Самолетная радиолокационная доплеровская система

Самолетная доплеровская система является автономной радиолокационной системой самолетовождения. Доплеровская система в значительной степени свободна от таких недостатков панорамных радиолокаторов, как малая их эффективность при полете над однородной местностью, большая затрата времени на определение навигационных элементов (путевой скорости и угла сноса) и малая точность этих измерений.

Самолетная доплеровская система полностью решает задачи определения навигационных элементов и счисления пути.

Доплеровские системы самолетовождения, применяемые в гражданской авиации различных стран, измеряют путевые скорости от 130 до 1800 км/ч, а углы сноса — от 0 до 45° на высотах до 15 000 м и выше. При этом ошибки по путевой скорости лежат в пределах от 0,2 до 0,9%' и по углу сноса в пределах от 0,2 до 0,6, а точность счисления пути по дальности и боковому уклонению при точности компасного курса ±0°,5 составляет 1% от дистанции.

Принцип действия. Если с движущегося самолета при помощи радиопередатчика излучать электромагнитные колебания под углом 0 к земной поверхности, то между частотой этих колебаний и частотой принятых самолетным радиоприемником отраженных от земной поверхности колебаний обнаружится сдвиг. Само явление такого сдвига частот колебаний носит название эффекта Доплера, а разность частот, излучаемых и принятых колебаний, называется частотой Доплера. Эта частота, применительно к движущемуся самолету, определяется так:

Путевая скорость в доплеровской системе схематично определяется следующим образом:

самолетный радиопередатчик через антенну, по направлению совпадающую с продольной осью самолета, излучает на поверхность земли под некоторым углом радиоволны с неизменной частотой колебаний;

радиоволны, попадающие на землю, изменяют свою частоту пропорционально путевой скорости самолета и, отражаясь, частично возвращаются на самолет, вновь изменяя свою частоту; таким образом, радиоволны возвращаются на самолет с частотой, дважды измененной пропорционально продольной составляющей путевой скорости;

автоматически измеряется разность переданных и принятых частот радиоволн при помощи специального устройства, выдающего это значение на цифровой прибор.

Определение угла сноса происходит по аналогичному принципу, но используется антенна, направленная перпендикулярно продольной оси самолета.

Доплеровские системы могут иметь однолучевые, двухлучевые, трехлучевые и четырехлучевые антенны. Однако сейчас наибольшее распространение получили четырех-лучевые антенны, так как они исключают ряд ошибок и повышают точность измерения путевой скорости и угла сноса.

Обычно доплеровские системы включают в себя три основных устройства, размещенных на самолете:

1)  доплеровский измеритель путевой скорости и угла сноса (ДИСС), непрерывно определяющий текущие значения W и УС и выдающий их на указатель, а также на навигационный вычислитель;

2)  датчик курса;

3)  навигационный вычислитель (НВ), получающий текущие значения W и УС от ДИССа, и курс самолета — от курсовой системы, интегрирующий эти данные и ведущий счисление пути в оргодромической прямоугольной системе координат. НВ выдает экипажу текущее место самолета.

Координаты х (путь, пройденный самолетом вдоль заданной ортодромии) и z (линейное боковое уклонение от ортодромии) подаются на стрелочный прибор и цифровой счетчик.

IIB решает уравнение, связывающее через элементы движения самолета (ЗПУ, OK, W, УС) и время начальные координаты с текущими координатами МС, причем ЗПУ вводится в вычислитель вручную, ОК — от курсовой системы и УС — от ДИССа.

Наибольшей погрешностью, определяющей точность НВ, является погрешность датчиков курса — курсовых систем. Меньшее значение имеют погрешности измерения и установки ОК, а также погрешности определения W и УС ДИССом.

Навигационные вычислители типа НИ-50 осуществляют счисление пути по выдаваемым ДИССом W и УС, но могут также использоваться при ручном введении скорости и направления ветра. Эти вычислители имеют аналогичные НИ-50 двухстрелочный счетчик координат х и z (стрелки «С» и «В»), задатчик углов карты и задатчик ветра. Навигационные вычислители, входящие в доплеровские системы, обеспечивают работу системы в режиме «Память» (запоминание параметров движения самолета в случаях полета над спокойными водными пространствами или при больших кренах), когда не наблюдается поступление в систему доплеровских частот. В этом случае при сохранении воздушной скорости и направления полета счисление пути будет выполняться с допустимыми погрешностями в течение 15—20 мин.

При переходе на режим работы системы «Память» целесообразно переключатель «ДИСС — Л НУ» поставить в положение «АНУ» и при изменении воздушной скорости или направления полета установить на задатчике ветра вручную параметры ветра и угол карты, так как в этом случае режим полета нарушился (изменились по отношению к тем, которые «запомнил» навигационный вычислитель). При этом значения составляющих воздушной скорости по осям координат суммируются со значениями составляющих ветра по тем же осям. Теперь при изменении ЗПУ и установке нового угла карты составляющие ветра автоматически перераспределяются.

Штурманская подготовка к полету с применением доплеровской системы проводится в соответствии с требованиями Наставления по штурманской службе в отношении полета с ортодромическими путевыми углами. Необходимо помнить, что от точности расчета заданных ортодромических путевых углов и рас

стоянии зависит точность самолетовождения. Следовательно, при подготовке к полету лучше всего эти данные вычислить аналитически, не прибегая к измерениям на карте. Формулы для вычисления ортодромического путевого угла и ортодромического расстояния даны в разделе «Авиационная картография».

Кроме предварительных расчетов ОПУ и 5орт, в процессе подготовки полетной карты следует:

наметить по маршруту контрольные радиолокационные ориентиры через 150—200 км в зависимости от протяженности маршрута и скорости самолета, рассчитать аналитически или измерить прямоугольные координаты х и г этих ориентиров, записать их на карте и соединить ориентир с ЛЗП прямой, перпендикулярно к ЛЗП (или ее продолжению);

то же самое проделать для точек установки наземных маяков угломерно-дальномерной системы;

у каждого ППМ записать значение угла разворота (УР) для выхода на ЛЗП следующего этапа пути.

Эти дополнительные работы необходимы для:

а)  обеспечения точного пролета над ИПМ или точной установки на счетчике начальных координат относительно проложенной на карте ЛЗП;

б)  коррекции МС без измерений на карте с помощью панорамного радиолокатора или угломерно-даль- номерной системы;

в)  точного определения пролета нужным нам точек (КО, ППМ, КПМ) без измерений на карте.

В полный комплект органов управления и индикатора доплеровской системы входят:

1)  указатель угла сноса и путевой скорости;

2)  задатчик углов карты (заданного ОПУ);

3)  задатчик ветра (для установки скорости и направления ветра, когда ДИСС не работает);

4)  счетчик координат х (стрелка «С») и z (стрелка «В»);

5)  щиток управления системой в полете, имеющий две сигнальные лампы н два переключателя.

Первый переключатель имеет четыре положения:

«Выкл». — питание низкого напряжения выключено;

«Вкл.» — питание низкого напряжения включено и загорается зеленая (левая) сигнальная лампа с надписью «Вкл.»;

«Пам.» — перевод системы в режим работы «Память».

«Высок.» — питание высокого напряжения включено и загорается красная (правая) сигнальная лампа.

Второй переключатель имеет также четыре положения:

«Суша» — положение при полете над сушей;

«Море» — положение при полете над морем;

«Контр. 1» и «Контр. 2» — положение при контроле калибровки системы;

6)  переключатель «ДИСС — АНУ», позволяющий использовать навигационный вычислитель (АНУ, НИ-50) в случае отказа ДИССа. В этом случае его переключают из положения «ДИСС» в положение «АНУ» и АНУ ведет счисление пути как НИ-50;

7)  выключатель «Счетчик», предназначенный для включения и выключения счетчика координат. В момент перевода его в положение «Вкл.» навигационный вычислитель АНУ ведет счисление и подает на счетчик координаты х и z. При установке выключателя в положение «Выкл.» стрелки «С» и «В» не двигаются.

Если в полете предполагается пользоваться доплеровской системой, то перед взлетом штурман обязан:

1)  установить на щитке управления левый переключатель в положение «Выкл.», а правый — в положение «Суша»;

2)  тумблер «ДИСС — АНУ» поставить в положение «ДИСС»;

3)  убедиться, что выключатель «Счетчик» стоит в положении «Выкл.» и стрелки счислителя пути находятся в нулевом положении;

4)  на задатчике угла карты установить заданный ортодромический путевой угол первого этапа пути, после чего на щитке управления левый переключатель перевести в положение «Вкл.» (зеленая сигнальная лампа с надписью «Вкл.» должна загореться);

5)  в воздухе (не ранее чем через 2 мин после включения) левый переключатель на щитке управления уста-; новить в положение «Высок.» (должна загореться красная сигнальная лампа).

Через 3 мин можно пользоваться доплеровской системой, учитывая, что стрелки счислителя пути будут находиться в нулевом положении до тех пор, пока выключатель «Счетчик» стоит на «Выкл.», тогда как указатель путевой скорости и угла сноса находится в рабочем положении.

Несмотря на то что доплеровская система в сущности обеспечивает ведение полного контроля пути, однако ввиду присущих ей погрешностей в основном за счет низкой точности определения курса, экипажу в полете необходимо по возможности точнее выставлять начальные координаты МС, своевременно по штурманскому плану полета корректировать показания системы с помощью других радиотехнических средств и оперативно осуществлять переход на новый этап маршрута.

Начальными координатами МС можно считать либо координаты места вылета, если после взлета выполняется круг над аэродромом, либо координаты ИПМ — любой точки на некотором удалении от аэродрома, точный пролет которой легко «засечь» с помощью бортового радиолокатора, приводных?

Дистанций или угломерно-дальномерной системы. Во всех случаях желательно с наибольшей возможной точностью в момент пролета намеченной точки включить счетчик координат; если же это по каким- либо причинам невозможно, то визуально или при помощи радиотехнических средств определить МС в прямоугольных ортодромических координатах х и z, поставить их на счетчике и включить его, установив в то же время на задатчике угла карты значение ОПУ и откорректировав КС от опорного меридиана. От ИПМ до первого пункта коррекции полет осуществлять с ОК=ЗПУ—УС, стремясь удержать стрелку счетчика «В» (координата г) в нулевом положении.

Активная коррекция показаний навигационного вычислителя в полете осуществляется при помощи самолетного панорамного радиолокатора или угломерно-дальномерной системы. Для коррекции необходимо определить фактическое место самолета в ортодромических прямоугольных координатах.

Формулы для определения фактического S\C при помощи радиолокатора и угломерно-дальномерной системы по существу одинаковы.

Включение и подготовка системы к работе. На самолете доплеровская аппаратура включается штурманом. Для включения аппаратуры необходимо:

1)  на щитке управления системой левый переключатель поставить в положение «Выкл.», а правый переключатель в положение «Суша»;

2)  переключатель на приборной доске штурмана с надписью «ДИСС—АНУ» поставить в положение «ДИСС»;

3)  выключатель с надписью «Счетчик», расположенный около счисли- теля пути, поставить в положение «Выкл.»;

4)  убедиться, что стрелка числителя пути находится в нулевом положении.

Проверив, что все тумблеры и переключатели стоят в указанном положении, на задатчике угла карты установить заданный ортодромический путевой угол первого этапа маршрута и левый переключатель на щитке управления перевести в положение «Вкл»: (на щитке управления должна загореться зеленая сигнальная лампа с надписью «Вкл.»).

Через 1—2 мин после включения системы (после взлета) левый переключатель на щитке управления следует перевести в положение «Высок», при этом загорится красная сигнальная лампа со знаком.

После включения высокого напряжения не ранее чем через 3 мин

система будет находиться в рабочем состоянии и может быть использована для самолетовождения.

Поскольку тумблер «Счетчик» находится в положении «Выкл», числитель пути не работает и стрелки его до включения будут стоять на нуле. Указатели угла сноса и путевой скорости находятся в рабочем состоянии и выдают значение УС.