих орбит в космическом сегменте систем GPS и ГЛОНАСС (GPS – шесть орбит по 4 ИСЗ на высоте около 20 200 км, ГЛОНАСС – три орбиты по 8 ИСЗ на высоте около 19 100 км);

– отметить назначение и разновидности оборудования сегмента пользо-вателей – неограниченного количества приёмной аппаратуры, обеспе-чивающей приём радиосигналов спутников и определение текущих ко-ординат объектов.

Необходимо подчеркнуть важность обеспечения и поддержания высокой степени точности и синхронизации по времени всех процессов в спутнико-вых системах навигации (одновременность генерирования сигналов с одина-ковыми кодами в передающей аппаратуре на ИСЗ и в приёмной аппаратуре пользователей, прогнозирование положения спутников и т.д.). Такие высокие требования обуславливают применение на борту ИСЗ квантовых генераторов в качестве высокоточных стандартов частоты с относительной нестабильно-стью не более 10–13. Уход менее точных часов приёмника корректируется по сигналам со спутников и вырабатывается компенсирующая поправка, что в целом позволяет реализовать определение текущих координат объекта (ВС) с высокой точностью дальномерным методом по задержке радиосигнала от спутника относительно момента излучения, в который также формируется точно такой же сигнал в приёмнике.




Следует получить представление об основных соотношениях и алгоритме

определения координат, используемых в приёмной аппаратуре пользователей.


1. Чем вызвана необходимость развёртывания и применения радиотехни-

ческих систем дальней навигации в ГА?

2. Почему дальномерные РСДН обеспечивают лучшие эксплуатационные

характеристики по сравнению с разностно-дальномерными?

3. Каковы основные преимущества спутниковых РСДН?

4. Почему для работы спутниковых РСДН используется диапазон УВЧ?

5. Каково назначение, состав, особенности размещения космического сег-

мента системы GPS?

6. В чём особенности организации отечественной спутниковой РСДН

ГЛОНАСС?

7. Почему в спутниковых РСДН необходимо поддерживать высокую сте-

пень синхронизации всех процессов по времени?

8. Каковы особенности реализации дальномерного метода опреде-

ления местоположения в спутниковых РСДН?




Documents

СРЕДСТВА НАВИГАЦИИ СВЯЗИ И ОПОВЕЩЕНИЯvenec.ulstu.ru/lib/disk/2015/Tarasov_2.pdf · 2015-04-14 · Средства навигации, связи