Дальномерное оборудование DME
Дальномерное оборудование (DME) — это радионавигационная технология, которая измеряет наклонный диапазон (расстояние) между воздушным судном и наземной станцией, синхронизируя задержку распространения радиосигналов в диапазоне частот от 960 до 1215 мегагерц (МГц).
Требуются прямая видимость между воздушным судном и наземной станцией. Запросчик (бортовой) инициирует обмен путем передачи пары импульсов по назначенному “каналу” на наземную станцию приемоответчика.
Назначение канала определяет несущую частоту и расстояние между импульсами. После задержки ответчик передает пары импульсов на частоте, которая смещена от частоты запроса на 63 МГц с указанным разделением.
Системы DME используются во всем мире; их стандарты установлены Международной организацией гражданской авиации (ИКАО), RTCA, Агентством по безопасности полетов Европейского союза (EASA) и другими органами.
Некоторые страны требуют, чтобы воздушное судно, выполняющее полеты по приборам (IFR), было оснащено DME. В некоторых других странах DME требуется только для проведения определенных операций.
В то время как автономные приемоответчики DME разрешены, приемоответчики DME обычно соединяются с системой азимутального наведения, чтобы предоставить воздушному судну возможность двумерной навигации. Обычной комбинацией является DME, совмещенная с передатчиком VOR (VHF Omnidireal Range) в одной наземной станции. Когда это происходит, частоты оборудования VOR и DME являются парными.Такая конфигурация позволяет летательному аппарату определять его азимутальный угол и расстояние до станции. Установка VORTAC (VOR и TACAN) обеспечивает те же возможности для гражданских воздушных судов, но также предоставляет возможности 2D-навигации для военных самолетов.
Приемоответчики DME с низким энергопотреблением также связаны с некоторыми установками ILS (инструментальная система посадки), локализатора ILS и MLS (микроволновая система посадки). В этих ситуациях частота/расстояние между приемоответчиками DME также сопряжена с частотой ILS, LOC или MLS.
DME был изобретен Джеймсом Геррандом под руководством Эдварда Джорджа Боуэна в Австралии, когда он работал начальником отдела радиофизики Организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO). Еще одна инженерная версия системы была развернута компанией Amalgamated Wireless Australasia Limited в начале 1950-х годов, работающей в диапазоне 200 МГц в диапазоне ОВЧ. Эта австралийская внутренняя версия была названа Федеральным департаментом гражданской авиации как DME (D) (или внутренняя DME), а более поздняя международная версия принята ИКАО как DME (I).
DME в принципе аналогична вторичной функции определения дальности радиолокатора, за исключением того, что роли оборудования в самолете и на земле поменялись местами. DME была послевоенной разработкой, основанной на системах IFF (идентификация друга или врага) Второй мировой войны. Для обеспечения совместимости DME функционально идентичен компоненту измерения расстояния TACAN.
При первоначальном использовании самолеты используют DME для определения своего расстояния от наземного транспондера путем отправки и приема пар импульсов. Наземные станции обычно связаны с VOR или VORTAC.DME с низким энергопотреблением может быть совмещен с системой посадки по приборам, локализатором ILS или микроволновой системой посадки (MLS), где он обеспечивает точное расстояние до приземления, аналогичное тому, которое в противном случае обеспечивается маяковыми маркерами ILS (и во многих случаях позволяет удаление последнего). Более новая роль для DME — это навигация по области DME / DME (RNAV). Вследствие в целом превосходящей точности DME относительно VOR, навигация с использованием двух DME разрешает операции, которые не возможны при навигации с VOR / DME. Однако для этого требуется, чтобы летательный аппарат имел возможности RNAV, а для некоторых операций также требуется инерциальный эталонный блок.
Типичный наземный приемоответчик DME для навигации по маршруту или в терминале будет иметь пиковый импульсный выход 1 кВт на назначенном канале УВЧ.
Система DME содержит UHF (L-диапазон) передатчик / приемник (запросчик) в самолете и UHF (L-диапазон) приемник / передатчик (ответчик) на земле.
РЕЖИМ ПОИСКА: 150 пар импульсов в секунду.
Воздушное судно запрашивает наземный ретранслятор серией пар импульсов, и после точной временной задержки (обычно 50 микросекунд) наземная станция отвечает идентичной последовательностью пар импульсов.
Приемник DME на борту самолета ищет пары ответных импульсов (X-mode = 12 мкс) с правильным интервалом и шаблоном ответа на исходную схему запроса. Пары импульсов, которые не совпадают с образцом импульса отдельного самолета, например не синхронные, упоминаются как пары импульсов наполнителя или сквиттер. Кроме того, реакции на другие летательные аппараты, которые, следовательно, являются несинхронными, также отображаются в виде квадрата.
РЕЖИМ ТРЕКА: менее 30 пар импульсов в секунду, поскольку среднее число импульсов в ПОИСКЕ и ТРЕКЕ ограничено максимум 30 парами импульсов в секунду.
Запросчик самолета фиксируется на наземной станции DME, как только он распознает, что конкретная последовательность ответных импульсов имеет такой же интервал, что и исходная последовательность запросов. После того как приемник заблокирован, у него появляется более узкое окно для поиска эхо-сигналов, и он может сохранить блокировку.
Точность наземных станций DME составляет 185 м (± 0,1 нм). Важно понимать, что DME обеспечивает физическое расстояние между антенной самолета и антенной приемоответчика DME. Это расстояние часто называют «наклонной дальностью» и тригонометрически зависит от высоты самолета над приемоответчиком, а также от расстояния между ними на земле.
Например, воздушное судно, находящееся непосредственно над станцией DME на высоте 6076 футов (1 нми), все равно будет показывать 1,0 нми (1,9 км) в показаниях DME. Самолет технически находится в миле отсюда, всего в миле вверх.
Ошибка дальности наклона наиболее выражена на больших высотах в непосредственной близости от станции DME. Радионавигационные средства должны сохранять определенную точность, заданную международными стандартами, FAA, EASA, ICAO и т.д.
Чтобы убедиться в этом, организации летной инспекции периодически проверяют критически важные параметры с помощью правильно оборудованного самолета для калибровки и сертификации точности DME. ICAO рекомендует точность менее суммы 0,25 нм + 1,25% измеренного расстояния.
Типичный наземный радиомаяк-ответчик DME имеет ограничение в 2700 запросов в секунду (пар импульсов в секунду - pps).
Это означает, что он может предоставлять информацию о расстоянии до 100 воздушных судов одновременно — 95% передач для воздушных судов в режиме отслеживания (обычно 25 pps) и 5% в режиме поиска (обычно 150 pps).
Выше этого предела транспондер избегает перегрузки, ограничивая чувствительность (усиление) приемника. Ответы на более слабые (обычно более отдаленные) запросы игнорируются, чтобы снизить нагрузку на приемоответчик.
Частоты DME связаны с частотами всенаправленного диапазона VHF (VOR), а запросчик DME предназначен для автоматической настройки на соответствующую частоту DME при выборе соответствующей частоты VOR. Запросчик DME самолета использует частоты от 1025 до 1150 МГц. Приемоответчики DME передают данные по каналу в диапазоне от 962 до 1213 МГц и принимают их по соответствующему каналу в диапазоне от 1025 до 1150 МГц. Полоса частот разделена на 126 каналов для опроса и 126 каналов для ответа. Частоты опроса и ответа всегда отличаются на 63 МГц. Разнос всех каналов составляет 1 МГц с шириной спектра сигнала 100 кГц. Технические ссылки на каналы X и Y относятся только к разнесению отдельных импульсов в паре импульсов DME, 12 мкс для X-каналов и 30 мкс для Y-каналов.
Средства DME идентифицируют себя с использованием трехбуквенного кода Морзе с частотой 1350 Гц. Если совместно используется с VOR или ILS, он будет иметь тот же идентификационный код, что и родительское средство. Идентификация DME составляет 1350 Гц, чтобы отличаться от тона 1,020 Гц VOR или локализатора ILS.
FAA США установила три типа DME (не считая тех, которые связаны с системой посадки): терминальные ретрансляторы (часто устанавливаемые в аэропорту) обычно обеспечивают обслуживание на минимальной высоте над землей 12 000 футов и дальности 25 морских миль; приемоответчики малой высоты обычно обеспечивают обслуживание на высоте не менее 18 000 футов и дальности до 40 морских миль; и высокоточные приемоответчики, которые обычно обеспечивают обслуживание на минимальной высоте 45 000 футов и дальности до 130 морских миль.
Однако многие из них имеют эксплуатационные ограничения, в значительной степени основанные на блокировке прямой видимости, и фактическая производительность может отличаться.
В Руководстве по аэронавигационной информации говорится, по-видимому, о приемоответчиках DME на большой высоте: “надежные сигналы могут приниматься на расстояниях до 199 морских миль на высоте прямой видимости”.
Использование частоты DME, формирование каналов и сопряжение с другими навигационными устройствами (VOR, ILS и т.д.) определяются ICAO. 252 DME-канала определяются комбинацией частоты запроса, интервала между импульсами, частоты ответа и интервала между ответными импульсами.
Эти каналы обозначены как 1X, 1Y, 2X, 2Y, ... 126X, 126Y. Каналы X (которые появились первыми) имеют пары как запросов, так и ответных импульсов с интервалом в 12 микросекунд. Y-каналы (которые были добавлены для увеличения пропускной способности) имеют пары импульсов опроса, разнесенные на 36 микросекунд, и пары ответных импульсов, разнесенные на 30 микросекунд.
В общей сложности 252 частоты определены (но не все используются) для запросов и ответов DME, в частности, 962, 963 ... 1213 мегагерц. Частота запросов составляет 1025, 1026 ... 1150 мегагерц (всего 126) и одинакова для каналов X и Y. Для данного канала частота ответа составляет 63 мегагерца ниже или выше частоты запроса. Частота ответа различна для каналов X и Y и различна для каналов с номерами 1-63 и 64-126. Не все определенные каналы и частоты назначены. Для обеспечения защиты системы вторичного радиолокационного наблюдения (SSR) предусмотрены пробелы с центром в 1030 и 1090 мегагерц.
Во многих странах для защиты частоты GPS L5 также имеется пробел с центром в 1176,45 мегагерца. Эти три пробела удаляют приблизительно 60 мегагерц от частот, доступных для использования. Прецизионный DME (DME / P), компонент микроволновой системы посадки, назначается каналам Z, которые имеют третий набор интервалов между запросами и ответными импульсами. Z-каналы мультиплексируются с Y-каналами и не оказывают существенного влияния на план каналов.
