Hvordan fungerer TACAN? (Norsk)

Hvordan er TACAN forskjellig fra VHFs retningsveiledning Range (VOR) system?

Et veldig kort spørsmål, men svaret krever en beskrivelse av flere teknikker som i seg selv er vanskelige å oppsummere uten å ta frihet med virkeligheten , så innlegget er ganske langt og bør leses av seksjoner av interesse i stedet for helt på en gang. Og for de som ikke er interessert i designteknikkene, er det heldigvis et …

Kort svar

Designprinsipp:

• A TACAN bruker UHF for å øke peiling presisjon. Den består av et enkelt integrert system som utfører peiling og avstandsbestemmelse på en gang. I dette systemet er bakkestasjonen en transponder, og forhøreren er ombord på flyet (i motsetning til SSR-transponderen). Frekvens er som graderinger på en skala, når frekvensen øker, er graderingene på skalaen tettere, og avlesningene er mer nøyaktige.

• A VOR fungerer på VHF for å bestemme peiling. Ingen flyhandlinger er nødvendige for å utløse bakkestasjonssignalet som er permanent. For å bestemme avstand brukes et annet uavhengig system, DME . DME er lånt til militæret og er faktisk en TACAN uten bærende komponenter (så det er en transponder som blir forhørt av flyet).
  Når du velger en VOR-frekvens i et sivilt fly, setter flyelektronikken faktisk VOR-mottakeren på denne frekvensen, og den frittstående DME forhøreren på noen » sammenkoblet » UHF-frekvens oppnådd fra ICAOs standard sammenkoblingstabell ( side 6 ). VOR og DME deler ingenting ombord utover frekvensparingstabellen.

Stasjonsantenner:

• Den originale TACAN-antennen er laget av to små roterende trommer med parasittiske antenneelementer (se detaljer nedenfor). Et TACAN kan installeres på skip eller mobile stasjoner. TACAN-antennen ligner eksternt på en vanlig VOR. EN TACAN i Alaska under en øvelse:

  

  ^{(Kilde: Wikipedia )}
  Sylinderen inneholder det roterende antennesystemet. I mer moderne TACAN er den mekaniske rotasjonen erstattet av elektronisk skannede matriser , og reduserer størrelsen:

  

  ^{Transportable TACAN, kilde}

• Doppler VOR (DVOR) er vanligere enn konvensjonell VOR (CVOR), fordi de kan være plassert på flyplasser (CVOR: Se nedenfor for detaljer ). DVOR-antennen er en stor sirkulær matrise med en sentral referanseantenne og en stor motstasjon under matrisen. Noen ganger samles VOR med en DME-stasjon, i så fall er den vertikale DME-antennen over og koaksial med VOR-systemet.

  

  ^{Lambourne VOR / DME, DME-antenne på toppen av den sentrale VOR-referanseantennen. (kilde: Wikipedia )}
  Fordi DME-delen er vanlig for VOR / DME og TACAN, er det teknisk mulig å knytte en VOR til en TACAN for å skaffe en VORTAC stasjon. Militær bruker TACAN, sivil bruker VOR og DME-informasjonen til TACAN:

  

  ^{En fullstendig TACAN i stedet for den forrige DME-antennen. Kilde}

• I tillegg bruker VOR (CVOR / DVOR) Alford-sløyfeantenner som er horisontalt polariserte og utstråler lavt i horisonten. De er følsomme for refleksjon over hindringer. En elektrisk motstilling kreves for å skjule bakken og heve strålingsvinkelen.Dette kunstige jordplanet kan være veldig stort:

  

  ^{PFN Vortac (avviklet), kilde}

Signaler:

• En VOR overfører kontinuerlig lagerinformasjon.

• En TACAN sender bare svarspulspar når den blir forhørt (se forklaringen nedenfor). Disse parene koder både peiling og DME-informasjon.

• En TACAN er vanligvis kraftigere enn en VOR og har et større bruksområde.

Jeg vil fokusere på å forklare lagerbestemmelsessystemer, og forklare DME som en integrert komponent i TACAN. I tillegg er det to typer VOR, konvensjonell og doppler, som fungerer veldig forskjellig selv om de leverer kompatible signaler til den (intetanende) vanlige mottakeren.

Lagerbestemmelsesprinsipp

Det vanlige prinsippet for lagerbestemmelse er å sende to signaler fra bakkestasjonen:

• Et referansesignal som forteller enhver mottaker rundt den aktuelle retningen til det aktive signalet.

• En variabel signal slik at en bestemt mottaker kan bestemme når det aktive signalet er » som peker » til mottakeren (pekingen er ikke nøyaktig ord ettersom DVOR-signalene er retningsstrålende, se mer i dette svaret ).

Mottakeren bestemmer dens relative peiling ved å sammenligne disse to signalene. Begge signalene er sinusfunksjoner, orienteringsverdien er representert av nåværende fase av denne funksjonen. Både VOR og TACAN bruker dette grunnleggende prinsippet, om enn de skjønner det annerledes.

Signalet fase har hovedrollen i denne historien, så la oss være sikre på at vi er enige i betydningen:

• Ethvert periodisk (repeterende) signal kan sees på som et resultat av at en vektor dreier med en viss hastighet $ \ liten \ omega $ . Sinusfunksjonen for vinkel $ \ small x $ er $ \ small y = sin (x) $ . Brukes på en sinusformet bølge av frekvens $ \ small f $ og toppamplitude $ \ small A $ , dette blir $ \ small y = A.sin (\ omega t + \ varphi) $ der $ \ small \ omega = 2 \ pi f $ . Vinkelen $ \ small \ omega t + \ varphi $ , er delt mellom phase $ \ small \ omega t $ og fase ved opprinnelse $ \ small \ varphi $ . $ \ small \ varphi $ er null hvis vi starter en syklus på tidspunkt 0, dette er vanligvis tilfelle. Mer enkelt, mengden $ \ small \ omega t $ representerer hvor mye vektoren har snudd på tiden $ t $ . Det er en vinkel, tilbakestilt etter en full sving, derfor indikerer den til slutt hvilken del av en full syklus som allerede er brukt (hvilken fase vi er i syklusen). Visuelt:

^{Fasevinkel til en sinusbølge}

Fra det er det klart at sammenligning av faser av to signaler med samme frekvens (enkelt å gjøre med elektronikk) tilsvarer sammenligne hvor mye tid den ene henger etter den andre (tiden er faktisk vanskelig å måle).

VOR-typer

Konvensjonelle VOR (CVOR) og Doppler VOR (DVOR) stasjoner oppfattes identisk av mottakeren, selv om de sender veldig forskjellige signaler. DVOR bruker triks for å etterligne en CVOR og lure CVOR-mottakeren. CVOR har nesten forsvunnet fra syne fordi de på grunn av deres følsomhet overfor refleksjoner ikke kan være plassert på flyplasser eller nær veier. Imidlertid kan CVOR underveis / i høy høyde finnes på isolerte steder, årsaken er at de er mer kompakte og har en mindre stillhet enn DVOR, og refleksjoner kan minimeres, f.eks. når VOR er plassert på toppen av en bakke.

Å forstå DVOR-triks uten å vite hvordan en CVOR fungerer er vanskelig, og gir ikke ledetråder til hvordan lageret virkelig er bestemt. Så jeg er redd vi trenger å forstå CVOR før DVOR.

Konvensjonell VOR: CVOR

Tidlig CVOR-antenne pleide å være en matrise med fire Alford-sløyfer i hjørnene av et tenkt kvadrat, kjent med deres konvensjonelle navn: NW, NE, SW og SE. NW + SE-sløyfer danner det første paret, NE + SW-sløyfer danner det andre paret.

^{CVOR med fire Alford-løkker}

Alford-løkker er horisontalt polariserte og veldig følsomme for refleksjoner rundt omkringliggende hindringer ( flerveis ).

Nyere generasjoner av CVOR bruker en slisset antenne, som er en fast sylinder med vertikale spor (vanligvis fire spor):

^{CVOR med slisseantenne og DME-antennen på toppen. Kilde: AviaTecho .}

En motstand plasseres under matrisen for å skjule VOR-lyet og bakken og heve strålingen retning, har den den doble effekten av å minimere uønsket refleksjon på lyet og bakken og redusere stillhetskjeglen over VOR.

CVOR oppretter og bruker referanse- og variabelsignaler på denne måten:

1. En lavfrekvensgenerator lager tre 30 Hz-signaler, identiske bortsett fra deres faser. To lydsignaler er avledet fra et referanse signal: sin -signalet har en fase ved -90 ° og cos -signalet har en fase ved opprinnelse + 90 ° (poenget er sin og cos-signaler er i faseopposisjon).
   Referansefasen representerer konseptuelt en retning og kalles ofte goniometer . Siden denne signalfrekvensen er 30 Hz, feier den imaginære retningen den representerer 360 ° 30 ganger per sekund (1800 rpm, dette er ren abstraksjon, det er ingen roterende deler i en CVOR).

2. En lavfrekvent generator skaper et 9960 Hz signal som FM moduleres av referansen. Dette signalet er kjent som referanse underbærer .

   

   ^{Konvensjonelt VOR blokkdiagram}

3. En HF-generator oppretter en bærer av frekvensen f (f er VOR-frekvensen), er denne transportøren delt i tre deler:

   • en del er AM-modulert av referanseunderbæreren .
   • en annen er AM-modulert av sin .
   • den siste delen er AM-modulert av cos .

4. HF-signalet med referanseunderbæreren sendes til alle antenner. På denne måten kan referansen mottas identisk uavhengig av posisjonen til mottakeren rundt CVOR.

5. De to andre HF-signalene har først bærebølgen fjernet, slik at bare sidebånd eksisterer. Dette er for å forhindre at bærere forstyrrer rommet, forstyrrelser må bare skje mellom sidebånd.
   Deretter sendes det ene signalet til antenneparet NW + SE, det andre signalet sendes til det andre paret (husk at de to parene er vinkelrette).

6. rommodulering magi gjør resten. Sidebåndene sin og cos legges til som feltvektorverdier, noen ganger blir de enkelte amplitudene lagt til, noen ganger blir de trukket, i variabel proporsjon. Dette resulterer i et ubalansert kardioid mønster (nærmere bestemt et Limaçon de Pascal ) som roterer rundt VOR-antennene ved 1800 rpm, og retningen er knyttet til fasen av referansen (eller sin eller cos , da de alle er koblet sammen med faste verdier).

7. Signalet som følge av rommodulering ser ut som å være en bærer-AM-modulert i henhold til retningen til den virtuelle » roterende antenne «. AM-modulasjonen er også et 30 Hz signal, og er kjent som variabelt signal .

8. Det resulterende signalet inneholder også den umodifiserte (og konstante amplituden ) transportør med sin referanseunderbærer.
   

   ^{CVOR-spektrum}

9. For å bestemme mottakers peiling (radial) i forhold til CVOR, trenger man bare å sammenligne fasen til det variable signalet med fasen til referansesignalet . Begge er inneholdt i det resulterende signalet. Fasen til referansesignalet og fasen til det variable signalet er lik når referansen » peker » mot nord (per prinsipp på dette tid begge fasene har en verdi på 135 °, summen av 45 ° og 90 °, men den faktiske verdien har ingen innflytelse, bare faseforskjellen er meningsfull):
   

   ^{VOR: Bestemmelse av peiling ved å sammenligne faser}
   Nå kjenner vi prinsippet til CVOR, det er lettere å forstå prinsippet til DVOR. DVOR ble opprettet for å kompensere for noen svakheter i CVOR: CVOR er ikke veldig nøyaktig med mindre installasjonsstedet er veldig nøye valgt (ingen hindring). Det betyr isolerte punkter, ikke flyplasser.Det er ikke det foretrukne alternativet for vedlikehold, og dette utelukker ofte at CVOR er justert med rullebanen for en VOR-tilnærming.

Fra CVOR til Doppler VOR, noe som sikrer retrokompatibilitet

Mangelen på presisjon til VOR er forankret i to designvalg:

• Antennene er nær hverandre, enhver standard i plasseringen har store konsekvenser i nøyaktigheten.

• Det variable signalet er AM-modulert, AM-modulasjonen er dødelig underlagt feil forårsaket av elektromagnetisk støy og flerveis.

I Doppler VOR (nok en gang … det er to typer DVOR, det eneste sidebåndet og det dobbelte sidebåndet, jeg vil beskrive DSB her):

• De to aktive antennene er i stor avstand fra hverandre (diametralt motsatt).

• Det variable signalet er FM-modulert.

For å være kompatibel med CVOR-mottakeren måtte andre endringer gjøres:

• Når mottakeren sti Jeg sammenligner to signaler, det ene er AM, det andre FM, og referansesignalet må være AM-modulert.

• Fordi resultatet av fasesammenligningen nå er invertert (variabel minus referanse blir referanse minus variabel), må rotasjonsretningen til mønsteret også være invertert (mot klokken i stedet for med klokken).

• Fordi paret av antenner som brukes til det variable signalet, skaper bevisst en dopplereffekt, må referansen sendes til en bestemt sentral antenne som er bevart fra dopplereffekten.

Doppler VOR: DVOR

Prinsippet om en Doppler VOR er å skape frekvensmoduleringen ved Dopplereffekt i stedet for ved elektronisk modulering. Doppler-effekten oppstår med en bevegende bølgekilde: Til tross for at kilden har en konstant frekvens, når den kommer nærmere mottakeren, er den tilsynelatende frekvensen høyere enn den faktiske frekvensen. Hvor mye høyere avhenger bare av lukkingsgraden.

^{Dopplereffekt på togstøy: Lyden er høyere foran enn bak}

I DVOR, par motstående antenner (fortsatt Alford sløyfer) blir kontinuerlig slått på / av, og skanner hele matrisen mot klokken, og full skanning utføres 30 ganger per sekund. Det er faktisk to grupper antenner i stedet for to antenner involvert for å tillate blanding (jevn overgang fra ett par til det neste), men la oss forenkle et sekund. Fra et mottakersynspunkt ser det ut til at signalet kommer fra en kilde i bevegelse, og derfor vil en dopplerforskyvning forekomme i et forhold som avhenger av den tilsynelatende retningen på bevegelsen.

Vel, det korte svaret er at den fungerer på samme måte som VOR, bortsett fra at den bruker UHF i stedet for VHF – og derfor er mindre utsatt for forvrengning – og alltid inneholder DME, slik at det er gitt en rekkevidde og peiling. VOR / DME er det sivile ekvivalenten.

Kommentarer

• VOR / DME ville være det sivile ekvivalenten. VORTAC er kombinert sivil og militær.
• @TomMcW Hoste, hoste, er du.