Predn

1
Prezentace pro seminár letových instruktoru k
prednášce
Navigacní dovednosti zahrnující stávající a nové
radionavigacní prostredky, použití GPS a další
zarízení v letectví a jejich problematika Autor
Jan Zíval
2
Mezi stávající radionavigacní prostredky bych
zmínil predevším ADF (radiokompas)
Radiokompas
patrí mezi závislé navigacní zarízení, které
automaticky indikuje kursový úhel radiostanice.
Radiokompas muže být použit v rozsahu prijímaných
kmitoctu jako komunikacní prijímac. Kursový úhel
radiostanice je úhel, merený od podélné osy
letounu k radiové stanici, ve smeru hodinových
rucicek. Obr. 1-1
3
Rádiové pozemní stanice, pracující v kmitoctovém
pásmu 150 1800 kHz, mohou být využity
k navigacnímu úcelu. Pro navigacní úcely, byly
vybudovány nesmerové majáky, nazývané NDB ( Non
Directional Beacon), pracující v kmitoctovém
pásmu 190-550 kHz a vysílají po 30 sekundách
identifikacní znacky, Morseovou abecedou na
nosném kmitoctu 400 nebo 1020 kHz.Palubní
zarízení se skládá z prijímace, obsluhy, antén
(všesmerová a rámová) a indikátoru. Obr. 1-2 U
starších typu ADF se používá rámová otocná
anténa. Soucasné ADF jsou vybaveny pevnou rámovou
anténou, která je spolehlivejší.
4
VOR a Doppler VOR (Very High Frequency
Omnidirectional Range) Zarízení predstavuje jak
pozemní tak palubní vybavení a je zjednodušene
receno VKV všesmerovým majákem. Pozemní majáky
systému VOR pracují v kmitoctovém pásmu 108,000
až 117,950 MHz. V praxi se používá trí základních
typu majáku.
5
Dopplerovský maják VOR je modernejší verzí
majáku. Provedení využívá tzv. Doppleruv jev, pri
kterém se mení kmitocet vlnení elektromagnetického
pole pri relativním pohybu mezi zdrojem vlnení a
pozorovatelem. Približuje-li se zdroj vlnení
k pozorovateli, kmitocet se zvyšuje, vzdaluje-li
se, kmitocet klesá. Maják na tomto principu je o
rád presnejší a není tak citlivý na terénní
nerovnosti.
6
DME (dálkomer) Rádiový dálkomer je typickým
navigacním zarízením. Jeho pozemní zarízení se
buduje na letištích a letových cestách, obvykle
v tesné blízkosti majáku VOR. DME (Distance
Measuring Equipment) merí šikmou vzdálenost od
majáku a vysílá identifikacní signál, jehož
volací znak je vysílán Morseovou abecedou.Hlavní
cástí DME je palubní zarízení, nazývané
dotazovac, který vytvárí dvojice dotazovacích
impulsu, které modulují vysílac. Pracuje na
kmitoctech 962 1213 MHz. Vysílac vysílá impulsy
prostrednictvím antény do prostoru. Dopadnouli
dotazovací impulsy na anténu odpovídace, který je
umísten na zemi, odpovídac dotazovací impulsy
zpracuje, zpozdí je o 50?s a sesynchronizuje
vysílání odpovídace a odpoví dvojicí impulsu se
stejným opakovacím kmitoctem, jako mely puvodní
dotazovací impulsy. Odpovídací impulsy jsou
prijaty palubním prijímacem a zpracovány na
videoimpulsy, ze kterých se vytvorí signál úmerný
šikmé vzdálenosti. Na indikátoru je potom
zobrazena šikmá vzdálenost od letounu k majáku
DME v NM. Palubní zarízení se skládá z bloku
prijímac / vysílac, obsluhy, antény a indikátoru.
Obr. 1-4 Na dopravních letounech se používají dve
soupravy. Dosah dálkomeru je do vzdálenosti 500
km s presností indikace v rozmezí ? 0,5 . Majáky
DME se zpravidla umistují spolecne s majáky VOR,
což umožnuje presnejší navigaci.
7
ILS Tento systém patrí mezi radionavigacní
zarízení, urcené pro navádení letounu na pristání
a automatické pristání, vcetne výbehu. Sestává
z dvou pozemních majáku. Kursový maják obr. 1-5,
umístený v ose pristávací dráhy, 1000 ft za
prahem dráhy, pracuje na kmitoctech 108.00
111.95 MHz a tvorí svislou rovinu. Sestupový
maják obr. 1-7, umístený bocne a 1000 ft od prahu
dráhy, pracuje na kmitoctech 328.00 335.00 Mhz
a vytvárí naklonenou rovinu, ke které je svislá
rovina kursového paprsku kolmá.Kursový maják
vysílá vf paprsky, které vytycují svislou rovinu,
kterou prochází osa pristávací dráhy, jako
geometrické místo bodu stejné amplitudy dvou nf
signálu 90 a 150 Hz, predstavující modulacní
kmitocty. Dosah vysílace je 45 km. Na palube je
umísten prijímac, který dostává z antény na vstup
signál obsahující kmitocty 90 a 150 Hz. Po
výkonovém zesílení se obe složky oddelí,
samostatne usmerní a privedou na indikátor proti
sobe. Je-li letoun v ose pristávací dráhy mají
kmitocty 90 a 150 Hz stejnou amplitudu a na
výstupu je nulové napetí. Rucicka indikátoru
ukazuje do stredu kroužku, tedy nulovou odchylku
a letoun je v ose dráhy. Obr. 1-6 Je-li letoun
odchýlen od osy dráhy napr. vlevo, je v míste,
kde je silnejší signál 90 Hz a slabší 150 Hz, na
výstupu napetí takové polarity, pri kterém se
rucicka vychýlí vpravo. Pilot, nebo automatika
sleduje rucicku indikace a bude tocit vpravo.
V prípade odchylky od dráhy vpravo, probíhá dej
opacne.V praxi jsou kmitocty kursového majáku
pevne prirazeny ke kmitoctum sestupového majáku .
To znamená, že na obsluze prijímace ILS se navolí
pouze kursový kmitocet, ke kterému se automaticky
priradí kmitocet sestupový.
8
Princip ILS a indikace polohy
9
Sestupový maják ILS, pracuje prakticky na stejném
principu jako maják kursový. Hlavní rozdíl
spocívá v orientaci antény vysílace. Anténa je
otocena o 90 a její signál vytycuje sestupovou
rovinu pod úhlem 2-3. Obr. 1-7 Cást prijímace,
která zpracovává signál sestupového majáku je
obdobou kursového, prijímace. Obr. 1-8 Je-li
letoun presne usazen v sestupové rovine, je na
výstupu zesilovace nulové napetí a indikacní
rucicka ukazuje do stredu kroužku, tedy nulu.
Pokud se letoun pohybuje nad sestupovou rovinou,
je v prostoru silnejšího signálu 90 Hz
odpovídající amplituda a napetí vychýlí rucicku
indikátoru dolu.Presnost navedení letounu
odpovídá ICAO kategorii. Odchylky kursového
paprsku od referencního bodu pristávací dráhy,
odpovídají následujícím odchylkám I.CAT ? 10,5
m, II.CAT ? 7,5 m, III.CAT ? 3,0 mPresnost
navedení v sestupové rovine ve výšce 15 m nad
referencním bodem odpovídá dle ICAO následujícím
odchylkám I.CAT ? 3,0 m, II.CAT a III.CAT 3 m
/ - 0 m Mezi nejvetší nedostatky systému se
považuje deformace sestupové roviny vlivem
okolního terénu a z toho plynoucí nepresnosti
v navedení na pristání.
10
K systému ILS nutne patrí další zarízení, které
vyznacuje vzdálenosti pri konecném priblížení.
Jsou to rádiová návestidla Marker. Tyto
vysilace majáky, vytycené v ose dráhy a na
urcených vzdálenostech od prahu dráhy, vysílají
vzhuru amplitudove modulovaný signál, na kmitoctu
75 MHz ve forme Morse znacek. Pri preletu
návestidla se rozsvítí odpovídající barevná
signalizace a ozve se akustický signál.
Návestidla jsou rozdelena následovne Vnejší ve
vzdálenosti 7200 m , modrá signalizace a
akustický signál, 2 cárky / sStrední ve
vzdálenosti 1050 m, jantarová signalizace a
akustický signál, cárka, teckaVnitrní ve
vzdálenosti 75 m, bílá signalizace, 6 tecek / s
11
(No Transcript)
12
2.5. Radarová pozorování a využití k navigaci za
letu Soucasná radarová technika umožnuje díky
vysoké rozlišovací schopnosti, vcetne barevného
rozlišení cílu, poskytovat presné informace.
Bežne se behem provozu používají dva módy
zobrazení.WX / WXA mód se používá pri pozorování
pocasí. Kombinace ctyrech barev, zelené, žluté,
rudé a zvláštní cervené, nám umožní získat
informace o intenzite deštových srážek, nebo
o bourkové aktivite. Podle barvy lze usoudit
napr. žlutá, že v zobrazené oblasti je lehký
déšt. Sytá rudá signalizuje težký déšt.MAP / NAV
mód je využíván pro navigacní úcely. Pri vybavení
vhodným interfacem, je možné do radarového obrazu
zemského povrchu vložit kursové cáry s
jednotlivými otocnými body trati. Na obrazovce se
objeví letená trat, aktuální obraz povetrnostní
situace s prípadnými bourkovými centry.
Vzdálenostní znacky nám usnadní rychlou orientaci
ve vzdálenostech od orientacních bodu.
13
Systémy prostorové
navigace
Obecná filozofie Prostorová navigace R NAV
je navigacní a navádecí systém, který využívá
smerníku VOR, merení vzdálenosti pomocí DME a
barometrické výšky, jako základních vstupních
signálu k výpoctu kursu a vzdálenosti k tratovým
bodum. Systém je limitován možností príjmu majáku
VOR / DME. Nemuže být využíván napr. pro navigaci
pri letech pres oceán. Pro dálkovou navigaci jsou
používány inerciální navigacní systémy, které
patrí mezi nezávislé navigacní prostredky.
V poslední dobe se stále více uplatnuje GPS
navigace, která díky pokrytí signálem po celé
zemekouli, je schopna zajistit vedení letounu
v celém rozsahu plánované trati.
14
Druhy vstupu systému prostorové navigace U
nezávislých palubních systému, jako jsou INS a
Doppler to jsou bocní odchylka, vzdálenost,
zemepisná poloha, tratová rychlost a snos
vetru.Ze závislých systému typu VOR / DME, ONS,
Loran-C a Decca to jsou predevším smerník VOR,
šikmá vzdálenost DME, zemepisná poloha, tratová
rychlost.Údaje o IAS, TAS, barometrická výška a
Machovo císlo jsou privádeny do pocítace R NAV
z ADC. Radiometrická výška je výsledkem merení
radiovýškomeru.Hodnoty magnetického kursu jsou
získávány z indukcního kompasu, jehož senzorem je
sonda umístená zpravidla v okrajovém oblouku
krídla nebo v zadní cásti trupu.
Prostorová navigace R NAV je navigacní a
navádecí systém, který využívá pozemních majáku
VOR a DME k vedení letounu po plánované trati.
Obr. 5-2Navigacní pocítac prijímá smerník VOR a
vzdálenost merenou DME dotazovacem, a výšku
z ADC. Navigacní údaje jsou ukládány do pameti
navigacního pocítace. V navigacní databázi jsou
uloženy informace, požadované k vedení letounu po
trati, mezi než patrí zemepisné souradnice,
nadmorská výška, frekvence VOR / DME majáku a
magnetické smery.Presnost systému je ovlivnena
pokrytím operacní oblasti signály VOR a DME. Celý
systém patrí mezi velmi spolehlivé navigacní
systémy. Má minimum pohyblivých mechanických
cástí. Elektronické obvody se vyznacují vysokým
stupnem integrace.
15
(No Transcript)
16
(No Transcript)
17
LORAN C Název Loran vznikl jako zkratka
anglického názvu LOng RAnge Navigation, tedy
navigace na velké vzdálenosti.Loran je impulsní
hyperbolický navigacní systém na dlouhé
vzdálenosti, jehož palubní cást spolupracuje
s pozemními majáky. Pracuje na nosném kmitoctu
100 kHz
Navigacní systém DECCA Decca patrí mezi
hyperbolické navigacní systémy, pracující na
velmi dlouhých vlnách na kmitoctech 70-130 kHz.
Vytvárí sít vysílacích stanic s Master stanicí
rídící a tri Slave stanice podrízené. U všech
stanic známe presnou zemepisnou polohu. Fázové
rozdíly mezi master stanicí a každou
z podrízených stanic jsou
18
Družicová navigace GPS / GLONASS /
GALILEO Systém byl vyvinut Ministerstvem obrany
Spojených Státu Amerických (United States
Department of Defense) a jeho oficiální název je
NAVSTAR GPS (NAVigation Signal Timing And Ranging
Global Positioning System) Družicová navigace
GPS je založena na merení vzdálenosti. To
znamená, naši polohu na zemekouli vypocítáme
merením vzdálenosti našeho objektu od skupiny
satelitu. Satelity pro nás predstavují referencní
body v prostoru. Jejich poloha v prostoru je
presne známa. Systémy satelitní navigace jsou
konstruovány tak, aby signály poskytovaly
informace o casu, poloze a rychlosti. Informace
jsou použitelné za každého pocasí a témer
v každém prostredí. Satelity obíhají na
orbitálních dráhách ve vzdálenosti približne
10,900 námorních mil. Doba obehu je 12 hodin a
probíhá na šesti ruzných dráhách. To zajištuje
pokrytí celého zemského povrchu. Zamerením trí
satelitu, zjistíme z prusecíku spojnic objekt
/satelit, presnou polohu. Vzdálenost jednotlivých
satelitu je dána vztahem rychlost svetla x cas
vzdálenost.Z toho vyplývá, že merení casu
s vysokou presností je jedním ze základních
požadavku GPS. Proto jsou satelitní
systémy vybaveny presnými hodinami, které merí
cas s presností 1 nanosekundy, tedy 0,000 000
001 sec. S tím úzce souvisí potreba znát, kdy
radiový signál opustil satelit. Tato informace je
zajištena synchronizací generovaného kódu
v naprosto stejný cas, jak v satelitu tak
v prijímaci. Potom stací, abychom prijali kódy ze
satelitu a zjistili, jak dlouho pred tím, byl
vygenerován stejný kód v prijímaci.
19
ROZDELENÍ SYSTÉMU GPS se v soucasné dobe delí na
tri hlavní segmenty. Jsou to kosmický segment
(Space Segment, SS), rídící segment (Control
Segment, CS) a uživatelský segment (User Segment,
US).
20
Dalším radionavigacním prostredkem je
systém Glonass
Glonass je ruskou obdobou GPS a doplnil systém
o dalších 24 satelitu. Více satelitu umožnilo
zpresnit merení. Zemský povrch je pokryt signálem
z 48 satelitu, což znamená, že 11 satelitu je
stále viditelných. Podstatne se zvyšuje
spolehlivost celého systému. Presnost v urcení
polohy se zvýšila na lepší jak 7m a s použitím
referencních prijímacu ( Diferenciální GPS ) se
dosahuje presnosti kolem 0,5m. Podstatne se
zvýšila presnost merení rychlosti, až na 0,03
uzlu
18. kvetna 2007 podepsal prezident Putin vládní
výnos, kterým se systém Glonass zprístupnuje pro
veškeré uživatele uvnitr Ruska i jinde ve svete
bezplatne. 25. ledna 2007 byly Ruskem a Indií
podepsány dve dohody o spolupráci, které se
týkají ruského globálního navigacního systému
GLONASS.
21
Galileo je globální družicový navigacní systém,
který bude plne vyvinut a provozován Evropou a
jeho uvedení do provozu je plánováno na rok 2010.
Bude využívat stejného principu jako nynejší
americký systém GPS a ruský GLONASS, se kterými
se bude vzájemne doplnovat. Oba soucasné systémy
jsou vojenské a ani jeden z provozovatelu nedává
záruku, že v prípade potreby signály ze svých
družic nevypne. Pokud by na jejich využívání byla
založena nekterá z dopravních služeb, mel by
takový cin nebezpecné dusledky pro její
uživatele.
22
............BUDOUCNOST??? ?
NAPROSTO PRESNÉ ZARÍZENÍ GPS BEZ POTREBY NAPÁJENÍ