TACAN은 어떻게 작동합니까?

TACAN은 VHF 전 방향과 어떻게 다른가요? 범위 (VOR) 시스템?

매우 짧은 질문이지만 현실과의 자유를 얻지 않고는 요약하기 어려운 몇 가지 기술을 설명해야합니다. , 따라서 게시물은 다소 길고 한 번에 전체적으로 읽기보다는 관심 섹션별로 읽어야합니다. 그리고 디자인 기술에 관심이없는 분들을 위해 다행히도 …

짧은 답변

디자인 원칙 :

• A TACAN 은 UHF 를 사용하여 베어링을 증가시킵니다. 정밀도. 베어링 및 거리 측정을 한 번에 수행하는 단일 통합 시스템으로 구성됩니다. 이 시스템에서 지상국은 응답기이고 질문자는 항공기에 탑재되어 있습니다 (SSR 응답기와 반대). 빈도는 눈금의 눈금과 비슷합니다. 빈도가 증가하면 눈금 눈금이 더 조밀하고 판독 값이 더 정확합니다.

• A VOR 은 베어링 결정을 위해 VHF 에서 작동합니다. 영구적 인 지상국 신호를 트리거하기 위해 항공기 조치가 필요하지 않습니다. 거리를 결정하기 위해 다른 독립 시스템 인 DME 가 사용됩니다. DME는 군용으로 빌려 왔으며 실제로 베어링 구성 요소가없는 TACAN입니다 (따라서 항공기가 응답하는 트랜스 폰더).
  민간 항공기에서 VOR 주파수를 선택할 때 항공 전자 공학은 실제로이 주파수에 VOR 수신기를 설정하고 일부 "에 독립형 DME 인터로 게이터 를 설정합니다. ICAO 표준 페어링 테이블 ( 6 페이지 )에서 얻은 페어링 된 " UHF 주파수. VOR과 DME는 주파수 페어링 테이블 외에는 아무것도 공유하지 않습니다.

스테이션 안테나 :

• 원래 TACAN 안테나가 만들어졌습니다. 기생 안테나 요소가있는 두 개의 작은 회전 드럼으로 구성됩니다 (아래 세부 정보 참조). TACAN은 선박이나 이동국에 설치할 수 있습니다. TACAN 안테나는 외부 적으로 기존 VOR과 유사합니다. 운동 중 알래스카의 TACAN :

  

  ^{(출처 : Wikipedia )}
  실린더에는 회전 안테나 시스템이 포함되어 있습니다. 최신 TACAN에서는 기계적 회전이 전자적으로 스캔 된 어레이 로 대체되어 다음과 같이 크기가 줄어 듭니다.

  

  ^{전송 가능한 TACAN, 소스}

• Doppler VOR (DVOR)은 비행장 (CVOR)에 위치 할 수 있기 때문에 기존 VOR (CVOR)보다 더 일반적입니다 (CVOR : 자세한 내용은 아래 참조). ). DVOR 안테나는 중앙 기준 안테나와 어레이 아래에 큰 카운터 포이즈가있는 대형 원형 어레이입니다. VOR은 때때로 DME 스테이션과 같은 위치에 있습니다.이 경우 DME 수직 안테나는 VOR 시스템 위에 있고 동축입니다.

  

  ^{Lambourne VOR / DME, 중앙 VOR 기준 안테나 상단의 DME 안테나. (출처 : Wikipedia )}
  DME 부분은 VOR / DME 및 TACAN에 공통이기 때문에 기술적으로 VOR을 VORTAC 스테이션을 얻기위한 TACAN 군사는 TACAN을 사용하고 민간인은 VOR 및 TACAN의 DME 정보를 사용합니다.

  

  ^{이전 DME 안테나 대신 전체 TACAN. 소스}

• 또한 VOR (CVOR / DVOR)은 Alford 루프 안테나 는 수평 편파 이며 수평선에서 낮게 방사합니다. 그들은 장애물에 대한 반사에 민감합니다. 지면을 숨기고 방사 각도를 높이려면 전기 카운터 포이즈 가 필요합니다.이 인공 접지면은 매우 클 수 있습니다.

  

  ^{PFN Vortac (폐기 됨), 소스}

신호 :

• VOR은 베어링 정보를 지속적으로 전송합니다.

• TACAN은 질의를받은 경우에만 응답 펄스 쌍을 전송합니다 (아래 설명 참조). 이러한 쌍은 베어링 및 DME 정보를 모두 인코딩합니다.

• TACAN은 일반적으로 VOR보다 강력하며 사용 범위가 더 넓습니다.

나는 베어링 결정 시스템을 설명하고 TACAN의 필수 구성 요소로서 DME를 설명 할 것입니다. 또한 VOR에는 두 가지 유형, 기존 및 도플러가 있습니다. 이는 호환 가능하더라도 매우 다르게 작동합니다. (의심하지 않는) 공통 수신기로 신호를 보냅니다.

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베어링 결정 원리

베어링 결정의 일반적인 원리는 지상국에서 두 개의 신호를 보내는 것입니다.

• 활성 신호의 현재 방향을 수신기에 알려주는 참조 신호

• 변수 신호 를 사용하면 특정 수신기가 활성 신호가 수신기를 " 포인팅 " 할 때를 결정할 수 있습니다 (포인팅이 정확하지 않음). DVOR 신호는 무 지향성이므로 이 답변 ).

수신기는이 두 신호를 비교하여 상대 방위를 결정합니다. 두 신호 모두 사인 함수이며 방향 값은이 함수의 현재 위상 으로 표시됩니다. VOR과 TACAN은 모두이 기본 원칙을 사용하지만 서로 다르게 인식합니다.

신호 단계 는이 이야기에서 중요한 역할을합니다. 의미에 동의해야합니다.

• 모든 주기적 (반복적) 신호는 일정한 비율로 회전하는 벡터의 결과로 볼 수 있습니다. $ \ small \ omega $ . 각도 $ \ small x $ 에 대한 사인 함수는 $ \ small y = sin (x) $ . 주파수 $ \ small f $ 및 피크 진폭 $의 정현파에 적용됩니다. \ small A $ , 이것은 $ \ small y = A.sin (\ omega t + \ varphi) $ 가됩니다. 여기서 $ \ small \ omega = 2 \ pi f $ . 각도 $ \ small \ omega t + \ varphi $ 는 단계 $ \ small \ omega t $ 및 단계 출처 $ \ small \ varphi $ . $ \ small \ varphi $ 는 시간 0에서주기를 시작하면 null이며, 일반적으로이 경우입니다. 간단히 말하면 $ \ small \ omega t $ 수량은 벡터가 $ t $ . 이것은 각도이며, 전체 회전 후 재설정되므로 전체주기의 어느 부분이 이미 소비되었는지 (우리가주기에있는 단계 ) 마지막에 나타냅니다. 시각적 :

^{사인파의 위상 각}

그것으로부터 동일한 주파수를 가진 두 신호의 위상을 비교하는 것은 (전자 기기와 간단하게) 다음과 같다는 것이 분명합니다. 서로 뒤쳐지는 시간을 비교합니다 (실제로 시간은 측정하기 어렵습니다).

VOR 유형

기존 VOR (CVOR) 및 도플러 VOR (DVOR) 스테이션은 다음과 같이 동일하게 인식됩니다. 수신기는 매우 다른 신호를 전송합니다. DVOR은 트릭을 사용하여 CVOR을 모방하고 CVOR 수신기를 속입니다. CVOR은 반사에 대한 민감도로 인해 비행장이나 도로 가까이에 위치 할 수 없기 때문에 시야에서 거의 사라졌습니다. 그러나 경로 중 / 고고도 CVOR은 고립 된 장소에서 찾을 수 있습니다. 그 이유는 DVOR보다 더 콤팩트하고 무음의 원뿔이 더 작으며 반사를 최소화 할 수 있기 때문입니다. VOR이 언덕 꼭대기에있을 때.

CVOR이 어떻게 작동하는지 모른 채 DVOR 트릭을 이해하는 것은 어렵고 방위가 실제로 어떻게 결정되는지에 대한 단서를 제공하지 않습니다. 그래서 저는 DVOR 전에 CVOR을 이해해야합니다.

기존 VOR : CVOR

초기 CVOR 안테나는 알려진 가상 사각형의 모서리에있는 4 개의 Alford 루프 배열이었습니다. 그들의 일반적인 이름 : NW, NE, SW 및 SE. NW + SE 루프는 첫 번째 쌍을 형성하고 NE + SW 루프는 두 번째 쌍을 형성합니다.

^{4 개의 Alford 루프가있는 CVOR}

Alford 루프는 수평으로 편광되며 주변 장애물에 대한 반사에 매우 민감합니다 ( 다중 경로 ).

최근 세대의 CVOR은 수직 슬롯 (일반적으로 4 개의 슬롯)이있는 고정 실린더 인 슬롯 안테나를 사용합니다.

^{슬롯 안테나와 DME 안테나가 상단에있는 CVOR. 출처 : AviaTecho .}

VOR 대피소와지면을 숨기고 방사선을 높이기 위해 어레이 아래에 카운터 포이즈를 배치합니다. 대피소와지면에 대한 바람직하지 않은 반사를 최소화하고 VOR 위의 침묵의 원뿔 을 줄이는 이중 효과가 있습니다.

CVOR은 다음과 같은 방식으로 기준 및 가변 신호를 생성하고 사용합니다.

1. 저주파 발생기는 위상을 제외하고 동일한 3 개의 30Hz 신호를 생성합니다. 두 개의 오디오 신호는 참조 신호에서 파생됩니다. sin 신호는 -90 °의 원점에서 위상을 갖고 cos 신호는 위상을 갖습니다. + 90 °의 원점에서 (포인트는 sin이고 cos 신호는 위상이 반대입니다).
   참조의 단계는 개념적으로 방향을 나타내며 종종 각각 계 라고합니다. 이 신호 주파수는 30Hz이므로 가상 방향은 초당 30 회 360 ° 스위프 (1,800rpm, 이것은 순수한 추상화이며 CVOR에 회전 부분이 없음)입니다.

2. 저주파 발생기는 기준에 의해 FM 변조 된 9960Hz 신호를 생성합니다. 이 신호를 참조 부반송파 라고합니다.

   

   ^{기존 VOR 블록 다이어그램}

3. HF 생성기는 주파수 f (f)의 캐리어 를 생성합니다. VOR 주파수 임)이 반송파는 세 부분으로 나뉩니다.

   • 한 부분은 참조 부반송파 에 의해 AM 변조됩니다.
   • 다른 하나는 sin 에 의해 변조 된 AM입니다.
   • 마지막 부분은 cos 에 의해 변조 된 AM입니다.

4. 기준 부반송파가있는 HF 신호가 모든 안테나로 전송됩니다. 이렇게하면 CVOR 주변의 수신기 위치에 관계없이 참조를 동일하게 수신 할 수 있습니다.

5. 다른 두 HF 신호는 먼저 반송파가 제거되어 사이드 밴드 가 존재합니다. 이는 캐리어가 우주에서 간섭하는 것을 방지하기위한 것입니다. 간섭 은 측 파대 사이에서만 발생해야합니다.
   그런 다음 하나의 신호가 NW + SE 안테나 쌍으로 전송되고 다른 신호는 다른 쌍으로 전송됩니다 (두 쌍이 수직임을 기억하십시오).

6. 나머지는 공간 변조 마법이 알아서합니다. sin 및 cos 측 파대는 필드 벡터 값으로 추가되고, 때로는 개별 진폭이 추가되거나, 때로는 가변 비율로 뺍니다. 그 결과 불균형 한 카디오이드 패턴 (더 정확하게는 Limaçon de Pascal ) VOR 안테나 주위에서 1,800rpm으로 회전하며 방향은 참조 (또는 sin 또는 cos )의 위상에 연결됩니다. , 그것들은 모두 고정 된 값으로 연결되어 있기 때문입니다).

7. 공간 변조로 인한 신호는 가상 회전 안테나 ". AM 변조도 30Hz 신호이며 가변 신호 라고합니다.

8. 결과 신호에는 수정되지 않은 (및 일정한 진폭)도 포함됩니다. ) 참조 부반송파가있는 반송파.
   

   ^{CVOR 스펙트럼}

9. CVOR에 대한 수신기의 방위 (방사형)를 결정하려면 가변 신호의 위상을 기준 신호의 위상과 비교하기 만하면됩니다. . 둘 다 결과 신호에 포함됩니다. 기준 신호의 위상과 가변 신호의 위상은 기준이 " 지점 "이 북쪽을 가리킬 때 동일합니다 (원칙에 따라 시간 두 단계의 값은 135 °이고 45 °와 90 °의 합계이지만 실제 값은 영향을 미치지 않으며 위상 차이 만 의미가 있습니다.) :
   

   ^{VOR : 위상을 비교하여 베어링 결정}
   이제 우리는 CVOR의 원리를 알았으므로 DVOR의 원리를 더 쉽게 이해할 수 있습니다. DVOR은 CVOR의 몇 가지 약점을 보완하기 위해 만들어졌습니다. CVOR은 설치 장소가 매우 신중하게 선택되지 않는 한 (장애물이없는 경우) 매우 정확하지 않습니다. 이는 비행장이 아닌 고립 된 지점을 의미합니다.이는 유지 관리에 선호되는 옵션이 아니며 VOR 접근 방식을 위해 CVOR이 활주로와 일치하지 않는 경우가 많습니다.

CVOR에서 Doppler VOR로, 역 호환성을 보장합니다.

VOR의 정밀도 부족은 두 가지 설계 선택에 기인합니다.

• 안테나가 서로 가깝고 배치의 기본값은 큰 결과를 가져옵니다.

• 가변 신호는 AM 변조이고 AM 변조는 전자기 노이즈와 다중 경로로 인해 발생하는 오류에 치명적입니다.

도플러 VOR (다시 한 번 … DVOR에는 단측 파대와 이중 측 파대라는 두 가지 유형이 있습니다. 여기서 DSB에 대해 설명하겠습니다) :

• 두 개의 활성 안테나가 서로 먼 거리에 있습니다 (직경 반대).

• 가변 신호는 FM 변조입니다.

CVOR 수신기와 호환 되려면 다른 변경이 필요했습니다.

• 수신기 sti ll은 두 신호를 비교합니다. 하나는 AM이고 다른 하나는 FM이므로 기준 신호는 AM 변조되어야합니다.

• 이제 위상 비교 결과가 반전되기 때문에 (변수 마이너스 기준은 참조 마이너스 변수), 패턴의 회전 방향도 반전되어야합니다 (시계 방향 대신 시계 반대 방향).

• 가변 신호에 사용되는 안테나 쌍이 생성하기 때문입니다. 의도적으로 도플러 효과 인 경우 참조는 도플러 효과에서 보존 된 특정 중앙 안테나로 전송되어야합니다.

Doppler VOR : DVOR

원칙 도플러 VOR은 전자 변조가 아닌 도플러 효과 에 의해 주파수 변조를 생성하는 것입니다. 도플러 효과는 움직이는 파동 소스에서 발생합니다. 소스가 일정한 주파수를 가지고 있음에도 불구하고 수신기에 가까워지면 겉보기 주파수가 실제 주파수보다 높습니다. 얼마나 더 높은지는 폐쇄 율에 따라 다릅니다.

^{기차 소음에 대한 도플러 효과 : 사운드는 후면보다 전면에서 더 높은 음조를 보입니다.}

DVOR에서 반대쪽 안테나 쌍 (여전히 Alford 루프)는 지속적으로 켜지고 꺼지며 전체 어레이를 시계 반대 방향으로 스캔하며 전체 스캔은 초당 30 회 수행됩니다. 실제로 블렌딩 (한 쌍에서 다음 쌍으로의 부드러운 전환)을 허용하기 위해 관련된 두 개의 안테나가 아닌 두 개의 그룹 의 안테나가 있지만, 잠시 단순화하겠습니다. 수신기의 관점에서 신호는 움직이는 소스에서 오는 것처럼 보이므로 이동의 겉보기 방향에 따라 비율로 도플러 이동이 발생합니다.

^{DVOR 도플러 효과}

허용 CVOR 수신기와의 호환성을 위해이 이동은 최대 480Hz 여야하며 480Hz는 CVOR에서 부반송파의 FM 스윙입니다. 간단한 계산으로 어레이 직경이 약 14m (46 피트) 여야 함을 알 수 있습니다.

FM 변조 신호를 생성하기 위해 변조되지 않은 9960Hz 부반송파가 " 회전하는 " 쌍의 안테나로 전송됩니다. 도플러 시프트 수신기 방향이 쌍 궤적 a에 접할 때 최대 값입니다. 쌍이 수신기의 방향에 수직 일 때 최소. 이 변화는 항공기 베어링을 정확히 나타내며 우리가 필요로하는 가변 신호 변조입니다.

무선 신호 관점에서 보면 측 대역 주파수 만 9960Hz 부반송파 (VOR 주파수 f +/- 9960Hz). 반송파 자체는 기준 신호에 의해 AM 변조 된 중앙 안테나로 전송됩니다. 이렇게하면 반송파가 도플러 편이의 영향을받지 않습니다.

최종선 … CVOR에서와 같이 수신기는 합성 신호를 봅니다. 30Hz로 변조 된 반송파 AM (대신 참조) 도플러 효과의 결과로 부반송파 FM " 변조 됨 "가있는 30Hz (주파수 스캔은 이제 참조 대신 가변 신호를 나타냅니다.) 예상 480Hz에서 멀지 않은 스윙이 있습니다.

블렌딩 : 한 쌍의 안테나가 한 번에 하나씩 사용 된 경우 측정 가능한 베어링은 어레이의 안테나 수 (약 50 개)와 같습니다. 보다 연속적인 스캔 (따라서 더 많은 측정 가능한 베어링)을 생성하기 위해 메인 안테나 앞뒤에있는 안테나도 부반송파 신호에 의해 공급되지만 전력은 더 적습니다. 이렇게하면 스캔 위치에서 다음 위치로의 전환이 " 혼합됩니다 ".

VOR에서 위상이 변경되는 원인은 무엇입니까? 를 참조하십시오.

TACAN 베어링

TACAN은 고정 안테나와 회전 기생 시스템을 기반으로합니다. 기본 안테나는 수직이며 거리 및 방위 측정 기기에 공통입니다.

공중 장의 기생 요소는 실제 활성 방사체에 추가 된 수동 안테나 요소를 나타냅니다. 반사경은 측면의 게인을 줄이고 감독은 측면의 게인을 높입니다 ( 더보기 ). 잘 알려진 Yagi 지향성 안테나 (여기서는 수평 편파)에는 두 가지 유형의 기생 요소가 있습니다.

^{( 소스 , 수정 됨)}

다음 요소는 TACAN에서 사용되지만 활성 요소를 중심으로 회전합니다.

^{( 소스 , 수정 됨)}

• DME 부분에도 사용되는 중앙 요소는 일정한 진폭 신호를 전송합니다.

• 리플렉터는 방사 패턴을 전기적으로 조정하여 15Hz 진폭 변조에 해당하는 900RPM으로 회전하는 신호 딥 (낮은 이득)을 추가합니다. 수평 평면도의 방사 패턴은 단일 지향성 형태를 취합니다.
  

  ^{(출처 : Advances in Electronics and Electron Physics, Volume 68 , modified)}

• 첫 번째 디렉터에 기계적으로 연결된 9 개의 디렉터 세트가있는 다른 드럼은 15Hz 변조에 대해 135Hz (9×15)의 추가 진폭 리플을 생성합니다.

  

  ^{(출처 : 전자 및 전자 물리학의 발전, 볼륨 68 , 수정 됨)}

이제 다음을 고려하여 추론을 다시 시작해야합니다. TACAN 신호는 “영구적으로 전송되지 않고 버스트 정보에 의해서만 키 (켜짐 / 꺼짐)”됩니다. 버스트에는 두 가지 종류가 있습니다.

• 참조 버스트
• DME 응답 .

참조 버스트는 g입니다. 변조 패턴의 방향에 따라 생성됩니다.

• 15Hz 피크가 북쪽을 향하면 주 기준 버스트가 전송됩니다. 버스트는 비대칭 듀티 사이클이있는 24 개의 펄스로 구성됩니다.

.

• 135Hz 피크 중 하나가 동쪽을 향하면 보조 기준 버스트가 전송됩니다. 버스트는 대칭 듀티 사이클의 24 개 펄스로 구성됩니다.

^{(출처 : 전자 및 전자 물리학의 발전, 볼륨 68 . 수정 됨)}

이러한 버스트의 지속 시간은 15Hz주기의 일부일뿐입니다. 즉, 항공기 DME 질문이 거의없는 경우 대부분의 경우 TACAN 신호가 입력되지 않으므로 전송되지 않습니다. 이러한 전송 부족으로 인해 항공기 수신기가 어려움을 겪을 수 있습니다.

• 수신기 이득 (AGC)을 카운터 페이딩으로 조정합니다.
• 15Hz 및 135Hz 식별

수신 능력을 유지하기 위해 TACAN 신호는 대신 초당 2,700 쌍의 펄스의 일정한 속도로 입력되며 필요한 경우 스 퀴터 펄스 를 추가합니다. 공백을 채우기 위해. TACAN이 DME 질문을 더 많이 수신할수록 더 많은 DME 응답 버스트가 전송되고 더 적은 스 퀴터 펄스가 필요합니다 ( MIL-STD-291 에서 더 많이). .

^{단순화를 위해 135Hz 신호가 제거되었습니다 ( 소스 )}

135Hz 변조는 베어링 결정에 사용됩니다. 보조 버스트와 9 개의 신호 피크 중 하나의 후속 수신 사이의 시간을 비교하여 지상국에 대한 항공기 방위를 결정할 수 있습니다. 메인 버스트 (15Hz)는 9 개 로브 중 어느 것이 사용되었는지 명확하게 나타 내기 위해 사용되므로 40 ° (360/9) 섹터 중 어느 것이 실제로 베어링과 관련이 있는지 확인합니다.

이론적으로 사용 UHF 대역의 상단 끝과 135Hz 리플은 VOR에 비해 베어링 정확도를 1 배 증가시킵니다. 실제로 이것은 VOR보다 적지 만 여전히 낫습니다.

DME 원칙은 무선 신호가 지상 역까지 왕복. 전파가 광속으로 이동하기 때문에 시간을 아는 것은 거리를 아는 것입니다." 기체는 일련의 펄스 쌍 (질문)으로 지상 응답기를 조사하고, 정확한 시간 지연 (일반적으로 50 마이크로 초) 후에 지상국은 다음과 같이 응답합니다. 동일한 펄스 쌍 시퀀스. " (Wikipedia).

댓글

• 좋은 대답입니다. +1 이것에 대해 직접 궁금해했습니다. 대부분의 군용 항공기가 VOR도 읽을 수 있는지 알고 있습니까?
• @TomMcW : 감사합니다! TACAN은 더 넓은 범위에 대해 더 큰 전송 전력을 가지고 있으며 ' VOR을 수신하는 데 정말로 필요한지 ' 모르겠지만 그러면 ' 안테나, 수신기 및 CDI를 추가하는 것이 중요합니다. 비행 비 정밀 시민 접근에 유용 할 수 있습니다.
• C-130 '에는 VOR 및 TACAN 수신기가 있으며 I ' d는 VORTAC '