12. Elektronická navigace od lodní přes leteckou po GPS principy, vlastnosti, technické prostředky

Transkript

1 Specializovaný kurs U3V Současný stav a výhledy digitálních komunikací 12. Elektronická navigace od lodní přes leteckou po GPS principy, vlastnosti, technické prostředky Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně , sebestaj@feec.vutbr.cz

2 U3V - T12: NAVIGACE II. Téma: Letová navigace VOR DME Konečné přiblížení ILS MLS U3V - T12: Navigace II. strana 2

3 U3V - T12: Letová navigace (1/4) Systémy letové navigace se dělí na: soustavy pro navigaci pro malé a střední vzdálenosti (do 200km) soustavy pro dálkovou navigaci soustavy pro konečné přiblížení (přistávací systémy) sdružené soustavy pro radionavigaci a řízení letového provozu komplexní soustavy pro dispečerské služby U3V - T12: Navigace II. strana 3

4 U3V - T12: Letová navigace (2/4) Rozdělení vzdušného prostoru včr Vzdušný prostor ČR je rozdělený horizontálními hranicemi do tříd C, D, E a G, pro které jsou stanovena pravidla o typech letů, které lze v daném prostoru provádět (IFR x VFR) poskytovaných službáchřlp minimálních meteorologických podmínkách pro lety VFR požadavcích na radiové spojení povinnosti podání letového plánu U3V - T12: Navigace II. strana 4

5 U3V - T12: Letová navigace (3/4) Okolo velkých letišť jsou definovány oblasti řízeného okrsku CTR (Control Zone) a koncové řízené oblasti TMA (Terminal Control Area) Provoz v CTR řídí věž (TWR), v TMA přibližovací služba (APP), mimo TMA oblastní službařlp Mimo prostory vymezující okrsky letišť a koncové oblasti jsou na území ČR vyhlášeny oblasti, do nichž je vstup buď stále, nebo po aktivaci omezen. Zakázané oblasti jsou označeny LK P s číslem, omezené LK R s číslem a dále výškou dolní a horní hranice oblasti U3V - T12: Navigace II. strana 5

6 U3V - T12: Letová navigace (4/4) Výřez mapy vzdušného prostoru ČR: FLx = letová hladina, kde x je výška ve stovkách stop AGL = výška ve stopách nad povrchem země ASL = výška ve stopách nad hladinou moře U3V - T12: Navigace II. strana 6

7 U3V - T12: VOR (1/4) VOR (Very High Frequency Omnidirecitonal Range) je navigační systém složený ze sítě všesměrových majáků, pomocí kterých je uživateli udáván kurs vzhledem ke zvolenému majáku. VOR je standardní navigační systém ICAO (International Civil Aircaft Organization) umožňující přesné řízení letadel na mezinárodních tratích s hustým provozem i za špatných meteorologických podmínek. Systém je založen na vyhodnocování fázového posuvu mezi referenčním a měrným signálem velmi nízkého kmitočtu U3V - T12: Navigace II. strana 7

8 U3V - T12: VOR (2/4) Princip VORu (nosná frekvence MHz, amplitudová modulace, modulační signály 30 Hz) Proměnný signál modulován přímo na nosnou Referenční signál nejprve kmitočtově modulován (FM) na pomocnou nosnou (cca 10 khz) U3V - T12: Navigace II. strana 8

9 U3V - T12: VOR (3/4) Maják dopplerovského VORu U3V - T12: Navigace II. strana 9

10 U3V - T12: VOR (4/4) Princip a indikátor přijímače VORu s RMI Podle doporučení ICAO je vhodné kombinovat majáky VOR s dálkoměrným zařízením DME. Toto zařízení měří s velkou přesností vzdálenost letadlo - maják DME a jsou-li maják VOR a DME blízko sebe oba údaje dovolí stanovit i okamžitou polohu letadla kruhově směrová navigace U3V - T12: Navigace II. strana 10

11 U3V - T12: DME (1/3) Dálkoměrný systém DME je mezinárodní standardní soustavou ICAO pro měření vzdálenosti mezi letadlem a pozemním retranslátorem - majákem. DME je impulsní systém pracující v pásmu MHz. Pozemní majáky jsou obvykle rozmisťovány spolu se všesměrovými majáky VOR a tvoří soustavu pro traťovou navigaci s aplikací kruhově směrové navigace. Systém DME/VOR slouží jednak pro civilní letectvo, s malými úpravami jej však používá i letectvo vojenské (TAKAN) U3V - T12: Navigace II. strana 11

12 U3V - T12: DME (2/3) Měřící signál DME Palubní dotazovač vysílá impulsy na jednom ze 126 kmitočtových kanálů s krokem 1 MHz. Dotazovací impuls má tvar párového impulsu. Impulsy páru jsou od sebe vzdáleny o 12 µs. Délka každého z těchto impulsů je 3,5 µs. Opakovací kmitočet dotazovacích impulsů je proměnný a může se měnit od 5 do 150 párových impulsů/s. Pozemní maják přijímá dotaz a po určité době zpoždění (konstantní zpoždění 50 µs) uskuteční jejich retranslaci k dotazovači U3V - T12: Navigace II. strana 12

13 U3V - T12: DME (3/3) DME signál a jeho vyhodnocení U3V - T12: Navigace II. strana 13

14 U3V - T12: Sekudární radar (1/7) SSR (Secondary Surveillance Radar) Aplikace v ATC, pozemní systém je dotazovačem (Interrogator), palubní systém automatickým odpovídačem (Transponder), vojenské módy IFF (Identification Friend Foe) Odpovědi obsahují základní identifikační údaje a aktuální měřené letové parametry IM modulace Uplink 1030 MHz, vert. polarizace Downlink 1090 MHz, vert. polarizace U3V - T12: Navigace II. strana 14

15 U3V - T12: Sekudární radar (2/7) Dvousvazkový anténní systém dotazovače Měření azimutu Odpovědi pouze od odpovídačů v daném azimutálním směru U3V - T12: Navigace II. strana 15

16 U3V - T12: Sekudární radar (3/7) Mód A = ID odpovídače, resp. číslo letu U3V - T12: Navigace II. strana 16

17 U3V - T12: Sekudární radar (4/7) Odpověď v módu A Číslo letu tvoří čtyři oktalové cifry ( , tj kombinací pro lety nad Evropou přidělováno Eurocontrolem Speciální kódy: únos ztráta spojení nouze U3V - T12: Navigace II. strana 17

18 U3V - T12: Sekudární radar (5/7) SPI (Special Pilot Identification) aktivuje pilot na 20 s po žádosti řídícího ATC Mód C = barometrická výška letadla Barometrické měření ve stovkách stop s korekcí Hodnota kódována tzv. Gillhamovým kódem Rozsah až ft U3V - T12: Navigace II. strana 18

19 U3V - T12: Sekudární radar (6/7) Mód S (Adresný nebo všeobecný dotaz) Z módu S se vyvinul systém ADS-B (Automatic Dependent Surveillance Broadcast) Přenáší se řadu palubních údajů včetně polohy z palubního GPS přijímače Aktuální treking civ. letadel: U3V - T12: Navigace II. strana 19

20 U3V - T12: Sekudární radar (7/7) Zobrazení vzdušné situace primární + sekundární radar NATO radar RAT31 v kombinaci se SSR stejný je v Sokolnicích U3V - T12: Navigace II. strana 20

21 U3V - T12: Konečné přiblížení (1/2) Nejkritičtější letovou fází je konečné přiblížení. Pro potřebu klasifikace vlastní meteorologické situace jsou stanovena meteorologická minima, podle kterých jsou stanoveny stupně vybavení na letišti a vycvičenost personálu. Meteorologická minima jsou rozdělena na kategorie: I. kategorie = dohlednost horizontálně 800 m, vertikálně 60 m II. kategorie = dohlednost horizontálně 400 m, vert. 30 m III. kategorie = dohlednost horizontálně 200 m, vertikálně nestanoveno (pro pojíždění je třeba horizontální dohlednost alespoň 50 m - kat. IIIB). Přistání III. kat: U3V - T12: Navigace II. strana 21

22 U3V - T12: Konečné přiblížení (2/2) Přistávací manévr může být uskutečněn následujícími způsoby: Použití jednoduchého systému přistání (používají jej malá pomalá letadla, nebo dopravní v případech nouzové situace metoda postupného obletu navigačních bodů) Použití přistávacích majáků (přistání pomocí systému ILS všechna mezinárodní letiště Použití přistávacích radiolokátorů (navedení k prahu dráhy je prováděno v součinnosti s ŘLP) U3V - T12: Navigace II. strana 22

23 U3V - T12: ILS (1/5) V současné době musejí být všechna mezinárodní dopravní letiště vybavena systémem ILS, tj. systémem pro přístrojové přistávání. Tento systém dovoluje přistávání velkých dopravních letadel při II. stupni meteorologického minima. K vybavení patří komplexní pozemní systém (majáků) a palubní systémy (vyhodnocovací zařízení) U3V - T12: Navigace II. strana 23

24 U3V - T12: ILS (2/5) Majáky pro stanovení příletové dráhy U3V - T12: Navigace II. strana 24

25 U3V - T12: ILS (3/5) Svazky systému ILS-LOC Osa tvoří geometrické místo bodů stejné amplitudy nf. modulačních signálů 90 a 150 Hz. Oba tyto modulační signály se vysílají na společném nosném kmitočtu ( MHz, amplitudová modul.) U3V - T12: Navigace II. strana 25

26 U3V - T12: ILS (4/5) Skluzová rovina je definována jako geometrické místo stejných modulačních amplitud obou nf. signálů. Svazky systému ILS-GS (330 MHz) U3V - T12: Navigace II. strana 26

27 U3V - T12: ILS (5/5) Umístění pozemních systémů ILS Indikátor VOR/ILS U3V - T12: Navigace II. strana 27

28 U3V - T12: MLS (1/6) MLS (Microwave Landing System) byl navržen jako nástupce ILS pro přístrojové přistávání i za těch nejobtížnějších meteorologických podmínek. Systém ILS má některé nedostatky, které nelze odstranit: přiblížení pouze po jediné trase sklon skluzové roviny je fixní a to asi 3 jen 40 kanálů vícecestné šíření U3V - T12: Navigace II. strana 28

29 U3V - T12: MLS (2/6) MLS pracuje impulsně v pásmu 5,031 GHz až 5,091 GHz, 200 kanálů s roztečí 300 khz. Základem je vytvoření listových směrových anténních charakteristik a jejich "kývání" s přesně dodržovanou konstantní rychlostí. Poloha letadla vzhledem k přistávací dráze je vyhodnocována na palubě letadla měřením doby mezi impulsy přijatými během přechodu směrového svazku přes letadlo a při jeho přechodu tam a zpět U3V - T12: Navigace II. strana 29

30 U3V - T12: MLS (3/6) Metoda je označována jako TRSB (Time Referenced Scanning Beam) U3V - T12: Navigace II. strana 30

31 U3V - T12: MLS (4/6) Systém MLS se skládá z: Kursového přibližovacího majáku (Approach Azimuth Guidance), který je umístěn 400 až 600 m za koncem dráhy, který poskytuje letadlům azimutální vedení při konečném přiblížení a při přistávacím manévru. Kursový maják je doplněn upraveným (precizním) měřičem vzdálenosti DME/P (Range Guidance). Směrová souřadnice (azimut) je snímána v sektoru asi + 60 vzhledem k podélné ose přistávací dráhy U3V - T12: Navigace II. strana 31

32 U3V - T12: MLS (5/6) Kursového odletového majáku pro nezdařené přiblížení (Back Azimuth Guidance), který poskytuje pilotovi azimutální vedení při přerušeném přistávacím manévru a při průletu nad přistávací dráhou. Je umístěn 400 až 600 m před prahem dráhy. Sestupového majáku (Elevation Guidance), který je umístěn 200 až 300 m za prahem a 120 až 150 m bokem přistávací dráhy, který poskytuje vedení letadla po zvoleném úhlu klesání v rozsahu cca 1až U3V - T12: Navigace II. strana 32

33 U3V - T12: MLS (6/6) Datového komunikačního systému, který distribuuje pomocné datové zprávy (rozsahy přistávacích elevací, azimutů stav přistávací dráhy apod.). V současné době je MLS instalován na velkých mezinárodních letištích v USA i v Evropě a na palubách většiny nových letadel. Překážkou pro jeho větší rozšíření je vysoká cena pozemní i palubní části systému a příprava přistávacího systému na bázi GNSS s DGPS. ICAO stále prodlužuje ochranu využívání dnes už zastaralého systému ILS jako standardu pro všechna mezinárodní letiště U3V - T12: Navigace II. strana 33

34 Děkuji za vaši pozornost Téma příští přednášky: Družicová navigace Typické rozmístění antén navigačních systémů na letadle U3V - T12: Navigace II. strana 34