Транспортні електронні системи 1 prof F J Yanovsky

Скачать презентацию Транспортні електронні системи 1 prof F J Yanovsky

Glushko_transport.ppt

Количество слайдов: 175

ОСНОВНА НАВЧАЛЬНА ЛІТЕРАТУРА • Каяцкас А. А. Основы радиоэлектроники: Учебное пособие. – М. : Высшая школа, 1988. 465 с. • Котоусов А. С. Теоретические основы радиосистем. Радиосвязь, Радиолокация, радионавигация: Учебное пособие. – М. : Радио и связь, 2002. – 224 с. • Лёзин Ю. С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем: Учебное пособие. – М. : Радио и связь, 2002. – 280 с. • Радиотехнические системы: Учебник. Под ред. Ю. М. Казаринова. – М. : Высшая школа, 1990. – 496 с. • Яновський Ф. Й. Метеонавігаційні радіолокаційні системи повітряних суден. – К. : Видавництво НАУ, 2003. – 304 с. • Беляевский Л. С. , Новиков В. С. , Олянюк П. В. Основы радионавигации: Учебник для вузов ГА – М. : Транспорт, 1982. – 288 с. • Силяков В. А. , Красюк В. Н. Системы авиационной радиосвязи: Учебное пособие. Санкт Петербург, 2004. – 160 с. • Яновський Ф. Й. Радіолокаційні системи повітряних суден: Підручник. – К. : Видавництво НАУ, 2010 – 568 с. (здано у видавництво).

Радионавигационные системы 3

• "Радионавигация" (от радио. и навигация) раздел радиотехники, охватывающий применение радиотехнических методов и средств для вождения судов, самолетов и др. движущихся объектов. Основная задача радионавигации выбор правильного курса и определение географических координат объекта. Для решения этой задачи используют различные радионавигационные устройства(радиокомпасы, радиомаяки и др. ) и системы. 4 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Широта (параллели) формируется пересечением земной поверхности с плоскостью параллельной плоскости экватора Долгота (Меридианы) формируется пересечением земной поверхности с плоскостью содержащей земные оси. 5 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Спутниковая система навигации — комплексная электронно техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д. ) для наземных, водных и воздушных объектов. 7

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS приёмника. То есть, для определения трёхмерных координат GPS приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. 8 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

GPS (Global Positioning System) спутниковая система навигации, часто именуемая GPS. Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США. 9 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Космический сегмент системы GPS состоит из орбитальной группировки спутников, излучающих навигационные сигналы. Спутники расположены на 6 и орбитах (по 4 спутника в каждой) на высоте около 20000 км. Период обращения спутников составляет 12 часов и скорость около 3 км/c. Таким образом, за сутки, каждый спутник совершает два полных оборота вокруг Земли. Первый спутник был запущен в феврале 1978 года. 11 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

GPS спутники передают навигационные сигналы на двух частотах L 1 и L 2. «Гражданский» сигнал C/A, передаваемый на частоте L 1 (1575. 42 МГц), доступен всем пользователям, и обеспечивает точность позиционирования 3 10 метров. Высокоточный «военный» P код, передается на частотах L 1 и L 2 (1227. 60 МГц) и его точность на порядок выше «гражданского» сигнала. Использование сигнала, передаваемого на двух разных частотах, позволяет также частично компенсировать ионосферные задержки. 12 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Контрольный сегмент Наземный сегмент системы GPS состоит из 5 и контрольных станций и главной станции управления, расположенных на военных базах США – на островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесенья, на острове Диего Гарсия в Индийском океане и в Колорадо Спрингс. В задачи станций мониторинга входит прием и измерение навигационных сигналов поступающих с GPS спутников, вычисление различного рода ошибок и передача этих данных на станцию управления. Совместная обработка полученных данных позволяет вычислить отклонение траекторий спутников от заданных орбит, временные сдвиги бортовых часов и ошибки в навигационных сообщениях. Мониторинг состояния GPS спутников происходит практически непрерывно. «Загрузка» навигационных данных, состоящих из прогнозируемых орбит и поправок часов для каждого из спутников, осуществляется каждые 24 часа, в момент, когда он находится в зоне доступа станции управления. 13

Пользовательский сегмент (Аппаратура пользователей ) Под аппаратурой пользователя подразумевают навигационные приемники, которые используют сигнал со спутников GPS для вычисления текущей позиции, скорости и времени. Пользовательскую аппаратуру можно разделить на «бытовую» и «профессиональную» . Во многом этом разделение условное, так как иногда достаточно трудно определить, к какой категории следует отнести GPS приемник и какие критерии при этом использовать. 14 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Принцип действия GPS Принцип действия спутниковой GPS навигации основан на определении расстояния от текущего положения до группы спутников. Точное местоположение GPS спутников известно из данных эфемерид и альманаха, передаваемых в навигационных сообщениях. Зная расстояние до трех спутников, можно определить текущее местоположение, как точку пересечение трех окружностей. 15 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Расстояние до спутников определяется простым уравнением R = t * c, где t –время распространения радиосигнала от спутника до наблюдателя, а с – постоянная величина, равная скорости света. Соответственно, зная время, за которое сигнал дошел от спутника до GPS приемника и, умножив ее на скорость света, можно определить расстояние. prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved 16

основной полётный дисплей навигационный дисплей. 18

Спутниковый мониторинг транспорта — система мониторинга подвижных объектов, построенная на основе систем спутниковой навигации, оборудования и технологий сотовой и/или радиосвязи, вычислительной техники и цифровых карт. Принцип работы заключается в отслеживании и анализе пространственных и временных координат транспортного средства. 21 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Системы спутникового мониторинга транспорта решают следующие задачи: • мониторинг включает определение координат местоположения транспортного средства, его направления, скорости движения и других параметров; • контроль соблюдения графика движения учёт передвижения транспортных средств; • сбор статистки и оптимизация маршрутов анализ пройденных маршрутов, скоростного режима, расхода топлива транспортных средств с целью определения лучших маршрутов; • обеспечение безопасности 22 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Техническая реализация Система спутникового мониторинга транспорта включает следующие компоненты: • транспортное средство, оборудованное GPS контроллером или трекером, который получает данные от спутников и передаёт их на серверный центр мониторинга посредством GSM, CDMA или спутниковой и УКВ связи (последние два актуальны для мониторинга в местах, где отсутствует полноценное GSM покрытие). • серверный центр с программным обеспечением для приёма, хранения, обработки и анализа данных; • компьютер диспетчера, ведущего мониторинг 23 автомобилей. prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Источники ошибок GPS • Задержки ионосферы и тропосферы – Сигнал спутника проходит сквозь атмосферу. Система использует встроенную "модель", которая высчитывает среднее, но не точное, значение задержки. • Отражение сигнала – встречается, когда сигнал перед тем, как достичь приемника, отражается от таких объектов как высотные здания или горы. Это увеличивает время прохождения сигнала, вызывая тем самым ошибку. 25 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

• Ошибки часов приемника – поскольку не практично устанавливать атомные часы в приемниках GPS навигаторов, имеющиеся встроенные часы могут выдавать очень незначительные временные ошибки. • Орбитальные ошибки – также известны как "ошибки эфимериса", это неточности данных о расположении спутника. 26 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

• Количество видимых спутников – чем больше спутников может "видеть" GPS навигатор, тем выше точность. Здания, рельеф местности, электронная интерференция, иногда даже густая листва могут блокировать прием сигнала, вызывая ошибки месторасположения или полное отсутствие показаний. Чем чище обзор, тем лучше прием. GPS навигаторы не будут работать в помещении (как правило), под водой или под землей. 27 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

• В действительности, на практике все выглядит несколько сложнее, чем в теории. Это объясняется влиянием на GPS измерения различного рода ошибок. Можно выделить три категории ошибок: • Ошибки системы • Ошибки связанны с распространением навигационного сигнала • Ошибки приемной аппаратуры. 28 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Ошибки многолучевости можно одновременно отнести и к категории ошибок, связанных с распространением навигационного GPS сигнала, и к ошибкам GPS приемника. Ошибка многолучевости связана с переотражением навигационного сигнала от близкорасположенных объектов – зданий, металлических конструкций, деревьев и т. п. В результате этого эффекта время распространения отраженного сигнала превышает время «прямого» сигнала. Если уровень переотраженного сигнала выше уровня «прямого» сигнала, то происходит ошибочный «захват» , и в результате, вносится ошибка в вычисления расстояния до спутника. 30 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Увеличение точности GPS WAAS (Wide Area Augmentation System) глобальная американская система распространения дифференциальных поправок EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) европейская геостационарная служба навигационного покрытия 32 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

WAAS • Разработана в США (2002 г. ) для повышения точности позиционирования и достоверности данных навигационных GPS систем. В первую очередь предназначена для применения в авиации. Международная организация гражданской авиации именует системы такого типа Satellite Based Augmentation System (SBAS). 33 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

WAAS • Сигналы WAAS транслируются с нескольких геостационарных спутников (сигнал передается на той же частоте, что и сигнал C/A L 1 системы GPS) над территорией США, и принимаются GPS навигаторами с помощью одного или нескольких из каналов. Сигнал WAAS содержит коррекции(поправки) к GPS сигналам, используя которые GPS приемник значительно улучшает точность позиции. 34 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

EGNOS Eвропейская геостационарная служба навигационного покрытия (2009 г. ). EGNOS предназначена для улучшения работы систем GPS, ГЛОНАСС и Galileo на территории Европы и является аналогом американской системы WAAS. 36 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

EGNOS • Зона действия EGNOS охватывает всю Европу, север Африки и небольшую европейскую часть России. Также как и WAAS, система состоит из сети наземных станций, главной станции, которая аккумулирует информацию от спутников GPS, ГЛОНАСС и Galileo, и 3 ех геостационарных спутников EGNOS, через который эта информация транслируется на GPS приёмники, поддерживающие приём дифференцированных поправок. 37 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Distance Measuring Equipment (DME) Всенаправленный дальномерный радиомаяк Вид радионавигационной системы, обеспечивающей определение расстояния от наземной станции до воздушного судна. 41 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Принцип работы DME • Измеряет наклонную дальность (r) • Диапазон частот 962 1213 MHz • Принцип работы : – Самолет излучает пару сигналов – Наземная станция (DME) принимает сигналы – После короткой задержки (50 ms) наземная станция передает ответный сигнал на воздушное судно – Бортовое оборудование принимает сигнал и рассчитывает дальность согласно формуле: 42 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Всенаправленный азимутальный радиомаяк (VOR) • Всенаправленный азимутальный радиомаяк (VOR) обеспечивает выдачу информации об азимуте воздушного судна. • Радиомаяк может работать как самостоятельно, так и в составе с дальномером DME, образуя азимутально дальномерную систему ближней навигации VOR/DME. 46 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Принцип работы(VOR) VOR станции излучают два сигнала в диапазоне 108, 00 117, 95 МГц. Один сигнал всенаправленный, другой пробегает круг в 360 градусов узким лучом (как луч маяка). В результате получается диаграмма излучения в виде 360 лучей (один луч через каждый градус окружности). Эти лучи называются ВОР Радиалами (VOR Radials). VOR оборудование на борту самолета может определить, на каком из радиалов известной станции находится самолет. Упрощённо можно представить VOR как радиомаяк, излучающий в каждом направлении свой индивидуальный сигнал. 47 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Всенаправленный азимутальный радиомаяк (VOR) • Данные с двух станций VOR, или сочетание информации VOR с данными DME позволяет однозначно определить положение самолета. 50 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Всенаправленный азимутальный радиомаяк (VOR) • Маяки VOR выпускаются в двух вариантах: • категория A (c дальностью действия около 370 км при высоте полёта 8 10 км для обеспечения полётов по воздушным трассам); • категория B (с дальностью действия около 40 км для обслуживания района аэродрома). 51 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Всенаправленный азимутальный радиомаяк (VOR) • Из отечественного оборудования, аналогом системы VOR/DME можно назвать РСБН (радиосистема ближней навигации), функциональное назначение которой в общем случае такое же определение дальности и азимута. Однако, для решения дополнительных навигационных задач (большей частью военных), РСБН построена на других принципах и требует установки на борту совершенно иного оборудования. 52 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Приводная радиостанция (ПРС), NDB (Non Directional Beacon) • представляет собой радиомаяк, излучающий радиосигнал во все стороны. • Могут быть установлены отдельно в качестве ОПРС (отдельная приводная радиостанция) — как правило на воздушных трассах, либо в составе наземного радионавигационного оборудования в районе аэродрома в составе оборудования системы посадки 53 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Приводная радиостанция NDB • На борту самолета установлен АРК (Автоматический Радиокомпас) ADF (Automatic Direction Finder). На приборе расположена единственная длинная стрелка, которая показывает направление на радиостанцию. Она работает аналогично магнитной стрелке компаса. 54 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Приводная радиостанция NDB • Дальность действия: дальней приводной радиостанции (ДПРС) 120 150 км ближней приводной радиостанции (БПРС) 50 км • Диапазон рабочих частот 200 КГц 1700 КГц • Погрешность системы: max ± 70 56 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

ILS радионавигационная система обеспечения захода на посадку по приборам. Глиссада (фр. glissade — «скольжение» ) — траектория полёта летательного аппарата, по которой он снижается непосредственно перед посадкой (в идеальном случае гипербола). Угол наклона глиссады — угол между плоскостью глиссады и горизонтальной плоскостью. Обычно находится в пределах 2°— 4, 5°. 59 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Компоненты ILS • Курсовой радиомаяк (КРМ) • Глиссадный радиомаяк (ГРМ) • Маркерные радиомаяки Дальний маркерный маяк - Ближний маркерный маяк - Внутренний маркерный маяк 60 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Курсовой радиомаяк (КРМ) • Антенная система КРМ представляет собой многоэлементную антенную решётку, состоящую из линейного ряда направленных антенн с горизонтальной поляризацией. • КРМ размещают за пределами ВПП на продолжении её осевой линии. • Его антенная система формирует в пространстве одновременно две горизонтальных диаграммы излучения. 61 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Глиссадный радиомаяк (ГРМ) • Антенная система ГРМ представляет собой решётку из разнесенных по высоте направленных антенн с вертикальной поляризацией. • ГРМ размещают на расстоянии 120— 180 м с боку от оси ВПП напротив зоны приземления. • Его антенная система формирует в пространстве одновременно две вертикальных диаграммы излучения 63 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Глиссадный радиомаяк (ГРМ) стрелка прибора показывает положение выше/ниже глиссады. Глиссада 64 ВПП

ILS • Дальний маркерный радиомаяк устанавливается в точке конечного этапа захода на посадку. • Ближний маркерный радиомаяк устанавливается в точке, где высота глиссады, обычно, равна высоте принятия решения. • Внутренний маркерный радиомаяк используется редко, устанавливается для дополнительного сигнала о проходе над торцом ВПП. 66 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Категории ILS • Категория I (CAT I) высота принятия решения не ниже 61 м. видимость ~ 800 м • Категория II (CAT II) высота принятия решения 61 м – 30 м. видимость ~ 300 м • Категория III (CAT III): Категория III А - высота принятия решения ниже 30 м, или отсутствует. видимость ~ 250 м Категория III В - высота принятия решения ниже 15 м, или отсутствует. видимость ~ 50 250 м. Категория III С - высота принятия решения отсутствует. видимость 0 м. 68 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

ILS Рабочий диапазон частот КГС: • курсовой канал 108. 00 112. 00 МГц; • канал глиссады 329. 15 335. 00 МГц; • Маркерные радиомаяки 75 МГц; Дальность действия: • по курсовому каналу не менее 46 км • по каналу глиссады 18, 5 км 69 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

• Радиосвязь — разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве. • Системы радиосвязи гражданской авиации (ГА) являются составной частью автоматизированных систем управления воздушным движением (АС УВД), используются в производственной, технологической и коммерческой деятельности авиапредприятий и их служб. 72 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

• Системы радиосвязи предназначены для передачи и приема информации с помощью радиосигналов по линии связи пространственно разнесенных передающем и приемном устройствах. Информация, выраженная в определенной форме, представляет собой сообщение, которое подлежит передаче на расстояние. 73 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Для передачи сообщений осуществляют их преобразование в электрические сигналы с помощью устройств формирования первичных сигналов (УФПС). Первичные сигналы подаются на вход радиопередающего устройства, включающего модулятор, возбудитель и антенно фидерное устройство (АФУ), которое осуществляет передачу сообщений с помощью радиосигналов по линии связи. В радиоприемном устройстве принятый антенной радиосигнал усиливается и фильтруется в линейном тракте, осуществляется его демодуляция для выделения первичного электрического сигнала, который используется для восстановления сообщения с помощью устройства восстановления сообщения (УВПС). Часто приемные и передающие устройства объединяют. Их комбинация образует радиостанцию (РС). 75 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Модуляцией называется процесс изменения параметров радиочастотного колебания в соответствии с изменением информационного параметра первичного сигнала (сообщения). Немодулированный гармонический сигнал (переносчик информации) называется несущей. Возможны три основных вида модуляции гармонической несущей: амплитудная (АМ) частотная (ЧМ) фазовая (ФМ) 76 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Классификация электромагнитных колебаний Наибольшую практическую роль в системах связи гражданской авиации играют КВ и УКВ (№ 8 12) диапазоны, использование которых обеспечивает необходимую дальность и надеж ность радиосвязи. 80 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Категорії авіаційного зв'язку 1) види зв'язку, які стосуються забезпечення безпеки польотів і повинні відповідати вимогам високої ціліс ності та продуктивності: • зв 'язок для цілей ОПР (ATSC - ATS Communications), який здійснюється органом(ами) ОПР і повітряними суднами для забезпечення КПР, передавання польотної інформації, попереджувальних повідомлень, тощо; • зв'язок для авіаційного оперативного контролю (АОК) (АОС Aeronautical Operation Control), який здійснюється експлуатантами повітряних суден для вирішення питань, пов'язаних з безпекою, регулярністю та ефективністю польотів; ОПР – Обслуговування Повітряного Руху (ATS Air Traffic Service) КПР – Керування Повітряним Рухом (ATC Air Traffic Control) 81 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Категорії авіаційного зв'язку 2) види зв'язку, які не стосуються (безпосередньо) забезпечення безпеки польотів: • авіаційний адміністративний зв'язок (ААС - Aeronautical Administrative Communication), який здійснюється авіаційним персоналом і/або авіаційними організаціями для вирішення адміністративних і приватних питань ; • авіаційний зв'язок для пасажирів (APC - Aeronautical Passenger Communication) 82 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Діапазони частот авіаційного зв'язку • аварійні частоти: Частота 2, 182 МГц є міжнародною аварійною частотою для радіотелефонії, яка може використовуватися для такої цілі морськими суднами, ПС і станціями рятувальних засобів, які використовують частоти у затвердженому діапазоні 1605 4000 к. Гц при запиті допомоги від морської служби, а також може використовуватися для зв'язку між ПС і станціями морської рухомої служби. Смуга частот 406, 1 МГц використовується виключно супутниковими аварійними радіомаяками для позначення місцезнаходження при веденні передач "земля космос“. Для станцій рятувальних засобів передбачаються частоти 500 8, 364 2, 182 121, 5 і 243 МГц; Для своєчасного надання допомоги ПС, які зазнають лиха, в аеропортах ведеться цілодобове прослуховування диспетчерами КПР радіоконалу на частоті 121, 5 МГц. 85 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Діапазони частот авіаційного зв'язку • частоти авіаційної рухомої (маршрутної) служби (AM(R)S - Aeronautical Mobile (Route) Service): 2, 8 22 МГц (довжина хвилі 107, 1 13, 6 м) для ВЧ зв'язку, тобто зв'язку у частині діапазону високих частот (HF - High Frequency), для ВЧ зв'язку використовується верхня бічна смуга при односмуговій амплітудній модуляції (AM/SSB - Amplitude Modulation /Single Side Band) (радіотелефонія). 117, 975 137 МГц (довжина хвилі 2, 54 2, 19 м) для ДВЧ зв'язку, тобто зв'язку у частині діапазону дуже високих частот (VHF - Very High Frequency), для ДВЧ зв'язку також використовується амплітудна модуляція (радіотелефонія). 86 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Значення ДВЧ зв'язку Мовний ДВЧ зв'язок на сьогодні використовується для цілей ОПР у межах дальності прямої видимості. Головне використання ДВЧ зв'язку пряме голосове сполучення "диспетчер пілот", а також польотно інформаційне обслуговування (метеодані, ATIS). Висока експлуатаційна надійність цього зв'язку, а також наявність каналів з інтервалами у 25 КГц роблять ДВЧ зв'язок головним видом зв'язку, який забезпечує безпеку польотів у багатьох континентальних диспетчерських районах, незважаючи на те, що у ряді країн частішають випадки завад, викликаних комерційними радіоперєдачами з частотною модуляцією (FM - Frequency Modulation). 87 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

ДВЧ радіозв'язок (VHF). Дальність зв'язку • Поширення хвиль у межах прямої видимості R Висота наземної антени If h 2=1000 m, R 120 130 km Висота бортової антени If h 2=10000 m, R 350 400 km

Значення ДВЧ зв'язку притаманні такі недоліки: • переповнення ДВЧ діапазону у районах з інтенсивним повітряним рухом внаслідок великої кількості секторів; покриття у межах сектору забезпечується встановлен ням декількох ДВЧ радіостанцій, які використовують загальну частоту; брак покриття у віддалених та океанічних районах; • переповнення ДВЧ діапазону викликає високий рівень завад і переповнення каналів; основні проблеми зв'язку зумовлені недоліками голосового спілкування (низька розбірливість і велика тривалість зв'язку); • проблеми зв'язку, зумовлені людським фактором; рівень знання мови та акцент; можливість помилок при передаванні та сприйнятті; високе навантаження дис петчера. 89 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Польотно інформаційне обслуговування (FIS Flight Information Service) Прикладний процес FIS дозволяє пілотові запитувати і отримувати послуги FIS від наземних систем FIS шляхом обміну повідомленнями між бортовим обладнанням і наземними системами FIS. На вимогу пілота можуть бути встановлені два типи контрактів: • Fl. S-контракт-на-вимогу (FIS-demand-contract). коли наземна система FIS передає інформацію негайно і тільки один раз; ця функція дозволяє борговій і наземній FIS системам встановити контракт на вимогу, в результаті якої наземна система надсилає єдине FIS донесення на борт ПС, можливо, після надсилання по зитивного підтвердження (приміром, якщо має місце затримка в отриманні інформації): декілька FIS контрактів на вимогу можуть встановлюватися одночасно з наземним FIS сервером; • FIS-контракт-оновлення (FIS-update-contract), коли наземна система FTS передає поточну інформацію і будь які подальші зміни цієї інформації. 90 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Польотно інформаційне обслуговування (FIS Flight Information Service) Прикладний процес "почьотно інформаційпе обслуговування по лініях передавання даних" (D FIS Data Link FIS) може підтримувати такі послуги: • автоматичне аеродромне інформаційне обслуговування (ATIS Automatic Terminal Information Service); • авіаційну службу подання зведень про поточний стан погоди (METAR Aviation Routine Weather Report Service /Actual Report); • радіомовну дорадчу послугу "істотні погодні дані" (SIGMET Significant Meteorological Information); • обслуговування "погода в районі аеродрому" (TWS Terminal Weather Service); • дорадче обслуговування "зсуву вітру" (WAS — Wind Advisory Service); • сповіщення пілотам/авіаспеціалістам (NOTAM Notice To Airmen); • прогноз в районі аеродрому (TAF Airdrome Forecast Service) • дальність видимості на ЗПС (RVR Runway Visual Range). 91 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

FIS ATIS • Назва аер. VOLMET meteorological information for aircraft in flight • Місцевий час • Дані по ILS • Дані щодо ЗПС • Дані по вітру Airport 1 • Температуру • Особливі метеоявища (гроза, шквал…) тощо. Airport 3 Airport 2 Airport 4 Дані по конкретному аеропорту, діапазон ДВЧ Дані по декільком аеропортам, діапазон ВЧ.

Значення ВЧ зв'язку ВЧ середовище використовувалося з перших днів існування авіації для забезпечення A/G зв'язку. До впровадження супутникових технологій ВЧ діапазон був єдиним середовищем дальнього зв'язку і використовувався у військовій і цивільній авіації. Незважаючи на не дуже високу надійність, ВЧ зв'язок був єдиним наявним режимом зв'язку над океанічними регіонами. З розвитком технологій обробки цифрових сигналів (DSP - Digital Signal Processing) стало можливим створювати ВЧ канал цифрового зв'язку (HFDL). Головне призначення ВЧ зв'язку пряме голосове спілкування у віддалених та океанічних районах. Рухомі служби ВЧ зв'язку являються єдиними активно задіяними на сьогодні для здійснення "загоризонтного" (тисячі кілометрів) зв'язку, тобто за межами прямої видимості. 93 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

ВЧ радіозв'язок (HF). Дальність зв'язку Короткі хвилі (ВЧ діапазон) відбиваються від іоносфери з малими втратами. Тому, шляхом багаторазового відбиття від іоносфери й поверхні Землі, вони можуть поширюватися на значні відстані. Якість прийому при цьому залежить від різних процесів в іоносфері, пов'язаних з рівнем сонячної активності, порою року й часом доби. 94 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Значення ВЧ зв'язку Недоліки ВЧ зв'язку: • умови розповсюдження хвиль у ВЧ діапазоні безперервно змінюються і залежать від багатьох факторів (часу доби, сонячної активності, несучої частоти, тощо); • розповсюдження сигналів у ВЧ діапазоні суттєво залежить від значення частоти, тому необхідно регулярно здійснювати вибір оптимальної частоти; • особливості розповсюдження сигналу у ВЧ діапазоні визначають багато специфічних завад; • ВЧ зв’язок визнаний як зв'язок низької якості внаслідок нестабільності каналу зв'язку та високого рівня шуму і тому, зазвичай, здійснюється через радіооператора; • проблеми зв'язку, зумовлені людським фактором: рівень знання мови та акцент, можливість помилок при передаванні і розумінні. 95 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Служба авіаційного рухомого супутникового зв'язку Радянський Супутник 1 був першим штучним супутником, запущеним на орбіту навколо Землі 4 жовтня 1957 р. CIIIA запустили свій перший штучний супутник (Explorer I) 31 січня 1958 p. Демонстрація життєздатності двоточкового зв'язку через телекомунікаційний супутник сприяла створенню всесвітньої системи супутникового зв'язку. Однак, через побоювання значних комерційних ризиків, була створена міжнародна організація для керування новою супутниковою системою. Так, Intelsat була створена у 1964 р. на тимчасовій основі сумісно одинадцятьма державами. У 1973 р. тимчасова угода була замінена постійнодіючою. 96 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Служба авіаційного рухомого супутникового зв'язку Перший супутник зв'язку Intelsat було названо (Early Bird) (INTELSAT I F 1), квітень 1965 р. . Він підтримував в еквіваленті 240 каналів голосового зв'язку або 1 TV канал. Для порівняння, Intelsat VI, який працював через 20 років, забезпечував 120000 телефонних каналів плюс 3 TV канали. Міжнародна морська супутникова організація (INMARSAT International Maritime Satellite Organization), заснована у 1976 p. , базується у Лондоні і призначена для забезпечення супутникового зв'язку в інтересах морської спільноти. З тих пір вона поширила коло своєї діяльності і зараз забезпечує рухомий зв'язок також авіаційним і наземним користувачам. INMARSAT забезпечує повітряні судна безперервним двобічним цифровим передаванням даних і голосу. 97 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Служба авіаційного рухомого супутникового зв'язку Послуги супутникового зв'язку можуть бути згруповані у три загальні категорії за типом земної станції, яка використовується для отримання сигналу. Фіксовані супутникові служби (FSS - Fixed Satellite Services) використовують земні станції незмінного місцезнаходження для отримання і передавання супутникових сигналів. Вони підтримують більшість комерційних застосувань. Рухомі супутникові служби (MSS - Mobile Satellite Services) використовують різноманітні транспортабельні прийомопередавальні блоки для надання послуг зв'язку рухомим сухопутним, морським і авіаційним клієнтам. Радіомовні супутникові служби (BSS - Broadcast Satellite Services) застосовують малі, недорогі термінали, які налаштовані тільки на прийом і можуть бути або фіксованими або рухомими. 98 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

EARTH STATION ANTENNAS • Parabolic and offset antennas • Azimuth and elevation of the antenna

Передвижные базовые станции мобильной связи предназначенные для обеспечения мобильной связи в чрезвычайных ситуациях или в условиях временного массового скопления людей (например, на стадионе, на концерте, на митинге). 105 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved prof. F. J. Yanovsky - rights reserved

Мобильная Спутниковая Телефония INMARSAT Телефонные соединения INMARSAT Центральная Станция

INMARSAT удобства ØТелефонная и факсимильная связь, передача данных в целом мире ØНеограниченные территориальные диапазоны ØВысокая устойчивость оборудования к атмосферным условиям ØШирокий спектр оборудования – легкость приспособления к индивидуальным потребностям ØВысокое качество телефонных соединений ØНизкая стоимость соединений – от 2, 75 долларов США за минуту телефонного соединения ØНемедленная активация

Орбіти супутників зв 'язку Орбіти характеризуються наступними параметрами: 1) нахилом площини орбіти до площини екватора Землі, екваторіальні орбіти (кут нахилу дорівнює нулю), полярні орбіти (кут нахилу дорівнює дев'яносто градусів) похилі орбіти (будь який інший кут нахилу); 2)формою орбіти (кругова або еліптична); 3)висотою орбіти над поверхнею Землі. 118 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

• • Висоти орбіт над поверхнею Землі. (LEO) Low Earth Orbit (низька навколоземна орбіта) 500 km < Н < 2 000 km (MEO) Medium Earth Orbit (середня навколоземна орбіта) 2000 km < Н < 35 768 km (GEO) Geostationary Earth Orbit (геостаціонарна орбіта) Н=35786 км (HEO) High Earth Orbit (висока навколоземна орбіта) Н > 35 768 km “(HEO) Highly Elliptical Orbit (високо еліптична орбіта)” 119 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

IRIDIUM INMARSAT (GEO) GPS (LEO) Low Earth Orbit (низька навколоземна орбіта) (MEO) Medium Earth Orbit (середня навколоземна орбіта) 120

Зони супутникового покриття Область поверхні землі, яка покривається променем супутникового передавання, зветься "зоною покриття" супутникових прийомопередавачів 123 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Архітектура супутникових систем зв'язку Супутник зв IP Phone ку 'яз зв нія Лі VSAT Лі 'яз ку GES Satellite modem Термінал LAN Switch VSAT IP Phone Satellite modem LAN Switch

Архітектура супутникових систем зв'язку Супутник це космічний сегмент системи, який складається з декількох окремих підсистем, а саме підсистем: • Зв'язку, • Енергоживлення • Орієнтації • Підсистеми телеметричного контролю, • Керування і вимірювання відстані • Теплового контролю • Керування прискорювачами пересування. 126 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Архітектура супутникових систем зв'язку • Підсистема зв'язку забезпечує супутникові приймально передавальне покриття і містить прийомопередавач (repeater), який, у свою чергу, складається з приймально передавальної антени для сприйняття сигналів від наземної або рухомої станції і передавання сигналів "униз" в операційному діапазоні частот. Слід зазначити, що антена також використовується для лінії сигналів підсистеми телеметричного контролю, керування і вимірювання відстані. Первинне призначення супутника ретранслювати електронні сигнали. • Підсистема телеметричного контролю, керування і вимірювання відстані безперервно контролює усі супутникові підсистеми і передає на землю інформацію про стан системи. 127 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Архітектура супутникових систем зв'язку • Підсистема позиціонування призначена для точного розташування супутника і спрямування антени, а також для керування маневрами супутника при зміні орбіти і протягом утримання станції. • Супутник виробляє електроенергію за допомогою панелей сонячних елементів. Геостаціонарні супутники періодично зазнають сонячних затемнень і тому під час затемнень використовуються також батареї, які, у свою чергу, перезаряджаються від сонячних елементів при виході з зони затемнення. • Підсистема теплового контролю підтримує охолодження активних елементів супутника для їх правильною функціонування. Тепло переспрямовується у простір і, таким чином, не впливає на роботу обладнання. 128 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

INTELSAT 1002 • • Weight 3870 kg On orbit – August 2004 Lifetime of the satellite – approx. 17 years Transponder in KU band: – 3 x 72 MHz – 4 x 112 MHz 45 m

Архітектура супутникових систем зв'язку Наземна станція (GES Ground Earth Station) це фіксована радіостанція яка зв'язується з терміналом (користувачем) через супутник і забезпечує з'єднання між супутниковою системою і мережами наземного базування. Термінал це фіксована або рухома наземна станція, здатна зв'язуватися з GES через супутник, яка взаємодіє з іншими комп'ютеризованими системами. Video GES Satellite network PC LAN 10/100 Mbps Ethernet Switch VSAT antenna 10/100 Ethernet Satellite modem IP Phones 130 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

RADAR = RAdio Detection And Ranging радиообнаружение и дальнометрия Радиолокация — область науки и техники, объединяющая методы и средства обнаружения, измерения координат, а также определение свойств и характеристик различных объектов, основанных на использовании радиоволн. Излученный сигнал Передатчик Приемник эхо сигнал Цель Расстояние до цели (R) 137 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Классификация РЛС • По характеру носителя (Наземные, бортовые, «космические» , или морские РЛС) • По взаимодействию с целью (активные, пассивные; первичные, вторичные) • По диапазону частот (A, B, … , L, M) • По типу антенны (зеркальная антенна, многовибраторная антенна, щелевая антенна, итд. ) • По форме ЕМ волны (импульсные, гармонические волны) 139 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Взаимодействие с целью T Передаем излучение Передатчик Приемник Принимаем сигнал РЛС собственное излучение A Активная Первичная Передаем излучение Приемник Пассивная A Вторичная эхо сигнал A Приемник T = Transponder T Передатчик T Запрос Ответ Передатчик Приемник A 142 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Передатчик (передающее устройство) является источником электромагнитного сигнала высокой мощности. В зависимости от конструкции, передатчик работает либо в импульсном режиме, формируя повторяющиеся короткие мощные электромагнитные импульсы, либо излучает непрерывный электромагнитный сигнал. Антенна выполняет фокусировку сигнала передатчика и формирование диаграммы направленности, а также приём отражённого от цели сигнала и передачу этого сигнала в приёмник. В зависимости от реализации приём отражённого сигнала может осуществляться либо той же самой антенной, либо другой, которая иногда может располагаться на значительном расстоянии от передающего устройства. В случае, если передача и приём совмещены в одной антенне, эти два действия выполняются поочерёдно. Приёмник (приёмное устройство) выполняет усиление и обработку принятого сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на лучевую трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением антенны. 143 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Форма волны РЛС непрерывного излучения Немодулированный сигнал Модулированный (FM) частота повторения импульса (ЧПИ) Pulse Repetition Frequency(PRF) импульсная РЛС низкой ЧПИ РЛС высокой ЧПИ РЛС средней ЧПИ IPP – Inter Pulse Period 144 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

РЛС непрерывного излучения используются для определения радиальной скорости движущегося объекта (использует эффект Допплера). Отдельные антенны для приема и передачи сигналов. РЛС низкой ЧПИ используются для определения дальности до объекта РЛС высокой ЧПИ используются для определения скорости цели. 145 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Применение радиолокации Военное дистанционное зондирование, Другое Стыковка на орбите Посадка на Луну. Большие наземные РЛС используются для обнаружения и отслеживание траектории движения ИСЗ и других объектов. Радиоастрономия дистанционное зондирование атмосферы (гроза, дождь, град, турбулентность) бортовая РЛС обнаружения воздушных целей Применение РЛС Космическое управление воздушным движением (УВД) РЛС обзора воздушного пространства аэродромная обзорная РЛС Морское деятельность правоохранительных Органов (ГАИ) Безопасность полетов Навигация Радиовысотомер TCAS – Traffic Alert Collision prof. Avoidance System. F. J. Yanovsky - all rights reserved метеорологическая РЛС управления воздушным движением 146

Spaceborne L Band SAR system (23 cm) Shuttle doors closed Shuttle doors open, showing SIR C/X SAR antenna Long Valley region of East Central California acquired by SIR CIX SAR Interferometer (L Band, 23 cm) Pictures and image from NASA/Jet Propulsion Laboratory prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved 151

S Band Radars (10 cm) Most ground and ship based medium range radars operate in the S band. The Airport Surveillance Radar (ASR) used for ATC Ship based U. S. Navy AEGIS multifunction phased array radar. DARR System TARA System 152 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

S Band Radars (10 cm) The Airborne Warning And Control System (AWACS) Самолётная система дальнего радиолокационного обнаружения и предупреждения and the National Weather Service Next Generation Doppler Weather Radar (NEXRAD) are also S band radars. 153 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Ku Band (2 cm) The higher frequency bands (Ku, K, and Ka) suffer severe weather and atmospheric attenuation. Therefore, radars utilizing these frequency bands are limited to short range applications, such as the police traffic radars, short range terrain avoidance, and terrain following radars. Lynx Ku band SAR installed on a General Atomics I GNAT unmanned aerial vehicle. The radar operates with a center frequency of about 16. 7 GHz 156 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Вторичная радиолокация Передатчик — служит для излучения импульсов запроса в антенну на частоте 1030 МГц Антенна — служит для излучения и приёма отражённого сигнала. По стандартам ICAO для вторичной радиолокации антенна излучает на частоте 1030 МГц и принимает на частоте 1090 МГц. Приёмник — служит для приёма импульсов на частоте 1090 МГц. 161 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Вторичная радиолокация Транспондер (transponder) — это приёмопередающее устройство, посылающее сигнал в ответ на принятый сигнал. Для идентификации диспетчером воздушного судна используются транспондеры, установленные на борту самолета, которые отвечают на запрос вторичного локатора диспетчерской службы. Режим А – кроме идентификации выдает аварийные сообщения (авария или другая ситуация на борту, захват самолета…. ) Режим С – дополнительно выдает высоту полета ЛА. Режим S – дополнительно передает в эфир: бортовой номер, позывной, заводской номер транспондера, высота полета ВС, скорость и GPS координаты. 162 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Пассивная радиолокация основана на приёме собственного излучения объекта Stormscope Как правило, идет измерение электрической Е и Н магнитной составляющих излучения молнии. Goodrich WX 500 Goodrich WX 1000 163 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Эффект Доплера изменение частоты, регистрируемой приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника. частота зондирующего сигнала РЛС частота принимаемого (отраженного от цели) сигнала Частота Доплера скорость цели Частота волны, отражённой от приближающегося объекта (υ отрицательная), увеличивается. От уходящего объекта (υ положительная)— уменьшается. prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved 164

TCAS Traffic Collision Avoidance System Система предупреждения столкновения самолетов в воздухе Система самолёта, предназначенная для уменьшения риска столкновения воздушных судов. Система обозревает пространство вокруг воздушного судна, обнаруживая другие суда, оборудованные ответчиком системы TCAS. В случае возникновения риска столкновения, система предупреждает об этом пилотов. 165 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

TCAS Ограничения TCAS: 1. TCAS может выдать указания только по вертикальному эшелонированию. 2. Система управления воздушным движением не получает указаний, выданных TCAS судам. 3. Для эффективной работы TCAS необходимо, чтобы этой системой были оснащены все самолеты, так как самолеты обнаруживают друга по ответчикам. Версии TCAS: TCAS I (Могут выдавать предупреждение "Traffic Advisory") TCAS II (указания “Resolution Advisory” descend, climb… etc. ) TCAS III (Дополнение горизонтальными маневрами) 167 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved

Метео РЛС для Авиации • Прогнозирование гроз, ураганов • Обнаружения зон турбулентности • Распознавание града • Распознавание торнадо • Обнаружение сдвигов ветра 175 prof. F. J. Yanovsky - all rights reserved