Радиокомпас

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Указатель — стрелочный индикатор радиокомпаса.

Автомати́ческий радиоко́мпас (АРК) — бортовой радиопеленгатор, предназначенный для навигации летательных аппаратов по сигналам наземных радиостанций путем непрерывного измерения курсового угла радиостанции (КУР). Курсовой угол радиостанции — угол, заключенный между продольной осью воздушного судна и направлением на радиостанцию, отсчитываемый по часовой стрелке.

Радиокомпас называется автоматическим потому, что после настройки на несущую частоту радиостанции он без участия человека (оператора) непрерывно измеряет значение КУР. КУР отображается на стрелочном или цифровом индикаторе, а также может передаваться в бортовую навигационную систему.

Совместно с курсовыми приборами радиокомпас позволяет экипажу в любых метеоусловиях, в любое время суток решать следующие навигационные задачи:

  • выполнять полет с заданным КУР с непрерывной визуальной индикацией курсового угла;
  • определять пеленг радиостанции по указателю курса с использованием курсовой системы;
  • работать в качестве резервного связного радиоприемника.

Принцип работы[править | править вики-текст]

Диаграмма направленности рамочной антенны. Максимумы диаграммы наблюдаются при ориентации плоскости рамочной антенны на радиостанцию. Числа указывают коэффициент усиления антенны в децибелах.
Кардиоида — диаграмма направленности комбинации ненаправленной и рамочной антенн. Максимум и ноль диаграммы наблюдаются при ориентации плоскости рамочной антенны параллельно направлению на радиостанцию.

Действие самолётных радиопеленгаторов основано на одновременном приёме сигналов радиостанции на две антенны — рамочную антенну и ненаправленную. Необходимым условием работы таких радиопеленгаторов является вертикальная поляризация принимаемых радиоволн, что в используемых диапазонах средних и длинных волн практически всегда выполняется ввиду специфики антенн радиопередатчиков и преобладания поверхностного механизма распространения радиоволн.

Ненаправленная антенна представляет собой вертикальный штырь или провод. Диаграмма направленности такой антенны в горизонтальной плоскости представляет собой окружность, то есть уровень принимаемого штыревой антенной радиосигнала не зависит от направления на источник радиосигнала.

Рамочная антенна в упрощенном виде представляет собой один или несколько плоских витков провода, причем периметр витка намного меньше рабочей длины волны радиостанции. Как правило, для компактности витки располагаются на ферритовом сердечнике (магнитная рамочная антенна). Плоскость витков расположена вертикально. Диаграмма направленности такой рамочной антенны в горизонтальной плоскости в соответствии с законом Фарадея по форме напоминает восьмёрку (при отсчете угла от нормали к плоскости рамки, эта функция, изображенная в полярных координатах, изменяется как cos2(φ),), то есть диаграмма направленности состоит из двух одинаковых по форме и величине лепестков. В частности, если плоскость рамки параллельна направлению на радиостанцию (рамка «стоит боком»), то уровень (амплитуда) принимаемого рамочной антенной сигнала максимален. Если же плоскость рамки перпендикулярна направлению на радиостанцию, то уровень принимаемого сигнала минимален. Прием радиоволн одного и того же источника по одному и другому лепесткам диаграммы направленности рамочной антенны отличается только фазой радиосигнала: при повороте рамочной антенны вокруг вертикальной оси на 180° уровень принимаемого радиосигнала не изменится, а фаза изменится на 180° (сигнал становится противофазным по сравнению с исходной ориентацией рамки).

На входе радиоприёмника радиокомпаса сигналы ненаправленной и рамочной антенн суммируются с определенными весовыми коэффициентами. Подбором этих коэффициентов можно сформировать результирующую диаграмму направленности в виде кардиоиды, причем максимум ее направлен в сторону одного из лепестков диаграммы направленности рамочной антенны, а минимум — в направлении другого (в зависимости от того, в каком из этих направлений принятые антеннами радиосигналы с учетом весовых коэффициентов оказываются синфазными, а в каком — противофазными).

В одном из вариантов исполнения рамочная антенна радиокомпаса способна вращаться вокруг вертикальной оси. Вращение производится электромеханическим следящим приводом, управляемым от приёмника радиокомпаса. В направлении максимума диаграммы направленности при малом изменении направления на радиостанцию уровень радиосигнала меняется мало (первая производная кардиоиды по аргументу в точке максимума равна нулю, вторая производная (кривизна) мала), это препятствует точному измерению пеленга (направления на радиостанцию) самым простым методом — методом максимума диаграммы направленности антенны. При более точном методе — методе минимума уровень суммарного сигнала антенн убывает практически до нуля, и прием сигнала радиостанции прекращается. В связи с этим применяют периодическое, с частотой несколько десятков герц переключение (инвертирование, сдвиг на 180°) фазы сигнала рамочной антенны с помощью управляемого фазоинветрора. Следящая электромеханическая система поворачивает рамочную антенну до тех пор, пока направление на радиостанцию не попадёт в минимум диаграммы направленности при некотором состоянии фазоинвертора. Синхронно с поворотом рамки антенны поворачивается и стрелка курса на индикаторе радиокомпаса.

Влияние условий распространения радиоволн на точность определения курсового угла радиостанции[1][править | править вики-текст]

Точность определения курсового угла радиостанции автоматическим радиокомпасом зависит от условий распространения радиоволн, на которые влияют рельеф местности, наземные сооружения (различные строения, мачты), элементы конструкции летательного аппарата, отражения радиоволн от земной поверхности и ионосферы.

Все эти факторы искажают электромагнитное поле из-механизмов рефракции в среде распространения, дифракции на неоднородностях и отражения от препятствий, что приводит к тому, что минимум кардиоиды несколько отклоняется от направления на радиостанцию, внося таким образом ошибку в определение КУР. Определить ошибки пеленгования, вызванные неизменными препятствиями (рельеф, сооружения), и учесть их можно только по результатам практических измерений на местности. Некоторые ошибки носят сезонный характер и зависят от изменений электрических параметров почвы и местных предметов и вызываются изменением погодных условий.

Также при определении КУР следует учитывать явления, характерные для распространения радиоволн средневолнового диапазона: береговой эффект, горный эффект и ночной эффект.

Береговой эффект[править | править вики-текст]

Ошибки, обусловленные береговым эффектом, связаны с рефракцией поверхностных волн при их распространении через границу раздела двух сред: суши и моря, в результате чего появляется ошибка ∆ между истинным КУР и текущим отсчетом радиокомпаса (ОРК). Рефракция будет тем больше, чем меньше угол между береговой линией и направлением прихода радиоволн к береговой линии. Так, например, при острых углах встречи поверхностной волны с береговой линией ошибка радиопеленгования может достигать 6—8°. Наиболее ощутимое влияние берегового эффекта будет наблюдаться в непосредственной близости от береговой черты. По мере удаления от неё фронт волны постепенно выравнивается, и ошибка в определении пеленга становится незначительной.

Горный эффект[править | править вики-текст]

Сущность горного эффекта состоит в том, что электромагнитные волны, отражаясь от неровностей земной поверхности (гор, холмов), интерферируют с полем прямой волны радиостанции и искажают его.

Величина ошибок АРК, вызванная горным эффектом, зависит от высоты гор и расстояния до них, длины волны пеленгуемой радиостанции, истинной высоты полета летательного аппарата.

При высоте гор 300—1500 м ошибка сказывается на расстоянии 8—10 км от горы, при высоте гор 1500—4000 м сказывается на расстояниях 20—40 км. Например, при полете над горной долиной ниже высоты окружающих хребтов ошибка пеленгования не превышает 5° при пеленговании радиостанции, расположенной в той же долине, на расстоянии не менее 10 км от гор. В других условиях, особенно при высоте полета менее 300 м, ошибки определения КУР могут достигать величины 90°. Наибольшие ошибки наблюдаются в том случае, если летательный аппарат находится между радиостанцией и наивысшей рельефа.

За перевалом ошибки пеленгования уменьшаются, а на расстоянии 30—40 км от гор ошибка практически отсутствует. При полете в гористой местности скорость колебания стрелки указателя АРК при высоте полета 900—1200 м над горами примерно 10—20 град/с. При полете на высотах менее 300 м наблюдаются более быстрые колебания и развороты стрелки указателя на ±90°, поэтому при пилотировании существует опасность столкновения с отдельными горными вершинами.

Для повышения точности измерения КУР в горной местности используются радиоволны с более короткой длиной волны, а при полетах на высотах менее 500 м при навигации следует брать среднее показание по индикатору КУР.

Ночной эффект[править | править вики-текст]

На антенную систему радиокомпаса днём обычно воздействует только поверхностная волна с вертикальной поляризацией. С наступлением ночи поглощение радиоволн средневолнового диапазона в нижней части ионосферы снижается и сильнее проявляется ртражение от более высотных слоев, в результате чего сильнее проявляется пространственная волна. В сумерках, в течение двух часов до и после восхода (захода) солнца, стабильность ионосферы нарушается. Ночью и в сумерках, в зависимости от удаления летательного аппарата от радиостанции, на антенную систему воздействует либо сумма поверхностной и пространственной волны, либо только поверхностная волна. Все это вызывает появление поляризационных ошибок (плоскость поляризации не вертикальна).

При влиянии ночного эффекта точность пеленгования зависит от мощности и длины волны радиостанции. Чем больше мощность и длина волны, тем выше точность определения пеленга.

Наиболее интенсивно ночной эффект проявляется за 1—2 часа до восхода солнца. В эти часы ошибки в определении КУР могут достигать 30°. Ночью ошибки пеленгования составляют 10—15°. На удалении 100 км от радиостанции ночной эффект почти не сказывается на точности определения КУР радиокомпасом.

Классификация[править | править вики-текст]

По назначению и диапазону частот АРК делятся на две группы — средневолновые (навигационные) и аварийные (поисковые), работающие в УКВ (метровые волны) диапазоне[источник не указан 169 дней].

  • Средневолновые АРК предназначены для обеспечения полетов по приводным (ПРС) и широковещательным (ШРС) радиостанциям, путем непрерывного измерения КУР. Диапазоны рабочих частот средневолновых АРК от 150 кГц до 1299,5 кГц или до 1749,5 кГц, или до 1799,5 кГц.
  • Аварийные АРК применяются для вывода на аварийную УКВ радиостанцию или аварийный радиомаяк при поисково-спасательных работах. Диапазон частот поискового АРК находится в пределах 100—150 МГц.

История[править | править вики-текст]

  • 27 июля 1920 года — первое в мире применение радиокомпаса для авиационной навигации.
  • Весной 1935 года в НИИ ВВС проходил испытание радиокомпас, созданный инженером Николаем Александровичем Карбанским, в серийный выпуск этот радиокомпас не пошёл.
  • Первые советские радиокомпасы АРК-5 начали выпускаться во время Великой Отечественной войны на базе американской разработки (радиокомпас бомбардировщика B-29).


Некоторые типы радиокомпасов России и СССР[править | править вики-текст]

  • АРК-5
  • АРК-9
  • АРК-10
  • АРК-11
  • АРК-15М
  • АРК-19
  • АРК-22
  • АРК-25
  • АРК-32
  • АРК-35
  • АРК-40
  • АРК-У2 — аварийный
  • АРК-УД — аварийный

Литература и документация[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Чесноков Е. В., Андреев Н. Н. и др. Автоматические радиокомпасы вертолетов. Порядок списания и устранения радиодевиационной ошибки. Учебно-методическое пособие. — Воронеж, 2013.
  • Белавин О. В., Зерова М. В. Современные средства радионавигации — М., 1965.
  • Белавин О. В. Основы радионавигации — М.:Сов. радио, 1977.
  • Авиационное и радиоэлектронное оборудование самолёта Ан-24 — М.: Транспорт, 1975.

Нормативно-техническая документация[править | править вики-текст]

  • ГОСТ Р 50860-96 самолёты и вертолёты. Устройства антенно-фидерные связи, навигации, посадки и УВД. Общие технические требования, параметры, методы измерений.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1

Ссылки[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]