Введение

Радионавигационная технология, используемая в авиации – авиационное оборудование.

В авиации, оборудование для измерения расстояния (DME) является радионавигационной технологией, которая измеряет дальность до цели (расстояние) между воздушным судном и наземной станцией путем измерения времени задержки распространения радиосигналов в диапазоне частот от 960 до 1215 мегагерц (МГц). Требуется прямая видимость между воздушным судном и наземной станцией. Запрашивающее устройство (бортовое) инициирует обмен, передавая пару импульсов на назначенном "канале" на наземную станцию-ответчик. Назначение канала определяет несущую частоту и интервал между импульсами. После известной задержки ответчик передает пару импульсов на частоте, смещенной от частоты запроса на 63 МГц, с заданным интервалом. Системы DME используются во всем мире в соответствии со стандартами, установленными Международной организацией гражданской авиации (ИКАО), Агентством Европейской союза по безопасности полетов (EASA) и другими организациями. В некоторых странах требуется, чтобы воздушные суда, выполняющие полеты по правилам полета по приборам (IFR), были оснащены бортовым DME-запрашивателем; в других странах DME-запрашиватель требуется только для выполнения определенных операций. Хотя допускается использование отдельных DME-ответчиков, они обычно объединяются с системой азимутального наведения для обеспечения воздушного судна двухмерной навигационной возможностью. Распространенной комбинацией является DME, размещенный совместно с передатчиком VOR (всенаправленного радиомаяка) на одной наземной станции. В этом случае частоты оборудования VOR и DME согласованы. Разработанный в Австралии, DME был изобретен Джеймсом "Джерри" Геррандом под руководством Эдварда Джорджа "Тэффи" Боуэна, когда он работал начальником Отдела радиофизики Организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO). Другая модифицированная версия системы была внедрена компанией Amalgamated Wireless Australasia Limited в начале 1950-х годов, работающая в диапазоне 200 МГц VHF. Эта австралийская версия получила название DME(D) (или DME Domestic) в Федеральном департаменте гражданской авиации, а более поздняя международная версия, принятая ИКАО, – DME(I). По принципу действия DME аналогична функции измерения дальности вторичного радара, за исключением того, что роли оборудования на воздушном судне и на земле меняются местами. DME была разработана после войны на основе систем идентификации "свой-чужой" (IFF) времен Второй мировой войны. Для обеспечения совместимости DME функционально идентичен компоненту измерения расстояния системы TACAN.

Операция

В своей первой реализации самолет, оснащенный DME, использовал это оборудование для определения и отображения своего расстояния до наземного ответчика, отправляя и принимая пары импульсов. Наземные станции обычно располагаются совместно с VOR или VORTAC. DME малой мощности может быть установлен совместно с ILS или MLS, где он обеспечивает точное расстояние до точки касания, аналогичное тому, которое обеспечивают маркерные радиомаяки ILS (и во многих случаях позволяет отказаться от последних). Новая область применения DME – радионавигация DME/DME (RNAV). Благодаря в целом более высокой точности DME по сравнению с VOR, навигация с использованием двух DME (на основе трилатерации/расстояния) позволяет выполнять операции, недоступные при навигации с использованием VOR/DME (на основе азимута/расстояния). Однако для этого требуется, чтобы самолет был оснащен возможностями RNAV, а для некоторых операций также необходим инерциальный эталонный блок. Типичный наземный ответчик DME для маршрутной или захода на посадку навигации имеет пиковую импульсную мощность 1 кВт на назначенном УКВ-диапазоне.

Оборудование

Система DME состоит из УВЧ (L-диапазон) передатчика/приемника (допросчик) в воздушном судне и УВЧ (L-диапазон) приемника/передатчика (ответчик) на земле.

Режим поиска

150 пар допросных импульсов в секунду. Самолет опрашивает наземный транспондер серией пар импульсов (допросов), и после точной задержки (обычно 50 микросекунд) наземная станция отвечает идентичной последовательностью пар импульсов. Приемник DME на борту самолета ищет пары импульсов ответа (в режиме X – с интервалом 12 микросекунд) с правильным интервалом и соответствующим шаблону исходного допроса. (Парь импульсов, не совпадающие с индивидуальным шаблоном допроса конкретного самолета, например, не синхронизированные, называются заполняющими импульсами или сквиттерами. Также ответы на запросы других самолетов, которые, следовательно, не синхронизированы, также отображаются как сквиттеры).

Режим рельсов

Меньше 30 пар импульсов в секунду, поскольку среднее число импульсов в режимах ПОИСКА и СОПРОВОЖДЕНИЯ ограничено максимальным значением в 30 пар импульсов в секунду. Бортовой допросчик фиксируется на наземной станции DME, как только распознает определенную последовательность ответных импульсов с интервалами, соответствующими интервалам исходной допрашивающей последовательности. После фиксации приемник имеет более узкое окно для поиска отраженных сигналов и способен поддерживать фиксацию.

Расчет расстояния

Для передачи радиосигнала до цели и обратно требуется приблизительно 12,36 микросекунд. Разница между временем запроса и ответа, за вычетом задержки наземного транспондера в 50 микросекунд и интервала между импульсами ответа (12 микросекунд в режиме X и 30 микросекунд в режиме Y), измеряется таймером interrogator’а и преобразуется в измерение расстояния (расстояние по прямой видимости) в морских милях, которое затем отображается на дисплее DME в кабине пилота. Приемник DME использует формулу для расчета расстояния, расстояние = скорость * время, чтобы вычислить расстояние до наземной станции DME. Скорость в этой формуле – это скорость радиоимпульса, равная скорости света (приблизительно). Время в расчете составляет ½ (общего времени – задержки ответа).

Точность

Точность наземных станций DME составляет 185 м (±0,1 нм). Важно понимать, что DME обеспечивает измерение физического расстояния между антенной воздушного судна и антенной транспондера DME. Это расстояние часто называют "расстоянием по наклонной" и оно тригонометрически зависит от высоты воздушного судна над транспондером, а также от горизонтального расстояния между ними. Например, воздушное судно, находящееся непосредственно над станцией DME на высоте 6076 футов (1 нм), все равно будет отображаться на индикаторе DME. Фактически, воздушное судно находится в одной миле, но в вертикальном направлении. Погрешность расстояния по наклонной наиболее заметна на больших высотах при близком расположении к станции DME. Радионавигационные средства должны соответствовать определенной степени точности, установленной международными стандартами, такими как FAA, EASA, ICAO и другими. Для обеспечения этого, организации полетной инспекции периодически проверяют критические параметры с помощью специально оборудованных воздушных судов для калибровки и сертификации точности DME. ИКАО рекомендует, чтобы точность была меньше суммы 0,25 нм плюс 1,25% от измеренного расстояния.

Спецификация

Типичный наземный DME-ответчик имеет ограничение в 2700 допросов в секунду (пар импульсов в секунду – pps). Таким образом, он может предоставлять информацию о расстоянии до 100 воздушных судов одновременно – 95% передач предназначены для самолетов в режиме слежения (обычно 25 pps) и 5% – в режиме поиска (обычно 150 pps). При превышении этого лимита ответчик предотвращает перегрузку, снижая чувствительность (усиление) приемника. Ответы на более слабые (как правило, от более удаленных) допросы игнорируются для уменьшения нагрузки на ответчик.

Данные о радиочастотах и модуляции

Частоты DME согласованы с частотами VOR, и DME-интеррогатор автоматически настраивается на соответствующую частоту DME при выборе соответствующей частоты VOR. Бортовой DME-интеррогатор использует частоты от 1025 до 1150 МГц. DME-ответчики передают сигнал на канале в диапазоне 962–1213 МГц и принимают на соответствующем канале в диапазоне 1025–1150 МГц. Диапазон разделен на 126 каналов для запроса и 126 каналов для ответа. Частоты запроса и ответа всегда отличаются на 63 МГц. Шаг и полоса пропускания каждого канала составляют 1 МГц. Технические обозначения каналов X и Y относятся только к интервалу между отдельными импульсами в паре импульсов DME: 12 микросекунд для каналов X и 30 микросекунд для каналов Y. DME-объекты идентифицируют себя кодом Морзе из трех букв на частоте 1350 Гц. Если DME расположен совместно с VOR или ILS, он будет иметь тот же идентификационный код, что и основной объект. Кроме того, идентификация DME происходит между идентификациями основного объекта. Частота идентификации DME составляет 1350 Гц, чтобы отличить ее от тона 1020 Гц VOR или локализатора ILS.

Типы транспондеров DME

Американское FAA установило три типа транспондеров DME (не включая те, что связаны с системой посадки): Терминальные транспондеры (часто устанавливаемые в аэропортах) обычно обеспечивают обслуживание на минимальной высоте над землей 12 000 футов (3658 м) и дальности; Транспондеры малой высоты обычно обеспечивают обслуживание на минимальной высоте 18 000 футов (5486 м) и дальности; и Транспондеры большой высоты, которые обычно обеспечивают обслуживание на минимальной высоте 45 000 футов (13716 м) и дальности. Однако многие из них имеют эксплуатационные ограничения, в основном связанные с перекрытием прямой видимости, и фактическая производительность может отличаться. В Руководстве по аэронавигационной информации США, вероятно, ссылаясь на транспондеры DME большой высоты, указано: "надежные сигналы могут приниматься на расстояниях до на высоте прямой видимости". Транспондеры DME, связанные с ILS или другими приборными схемами захода на посадку, предназначены для использования во время захода на посадку на конкретную взлетно-посадочную полосу, с одного или обоих ее концов. Они не предназначены для общей навигации; минимальная дальность и высота не указаны.

Использование частоты/канализация

Использование частот DME, расстановка каналов и сопряжение с другими радионавигационными средствами (VOR, ILS и т.д.) определяются ИКАО.