Hogyan működik a TACAN?

Miben különbözik a TACAN a VHF körirányú Tartomány (VOR) rendszer?

Nagyon rövid kérdés, de a válasz több olyan technika leírását szorgalmazza, amelyeket önmagukban is nehéz összefoglalni anélkül, hogy a szabadságjogokat a valósággal vennénk , ezért a bejegyzés meglehetősen hosszú, és nem az egyszerre, hanem az érdeklődő szakaszoknak kell elolvasniuk. És azok számára, akiket nem érdekelnek a tervezési technikák, szerencsére van egy …

Rövid válasz

Tervezési elv:

• A A TACAN a UHF segítségével növeli a csapágyat pontossággal. Ez egyetlen integrált rendszerből áll, amely egyszerre végzi el a csapágy és a távolság meghatározását. Ebben a rendszerben a földi állomás transzponder, és a lekérdező a repülőgép fedélzetén van (ellentétben az SSR transzponderrel). A gyakoriság olyan, mint egy skála fokozata, amikor a frekvencia növelésével a skála osztása sűrűbb, és az olvasás pontosabb.

• A VOR a VHF készül a csapágy meghatározásához. A földi állomás állandó jelzésének kiváltásához nem szükséges repülőgép-művelet. A távolság meghatározásához egy másik független rendszert, a DME -et használnak. A DME-t kölcsönvették a katonaság számára, és valójában TACAN-t tartalmaz, annak hordozó alkatrészei nélkül (tehát transzponder, amelyet a repülőgép kihallgatott).
  Amikor egy polgári repülőgépen kiválasztja a VOR frekvenciát, az avionika valóban erre a frekvenciára állítja a VOR vevőt, és az önálló DME lekérdezőt valamilyen " párosított " UHF frekvencia, amelyet az ICAO szabványos párosítási táblázatából nyertünk ( 6. oldal ). A VOR és a DME semmit sem oszt meg a fedélzeten a frekvencia párosítási táblán kívül.

Állomásantennák:

• Az eredeti TACAN antenna készült két kis forgó dob parazita antennával (lásd a részleteket alább). A TACAN hajókra vagy mobil állomásokra telepíthető. A TACAN antenna külsőleg hasonló a hagyományos VOR-hoz. A TACAN Alaszkában egy gyakorlat során:

  

  ^{(Forrás: Wikipédia )}
  A henger a forgó antennarendszert tartalmazza. A modernebb TACAN-ban a mechanikus forgatást elektronikusan beolvasott tömbök váltották fel, csökkentve a méretet:

  

  ^{Hordozható TACAN, forrás}

• A Doppler VOR (DVOR) gyakoribb, mint a hagyományos VOR (CVOR), mert a repülőtereken találhatók (CVOR: A részleteket lásd alább ). A DVOR antenna egy nagy kör alakú tömb, központi referenciaantennával és a tömb alatt egy nagy ellenponttal. A VOR-ot néha egy DME állomással helyezik el, ebben az esetben a függőleges DME antenna fent van és koaxiális a VOR-rendszerrel.

  

  ^{Lambourne VOR / DME, DME antenna a központi VOR referenciaantenna tetején. (forrás: Wikipédia )}
  Mivel a DME rész közös a VOR / DME és a TACAN számára, technikailag lehetséges VOR társítani TACAN-t egy VORTAC állomás megszerzéséhez. Katonai felhasználás a TACAN, polgári használat a VOR és a TACAN DME információi:

  

  ^{Teljes TACAN az előző DME antenna helyett. Forrás}

• Ezenkívül a VOR (CVOR / DVOR) a Alford hurokantennák , amelyek vízszintesen polarizáltak és alacsonyan sugároznak a láthatáron. Érzékenyek az akadályokon való elmélkedésre. elektromos ellentámadás szükséges a talaj elrejtéséhez és a sugárzási szög emeléséhez.Ez a mesterséges talajsík nagyon nagy lehet:

  

  ^{PFN Vortac (leállítva), forrás}

Jelek:

• A VOR folyamatosan továbbítja a csapágyadatokat.

• A TACAN csak válaszimpulzus-párokat küld lekérdezéskor (lásd az alábbi magyarázatot). Ezek a párok mind a csapágy, mind a DME információkat kódolják.

• A TACAN általában erősebb, mint a VOR, és nagyobb a felhasználási területe.

Összpontosítok a csapágymeghatározó rendszerek magyarázatára, és elmagyarázom a DME-t, mint a TACAN szerves részét. Ezenkívül kétféle VOR létezik, a hagyományos és a Doppler, amelyek nagyon eltérő módon működnek, még akkor is, ha kompatibilisek jeleket ad a (gyanútlan) közös vevőnek.

---

Csapágymeghatározás elve

A csapágymeghatározás általános elve, hogy két jelet küld a földi állomásról:

• referenciajel , amely bármelyik vevőt az aktív jel aktuális tájolása körül közli.

• változó jel lehetővé teszi egy adott vevő számára annak meghatározását, hogy az aktív jel mikor " " mutat a vevő felé (a mutatás nem pontos szó, mivel a DVOR jelek körirányúak, lásd még ebben a válaszban ).

A vevő e két jel összehasonlításával határozza meg relatív irányát. Mindkét jel szinuszfüggvény, az orientációs értéket ennek a függvénynek az aktuális fázisa képviseli. A VOR és a TACAN is ezt az alapelvet alkalmazza, bár másképp valósítják meg.

Ebben a történetben a jel fázis játszik a fő szerepet, tehát győződjünk meg róla, hogy egyetértünk a jelentésben:

• Bármely periodikus (ismétlődő) jel egy vektor eredményeként tekinthető valamilyen sebességgel $ \ small \ omega $ . A $ \ small x $ szinuszfüggvény $ \ small y = sin (x) $ . Szinuszos hullámra vonatkoztatva $ \ small f $ és csúcsamplitúdó $ \ small A $ , ez $ \ small y = A.sin (\ omega t + \ varphi) $ lesz, ahol $ \ small \ omega = 2 \ pi f $ . A $ \ small \ omega t + \ varphi $ szöget elosztották a fázis $ \ small \ omega t $ és a fázis at origin $ \ small \ varphi $ . A $ \ small \ varphi $ értéke null, ha a ciklust a 0 időpontban kezdjük, ez általában így van. Egyszerűbben: a $ \ small \ omega t $ mennyiség azt jelzi, hogy a vektor mennyit fordult meg időben $ t $ . Ez egy szög, amelyet teljes fordulat után állítanak vissza, ezért jelzi a végén, hogy a teljes ciklus mely részét töltötték már el (mely fázist a ciklusban vagyunk). Vizuálisan:

^{Szinuszhullám fázisszöge}

Ebből egyértelmű, hogy két, azonos frekvenciájú jel fázisainak összehasonlítása (egyszerű az elektronikával) egyenértékű összehasonlítva, hogy mennyi idő marad el a másik mögött (az időt valójában nehéz mérni).

VOR típusok

A hagyományos VOR (CVOR) és a Doppler VOR (DVOR) állomásokat azonos módon érzékelik bár nagyon különböző jeleket továbbítanak. A DVOR trükkökkel utánozza a CVOR-t és megtéveszti a CVOR-vevőt. A CVOR majdnem eltűnt a látóköréből, mert a visszaverődésre való érzékenysége miatt nem helyezhetők el a repülőtereken vagy az utak közelében. Azonban útvonalon / nagy magasságban a CVOR elszigetelt helyeken található, ennek oka az, hogy tömörebbek és kisebb a kúpja a csendnek, mint a DVOR, és a visszaverődések minimalizálhatók, pl. amikor a VOR egy domb tetején található.

A DVOR-trükköket megérteni anélkül, hogy tudnánk a CVOR működését, és “nem ad nyomokat arra, hogy a csapágy valóban meghatározva van. Tehát” fél, hogy meg kell értenünk a CVOR-t a DVOR előtt.

Hagyományos VOR: CVOR

A korai CVOR-antenna négy Alford-hurok tömbje volt egy képzeletbeli négyzet sarkában, ismert hagyományos elnevezéseikkel: ÉNy, ÉK, DK és DK. Az NW + SE hurkok alkotják az első pár, az NE + SW hurkok alkotják a második párokat.

^{CVOR négy Alford hurokkal}

Az Alford hurkok vízszintesen polarizáltak és nagyon érzékenyek a környező akadályok visszaverődésére ( többutas ).

A CVOR legújabb generációi résantennát használnak, amely egy függőleges résszel rendelkező rögzített henger (általában négy rés):

^{CVOR résantennával és a tetején a DME antennával. Forrás: AviaTecho .}

A tömb alá egy ellensúlyt helyeznek, hogy elrejtsék a VOR menedéket és a földet, és emeljék a sugárzást. irányban, kettős hatása van, hogy minimalizálja a nem kívánt visszaverődést a menedékházon és a talajon, és csökkenti a VIV fölötti csendkúpot .

A CVOR referencia és változó jeleket hoz létre és használ így:

1. Az alacsony frekvenciájú generátor három 30 Hz-es jelet hoz létre, fázisuk kivételével. Két hangjel származik egy referencia jelből: A sin jel fázisa -90 °, a cos jel fázisa pedig + 90 ° kezdőpontnál (a lényeg a bűn és a cos jelek fázishelyzetben vannak).
   A referencia fázisa fogalmilag irányt képvisel, és gyakran nevezik goniometer nek. Mivel ez a jelfrekvencia 30 Hz, az általa képviselt képzeletbeli irány másodpercenként 30-szor 360 ° -ot söpör le (1800 fordulat / perc, ez tiszta absztrakció, a CVOR-ban nincsenek forgó részek).

2. Az alacsony frekvenciájú generátor 9960 Hz-es jelet hoz létre, amelyet az FM modulál a referencia. Ez a jel referencia alhordozó néven ismert.

   

   ^{Hagyományos VOR blokkdiagram}

3. A HF generátor létrehoz egy f (f f) hordozót mivel ez a VOR frekvencia), ez a hordozó három részre oszlik:

   • az egyik rész AM a referencia segédvivő által modulált.
   • egy másik a sin által modulált AM.
   • az utolsó rész a cos által modulált AM.

4. A HF jelet a referencia segédvivővel az összes antenna elküldi. Így a referencia azonos módon kapható, függetlenül a vevő helyzetétől a CVOR körül.

5. A két másik nagyfrekvenciás jel először hordozóját távolítja el, így csak a oldalsávok fennállnak. Ennek célja, hogy a hordozók ne zavarjanak az űrben, interferenciák csak az oldalsávok között fordulhatnak elő.
   Ezután az egyik jelet az ÉNy + DK-i antennapárnak, a másik jelet a másik párnak küldi (ne feledje, hogy a két pár merőleges).

6. A űrmoduláció varázslat végzi a többit. A sin és cos oldalsávokat mezővektor értékekként adják hozzá, néha az egyes amplitúdókat hozzáadják, néha kivonják, változó arányban. Ez egy kiegyensúlyozatlan kardioid mintát eredményez (pontosabban egy Limaçon de Pascal ), amely 1800 V / perc fordulatszámon forog a VOR antennák körül, az irány a referencia (vagy a sin vagy cos ) fázisához kapcsolódik , mivel mindegyiket fix értékek kötik össze).

7. Az űrmodulációból származó jel úgy tűnik, mintha AM vivő lenne, amelyet a virtuális forgó antenna ". Az AM moduláció szintén 30 Hz jel, és úgy hívják, hogy változó jel .

8. A kapott jel tartalmazza a módosítatlan (és állandó amplitúdójú) ) hordozó a referencia segédhordozójával.
   

   ^{CVOR spektrum}

9. A vevő CVOR-hoz viszonyított irányának (radiális) meghatározásához csak a változó jel fázisát kell összehasonlítani a referencia jel fázisával . Mindkettőt tartalmazza a kapott jel. A referenciajel és a változó jel fázisa megegyezik, ha a " referencia " északra mutat idő mindkét fázis értéke 135 °, 45 ° és 90 ° összege, de a tényleges értéknek nincs hatása, csak a fáziskülönbség van értelme):
   

   ^{VOR: A csapágy meghatározása fázisok összehasonlításával}
   Most már ismerjük a CVOR elvét, könnyebb megérteni a DVOR elvét. A DVOR-t azért hozták létre, hogy pótolja a CVOR néhány gyengeségét: A CVOR nem túl pontos, kivéve, ha a telepítés helyét nagyon gondosan választják ki (nincs akadály). Ez elszigetelt pontokat jelent, nem pedig repülőtereket.Ez nem a karbantartás előnyben részesített lehetősége, és ez gyakran kizárja, hogy a CVOR a VOR megközelítéshez igazodjon a kifutópályához.

CVOR-tól Doppler VOR-ig, biztosítva a retró kompatibilitást.

A VOR pontatlanságának két tervezési lehetősége gyökerezik:

• Az antennák közel vannak egymáshoz, minden elhelyezésük alapértelmezettsége nagy következményekkel jár a pontosságban.

• A változó jel AM modulált, az AM moduláció halálos az elektromágneses zaj és a többutas által okozott hibáknak.

A Doppler VOR-ban (még egyszer … kétféle DVOR létezik, az egyoldalas és a kettős oldalsáv, itt leírom a DSB-t):

• A két aktív antenna nagy távolságra van egymástól (diametrálisan ellentétes).

• A változó jel FM modulált.

Annak érdekében, hogy kompatibilis legyen a CVOR vevővel, további változtatásokat kellett végrehajtani:

• Mivel a vevő ll két jelet hasonlít össze, az egyik AM, a másik FM, a referenciajelnek AM moduláltnak kell lennie.

• Mivel a fázis-összehasonlítás eredménye megfordult (változó mínusz referencia lesz referencia mínusz változó), a minta forgásirányát is meg kell fordítani (az óramutató járásával ellentétes irányban az óramutató járásával ellentétes irányba).

• Mivel a változó jelhez használt antennapár létrehozza szándékosan Doppler-effektust, a referenciát egy meghatározott központi antennán kell elküldeni, amely megmaradt a Doppler-effektustól.

Doppler VOR: DVOR

A A Doppler VOR a frekvenciamodulációt Doppler-effektussal hozza létre, nem pedig elektronikus modulációval. A Doppler-effektus mozgó hullámforrással fordul elő: annak ellenére, hogy a forrás állandó frekvenciával rendelkezik, amikor a vevőhöz közelebb kerül, a látszólagos frekvencia magasabb, mint a tényleges frekvencia. Mennyivel magasabb, csak a bezárás mértékétől függ.

^{Doppler-hatás a vonatzajra: A hang elöl magasabb, mint hátul}

A DVOR-ban ellentétes antennapárok (még mindig Alford hurkok) folyamatosan ki / be vannak kapcsolva, a teljes tömböt az óramutató járásával ellentétes irányba pásztázva, a teljes beolvasást másodpercenként 30-szor végzik. Valójában két antenna helyett két csoport antennát használnak, amelyek lehetővé teszik a keverést (zökkenőmentes átmenet az egyik párról a másikra), de egy pillanatra egyszerűsítsünk. Vevő szempontjából úgy tűnik, hogy a jel mozgó forrásból származik, és ezért a Doppler-eltolódás olyan arányban fog bekövetkezni, amely a mozgás látszólagos irányától függ.

^{DVOR Doppler-hatás}

kompatibilis a CVOR vevővel, ennek az eltolásnak legfeljebb 480 Hz-nek kell lennie, 480 Hz-nek az alvivő FM-lengésének a CVOR-ban. Egyszerű számítás szerint a tömb átmérőjének körülbelül 14 m-nek (46 láb) kell lennie. p> Az FM modulált jel előállításához a modulálatlan 9960 Hz-es segédvivőt a " forgó " antennapárra küldi. A Doppler eltolódik akkor a maximális, ha a vevő iránya érintőleges a párpályához a minimális, ha a pár merőleges a vevő irányára. Ez az eltolás pontosan reprezentálja a repülőgép csapágyát, és ez a változó jelmoduláció, amelyre szükségünk van. 9960 Hz). A vivőt maga a központi antenna küldi, a referenciajel modulálja az AM-t. Így a vivőre nem vonatkozik a Doppler-váltás.

Alsó sor … A CVOR-hoz hasonlóan a vevő is látja az összetett jelet: 30 Hz-rel modulált AM vivő (ami helyette referencia) változó jel), az FM " segédvivővel a Doppler-effektus eredményeként modulált " 30 Hz-en (a frekvencia a pásztázás, ez a referencia helyett a változó jelet képviseli), és a várt 480 Hz-től nem messze leng.

Keverés: Ha egyenként pár antennát használnak, akkor a a mérhető csapágyak megegyeznének a tömb antennáinak számával (kb. 50). Folyamatosabb letapogatás (és ennélfogva nagyobb számú mérhető csapágy) létrehozása érdekében a főantennát megelőző és követő antennákat is a segédhordozó jele táplálja, de kisebb teljesítménnyel. Ez az " ötvözi a " átmenetet a szkennelési pozícióból a következőbe.

Lásd még: Mi okozza a fázis változását egy VOR-ban? a DVOR jobb magyarázata érdekében.

TACAN csapágy

A TACAN álló antennán és egy forgó parazita rendszeren alapul. Az alapantenna függőleges és közös a távolság- és csapágymérő műszerekhez.

A légtérben élősködő elemek a tényleges aktív radiátorhoz hozzáadott passzív antennaelemekre utalnak. A reflektor csökkenti az erősítést az oldalán, a rendező növeli az erősítést az oldalán ( tovább ). A jól ismert Yagi irányított antennának (itt vízszintes polarizációban) a parazita elemek két típusa van:

^{( Forrás , módosítva)}

Ezeket az elemeket a TACAN használja, de az aktív elem körül forognak:

^{( Forrás , módosítva)}

• A DME résznél is használt központi elem állandó amplitúdójelet továbbít.

• Forgó dob A reflektor elektromosan állítja be a sugárzási mintát, hozzáadva egy jel-dipet (alacsony erősítés), amely 900 RPM-en forog, ami egyenértékű egy 15 Hz-es amplitúdó-modulációval. A vízszintes terv sugárzási mintázata kardioid formát ölt:
  

  ^{(Forrás: Előrehaladás az elektronikában és az elektronfizikában, 68. évfolyam , módosítva)}

• Egy másik, 9 rendezőből álló dob, amely mechanikusan kapcsolódik az elsőhöz, 135 Hz-es (9×15) további amplitúdójú hullámot hoz létre a 15 Hz-es moduláció felett:

  

  ^{(Forrás: Haladás az elektronikában és az elektronfizikában, 68. kötet , módosítva)}

Most újra el kell kezdenünk az érvelést, figyelembe véve, hogy a TACAN jelet nem továbbítják véglegesen, hanem csak információcsomagok kulcsolják (kapcsolják be / ki). A sorozat kétféle:

• Referencia-sorozat
• DME válaszok .

A referencia sorozatokat g a modulációs mintázat orientációjának megfelelően enerálva:

• Amikor a 15 Hz-es csúcs észak felé néz, egy fő referencia-sorozat érkezik. A sorozat 24 impulzusból áll

aszimmetrikus terhelési ciklussal.

• Amikor a 135 Hz-es csúcsok bármelyike kelet felé néz, akkor egy kiegészítő referencia-sorozat küldődik. A sorozat 24 impulzusból áll, szimmetrikus munkaciklussal.

^{(Forrás: Előrehaladások az elektronikában és az elektronfizikában, 68. évfolyam . Módosítva)}

Ezeknek a törteknek az időtartama csak egy része a 15 Hz-es ciklusnak, ami azt jelenti, hogy ha kevés a repülőgép DME lekérdezése, akkor a TACAN jelet legtöbbször nem kapcsolják be, ezért nem továbbítják. Az átvitel hiánya nehézséget okozna a repülőgép vevőjének:

• A vevőerősítésének (AGC) beállítása a fakulás ellen.
• A 15 Hz és a 135 Hz azonosítása modulációk.

A vétel képességének fenntartása érdekében a TACAN jel helyett állandó sebességgel, 2700 pár impulzus / másodperc sebességgel van bekapcsolva, ha szükséges, osztó impulzusokat ad hozzá hogy kitöltse az üres helyeket. Minél többet fogadja a DME-lekérdezéseket a TACAN, annál több DME-válaszsor kerül elküldésre, annál kevesebb osztóimpulzusra van szükség (több MIL-STD-291 ) .

^{A 135 Hz-es jelet egyszerűsítés céljából eltávolítottuk ( Forrás )}

A 135 Hz-es modulációt használjuk a csapágy meghatározásához. Összehasonlítva az időtartamot egy kisugárzás és a 9 jelcsúcs egyikének későbbi vétele között, meghatározható a repülőgép földi állomáshoz viszonyított iránya. A fő törést (15 Hz) arra használják, hogy egyértelművé tegyék, hogy a 9 lebeny közül melyiket használták, és ezért a 40 ° -os (360/9) szektor közül melyik releváns a csapágy szempontjából.

Elméletileg a használat az UHF sáv felső végének és a 135 Hz-es hullámzásnak a VOR-hoz képest egy nagyságrenddel növekszik a csapágy pontossága. Gyakorlatilag ez kevesebb, de mégis jobb, mint a VOR.

A DME elv az, hogy megmérje azt az időt, amelyet egy rádiójel egy oda-vissza a földi állomásra. Ahogy a rádióhullámok fénysebességgel haladnak, az idő ismerete ismeri a távolságot is." A repülőgép impulzus-párok sorozatával (kihallgatások) kérdezi a földi transzpondert, és pontos időeltolódás (általában 50 mikroszekundum) után a földi állomás egy impulzus-párok azonos sorrendje. " (Wikipédia).

Megjegyzések

• Szép válasz. +1 Magam is kíváncsi voltam erre. Tudja, hogy a legtöbb katonai repülőgép rendelkezik-e a VOR olvasására is?
• @TomMcW: Köszönöm! A TACAN-nak nagyobb átviteli teljesítménye van nagyobb tartományban, nem tudom, <