Tải bản đầy đủ

HT dẫn đường vô tuyến hàng không

HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VÔ TUYẾN
HÀNG KHÔNG

Ths. Phạm Tiến Dũng

0


MỤC LỤC
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DẪN ĐƯỜNG HÀNG KHÔNG ..................... 2
I. Chức năng của hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không ............................... 2
II. Các phương pháp dẫn đường hàng không ..................................................... 2
III. Phân loại các thiết bị dẫn đường mặt đất ....................................................... 3
CHƯƠNG II CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG ........... 4
I- Chức năng nhiệm vụ của đài NDB ................................................................ 4
II. Chức năng nhiệm vụ của đài VOR ................................................................ 7
III. Chức năng, nhiệm vụ của đài đo cự ly (DME) .............................................. 8
IV. Chức năng nhiệm vụ hệ thống ILS ................................................................ 9
CHƯƠNG III HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VOR-DME .................................. 11
I. Nguyên lý hoạt động của hệ thống VOR ………………………………….. 11
II. Nguyên lý hoạt động của DME …………………………………………… 14

CHƯƠNG IV HỆ THỐNG VOR/DME TẠI PHÙ CÁT .................................. 21
I. THIẾT BỊ DVOR 1150 …………………………………………….……… 21
II. THIẾT BỊ DME 1119A ……………………………………………..…… 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………… 31

1


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ DẪN ĐƯỜNG HÀNG KHÔNG
I. Chức năng của hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không
Hệ thống thiết bị dẫn đường hàng không là hệ thống thiết bị nhằm cung cấp
thông tin cho tàu bay thông qua các máy thu được trang bị trên tàu bay, giúp
người lái xác định được các thông tin sau:
- Tàu bay đang ở đâu?
- Tàu bay đang bay về hướng nào?
- Tàu bay đang cách đài dẫn đường/sân bay bao nhiêu dặm?
- Tàu bay bay như thế nào?
II. Các phương pháp dẫn đường hàng không
2-1. Dẫn đường theo phương pháp bản đồ (Pilotting): quan sát, theo dõi dựa vào
các địa vật cố định như các ngọn núi cao, sông hồ, các cây cao, các nhà cao tầng.
2-2. Dẫn đường theo phương pháp thiên văn (Celestial): quan sát dựa vào các
chòm sao và các hành tinh trong vũ trụ như sao Bắc đẩu để xác định vị trí của
mình.
2-3. Dẫn đường theo phương pháp quán tính (Inertial navigation): sử dụng dụng
cụ dẫn đường quán tính đặt trên tàu bay (gia tốc kế), xác định được vị trí tàu bay,
tốc độ, gia tốc, vĩ độ và hướng mũi tàu bay (heading).
2-4. Dẫn đường theo phương pháp dựa vào thiết bị vô tuyến mặt đất (Groundbased radio navigation aids): sử dụng các máy thu, thu các tín hiệu dẫn đường
trong không gian được phát ra bởi các thiết bị vô tuyến mặt đất.
2-5. Dẫn đường theo phương pháp dựa vào thiết bị không gian (Spacebased
radio navigation aids): sử dụng máy thu GNSS để thu các tín hiệu dẫn đường
phát ra từ các chòm vệ tinh và các thiết bị tăng cường.
2


III. Phân loại các thiết bị dẫn đường mặt đất
3-1. Thiết bị dẫn đường vô tuyến (Non visual navigation aids) là hệ thống các
thiết bị cung cấp cho tàu bay các thông tin cần thiết để xác định vị trí của tàu
bay trong không gian theo phương thức phát sóng ra không gian.
Các hệ thống dẫn đường thông dụng (Conventional navigation aids) là các


hệ thống phổ biến hiện đang sử dụng như:
+ Đài dẫn đường vô hướng (NDB): Xác định hướng (Bearing).
+ Đài chỉ chuẩn (Marker): Xác định vị trí (Location).
+ Đài dẫn đường đa hướng sóng cực ngắn (VOR): Xác định góc phương vị
(Azimuth).
+ Đài đo cự ly (DME): Xác định cự ly.
+ Hệ thống hướng dẫn hạ cánh chính xác (ILS): Xác định qũi đạo hạ cánh.
3-2. Thiết bị dẫn đường bằng mắt (Visual navigation aids): là hệ thống các thiết
bị cung cấp và hướng dẫn tàu bay bằng tín hiệu ánh sáng, biển báo, tín hiệu sơn
trong khu vực tiếp cận, tại sân.
- Hệ thống biển báo (Guidance signs): Chỉ dẫn tàu bay cất hạ cánh đúng hướng
và vị trí, di chuyển trên khu bay, cảnh báo chướng ngại vật.
- Hệ thống đèn hiệu hàng không (ALS – Aviation Lighting System): Cung cấp
thông tin bằng ánh sáng để chỉ dẫn tàu bay hoạt động trong khu vực tiếp cận, hạ
cánh và khu bay.
- Hệ thống đèn hướng dẫn đường trượt hạ cánh (PAPI/VASIS – Precision
Approach Path Indicator/Visual Approach Slope Indicator System): Giúp tàu
bay xác định đường trượt hạ cánh theo một góc xác định, được qui định theo
tiêu chuẩn ICAO.

3


CHƯƠNG II
CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG
I- Chức năng nhiệm vụ của đài NDB
1. Mở đầu
NDB (Non Directional radio Beacon) cùng với ILS (Instrument Landing
System), VOR/DME (VHF Omnidirectional radio Range / Distance Measuring
Equipment), là các hệ thống thiết bị dẫn đường nhằm mục đích phù trợ không
vận trong cả hai chế độ:
- Hạ cánh (Landing) (Hình 2-1)

Hình 2-1: Đài NDB sử dụng phục vụ hạ cánh

4


- Dẫn đường (Enroute) (Hình 2-2)

Hình 2-2: Đài NDB sử dụng phục vụ dẫn đường

2. Chức năng – Nhiệm vụ của đài NDB
a. Chức năng: Còn gọi là đài tự tìm mục tiêu, làm việc ở giải tần trung bình và
thấp, phát các tín hiệu vô hướng mà nhờ đó người lái trên tàu bay được trang bị
một máy thu và một ăng-ten định hướng phù hợp, có thể định được hướng
(Bearing) của mình đối với trạm mặt đất (đài NDB) và tàu bay, xem hình vẽ 2-3.

Hình 2-3: Xác định hướng của đài NDB.

5


b. Nhiệm vụ:
1. Khi NDB làm nhiệm vụ đài gần, đài xa (Locator) : Nó giúp cho tàu bay xác
định được trục tâm (Center line) đường CHC kéo dài (chế độ Landing) (xem
hình vẽ 2-1).
- Đài TD, đài GV xác định trục tâm đường CHC 25R (TSN)
- Đài SG, Đài GN xác định trục tâm đường CHC 25L (TSN)
- Đài BU, đài HT xác định trục tâm đường CHC 09 (BMT)
2. Khi NDB làm nhiệm vụ đài điểm cho một sân bay: Nó giúp cho tàu bay xác
định được hướng bay về sân bay sau đó hạ cánh theo phương thức bằng mắt,
xem Hình 2-4.

Hình 2-4: Bay về đài NDB

3. Khi NDB làm nhiệm vụ đài điểm cho một đường bay (chế độ Enroute): Nó
được đặt nơi giao điểm giữa các đường hàng không (Airway) hay giữa một
đường hàng không, giúp tàu bay bay đúng đường hàng không đó, xem lại hình
2-2. Đài NDB cũng có thể xác định vị trí tàu bay như hình vẽ 2-5.

6


Hình 2-5: Sử dụng hai đài NDB

II. Chức năng nhiệm vụ của đài VOR
1. Chức năng: Cung cấp cho tàu bay thông tin về góc giữa hướng của tàu bay
đến nơi đặt đài và phương Bắc từ. Xem Hình 2-6.

Hình 2-6: Xác định góc phương vị của máy bay so đài VOR

Hình 2-7. Cấu trúc bên trong máy thu tín hiệu VOR
7


2. Phân loại:
Có bốn dạng đài VOR thường được sử dụng (phụ thuộc vào phương pháp
xác định góc phương vị), đó là:
- Trạm VOR chuẩn (SVOR - Standard VOR)
- Trạm VOR thông dụng (CVOR - Conventional VOR)
- Trạm VOR đốp-lơ (DVOR - Doppler VOR)
- Trạm VOR đốp-lơ chính xác (PDVOR - Precision Doppler VOR)
3. Nhiệm vụ:
- Thông thường đài dẫn đường vô tuyến đa hướng sóng cực ngắn thường kết hợp
với đài đo cự ly để tạo thành trạm xác định góc phương vị và cự ly (VOR/DME).
- Trạm VOR/DME được dùng cho cả hai chế độ dẫn đường En-route và Landing.
- Tại các sân bay dân dụng kết hợp quân sự thì đài dẫn đường vô tuyến đa hướng
sóng cực ngắn thường kết hợp với kênh đo cự ly của trạm TACAN thành trạm
VORTAC.
III. Chức năng, nhiệm vụ của đài đo cự ly (DME)
1. Chức năng:
Thiết bị đo cự ly (DME–Distance Measuring Equipment) cung cấp cho tàu
bay thông tin về cự ly xiên từ tàu bay đến vị trí đặt thiết bị trên mặt đất.
2. Nhiệm vụ:
a. Trong chế độ En-route: Khi DME kết hợp với trạm VOR làm nhiệm vụ dẫn
đường, thì DME cung cấp thông tin giúp tàu bay xác định được cự ly xiên từ tàu
bay đến vị trí đặt trạm DME. Lúc đó DME sử dụng là DME vô hướng.

8


Hình 2-8. Đo cự ly xiên trong chế độ En-route

b. Trong chế độ Landing:
- Khi DME kết hợp với trạm VOR, thì DME cung cấp thông tin giúp tàu bay xác
định được cự ly xiên từ tàu bay đến vị trí đặt trạm DME. Lúc đó DME sử dụng
là DME vô hướng.
- Khi DME kết hợp với hệ thống ILS, thì DME cung cấp thông tin giúp tàu bay
xác định được cự ly xiên từ tàu bay đến vị trí ngưỡng đường CHC. Lúc đó DME
sử dụng là DME định hướng hay vô hướng.
- Khi DME kết hợp với hệ thống MLS, thì DME đó phải là DME chính xác
(DME/P).
IV. Chức năng nhiệm vụ hệ thống ILS
1. Mở đầu:
- ILS (Instrument Landing System) cùng với MLS (Microwave Landing System)
là các hệ thống thiết bị nhằm mục đích hướng dẫn tàu bay tiếp cận và hạ cánh
bằng thiết bị trong các điều kiện thời tiết khó khăn nhất (tầm nhìn bị hạn chế).

9


- Trong giai đoạn chuyển tiếp của chương trình CNS/ATM, hệ thống ILS vẫn
được tiếp tục duy trì và là một hệ thống phục vụ hạ cánh hiệu quả.
2. Chức năng, nhiệm vụ:
- Hệ thống ILS có hai đài cơ bản để cung cấp thông tin giúp tàu bay xác định
được quỹ đạo hạ cánh xuống đường CHC một cách chính xác, đó là đài
Localizer và đài Glidepath.
- Đài Localizer còn gọi là đài xác định hướng, dùng để xác định chính xác trục
tâm (center line) của đường CHC và giúp tàu bay hạ cánh vào chính giữa tâm
đường CHC.
- Đài Glidepath còn gọi là đài xác định tầm, dùng để xác định chính xác đường
trượt hạ cánh (đường glidepath) của qũy đạo hạ cánh và giúp tàu bay hạ cánh
chính xác vào vùng hạ cánh của đường CHC (touch down zone).
- Ngoài ra các đài chỉ chuẩn (Marker) (có thể được thay thế bởi các đài locator
hoặc DME) giúp tàu bay xác định cự ly từ tàu bay đến ngưỡng đường CHC.

Hình 2-9. Cấu hình hệ thống ILS với hai đài chỉ chuẩn

10


CHƯƠNG III
HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VOR-DME
I. Nguyên lý hoạt động của hệ thống VOR
Nguyên lý hoạt động của đài VOR dựa theo sự sai pha giữa hai tín hiệu 30Hz
được điều chế với sóng mang, tín hiệu thứ nhất là tín hiệu pha chuẩn không thay
đổi ở mọi phương vị trong vòng tròn 360 độ, ký hiệu là REF và tín hiệu thứ hai
có pha thay đổi, ký hiệu là VAR, tại hướng Bắc từ pha của tín hiệu 30Hz REF
trùng với pha của 30Hz VAR.
Tín hiệu pha chuẩn có được nhờ điều biên sóng mang với tín hiệu hình sin
30Hz. Tín hiệu điều biên này được bức xạ đẳng hướng trong mặt phẳng ngang
nhờ Anten sóng mang đặt ở tâm giàn phản xạ (Central Carier Antenna). Đồ thị
bức xạ là dạng hình tròn và các thông số trong tín hiệu 30Hz REF này thu được
trên máy bay có pha không phụ thuộc phương vị của máy bay.
Tín hiệu hình sin 30Hz được điều chế biên độ vào sóng mang Carrier (Fc) kết
quả thu được sẽ là một tín hiệu với phổ tần có 3 thành phần:
Fc: thành phần sóng mang.
Fc-30Hz: biên tần dưới.
Fc+30Hz: biên tần trên.
Đặc điểm của biên tần trên và biên tần dưới là đối xứng với nhau qua thành
phần sóng mang, và tần số sai khác so với tần số sóng mang đúng bằng tần số tín
hiệu điều chế (biên tần trên cao hơn và biên tần dưới thấp hơn).
Tín hiệu pha biến thiên 30Hz FM là thành phần điều tần của sóng mang phụ
9960Hz. Thành phần sóng mang phụ 9960Hz này lại được điều chế biên độ vào
sóng mang. Sự điều biên sóng mang phụ vào sóng mang này sử dụng phương
pháp điều chế không gian (Space Modulation). Có thể giải thích phương pháp
điều chế không gian như sau: Trong thực tế nếu tần số 9960Hz được điều chế
vào biên độ sóng mang Fc thì phổ tần sẽ gồm: Thành phần tần số sóng mang Fc,
11


và thành phần biên tần trên Fc+9960Hz còn gọi là USB, thành phần biên tần
dưới Fc-9960Hz còn gọi là LSB (xem hình 3-1). Trong kỹ thuật DVOR thì 3
thành phần trên được phát độc lập, thành phần tần số sóng mang được phát ở
anten sóng mang (Carrier), thành phần USB và LSB thì được phát ở các anten
biên tần (Sideband), ba thành phần này kết hợp trong không gian tạo thành một
tín hiệu tần số Fc điều chế biên độ 9960Hz. Vì việc điều chế được tạo thành
bằng cách cộng trong không gian tín hiệu sóng mang bức xạ đẳng hướng và các
tín hiệu biên trên và biên dưới được bức xạ riêng rẽ từ vòng tròn của các anten
biên tần nên gọi là điều chế không gian.

Hình 3-1. Phổ tần số của DVOR

Sóng mang phụ được điều tần với tín hiệu 30Hz. Việc điều tần được thực
hiện như sau: Các tín hiệu biên tần được phân bổ lần lượt tới và bức xạ từ 48
anten biên tần giống như cách mô phỏng 2 anten đối xứng nhau qua đường kính,
quay ngược chiều kim đồng hồ theo đường tròn của vòng anten biên tần với tốc
độ 30 vòng/s, với một anten bức xạ tín hiệu biên trên và một cái bức xạ tín hiệu
biên dưới. Vì chiều dài hiệu dụng đường quay giữa các nguồn phát biên tần
quay và khoảng cách điểm thu biến đổi với tốc độ 30Hz nên tần số quan sát của

12


các tín hiệu biên tần cũng biến đổi ở tốc độ 30Hz (chẳng hạn các biên tần) và vì
thế tín hiệu sóng mang phụ được điều tần ở tốc độ 30Hz.
Độ dịch tần tỷ lệ với đường kính vòng anten biên tần thể hiện qua bước sóng
ở tần số hoạt động. Nếu đặt đường kính tới 44 feet (13,4m) sẽ tạo ra độ dịch tần
đỉnh là 480Hz ở tần số 113,85MHz; 454Hz ở 108 MHz và 497Hz ở 118MHz.
Hình trên mô tả một phổ cao tần điển hình của đài DVOR ở tần số hoạt động fc.
Tỷ lệ dịch tần tương ứng biến đổi từ 15,13 ở 108 MHz tới 16,57 ở 118 Mhz. Độ
dịch tần số được xác định bằng công thức:
fd = ω.λ.π
Với: fd tương ứng độ dịch tần (tính bằng Hz)
ω tương ứng vận tốc góc của tín hiệu (30Hz)
λ tương ứng đường kính của vòng tròn trong chiều dài sóng
Tỷ lệ lệch (chỉ số điều tần) được xác định bằng công thức: rd = fd/30
Ở máy thu trên máy bay, tín hiệu 30Hz được tách ra từ sóng mang phụ
9960Hz FM. Pha của tín hiệu 30Hz thứ hai này biến thiên tuyến tính với sự biến
đổi của góc phương vị tại điểm thu; cứ góc phương vị biến đổi 10, pha của tín
hiệu pha biến thiên cũng thay đổi 10.
Năng lượng bức xạ liên tiếp tiếp của các anten biên tần và điều chế biên độ
30Hz của sóng mang có mối quan hệ thời gian với nhau, vì thế các tín hiệu 30Hz
pha chuẩn và pha biến thiên có trùng pha là 00 theo hướng từ trường từ đài
DVOR. Khi điểm thu chuyển động theo chiều kim đồng hồ vòng quanh đài, tín
hiệu pha thay đổi (30Hz FM) bắt đầu sớm pha so với tín hiệu pha chuẩn (30Hz
AM). Ví dụ quan sát viên ở hướng Tây đài DVOR sẽ thấy tín hiệu 30Hz FM
sớm pha hơn tín hiệu 30Hz AM là 2700. Máy thu trên máy bay xác định sự khác
pha giữa hai tín hiệu 30Hz và vì thế nó có liên hệ về độ (từ trường) tới đài, khi
đó xác định được số độ nhờ tín hiệu 30Hz AM chậm pha hơn tín hiệu 30 Hz FM.

13


Hình 3-2. Mối liên hệ góc pha tín hiệu VOR

II. Nguyên lý hoạt động của DME
DME (Distance Measuring Equipment) là một hệ thống dẫn đường cung cấp
thông tin một cách liên tục giữa máy bay và trạm mặt đất. Trên buồng lái
khoảng cách được hiển thị trực tiếp bằng số. Hệ thống này được phê chuẩn bởi
ICAO như là tiêu chuẩn dẫn đường cho hàng không dân dụng. Hệ thống bao
gồm một máy hỏi (Intterogator) trên máy bay và một máy trả lời (Transponder)
là đài trạm ở dưới mặt đất. Nguyên lý hoạt động: Máy hỏi phát các xung hỏi tới
máy trả lời, sau đó máy trả lời giải mã và kích hoạt để phát các xung trả lời. Máy
hỏi đo khoảng thời gian giữa xung hỏi và xung trả lời sau đó chuyển đổi thành
thông tin về khoảng cách. Khoảng cách đo được tối đa xấp xỉ 200NM với độ
chính xác ±0.5NM hoặc 3% của dải đo. Yếu tố chính quyết định tới tầm phủ tối
14


đa là độ cao máy bay, công suất máy phát và độ nhậy máy thu của cả máy hỏi và
máy trả lời. Thông thường các máy hỏi hiện nay thường phát với công suất
1KW và độ nhậy máy thu là -120dBw. Một máy trả lời có thể trả lời tối đa 100
máy bay (đối với thiết bị cũ) hoặc 200 máy bay (đối với thiết bị mới) cùng một
lúc. Các máy bay khác nhau nhận biết được xung của chúng bởi vì chúng phát
PRF (Pulse Repetition Frequency) khác nhau.
Xem hình 3-3. Hệ thống DME bao gồm 1 tổ hợp thiết bị thu/phát (thiết bị
phát đáp) đơn kênh kết hợp với 1 antenna đẳng hướng chuyên dụng của trạm
mặt đất và tổ hợp thiết bị thu/phát đa kênh được đặt trên máy bay (thiết bị hỏi).
Thiết bị thu/phát đa kênh trên máy bay (phát, thu tín hiệu xung đã mã hoá) cung
cấp tín hiệu có chứa cả hai thông tin về khoảng cách và mã hiệu.
Thiết bị DME có 252 kênh làm việc, khoảng cách của các kênh liền kề nhau
là 1 MHZ trong dải tần từ 962-1213 MHZ.
Hệ thống DME được coi là hệ thống thông minh bởi vì nó sử dụng kỹ thuật
mã hoá - xung khi phát. Tín hiệu phát là tổ hợp các nhóm xung, mà khoảng cách
giữa chúng được ấn định trước. Đối với các kênh X, khoảng cách giữa các xung
hỏi và các xung trả lời là 12μs. Đối với các kênh Y khoảng cách giữa các xung
hỏi là 36μs và giữa các xung trả lời là 30μs.
Máy thu của cả hai thiết bị hỏi và thiết bị phát đáp sử dụng bộ giải mã xung,
chúng được thiết lập để cho qua các cặp xung có khoảng cách đã đưa ra ở trên.
Mục đích của kỹ thuật hai xung đó là làm tăng tỷ số tín hiệu/tạp âm và loại bỏ
khả năng gây ra sự giao thoa xung, như là các tín hiệu phát xạ từ Radar hoặc từ
nguồn năng lượng RF bên ngoài khác có cùng tần số. Sự thông minh đó còn thể
hiện ở chỗ các tín hiệu do thiết bị phát đáp/DME cung cấp có chứa cả hai thông
tin về mã hiệu đài và cự ly. Thông tin về mã hiệu đài là cần thiết cho tổ lái để có
thể nhận biết được đài đã chọn. Thông tin về mã hiệu đài được phát với chu kỳ
30s một lần. Tuy nhiên, thông tin về khoảng cách được cung cấp cho máy bay
khi có yêu cầu. Mỗi máy bay phải hỏi thiết bị trên mặt đất theo mã của cặp xung
15


hỏi, trước khi thiết bị phát đáp có thể tạo ra và phát đáp đi các tín hiệu có chứa
thông tin về khoảng cách.

Hình 3-3. Sơ đồ khối hệ thống DME cơ bản

Xem hình 3-4, như đã nói thiết bị phát đáp cần phải được máy bay hỏi trước
khi thiết bị trên mặt đất có thể phát các tín hiệu có chứa các thông tin về khoảng
cách. Giả sử một máy bay hỏi thiết bị ở mặt đất, tín hiệu hỏi được thu bởi
antenna và được đưa tới máy thu qua các bộ Circulator và Preselectors. Tín
hiệu này được khuếch đại, tách sóng, và cấp tới bộ Decoder và kích hoạt mạch
Encode và các mạch Logic ưu tiên, chúng tạo ra tín hiệu trả lời có khoảng cách
xung và độ giữ chậm phù hợp (đúng). Tín hiệu từ đầu ra của khối này đi qua
mạch sửa dạng xung, ở đó thực hiện mã hoá trả lời và định dạng độ rộng xung là
3,5μs và khuếch đại nó. Các xung đã định dạng được lấy ra từ cổng RF của
16


Exciter đưa tới Transmitter để tạo ra các xung RF ở đầu ra. Các xung RF ở đầu
ra được đưa tới antenna và được bức xạ ra không gian tới máy bay như là một
cặp xung trả lời.
Có 3 tín hiệu riêng rẽ được phát bởi trạm mặt đất như là một chuỗi cặp xung.
Các tín hiệu này có thứ tự ưu tiên là: tín hiệu mã hiệu đài, tín hiệu trả lời các cặp
xung hỏi và cặp xung chèn (Squitter). Thứ tự ưu tiên này của hệ thống cho phép
phòng ngừa được bất kỳ sự can nhiễu nào giữa 3 tín hiệu trong toàn bộ chuỗi
xung.
Sự nhận dạng thiết bị mặt đất là rất quan trọng cho máy bay sử dụng. Bởi vì
nó đã được ngầm định ở mức ưu tiên thứ nhất trong thứ tự ưu tiên của hệ thống.
Việc tạo tín hiệu nhận dạng thông minh là một chức năng của bộ Encoder. Tín
hiệu nhận dạng được phát theo chu kỳ ở dạng mã Morse với các ký tự của mã
hiệu là 1 chuỗi tuần tự các cặp xung. Tín hiệu nhận dạng xuất hiện 30s/lần. Khi
có mã hiệu xuất hiện, mạch logic ưu tiên khóa đầu vào và mạch sẽ không thu
nhận bất kỳ 1 tín hiệu giải mã nào được đưa từ máy thu tới.

Hình 3-4. Sơ đồ khối bộ phát đáp (TRANSPONDER) của DME

17


Việc trả lời đối với 1 tín hiệu hỏi là được ưu tiên thứ hai trong trật tự ưu tiên.
Phần đưa vào của chúng đối với chuỗi xung cần phải được kiểm soát để phòng
ngừa sự xung đột với các cặp xung nhận dạng và thiết lập sự ưu tiên đối với
xung chèn lấp. Điều này là hoàn toàn thực hiện được bởi vì nó cho phép chúng
vào trong chuỗi xung chỉ trong thời gian không có chu kỳ nhận dạng. Đây là
điều rất quan trọng về mặt thời gian, bởi vì chu kỳ nhận dạng xuất hiện khoảng
30s/lần. Thêm nữa, 1 xung trống (blank) được tạo ra mỗi khi cặp xung hỏi được
giải mã. Xung trống được sử dụng để ngăn các xung squitter theo một chu kỳ
khoảng 50μs.
Một máy thu, nhận tín hiệu hỏi và giải mã chúng, một xung cổng trống được
thiết lập (xung cổng thời gian chết). Xung cổng thời gian chết được sử dụng để
khống chế bộ giải mã/thiết bị phát đáp trong khoảng 60μs. Trong khoảng thời
gian này việc giải mã tín hiệu hỏi bị trễ với một khoảng thời gian được định
trước và được phát trở lại như là tín hiệu trả lời. Tổng thời gian trễ từ khi thu
được tín hiệu hỏi tới khi phát trả lời khoảng 50μs.
Các xung squitter được ưu tiên thứ 3 trong trật tự ưu tiên. Khi không có tín
hiệu hỏi hoặc nhận dạng, các xung squitter được tạo ra để duy trì tần suất lặp
xung đầu ra không đổi (đối với DME 1119 là 1000 PPS, đối với DME 1119A là
800 PPS). Mục đích của việc phát các xung Squitter là làm ổn định sự làm việc
của mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại AGC (Automatic Gain Control )
của thiết bị hỏi trên máy bay.
Quá trình thực hiện đo khoảng cách bắt đầu từ thiết bị ở trên máy bay tạo ra
và phát các tín hiệu xung được gọi là các tín hiệu hỏi. Thiết bị phát trên máy bay
khởi tạo và phát lặp lại các tín hiệu xung bao gồm các cặp xung với khoảng cách
xung là 12μs, độ rộng xung 3,5μs với dạng xung hàm Gaussian hoặc xung hình
sin vuông. Các cặp xung này được khôi phục lại bởi thiết bị máy thu của thiết bị
phát đáp. Đầu ra của nó là các xung kích và được đưa tới thiết bị phát để tạo
thành các cặp xung phát trả lời. Cặp xung phát trả lời được thu bởi máy thu trên
18


máy bay và các mạch định thời, mạch này tự động đo thời gian đi-về (khoảng
thời gian giữa các xung hỏi và trả lời) và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện để
đưa tới máy đo khoảng cách.
Xem sơ đồ khối của hệ thống trên hình 3-4. Chức năng đo khoảng cách có
thể được kiểm chứng nhờ điểm kiểm tra chuẩn của hệ thống. Các mạch cự ly
của thiết bị hỏi trên máy bay thực hiện quá trình đo khoảng cách. Chúng tính
toán và phát 1 cặp xung hỏi, cặp xung này được thu ở antenna của trạm mặt đất
và được đưa tới máy thu, ở đó chúng được khuếch đại, tách sóng thành cặp xung
video. Chúng được cấp cho bộ Decoder, ở đó thực hiện kiểm tra tính hợp lệ của
việc mã hoá (độ rộng và khoảng cách) của các xung và giải mã, điều đó đảm bảo
tín hiệu đầu ra là được mã hoá đúng.
Đầu ra của bộ Decoder kích Encoder, chúng mã hoá tín hiệu trả lời đảm bảo
đúng khoảng cách. Tín hiệu ở đầu ra của khối này (cặp xung) được đưa qua bộ
tạo dạng xung, ở đó các xung được tạo dạng khuếch đại, và được đưa tới phần
phát để điều chế với sóng mang RF. Các xung RF đầu ra được bức xạ vào không
gian (như là tín hiệu trả lời) qua antenna. Các xung trả lời được thu bởi máy bay,
giải mã bởi máy thu trên máy bay và được kiểm tra bởi mạch cự ly để đồng bộ
với bộ tạo các cặp xung hỏi ngẫu nhiên trên máy bay.
Thiết bị trên máy bay đo khoảng thời gian giữa khi cặp xung hỏi được phát đi
đến khi thu được cặp xung trả lời. Tiếp theo đó nó chuyển đổi khoảng thời gian
này sang thông tin về khoảng cách. Nói cách khác, thông tin về khoảng cách là
một phép đo khoảng thời gian của các cặp xung. Khoảng thời gian này rất dễ
nhận thấy được khi xem giản đồ thời gian của hệ thống (hình 3-5). Thời gian bắt
đầu được tính (ở mạch đo cự ly trên máy bay) từ xung thứ nhất của cặp xung hỏi.
Sau 1 khoảng thời gian trễ, điều này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các máy
bay và trạm mặt đất, thì các xung hỏi thu được tại antenna của trạm mặt đất. Các
xung hỏi được giải mã, tín hiệu trả lời được mã hoá và được phát đi sau một
khoảng thời gian trễ đã đặt trước (đây chính là độ trễ của thiết bị mặt đất). Độ trễ
19


này là 50μs và được mạch tính toán cự ly trên máy bay tự động trừ đi. Như vậy,
tổng toàn bộ thời gian trôi qua đối với bất kỳ 1 chu kỳ trả lời hỏi nào là tổng của
khoảng cách xung, thời gian đi- về của tín hiệu và độ trễ.

Hình 3-5. Sơ đồ thời gian hệ thống
20


CHƯƠNG IV
HỆ THỐNG VOR/DME TẠI PHÙ CÁT
I. THIẾT BỊ DVOR 1150
1. Giới thiệu thiết bị DVOR 1150
Hệ thống DVOR model 1150 là một hệ thống máy phát kép , với các thiết bị
giám sát kép. Nó được thiết kế cho dẫn đường dài và tiếp cận. Đài VOR được
nhận dạng nhờ một mã nhận dạng đặc biệt 2 đến 4 ký tự và có thể bao gồm tín
hiệu thoại và thông tin từ bộ cung cấp thông tin đầu cuối tự động (ATIS:
Automatic Terminal Information Service). Đài VOR thường lắp đặt với thiết bị
DME để cung cấp thêm thông tin cự ly bổ sung cho dữ liệu phương vị.
Khái niệm của DVOR là dựa trên trên vòng tròn các tia 3600 gốc phát ra từ
đài và thiết bị trên máy bay phân tích số liệu dựa theo các tia sóng thực tế từ đài.
Tia sóng phân tích, được gọi là đường vị trí (LOP: Line of Position), là góc dịch
chuyển giữa hướng Bắc từ (phương vị 0) và máy bay, được đo từ Anten DVOR.
Vì thế, không kể tới hướng mũi của máy bay nếu máy bay ở tia 00 thì máy bay
đó sẽ ở hướng Bắc của đài VOR. Ngoài ra thiết bị trên máy bay cũng phân tích
được thông tin về hướng của máy bay tới hoặc rời khỏi đài VOR.
2. Sơ đồ khối đơn giản hệ thống
Phần này miêu tả những đặc điểm kỹ thuật của thiết bị DVOR 1150, các
thành phần riêng lẻ và các thiết bị phụ trợ. Tham khảo sơ đồ khối đơn giản hình
4-1.
Xem hình 4-1. Máy phát (chính và dự phòng) gồm một khối tạo tần số, khối
khuếch đại công suất cao tần CSB , bộ lọc thông thấp, bộ ghép định hướng, vỉ
mạch tạo tín hiệu âm tần, 2 khối tạo tín hiệu biên tần và 2 khối lấy mẫu tín hiệu
cao tần.
Khối tạo tần số tạo 3 tín hiệu cao tần có mối tương quan với nhau cung cấp
cho đài DVOR. Tín hiệu cao tần sóng mang trên kênh điều khiển khối khuếch
21


đại công suất cao tần. Tín hiệu cao tần biên trên và biên dưới điều khiển 2 khối
tạo tín hiệu biên tần.
Khối khuếch đại công suất cao tần khuếch đại và điều chế tín hiệu cao tần
sóng mang tới mức đầu ra hoạt động. Khối này có 3 phiên bản: phiên bản 1 là
030363-001 gồm 5 khối nhỏ, phiên bản 2 là 030363-003 và 3 là 030363-003
gồm 4 khối nhỏ và chỉ khác nhau ở cực nguồn của transistor đầu ra cuối cùng.
Tất cả các khối này được miêu tả chi tiết ở phần sau.
Khối lọc thông thấp gồm một mạch lọc 4 cực để: triệt hết các hài tạp từ tín
hiệu sóng mang cao tần. Bộ lọc cũng lấy mẫu phần năng lượng cao tần sử dụng
như tín hiệu sửa sai sau đó hồi tiếp về khối tạo tần số.
Bộ ghép hai hướng gồm 1 mẫu sóng mang tới và phản xạ. Sóng tới và sóng
phản xạ được lấy mẫu trực tiếp đưa tới khối giám sát cao tần sử dụng cho mạch
tách sóng và mạch xử lý phân tích.
Khối giám sát cao tần có chức năng như một bộ khuếch đại/tách sóng cao tần
RF và phân luồng tín hiệu cao tần tách sóng. Khối này cũng bao gồm tải giả cho
tín hiệu sóng mang cao tần máy phát dự phòng. ở các thế hệ trước, khối này bao
gồm tải giả cho 4 tín hiệu biên tần. Thế hệ hiện nay không có tải giả bên trong
khối. Các tải giả cho 4 tín hiệu biên tần được thay đổi gắn trực tiếp trên các rơle
chuyển đổi.
Vỉ mạch tạo tín hiệu âm tần tạo và xử lý tất cả các tín hiệu điều chế phát ra từ
máy phát DVOR và tạo ra tín hiệu điều khiển mức công suất và các tín hiệu điều
khiển pha cần thiết cho hoạt động máy phát và khối chuyển mạch (Commutator).
Nó cũng phụ trách việc giám sát hoạt động của máy phát.
Hệ thống DVOR sử dụng 2 khối tạo tín hiệu biên tần cho mỗi máy phát. Mỗi
bộ gồm 2 vỉ mạch khuếch đại biên tần và 2 vỉ mạch điều khiển biên tần.
Bộ tạo tín hiệu biên tần khuếch đại tín hiệu cao tần biên tần từ bộ tạo tần số
tới các mức công suất hoạt động được. Nó cũng đưa ra tín hiệu sai pha và biên
độ điều khiển méo trong tín hiệu cao tần biên tần.
22


Khối lấy mẫu biên tần trộn một phần của 2 tín hiệu cao tần USB hoặc 2 tín
hiệu LSB để tạo ra tín hiệu hồi tiếp sửa sai hồi tiếp mà nó gửi về khối tạo tần số.
Phần xử ly điều khiển hệ thống RMS đảm nhiệm tất cả yêu cầu điều khiển,
liên lạc và thông tin cho hệ thống DVOR.

Hình 4-1. Sơ đồ khối đơn giản hệ thống DVOR

Hai bộ tách sóng trường tách tín hiệu cao tần bức xạ thu được từ anten giám
sát trường. Các bộ tách sóng gửi tín hiệu của chúng tới các bộ giám sát VOR để
xử lý và phân tích. Ở các thế hệ cũ, khối này đặt trong tủ điện tử. Hiện nay, nó
được đặt trong bộ commutator.
Vỉ mạch giám sát VOR làm việc độc lập với máy phát và với các khối khác;
tuy nhiên đặc điểm điều khiển cảnh báo của hai bộ giám sát có thể tổ chức hoạt
động theo chức năng logic AND hoặc OR.
Bộ chuyển mạch (Commutator): gồm các khối cần thiết để điều khiển chuyển
mạch điện tử của các anten biên tần. Các đài DVOR hiện nay có 2 bộ tách sóng
trường, một bộ tách tín hiệu và mạch triệt xung điện áp (chống sốc điện) đặt
trong khối.
23


Tủ điện tử VOR chứa tất cả các khối điện tử tạo ra, điều khiển và giám sát
các tần số DVOR được điều chế. Vị trí các khối tách sóng trường VOR phụ
thuộc vào hệ thống VOR được cài đặt. Phiên bản đầu tiên bộ tách sóng trường
được đặt trong tủ điện tử. Các phiên bản sau này chúng được đặt trong tủ chuyển
mạch (Commutator).
Ngăn tủ A18 là một khe để giữ máy phát và các module RMS. Nó cung cấp
các biện pháp bảo vệ vật lý cho các module trong tủ điện tử và tạo ra sự nối liền
của các module đó với các cáp dẹp chính. Được gắn liền nhưng độc lập với nó là
4 bộ điều chỉnh điện áp (cho các bộ khuếch đại Sideband), hai bộ lọc thông thấp
(cho đầu ra của mỗi khối khuếch đại công suất CSB), 4 khối lấy mẫu sideband
(mỗi máy phát có hai khối), khe cắm RMS, tấm rơle chuyển đổi và khối điện trở
AC cho mỗi máy phát.
Có 5 rơle đồng trục được gắn trực tiếp vào ngăn tủ phía sau của khối giám sát
RF. Các rơle này được đóng bởi xung tiếp đất với một trong hai chốt hoặc cuộn
dây ngắt mạch. Các rơle được nuôi bằng nguồn điện áp chung 28V. Các rơle
chuyển mạch 10 đầu vào (chính và dự phòng) giữa hệ thống antena và các tải
giả. Nó đồng thời tạo các tín hiệu logic DC được sử dụng bởi bộ vi xử lý RMS
nhận biết máy phát nào phát ra antena. Tín hiệu logic DC cũng được cung cấp
bởi bộ tạo âm tần để cho phép các tín hiệu chuyển mạch bộ Commutator và
nhận dạng được cung cấp từ vỉ mạch tạo âm tần trên máy bay.
II. THIẾT BỊ DME 1119A
Hình 4-2 là sơ đồ khối của DME 1119A. Phần phát đáp (Transponder portion)
của DME bao gồm: bộ ghép hướng DC (1A6), Circulator, khối khuếch đại tạp
âm thấp (Low Noise Amplifier - LNA), bộ điều khiển thu phát (RTC),và bộ
KĐCS thấp/bộ tổ hợp tần số - Synthesizer (LPA). Tín hiệu hỏi của tàu bay được
thu tại anten, đưa qua DC tới Circulator. Ngoài ra, các tín hiệu hỏi từ
Monitor/Interrogator được đưa tới DC. Phát đáp cho những tín hiệu hỏi này
được lấy mẫu bởi cổng giám sát trong anten, và được dùng để giám sát độ trễ trả
24


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×