НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

П е п а Ю р і й В о л о д и м и р о в и ч

УДК 656.7.052.002.5:621.396.933.23(043.3)

ПРОГНОЗУВАННЯ ТОЧНІСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

РАДІОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ ПОСАДКИ ПОВІТРЯНИХ

СУДЕН З УРАХУВАННЯМ ДИФРАКЦІЇ РАДІОХВИЛЬ

НА ОБ’ЄКТАХ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ФОРМИ

Спеціальність 05.22.13 - навігація та управління повітряним рухом

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Сібрук Леонід Вікторович, Національний авіаційний університет, завідувач кафедри електродинаміки.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Білецький Анатолій Якович,

Національний авіаційний університет,

завідувач кафедри радіоелектроніки;

кандидат технічних наук, старший

науковий співробітник

Захарін Фелікс Михайлович,

Науковий центр Повітряних

Сил Збройних Сил України,

провідний науковий співробітник.

Провідна установа - Авіаційний науково-технічний комплекс ім. О.К. Антонова, Мінпромполітики України, м. Київ.

Захист відбудеться 2 лютого 2005 р. о 15:30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.062.03 при Національному авіаційному університеті за адресою: 03058, м. Київ-58, пр. Космонавта Комарова, 1, НАУ.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці НАУ за адресою: 03058, м. Київ-58, пр. Космонавта Комарова, 1.

Автореферат розісланий “ 24 ” грудня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради С.В. Павлова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Радіонавігаційні системи (РНС) посадки літаків займають особливе місце серед аеронавігаційних систем. Основними складовими цих систем є міжнародні інструментальні системи посадки літаків метрового та сантиметрового діапазонів хвиль, а також перспективні супутникові системи посадки.

Оцінка роботи цих систем проводиться за такими основними показниками: як цілісність, безперервність обслуговування, готовність і точність, які визначаються комплексом вихідних параметрів системи.

Вплив місцевих умов аеродрому, а саме: вплив рельєфу місцевості, місцевих предметів, кліматичних і метеорологічних факторів призводить до погіршення точнісних характеристик систем посадки повітряних суден типу ІLS та MLS. Тому актуальним є проведення досліджень з розробки ефективних методів прогнозування точнісних характеристик систем посадки. Ці методи повинні враховувати вищезазначені фактори, які можуть суттєво погіршувати вихідні параметри системи посадки, а саме точність наведення літаків на посадковий курс.

Оцінка відповідності РНС нормам та стандартам ІСАО проводиться за результатами льотних перевірок, які враховують вплив місцевих умов. Ефективність льотного контролю залежить від точності обладнання, розташованого на літаку-лабораторії, траєкторії польоту літака, зовнішніх факторів, які впливають як на обладнання, так і на траєкторію літака. Такий контроль займає багато часу і є дуже дорогим.

Однією з можливостей скорочення льотних перевірок РНС, що знаходяться на експлуатації в Україні, є математичне моделювання функціонування РНС в реальних умовах, що відображено в документах ІСАО. Така оцінка не тільки більш дешева, але й може дати результати моделювання на таких ділянках повітряного простору навколо аеродрому, де перевірочні обльоти важко досяжні на практиці або взагалі небезпечні. Всі етапи моделювання проводяться за допомогою засобів обчислювальної техніки.

Для доведення адекватності запропонованих математичних моделей використовувалися як експериментальні дані відповідних вимірювань в аеропорту “Бориспіль”, так і дані, що наводяться в науково-технічних джерелах.

Для розв’язання задачі прогнозування точнісних характеристик РНС в умовах багатошляхового розповсюдження радіохвиль від поверхонь літаків та поверхні землі проведене комплексне дослідження радіотехнічних систем посадки повітряних суден на прикладі системи посадки ІLS. Етапами дослідження є теоретичне обґрунтування багатошляхового розповсюдження радіохвиль, розробка математичних моделей навколишнього середовища та антенних систем, а також прогнозуючих моделей для оцінки інформативного параметру системи посадки, за яким безпосередньо визначається точність наведення літаків на етапі посадки.

Результати математичного моделювання дозволяють знизити експлуатаційні витрати, вироби3ти рекомендації щодо оптимального розміщення літаків під час маневру на рульових доріжках перед антенними системами глісадного та курсового радіомаяків, оцінити необхідні навігаційні характеристики системи і спрогнозувати та попередити небезпечні ситуації під час посадки літаків.

Особливо актуальна ця проблема для України, де в основному аеропорти оснащені системами посадки типу ILS, а мікрохвильові системи посадки MLS та перспективні супутникові системи посадки поки що відсутні.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Робота виконана в рамках НДР 826-ДБ98 “Теоретичні аспекти відтворення і оцінювання електромагнітного портрету типового аеропорту та його повітряної зони” – № ДР 0198U003185 та НДР 006-ДБ01 “Математичне моделювання впливу металевих конструкцій на характеристики вимірювальних антен” – № ДР 0101U002727.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка теорії і алгоритмів для визначення точнісних характеристик систем посадки повітряних суден в умовах багатошляхового поширення радіохвиль від об’єктів циліндричної форми.

Досягнення мети забезпечується шляхом вирішення наступних задач:

1. Розробка алгоритму розрахунку напруженості поля дифрагованих радіохвиль від об’єктів циліндричної форми скінченних розмірів малого та великого радіусів;

2. Розробка методів і алгоритмів, що встановлюють зв’язок між моделями радіообладнання повітряного судна і місцевих умов, в тому числі для визначення амплітудно-фазового розподілу напруженості електромагнітного поля на лініях курсу та глісади;

3. Визначення небезпечних зон на аеродромі в зоні дії системи посадки, де знаходження сторонніх об’єктів призводить до неприпустимих викривлень ліній курсу та глісади;

4. Розробка математичної моделі системи посадки повітряних суден для визначення похибок в зоні її дії з урахуванням багатопроменевого поширення радіохвиль на об’єктах циліндричної форми.

Об’єкт дослідження. Об’єктом дослідження є дифракція електромагнітних хвиль на тілах циліндричної форми, плоскої форми і клиноподібної форми, якими апроксимуються літаки в зоні дії систем посадки.

Предмет дослідження. Предметом дослідження є вплив дифракційних променів на точнісні характеристики систем посадки літаків.

Методи досліджень. Основними методами дослідження є загальні методи теорії дифракції, зокрема: Френеля-Кірхгофа, геометричної теорії дифракції, апертурні методи розрахунку поля випромінення, методи теорії поля, методи векторного аналізу і метод краєвих хвиль.

Наукова новизна одержаних результатів. До наукової новизни можна віднести визначення дифракції хвиль, які падають на циліндр скінченних розмірів під будь-яким кутом, з урахуванням електричних параметрів матеріалу циліндра. Розроблені алгоритми для визначення зон на рульових доріжках, перебування на яких повітряних суден призводить до неприпустимого погіршення точнісних характеристик системи посадки. Одержані аналітичні залежності впливу дифракційних променів на інформаційний параметр системи посадки.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення полягає в тому, що на етапах будівництва чи реконструкції аеродрому схема розміщення рульових доріжок повинна враховувати мінімальний вплив від перебування на них повітряних суден чи інших об’єктів на функціонування систем посадки.

За результатами використання розроблених математичних моделей розробляються рекомендації для авіаційних диспетчерів щодо обмеження знаходження повітряних суден у відповідних зонах рульових доріжок.

В процесі переоснащення аеропортів новими РНС можна розробити рекомендації щодо вибору антен для систем посадки. Запропонована методика може допомогти, у випадку, коли біля аеродрому будуються нові споруди, спрогнозувати вплив їх розмірів на точнісні характеристики системи посадки. Методика дозволяє скоротити кількість обльотів літаком-лабораторією аеродрому (збільшити час між обльотами або вимагати проводити обльоти, коли створилися небезпечні умови електромагнітної обстановки в зоні аеропорту).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом самостійного дослідження. В роботах [1] та [7] здобувачем запропоновано розташувати прямокутну систему координат відносно циліндра таким чином, щоб початок координат збігався з фазовим центром випромінювача, що дозволяє одержати досить прості вирази для складових вектора електричного поля. В роботі [2] здобувач представив дифраговану хвилю, як нескінчений ряд циліндричних хвиль, розкладених за функціями Бесселя, що дозволяє обирати необхідну точність розрахунків під час математичного моделювання на комп’ютері. В матеріалах опублікованих в [4] особисто здобувачем одержані результати розрахунку впливу дифракційних радіохвиль від циліндричних поверхонь на інформативний параметр системи посадки повітряних суден державного міжнародного аеропорту “Бориспіль” (м. Київ) для літаків типу “Boeing”. В статті [5] здобувач запропонував нову методику льотних випробувань доопрацьованих курсових радіоприймачів, яка була успішно перевірена на практиці. В статті [6] здобувачем був одержаний вираз для знаходження загальної похибки вимірювання еквівалентної ізотропно випромінюваної потужності антен.

Апробація результатів роботи. Основні результати досліджень доповідались і обговорювались на п’яти міжнародних науково-технічних конференціях: “АВІА-2001” (Київ, 2001), “АВІА-2003” (Київ, 2003), “ПОЛІТ-2003” (Київ, 2003), “АВІА-2004” (Київ, 2004), “TCSET’2004” (Львів-Славсько, 2004).

Публікації. В процесі виконання досліджень опубліковано 9 наукових робіт: з них 6 наукових статей в фахових журналах та збірниках наукових праць, а також опубліковані матеріали 3 науково-технічних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та чотирьох додатків. Список використаних джерел вміщує 104 найменувань. Загальний об’єм роботи складає 150 сторінок тексту, в тому числі 148 сторінок основного тексту, ілюстрованого 62 рисунками і 2 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, визначені мета і завдання дослідження, відображено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі чітко сформульовані завдання дослідження, проведений ґрунтовний аналіз методів, для рішення дифракційних задач.

Повітряне судно – це складний геометричний об’єкт, для якого рішення дифракційної задачі (тобто знаходження дифракційного поля при опроміненні його радіохвилями) відомими методами знайти не можливо. Тому проводиться аналіз відомих дифракційних методів, які можна поділити на точні і наближені.

Точні методи дають строге рішення для тіл простої геометричної форми у вигляді інтегро-диференційних рівнянь. Для більш складних тіл ці рівняння суттєво ускладнюються і їх рішення не можливо одержати в простій формі. Для таких задач, де тіла мають складну геометрію використовують деякі спрощення, які істотно не зменшують точність знаходження дифрагованого поля.

Тому широко застосовуються різні наближені (асимптотичні) методи (геометрична оптика, фізична оптика, геометрична теорія дифракції, метод крайових хвиль, метод тіньових струмів і інші). Ці методи дозволяють побудувати рішення дифракційної задачі для поверхонь, характеристичні розміри яких набагато більші довжини хвилі.

Не вдаючись в докладний аналіз асимптотичних методів рішення задач дифракції на поверхнях зі складною геометрією, (якими є, наприклад, повітряні судна) відзначимо тільки їхній загальний недолік. Дотепер не вирішене питання про точність асимптотичного рішення і межі його застосування. З особливою гостротою це питання встає в резонансній області частот, коли характеристичні розміри поверхні порівняні з довжиною збуджуваної електромагнітної хвилі. До того ж сучасний рівень вимог, що пред’являється до якості проектованої радіотехнічної апаратури, робить необхідним розрахунок електромагнітних полів у різних областях простору з досить високою точністю. Це змушує шукати нові шляхи рішення задач дифракції радіохвиль, причому перехід до якісно нових моделей визначається потребами практики і тісно пов’язаний з рівнем техніки експерименту, з точністю вимірювань. При цьому, якщо не накладати значних обмежень на форму поверхні, то метод аналізу задач дифракції може бути тільки чисельним.

Дійсно розробка чисельних методів рішення задач дифракції радіохвиль на складних поверхнях відкрила широкі можливості для аналізу впливу поверхонь довільної конфігурації на структуру електромагнітного поля. Для досягнення цієї мети знадобився би розвиток універсального математичного апарату, ефективного з обчислювальної точки зору, для рішення розглянутого класу дифракційних задач. При цьому виникла проблема створення досить загальних обчислювальних алгоритмів, що дозволяють досліджувати широкий клас дифракційних задач. Принципове рішення цієї проблеми можливе на основі застосування різного математичного апарату відомих наближених методів теорії дифракції. На жаль, для багатьох задач дифракції на тілах зі складною геометрією, немає строгих методів рішень. В цих випадках треба використовувати наближені методи.

Найбільш розповсюдженим методом, який використовується при великих відношеннях розмірів тіл до довжини хвилі, є наближення Кірхгофа (НК) і його уточнення – наближення фізичної теорії дифракції (ФТД). НК правильно описує всі дифракційні ефекти в оптичних системах, узгоджується з експериментальними даними в оптиці, де відношення характерних розмірів тіл до довжини хвилі дуже великі (… ) і всі дифракційні ефекти можуть спостерігатися лише в малому секторі кутів (околиці світло - тінь геометричного рішення). В таких системах НК дає малу відносну похибку.

При застосуванні НК для розрахунку дифракційних полів від об’єктів правильної геометричної форми виникає ряд “невірних” полів: “прострільні” хвилі, тобто помилкові крайові хвилі, що виходять від лінії обрію на гладкій поверхні. Цей метод не враховує багаторазових перевідбиттів і наступних дифракцій падаючої, первинних відбитих і первинних крайових хвиль.

При застосуванні НК труднощі полягають не в записі наближеного інтеграла, а в обчисленні записаних інтегралів. Тому безпосередньо цей метод для знаходження поля дифракції від фюзеляжів літаків використовувати не можна, оскільки обчислення зазвичай громіздкі і складні. Для зменшення розрахунків роблять деякі спрощення в геометрії об’єкту та не враховують хвилі, які мають незначну амплітуду і на амплітуду основного дифракційного поля майже не впливають.

Метод ФТД вірно описує крайові хвилі, але має похибки при розрахунку амплітуди на границях світло – тінь і в каустичних областях. За допомогою ФТД вдається записати поле відбитої хвилі в областях більш складного типу: фокусування, накладення границь світло - тінь, каустичних зонах, границь самих крайових хвиль і т. п.

Застосовуючи НК, рішення для складної геометрії тіла записуються відразу у вигляді інтегралу від поля чи струмів на освітленій стороні тіла, а за допомогою ФТД – в областях більш складного типу, в яких не можна використовувати прийоми геометричної теорії дифракції.

У другому та третьому розділах спробуємо вирішити задачу дифракції на циліндрах великого і малого розмірів в порівнянні з довжиною падаючої хвилі, але обмеженої довжини. Це рішення буде ґрунтуватися на НК разом з ФТД і врахуванням коректних граничних умов на краях циліндра. “Прострільні” хвилі і багаторазові перевідбиття при вирішенні цієї задачі враховувати не будемо.

У другому розділі пропонується модернізувати НК і, заснований на ньому, метод розрахунку і дослідження дифрагованих полів на циліндричних поверхнях великого розміру в порівнянні з довжиною падаючої хвилі. Циліндричні поверхні, що розглядаються – це поверхні обмеженої довжини, якими апроксимуються фюзеляжі літаків.

Істотною особливістю запропонованого методу є перехід від сферичної хвилі крапкового джерела (антена глісадного або курсового радіомаяків), що падає на циліндр до дифрагованої циліндричної хвилі у ближній зоні (літак знаходиться на рульовій доріжці) або сферичної хвилі у дальній зоні (літак заходить по глісаді на посадку). Особливістю наближеного методу є і те, що він застосовується для всього діапазону довжин хвиль (будь-які частоти радіомаяків) і всієї поверхні циліндричного тіла (поверхні фюзеляжів сучасних літаків).

Використовуючи цей метод, можна одержати в досить простій формі дифраговане поле на поверхні тіла для циліндрів скінченних розмірів великого радіуса по відношенню до падаючої довжині хвилі.

Слід зазначити, що при викладі матеріалу основна увага була приділена не детальному дослідженню всіх дифракційних задач, а можливості застосування модернізованого наближеного методу для рішення основних проблем дифракції радіохвиль на циліндричних тілах скінченних розмірів.

Розглянемо падіння радіохвилі на циліндр великого розміру (для таких циліндрів відношення радіусу циліндра до довжини падаючої хвилі >10). Нехай вісь збігається з віссю циліндра (рис. 1). Поле в точці спостереження визначається у власній сферичній системі координат, початок якої збігається з точкою .

В літературі не розглядався випадок коли хвиля на циліндр падає під довільним кутом. Розглянемо такий випадок детальніше. Нехай на циліндр падає горизонтально поляризована радіохвиля з локально плоским фронтом під довільним кутом.

Рис. 1. Падіння радіохвилі на циліндр великого радіусу:

- точка розміщення передавальної антени; , - відстані

від антени до центру циліндра та від циліндру до точки

спостереження; - довжина циліндра

Для такого випадку напруженість електричного поля дифракції від циліндра великого розміру в точці спостереження визначається за формулою (1), де враховуються розміри та електричні параметри циліндра, поляризація падаючої хвилі і кут падіння хвилі.

, (1)

де - хвильове число; - постійний коефіцієнт; , , - електричні та магнітна складові поля передавальної антени; - кут падіння радіохвилі на циліндр; , - радіальний та меридіональний кути точки спостереження; - розмір частини циліндра, яка опромінюється.

В кінці другого розділу наведені результати математичного моделювання за формулою (1) і проведено порівняння одержаних результатів з відомими рішеннями дифракційних задач іншими методами для циліндрів великого радіусу нескінченної довжини.

У третьому розділі розглядається циліндричний об’єкт, радіус якого задовольняє нерівності . У цьому випадку дифракційні хвилі на краях циліндра відіграють помітну роль, що зростає по мірі зменшення . Умови падіння радіохвилі на циліндр (рис. 2) такі як і в другому розділі.

Рис. 2. Падіння радіохвилі на циліндр малого радіусу:

- висота апертури; - радіус зони Френеля;

- точка на поверхні апертури

Розрахунок напруженості поля дифрагованої хвилі доцільно виконати за допомогою еквівалентної апертури. Задаючись на деякій відстані від початку циліндричної системи координат еквівалентною апертурою (рис. 2), можна, використовуючи отримані рішення, знайти розподіл тангенційних складових поля в апертурі. Якщо розміри апертури набагато більші довжини хвилі, то поле в просторі з великою точністю буде визначатися на основі принципу Гюйгенса-Кірхгофа. В результаті, цілком коректно можна врахувати довжину циліндра в розмірі еквівалентної апертури (площа апертури ) вздовж вісі . Такий спосіб дослідження електромагнітного поля застосовується при оцінці характеристик випромінювання циліндропараболічних антен.

Таким чином, введення еквівалентної апертури дозволяє врахувати вплив скінченної довжини циліндра і перейти від хвиль з локально циліндричним фронтом до хвиль зі сферичним фронтом.

Суть методу полягає в наступному. Розглядається падіння хвилі на циліндр, як і в другому розділі, але дифраговане поле знаходиться в два етапи. На першому етапі знаходять розподіл поля в апертурі (вирізка з циліндра, яка коректно враховує обмежену довжину циліндра), де фронт хвилі циліндричний на малій відстані від поверхні циліндра. Тобто це дифраговане поле в ближній зоні. На другому етапі, по відомому розподілу поля в апертурі знаходять на певній відстані від апертури (в дальній зоні) поле в точці спостереження, до якої доходить хвиля зі сферичним фронтом. Такий підхід до рішення дифракційної задачі дозволяє врахувати обмежену довжину циліндра, яка суттєво впливає саме на напруженість поля в ближній зоні.

Значення напруженості дифрагованої хвилі за апертурним методом знаходиться за формулою (2).

(2)

де

Тут - азимутальний кут точки спостереження; - сектор апертури; - відстань від циліндра до апертури; при і при , 2, 3, ....

Значення постійних коефіцієнтів визначаються з граничних умов (3):

(3)

де індекс “” належить падаючій хвилі, а індекс “” - дифрагованій хвилі, “” - заломленій (що поширюється усередині циліндра) хвилі, “” - складовій паралельній вісі , “” - складовій, що співпадає з ортом .

В кінці третього розділу наведені результати математичного моделювання за формулою (3) і проведено порівняння одержаних результатів з відомими рішеннями дифракційних задач іншими методами для циліндрів малого радіусу нескінченної довжини.

У четвертому розділі розглянуто побудову антенних систем сучасних глісадних та курсових радіомаяків, якими оснащені аеропорти в Україні. Особлива увага приділялася аналізу принципам формування діаграм спрямованості радіомаяками.

Проаналізовані відомі апроксимації моделей літаків (рис. 3) і запропонована прийнятна модель літака, яка є зручною для розрахунків перевідбитих радіохвиль від поверхні літака.

а б в

Рис. 3. Прості (а), складна (б) і запропонована (в) моделі літака

В роботі пропонується апроксимувати поверхню літака за окремими складовими частинами: фюзеляж, два крила і хвіст (рис. 3). При такій постановці задачі можна дещо спростити складні геометричні частини літака і припустити, що основне поле перевипромінює саме фюзеляж літака (його площа найбільша), трохи менше поле перевипромінюють крила і хвіст, а найменша частина поля створюється на краях крил, хвоста, носової та хвостової частинами фюзеляжу. Для спрощення обчислень і зручності математичних перетворювань вважатимемо, що крила і хвіст є плоскі поверхні обмежених розмірів. Фюзеляж більшості літаків має форму еліптичного циліндру із змінним перетином. Апроксимуємо реальний перетин фюзеляжу літака (еліптичний циліндр) коловим циліндром, площа кола якого в перетині дорівнюватиме площі еліпсу в перетині. Точність такої апроксимації знизиться не набагато.

Таким чином реальний літак представляється як коловий циліндр обмежених розмірів (обмежений довжиною літака), два плоских крила і плоский хвіст. Вплив всіх цих складових частин літака на сумарне дифракційне поле будемо розглядати окремо.

В четвертому розділі окремо розглянуто перевідбиття радіохвиль від плоских поверхонь (крила і хвіст літака), окрайків плоских поверхонь (ребра), колових циліндрів (фюзеляжів) та поверхні землі.

Задача знаходження дифракційного поля вирішувалася наступним чином. На початку, по відомій характеристиці спрямованості антенної системи радіомаяка знаходиться поле на поверхні літака (окремих його частин, див. рис. 3). За знайденими амплітудно-фазовими розподілами електромагнітного поля на окремих частинах літака знаходиться сумарне перевідбите поле і дифраговане поле в точці спостереження на лініях курсу та глісади. Сумарне поле в антенах бортових курсового та глісадного радіоприймачів складається з трьох компонентів: пряма хвиля (антена - антена), перевідбита хвиля від поверхні землі (антена - земля - антена) та дифрагована хвиля від фюзеляжу літака (антена - фюзеляж - антена). Курсовий та глісадний радіоприймачі на борту літака приймають різницю глибин модуляції двох сигналів і стрілки приладу положення повітряного судна в просторі показують положення літака по відношенню до справжніх ліній курсу та глісади. Якщо стрілки відхиляються, то пілот коригує положення літака у просторі, щоб вийти на заданий курс для успішної посадки. Це може призвести до небажаних і, навіть, до небезпечних наслідків.

Антени бортових радіоприймачів приймають інтерференцію прямого, перевідбитого і дифракційного радіосигналів, які спотворюють реальний радіосигнал від передавальної антени (рис. 4).

а б

Рис. 4. Взаємне розміщення літаків відносно глісадного (а) та курсового (б) радіомаяків: ПС - повітряне судно; КРМ, ГРМ - курсовий та

глісадний радіомаяки; ЗПС - злітно-посадкова смуга

У роботі проводилися розрахунки параметру (різниця глибин модуляції) в бортовому радіоприймачі від відстані до злітно-посадкової смуги для літаків типу “Boeing” та вітчизняних літаків “АН” на базі державного міжнародного аеродрому ”Бориспіль” (м. Київ) з врахуванням геометрії рульових доріжок та довжини злітно-посадкової смуги. Результати розрахунку для глісадного та курсового каналів наведені відповідно на рис. 5 та рис. 6.

а б

Рис. 5. Залежність від для “АН-140ТК” (а)

та “Boeing-747-400” (б)

а б

Рис. 6. Залежність від для

“Boeing-737-300” (а) та “Boeing-747-400” (б)

З рис. 5 видно, що на деяких ділянках суттєво перевищує встановлені норми ІСАО, що є неприпустимо для ІІ категорії посадки, а на рис. 6 навпаки не виходить за норми. Провівши такий аналіз за розробленою методикою можна визначити небезпечні ділянки на рульових доріжках в зоні аеродрому, де літакам знаходитися не бажано, коли в цей час на посадку заходить інший літак.

Математичне моделювання на практиці провести простіше ніж реальні обльоти літаком-лабораторією зони аеродрому для вимірювання напруженості поля антенних систем курсового та глісадного радіомаяків.

В кінці розділу даються рекомендації щодо організації безпечного руху літаків на рульових доріжках в зоні аеродрому, на яких знайдені за результатами розрахунків небезпечні ділянки для літаків великих і малих розмірів.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі:

- обґрунтована доцільність апроксимації циліндричною поверхнею ряду місцевих предметів на аеродромі, елементів повітряних суден, випадків злітно-посадкової смуги з випуклим повздовжнім профілем з метою подальшого прогнозування точнісних характеристик систем посадки;

- розроблені алгоритми розрахунку напруженості поля дифракційних радіохвиль від об’єктів циліндричної форми великого і малого радіусів скінченних розмірів;

- вказані алгоритми дозволяють проводити розрахунки за довільною поляризацією радіохвиль та довільною орієнтацією об’єктів циліндричної форми відносно антенних решіток радіомаяків, враховуються також електричні параметри матеріалу циліндрів;

- розроблені математичні моделі антенних решіток радіомаяків типу “0” та “М” систем посадок ILS;

- за результатами дослідження впливу на точнісні характеристики систем посадки багатошляхового поширення радіохвиль від повітряних суден розроблені алгоритми, за якими в залежності від класу повітряного судна і його орієнтації щодо антенної системи радіомаяка визначаються положення і розміри поверхонь на повітряному судні, які приймаються до уваги під час розрахунку напруженості поля дифрагованої хвилі;

- запропоновані алгоритми використані при побудові математичної моделі для прогнозування точнісних характеристик системи посадки повітряних суден;

- на прикладі аеродрому “Бориспіль”, за результатами використання математичної моделі, вироблені рекомендації авіаційним диспетчерам щодо обмеження перебування повітряних суден у небезпечних зонах на рульових доріжках під час знаходження іншого повітряного судна в зоні дії радіомаяків систем посадки з віддаленням менше 7500 метрів від торця злітно-посадкової смуги.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ільницький Л.Я., Сібрук Л.В., Пепа Ю.В. Аналіз інтенсивності відбитих від циліндричних поверхонь радіохвиль в аеродромних зонах // Вісник НАУ. - 2001. - № 2. - С. 206-208.

2. Ільницький Л.Я., Пепа Ю.В. Дифракція радіохвиль на циліндрі малого радіуса // Вісник НАУ. - 2003. - № 1. - С. 54-57.

3. Пепа Ю.В. Математичне моделювання дифракційного поля // Защита информации: Сб. науч. труд. НАУ. - Вып. 10. - К.: НАУ, 2003. - С. 47-53.

4. Сібрук Л.В., Пепа Ю.В. Прогнозування точнісних характеристик глісадних радіомаяків з урахуванням впливу повітряних суден на аеродромі // Защита информации: Сб. науч. труд. НАУ. - Вып. 11. - К.: НАУ, 2004. - С. 223-229.

5. Іванов В.О., Ільницький Л.Я., Богатир В.Т., Пепа Ю.В. Методика льотної перевірки доопрацьованих курсових радіоприймачів на їх відповідність вимогам ІСАО із завадостійкості // Вісник НАУ. - 2001. - № 4. - С. 138-141.

6. Ільницький Л.Я., Сібрук Л.В., Пепа Ю.В., Скриннік Л.Ю. Контроль еквівалентної ізотропно випромінюваної потужності антен контрольно-коректуючих станцій оцінки електромагнітної обстановки об’єкта // Захист інформації. - 2001. - № 1. - С. 23-26.

7. Ільницький Л.Я., Сібрук Л.В., Пепа Ю.В. До аналізу інтенсивності відбитих від циліндричних поверхонь радіохвиль в аеродромних зонах // Матеріали ІІІ Міжнарод. наук.-техн. конф. “АВІА-2001”. - Том 3. - К.: НАУ. - 2001. - С. 10.15-10.18.

8. Пепа Ю.В. Дифракція електромагнітних радіохвиль на циліндрі великого радіусу скінченних розмірів // Матеріали Міжнарод. наук. конф. студ. та молод. учених “ПОЛІТ-2003”. - Вип. 3. - К.: НАУ. - 2003. - С. 234-237.

9. Y. Pepa. Diffraction of Electromagnetic Radiowaves on the Cylinder of the Limited Size // Proc. International Conf. “TCSET’2004”. - Lviv: Lviv Polytechnic, 2004. - P. 147-149.

АНОТАЦІЇ

Пепа Ю.В. Прогнозування точнісних характеристик радіотехнічних систем посадки повітряних суден з урахуванням дифракції радіохвиль на об’єктах циліндричної форми. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.13 “Навігація та управління повітряним рухом”. - Національний авіаційний університет, Київ, 2004.

Розроблені і обґрунтовані теоретичні підходи до побудови методики розрахунку дифрагованого поля від циліндричних поверхонь малого і великого радіусів скінченних розмірів з урахуванням геометричних розмірів циліндрів, електричних параметрів, кута падіння радіохвиль на циліндр, типу поляризації радіохвиль та врахуванням реальної діаграми спрямованості антенної системи, що опромінює циліндр.

Розроблена методика може бути застосована як на етапі проектування нових аеродромів (врахування перевідбиттів від споруд і будівель в зоні аеродрому), так і на етапі експлуатації (врахування дифракційних радіохвиль від повітряних суден, що рухаються на рульових доріжках).

Ключові слова: дифракція радіохвиль, дифраговане поле, еквівалентна апертура, ближня зона антени.

Пепа Ю.В. Прогнозирование точностных характеристик радиотехнических систем посадки воздушных судов с учётом дифракции радиоволн на объектах цилиндрической формы. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.13 ”Навигация и управление воздушным движением”. - Национальный авиационный университет, Киев, 2004.

Разработаны и обоснованы теоретические подходы для построения методики расчёта дифракционного поля от цилиндрических поверхностей малого и большого радиусов конечных размеров с учётом геометрических размеров цилиндра, электрических параметров, угла падения радиоволн на цилиндр, типа поляризации радиоволн и учётом реальной диаграммы направленности антенной системы, которая облучает цилиндр.

Алгоритмы нахождения дифракционного поля от цилиндрических поверхностей позволяют определять как амплитуду и фазу поля, так и построить диаграмму направленности для переотражённого сигнала.

По предложенной методике можно определять опасные участки на рулёжных дорожках в зоне аэродрома, где нахождение воздушных судов приводит к ухудшению точностных характеристик наведения воздушного судна по курсу и глиссаде на посадку.

Разработанная методика может применяться как на этапе проектирования новых аэродромов (учёт переотражений от сооружений и зданий в зоне аэродрома), так и на этапе эксплуатации (учет дифракционных радиоволн от воздушных судов, которые перемещаются по рулёжным дорожкам).

Ключевые слова: дифракция радиоволн, дифракционное поле, эквивалентная апертура, ближняя зона антенны.

Y.V. Pepa. Aircraft radio technical landing systems accuracy characteristics forecasting taking into a consideration radio waves diffraction on cylinder shape objects. - Manuscript.

Dissertation on competition of candidate of engineering science scientific degree on a speciality 05.22.13 “Navigation and Air Traffic Control”. - National Aviation University, Kyiv, 2004.

Theoretical approaches were worked out and well grounded for calculation methods construction of diffraction field from cylindrical surfaces of small and big radiuses final magnitudes, taking into consideration the cylinders geometrical magnitudes, electric parameters, radio waves hade to cylinder, radio waves polarization type and real directional diagram of antenna system, which irradiates the cylinder.

The worked out system can be applied as at the stage of new aerodrome designing (taking into consideration multiple reflection from buildings and installations in the aerodrome zone), as at the exploitation stage (taking into consideration the diffraction radio waves from aircrafts, that move around Steering runways).

Key words: diffraction of radiowaves, diffraction field, the equivalent aperture, near zone of the aerial.

Підписано до друку . Формат 60?84/16. Папір офс.

Офс. друк. Ум. фарбовідб. 6. Ум. друк. арк. . Обл.-вид. арк. . Тираж 100 прим. Замовлення № . Вид № .

Видавництво НАУ.

03058. Київ-58, проспект Космонавта Комарова, 1.

Свідоцтво про внесення до Державного реєстру від .