Távolságmérő berendezések (repülés) - Distance measuring equipment (aviation)
A repülés , távolság mérő berendezés ( DME ) egy rádiónavigációs technológia, amely méri a ferdetávolság (távolság) között egy repülőgép és a földi állomás által időzítése késleltetési rádiójelek frekvenciasávban között 960 és 1215 megahertzes (MHz). Szükséges a látómező a repülőgép és a földi állomás között. Egy lekérdező (levegőben) cserét kezdeményez azáltal, hogy impulzuspárt továbbít egy hozzárendelt „csatornán” a transzponder földi állomására. A csatorna hozzárendelés határozza meg a vivőfrekvenciát és az impulzusok közötti távolságot. Ismert késleltetés után a transzponder válaszol, és impulzuspárt küld a frekvencián, amely 63 MHz -rel eltolódik a lekérdezési frekvenciától, és meghatározott elkülönítéssel rendelkezik.
A DME rendszereket világszerte használják, a Nemzetközi Polgári Repülési Szervezet (ICAO), az RTCA, az Európai Unió Repülésbiztonsági Ügynöksége (EASA) és más szervek által meghatározott szabványok alapján. Egyes országok megkövetelik, hogy a műszerrepülési szabályok (IFR) szerint üzemelő légi járműveket DME lekérdezővel kell felszerelni; más esetekben a DME lekérdező csak bizonyos műveletek végrehajtásához szükséges.
Míg az önálló DME transzponderek megengedettek, a DME-transzpondereket általában azimut irányító rendszerrel párosítják, hogy a repülőgépek kétdimenziós navigációs képességgel rendelkezzenek. Gyakori kombináció a DME , amelyet egyetlen földi állomáson VHF körirányú (VOR) távadóval helyeznek el . Amikor ez megtörténik, a VOR és a DME berendezés frekvenciája párosítva van. Egy ilyen konfiguráció lehetővé teszi a repülőgép számára, hogy meghatározza azimutszögét és az állomástól való távolságát. A VORTAC (a VOR együtt van a TACAN ) telepítése ugyanolyan lehetőségeket polgári repülőgépek, hanem gondoskodik a 2-D navigációs képességek katonai repülőgépek.
Az alacsony teljesítményű DME transzponderek bizonyos műszerleszállító rendszer (ILS), ILS lokalizátor és mikrohullámú leszállórendszer (MLS) berendezésekhez is kapcsolódnak. Ilyen esetekben a DME transzponder frekvencia/impulzus térköz is párosítva van az ILS, LOC vagy MLS frekvenciával.
Az ICAO a DME átvitelt ultra magas frekvenciájú (UHF) jellemzi. Az L-sáv kifejezést is használják.
Az Ausztráliában kifejlesztett DME -t James "Gerry" Gerrand találta ki Edward George "Taffy" Bowen felügyelete alatt, miközben a Commonwealth Tudományos és Ipari Kutató Szervezet (CSIRO) Radiofizikai Osztályának vezetőjeként dolgozott . A rendszer egy másik tervezett változatát az Amalgamated Wireless Australasia Limited telepítette az 1950 -es évek elején, 200 MHz -es VHF sávban. Ezt az ausztrál hazai változatot a Szövetségi Polgári Repülési Minisztérium DME (D) (vagy DME Domestic) néven említette, a későbbi nemzetközi változatot pedig az ICAO DME (I) néven fogadta el .
A DME elvileg hasonló a másodlagos radar -távolságmérési funkcióhoz, kivéve, ha a berendezések szerepe a repülőgépben és a földön megfordul. A DME egy háború utáni fejlesztés volt, amely a második világháború azonosító barátja vagy ellensége (IFF) rendszerein alapult . A kompatibilitás fenntartása érdekében a DME funkcionálisan azonos a TACAN távolságmérő összetevőjével.
Művelet
Első iterációjában a DME-vel felszerelt repülőgép a berendezés segítségével meghatározta és megjelenítette a szárazföldi transzpondertől való távolságát impulzuspárok küldésével és fogadásával. A földi állomások jellemzően VOR -okkal vagy VORTAC -okkal vannak elhelyezve. Az alacsony fogyasztású DME-t ILL-vel vagy MLS-sel lehet kollokálni, ahol pontos távolságot biztosít a touchdownhoz, hasonlóan ahhoz, amit az ILS jelzőfények egyébként biztosítanak (és sok esetben lehetővé teszi az utóbbi eltávolítását).
A DME -k újabb szerepe a DME/DME területi navigáció (RNAV). A DME VOR -hoz képest általánosan jobb pontossága miatt a két DME -t használó navigáció (trilateration/distance) lehetővé teszi a műveleteket, amelyek a VOR/DME -vel történő navigációt (azimut/távolság használatával) nem teszik lehetővé. Ez azonban megköveteli, hogy a repülőgép rendelkezzen RNAV képességekkel, és bizonyos műveletekhez inerciális referenciaegység is szükséges.
Egy útközben vagy terminálon történő navigációhoz használt tipikus DME földi transzponder 1 kW csúcsimpulzus kimenettel rendelkezik a hozzárendelt UHF csatornán.
Hardver
A DME rendszer egy UHF (L-sáv) adó/vevő (lekérdező) a repülőgépben és egy UHF (L-sáv) vevő/adó ( transzponder ) a földön.
Időzítés
Keresési mód
150 kihallgató impulzuspár másodpercenként. A repülőgép impulzuspárokkal (lekérdezésekkel) kérdezi le a földi transzpondert, és pontos időkésés után (jellemzően 50 mikroszekundum) a földi állomás azonos impulzuspárokkal válaszol. A repülőgép DME-vevője válaszimpulzus-párokat (X-mód = 12 mikroszekundumos távolság) keres a megfelelő intervallummal és válaszmintával az eredeti lekérdezési mintához. (Azokat a pulzuspárokat, amelyek nem esnek egybe az egyes repülőgépek lekérdezési mintájával, pl. Nem szinkron, töltőimpulzus -pároknak vagy csillogónak nevezzük . Más, ezért nem szinkron repülőgépekre adott válaszok szintén pislogóként jelennek meg.)
Nyomkövetési mód
Kevesebb, mint 30 lekérdezési impulzuspár másodpercenként, mivel a SEARCH és TRACK impulzusok átlagos száma másodpercenként legfeljebb 30 impulzuspárra korlátozódik. A repülőgép -lekérdező lezárja a DME földi állomását, amint felismeri, hogy egy adott válaszimpulzus -sorozat ugyanazzal a távolsággal rendelkezik, mint az eredeti lekérdezési sorozat. Miután a vevőegység be van kapcsolva, keskenyebb ablakkal rendelkezik, ahol a visszhangokat keresheti, és megtarthatja a zárat.
Távolságszámítás
Egy rádiójel körülbelül 12,36 mikroszekundumot vesz igénybe, hogy 1 tengeri mérföldet (1852 m) elérjen a célig és vissza. A lekérdezés és a válasz közötti időkülönbséget, mínusz az 50 mikroszekundumos földi transzponder késleltetést és a válaszimpulzusok impulzusszélességét (12 mikroszekundum X módban és 30 mikroszekundum Y módban), a lekérdező időzítő áramköre méri, és távolságméréssé alakítja át ( ferde tartomány ), tengeri mérföldben, majd megjelenik a pilótafülke DME kijelzőjén.
A távolságképletet, távolság = sebesség * idő , a DME vevő használja a DME földi állomástól való távolság kiszámításához. A számítás sebessége a rádióimpulzus sebessége, ami a fénysebesség (nagyjából 300 000 000 m/s vagy 186 000 mi/s ). A számítási idő (teljes idő-50µs-impulzus szélességű válaszimpulzus)/2 .
Pontosság
A DME földi állomások pontossága 185 m (± 0,1 nmi ). Fontos megérteni, hogy a DME biztosítja a fizikai távolságot a repülőgép antennája és a DME transzponder antenna között. Ezt a távolságot gyakran „ferde tartománynak” nevezik, és trigonometrikusan függ a repülőgép transzponder feletti magasságától, valamint a köztük lévő talajtól.
Például egy repülőgép közvetlenül a DME állomás felett 6076 láb (1 nmi) tengerszint feletti magasságban továbbra is 1,9 km -t mutat a DME leolvasáson. A repülőgép technikailag egy mérföldnyire van, csak egy mérföldnyire felfelé. A ferde hatótávolság hibája a legmagasabb a magasságban, amikor a DME állomás közelében van.
A rádiónavigációs segédeszközöknek meg kell őrizniük a nemzetközi szabványok, az FAA, az EASA , az ICAO stb. Által meghatározott bizonyos fokú pontosságot . Ennek biztosítása érdekében a repülés-ellenőrző szervezetek rendszeresen ellenőrzik a kritikus paramétereket megfelelően felszerelt repülőgéppel, hogy kalibrálják és tanúsítsák a DME pontosságát.
Az ICAO azt javasolja, hogy a pontosság kisebb legyen, mint 0,25 nmi plusz a mért távolság 1,25% -a.
Leírás
Egy tipikus DME földi válaszadó jelzőfény másodpercenként 2700 lekérdezési korlátot (impulzuspárok másodpercenként-pps) tartalmaz. Így egyidejűleg akár 100 repülőgépre is képes távolsági információkat szolgáltatni - a repülőgépek átvitelének 95% -a nyomkövetési módban (jellemzően 25 pps) és 5% -a keresési módban (jellemzően 150 pps). E határérték felett a transzponder a vevő érzékenységének (erősítésének) korlátozásával elkerüli a túlterhelést. A gyengébb (általában a távolabbi) lekérdezésekre adott válaszokat figyelmen kívül hagyja a transzponder terhelésének csökkentése érdekében.
Rádiófrekvenciás és modulációs adatok
A DME frekvenciák párosítva vannak a VOR frekvenciákkal, és a DME lekérdező úgy van kialakítva, hogy automatikusan a megfelelő DME frekvenciára hangoljon, amikor a hozzá tartozó VOR frekvenciát választja. A repülőgép DME lekérdezője 1025 és 1150 MHz közötti frekvenciákat használ. A DME transzponderek a 962 és 1213 MHz közötti csatornán továbbítanak és 1025 és 1150 MHz közötti csatornán fogadnak. A sáv van osztva 126 csatornák lehívó és 126 csatornák válasz. A lekérdezési és válaszfrekvenciák mindig 63 MHz -rel különböznek. Az összes csatorna távolsága 1 MHz, jelspektrum szélessége 100 kHz.
Az X és Y csatornákra vonatkozó műszaki hivatkozások csak a DME impulzuspár egyes impulzusainak távolságára vonatkoznak, 12 mikroszekundumos távolság X csatornákra és 30 mikroszekundumos távolság Y csatornákra.
A DME létesítmények 1350 Hz -es Morse -kódú, hárombetűs azonosítóval azonosítják magukat . Ha VOR vagy ILS segítségével helyezik el, akkor azonos azonosító kóddal rendelkezik, mint a szülői létesítmény. Ezenkívül a DME azonosítani fogja magát a szülői létesítmények között. A DME azonossága 1350 Hz, hogy megkülönböztesse magát a VOR vagy az ILS lokalizátor 1020 Hz -es hangjától.
DME transzponder típusok
Az amerikai FAA három DME transzpondertípust telepített (a leszállási rendszerhez nem tartozókat is beleértve): A terminál -transzponderek (amelyeket gyakran a repülőtéren telepítenek) jellemzően 12 000 láb (3700 m) és 25 tengeri hatótávolság közötti minimális magasságban nyújtanak szolgáltatást mérföld (46 km); Az alacsony tengerszint feletti magasságú transzponderek jellemzően legalább 18 000 láb (5500 m) magasságban és 40 tengeri mérföld (74 km) tartományban nyújtanak szolgáltatást; és nagy magasságú transzponderek, amelyek jellemzően legalább 45 000 láb (14 000 m) magasságban és 130 tengeri mérföld (240 km) távolságban nyújtanak szolgáltatást. Sokuknak azonban működési korlátozásai vannak, amelyek nagyrészt a látótávolság elzáródásán alapulnak, és a tényleges teljesítmény eltérő lehet. Az US Aeronautical Information Manual kimondja, feltehetően a magas tengerszint feletti magasságú DME transzponderekre hivatkozva: "megbízható jelek fogadhatók akár 369 km -es távolságon belül a látómező magasságában".
Az ILS -hez vagy más műszeres megközelítéshez társított DME -transzpondereket egy adott futópálya megközelítésének során kell használni, egyik vagy mindkét végén. Általános navigációra nem jogosultak; nincs megadva sem minimális tartomány, sem magasság.
Frekvenciahasználat/csatornázás
A DME frekvenciahasználatát, csatornázását és más navaidokkal (VOR, ILS stb.) Való párosítását az ICAO határozza meg. 252 DME csatornát a lekérdezési gyakoriságuk, a lekérdezési impulzusközök, a válaszfrekvencia és a válaszimpulzus -távolság kombinációja határoz meg. Ezek a csatornák 1X, 1Y, 2X, 2Y, ... 126X, 126Y címkével vannak ellátva. Az X csatorna (amely első volt) mind a lekérdezési, mind a válaszimpulzus -párokat 12 mikroszekundum távolságban tartalmazza. Az Y csatornák (amelyeket a kapacitás növelése érdekében adtak hozzá) a lekérdezési impulzuspárokat 36 mikroszekundummal, a válaszimpulzus párokat pedig 30 mikroszekundummal helyezik el.
Összesen 252 frekvencia van definiálva (de nem mindegyik használt) a DME lekérdezésekhez és válaszokhoz - konkrétan 962, 963, ... 1213 megahertz. A lekérdezési frekvenciák 1025, 1026, ... 1150 megahertz (összesen 126), és ugyanazok az X és Y csatornáknál. Egy adott csatorna esetében a válaszfrekvencia 63 megahertz a lekérdezési frekvencia alatt vagy felett. A válasz gyakorisága az X és Y csatornáknál eltérő, az 1-63 és 64-126 számozású csatornáknál eltérő.
Nem minden meghatározott csatorna/frekvencia van hozzárendelve. Vannak hozzárendelési „lyukak” 1030 és 1090 megahertz középpontban, amelyek védelmet nyújtanak a másodlagos megfigyelő radar (SSR) rendszer számára. Sok országban van egy hozzárendelési „lyuk” is, amelynek központja 1176,45 megahertz, hogy megvédje a GPS L5 frekvenciáját. Ez a három „lyuk” körülbelül 60 megahertzt távolít el a rendelkezésre álló frekvenciákról.
A precíziós DME (DME/P), a mikrohullámú landoló rendszer egyik összetevője, Z csatornákhoz van hozzárendelve, amelyek harmadik lekérdezési és válaszimpulzus -távközökkel rendelkeznek. A Z csatornák multiplexelve vannak az Y csatornákkal, és nem befolyásolják lényegesen a csatornatervet.
Jövő
2020-ban az egyik vállalat bemutatta ötödik generációs DME-jét. Bár kompatibilis a meglévő berendezésekkel, ez az iteráció nagyobb pontosságot biztosít (DME/DME háromszögelés segítségével akár 5 méterig), további finomítással pedig további 3 méterre. A 3 méteres berendezést az európai SESAR projekt részeként veszik figyelembe , és 2023-ra telepíthetik.
A huszonegyedik században a légi navigáció egyre inkább a műholdas irányításra támaszkodik. A földi navigáció azonban három okból folytatódik:
- A műholdas jel rendkívül gyenge, hamisítható, és nem mindig áll rendelkezésre;
- Egy európai uniós szabály előírja, hogy a tagállamok tartsák fenn és tartsák karban a földi navigációs segédeszközöket;
- A szuverenitás érzése, vagy az állam saját navigációs eszközeinek ellenőrzése. "Egyes államok azt szeretnék, ha a területükön történő navigáció az általuk irányított eszközökre támaszkodna. És nem minden ország rendelkezik olyan csillagképekkel, mint az USA GPS -je vagy Európa Galileo -ja."
A 2020-ban javasolt ötödik generációs berendezés egyik előnye, hogy drónrepülésekkel is ellenőrizhető a működése , ami jelentősen csökkenti a korábbi, személyzettel rendelkező repülési tesztek költségeit és késedelmeit.
Lásd még
- Automatikus függő felügyelet-sugárzás (ADS-B)
- Gee-H (navigáció)
- Műszerrepülési szabályok (IFR)
- Nem irányított jelzőfény (NDB)
- Squitter
- Transponder leszállórendszer (TLS)