Система посадки КУРС МП-70

Содержание

Введение……………………………………………………………………….......3

1. БОРТОВАЯ АППАРАТУРА"Курс МП-70"………………………….…..6
1. Общие сведения……………………………………………………..6

1.2 Состав и принцип действия аппаратуры "Курс МП-70"………….8

1.3 Основные тактико-техничекие характеристики

аппаратуры "Курс МП-70"…………………………………………….......13

2. МОДУЛЬНАЯ АВИОНИКА ЗАРУБЕЖНОЙ ТЕХНИКИ……………....16

2.1 Состав модульной авионики………………………………………..16

2.2 Структура модульной авионики……………………………………20

2.3 Программное обеспечение…………………………………………..23

Заключение………………………………………………………………………...25

Используемые источники………………………………………………………...26

Введение

За последние 50 лет  сменилось три поколения комплексов бортового оборудования. Комплексы первого поколения состояли из независимых систем, каждая из которых содержала свои собственные датчики, вычислители, индикаторы и пульты управления. Связи систем друг с другом были минимальны и представляли собой радиальные соединения источник-приемник. Второе поколение имело федеративную архитектуру. Для нее характерно использование разными системами общих ресурсов. Разделение информационных ресурсов достигается за счет объединения систем едиными мультиплексными каналами обмена или другими разветвленными системами связи. Информация, порождаемая одной системой, становится доступной для всех остальных и надобность в самостоятельном сборе информации, которая уже есть в другой системе, отпадает. Таким образом осуществляется интеграция датчиков – они становятся общедоступны, независимо от того, какая система ими владеет в действительности. Разделение аппаратных ресурсов производится за счет объединения индикаторов и пультов управления в единые информационные системы, которые созданы в интересах всего комплекса и индицируют на своих экранах информацию от всех его систем. Кроме того, в федеративной архитектуре появились специализированные БЦВМ, чьей задачей является только обработка информации. Это, например, вычислительная система самолетовождения пассажирского ЛА или тактический компьютер военного самолета. Такие БЦВМ получают информацию от сенсоров самолета, различных систем, обрабатывают ее и передают дальше - в системы индикации и управляющие системы. За счет объединения ресурсов комплексы второго поколения обеспечили значительный выигрыш в отношении массы, габаритов и надежности, объединение приборов в единые информационные системы позволило значительно улучшить интерфейс пилот-ЛА, а добавление специализированных БЦВМ позволило увеличить уровень автоматизации и значительно расширить возможности ЛА. До настоящего времени большинство комплексов БО имеет федеративную архитектуру.

Современное – третье – поколение бортовых комплексов представляет собой интегрированную модульную авионику. Внедрение их на борт началось в 1990-х годах. Новое поколение отличается гораздо более высокой степенью интеграции и обобщения ресурсов. Идея заключается в том, чтобы не разбивать комплекс на ряд автономных систем, а построить его на основе единой вычислительной платформы, функции систем комплекса в этом случае выполняют программные приложения, разделяющие общие вычислительные ресурсы.

Аппаратура комплекса  состоит из ограниченного набора функциональных модулей, по своим размерам они меньше привычных электронных блоков. Каждый модуль приспособлен для выполнения определенных функций – вычисления, хранения данных, электропитания и т.п.

Эти функции модуль выполняет  не в интересах какой-то отдельной  системы, а в интересах всех задач, решаемых в комплексе. Сам комплекс не имеет четко выделенных систем. Он организован в виде единой аппаратной среды, системы превратились в функции, реализуемые программно в этой среде. Отдельные БЦВМ и вычислители, присущие федеративным системам, заменены общими процессорными ресурсами, которые распределяют между собой и выполняют все прикладные программы. Такая организация позволяет оптимально использовать вычислительные ресурсы. Прикладное ПО не зависит от типов применяемых процессоров, их взаимодействие строится через промежуточные стандартные интерфейсы. Это позволяет совершенствовать аппаратную среду без необходимости переделывать программное обеспечение.

Структура комплекса сделана гибкой и масштабируемой, это позволяет легко адаптировать его под требования различных применений и для разных типов ЛА, а также облегчает расширение возможностей и улучшение характеристик комплекса в будущем. Эта гибкость достигается, во-первых, за счет модульного построения комплекса и, во-вторых, за счет соединения модулей в сеть. Функциональный модуль может быть размещен в любом месте ЛА и за счет быстродействующей сети передачи данных он связан с другими модулями так же тесно, как если бы они находились в одном электронном блоке. Комплекс функционирует как локальная сеть высокопроизводительных компьютеров. Все данные, формируемые какой-либо функцией в составе комплекса, глобально доступны для любой другой функции. Это позволяет включать новые задачи и модернизировать комплекс по принципу «plug-and-play»: не затрагивая уже работающие функции.

В настоящее время  уже разработано и используется несколько подобных комплексов. Интегрированный комплекс модульной авионики Pro Line 21 фирмы Rockwell Collins впервые был представлен в 1995г. Комплекс предназначен для самолетов бизнес-класса и местных воздушных линий, для вертолетов. Он устанавливается на административный реактивный самолет Premier I, на самолеты бизнес-класса Continental, Hawker 800XP, CitationJet CJ1, Boeing, Bombardier CRJ, конвертоплан BA 609 и др. Подобный комплекс фирмы Rockwell Collins для военных самолетов называется Flight2, он будет устанавливаться на модернизируемые самолеты ВВС и ВМФ США - заправщики KC-135, транспорты C-130 и самолеты радиолокационного дозора P-3 Orion, а также вертолеты Sikorsky S-92, S-70.

Цель курсовой работы изучить назначение, принцип действия, комплект и ТТХ аппаратуры Курс МП-70. Произвести сравнительный анализ с изделиями установленными на зарубежной технике и выполняющие аналогичные функции (Boeing, Bombardier CRJ).

1. БОРТОВАЯ АППАРАТУРА"Курс МП-70"

1. Общие сведения

Бортовая аппаратура "Курс МП-70" предназначена:

1. для ближней навигации по азимутальным радиомаякам метрового диапазона волн международной системы ближней навигации VOR/DME;
2. для посадки по радиомаякам метрового диапазона волн международной системы посадки ILS;
3. для посадки по радиомаякам метрового диапазона волн отечественной системы посадки СП-50.

Международная система VOR/DME является системой ближней навигации, т.е. обеспечивающей навигацию в  пределах прямой видимости - примерно 400 км. Система VOR/DME имеет территориально совмещённые маяки: азимутальный маяк VOR и дальномерный маяк DME. Маяки работают независимо и могут использоваться как самостоятельные средства.

Маяки VOR получили широкое  распространение за рубежом, их параметры  регламентированы документами ICAO (International Civil Aviation Organization - Международная организация гражданской авиации). Маяки VOR устанавливаются также в международных аэропортах и на воздушных трассах СССР, выделенных для полётов самолётов зарубежных авиакомпаний.

Существует несколько  разновидностей азимутальных маяков VOR. Аппаратура "Курс МП-70" предназначена для работы со стандартным VOR. В сложных условиях ошибка определения азимута не должна превышать 3,6 град.

Радиомаячные системы  посадки отличаются допустимым при  посадке минимумом погоды и используемым диапазоном радиоволн. В соответствии с метеоусловиями различают системы 1, 2 и 3 категорий (по нормам ICAO):

1. я категория - обеспечение посадки до высоты 60 м;
2. я категория - обеспечение посадки до высоты 15 м;
3. я категория - до нулевой высоты.

В настоящее время  на аэродромах гражданской авиации находятся в эксплуатации радиомаячные системы посадки трёх типов: СП-70, СП-75, СП-80. По принципу действия они относятся к типу ILS, при этом СП-70 удовлетворяет требованиям 3-й категории в аэропортах с благоприятными условиями местности и требованиям 1-й и 2-й категорий в аэропортах со сложным рельефом, СП-75 - требованиям 1-й и 2-й категорий, СП-80 - подобна СП-70 (более современная элементная база). В международных аэропортах устанавливают системы ILS категорий 1, 2, 3.

Ранее в СССР использовались системы посадки СП-50 (хуже 1-й категории), СП-50М (1-й категории) и СП-68 (2-й категории). Эти системы имеют одинаковый принцип действия и относятся к системам типа СП-50. В настоящее время системы типа СП-50 практически не используются.

1.2 Состав и принцип действия аппаратуры "Курс МП-70"

В составе принимаемого на самолёте сигнала от маяка VOR имеются  сигналы опорной фазы и переменной фазы. Фаза опорного сигнала не зависит  от положения самолёта относительно маяка, а фаза переменного сигнала зависит от направления приёма. Измеряя разность фаз между ними в точке приёма, можно определить направление на маяк.

Рассмотрим процесс  формирования сигнала VOR (рис. 1). Антенна  маяка VOR имеет диаграмму направленности (ДН) по напряжённости поля: 1+ mcosφ при m=0,3 (улитка Паскаля). По форме эта ДН близка к форме окружности со смещённым центром.

ДН антенны маяка  вращается со скоростью 30 об/сек(F_Ep= 30 Гц).

Эпюры этих напряжений изображены нарис.1в.

Пусть в момент t = 0 максимум ДН направлен на магнитный север, т.е. магнитный меридиан проходит через ось симметрии ДН. Отметим, что все маяки VOR ориентированы на магнитный север (северный магнитный полюс находится к северу от Канады, на острове Принца Уэлльского).

Положение наблюдателя (самолёта) относительно маяка VOR принято характеризовать магнитным азимутом (магнитным пеленгом), т.е. углом между магнитным меридианом, проходящим через маяк, и направлением от маяка на наблюдателя. Угол измеряется от магнитного меридиана по часовой стрелке от 0 до 360 град. В дальнейшем вместо термина "магнитный азимут" ("магнитный пеленг") будем употреблять термин "азимут". Таким образом, на рис.1 а азимут наблюдателя А равен 0 град, а азимут наблюдателя В равен α.

Пусть в момент t=0 напряжённость  поля излучения антенны в направлении 0W и 00stравна 1, в направлении 0N равна 1+m, а в направлении 0S равна 1-m. Предположим, что маяк излучает немодулированную несущую f₀. Тогда сигнал, принятый наблюдателем А, можно записать в виде

а сигнал, приятый наблюдателем В, в виде

бортовой аппаратура азимутный маяк

Эпюры этого напряжения изображены на рисунке1в.

Рисунок 1 - Эпюры напряжения

Таким образом, в точках А и В наблюдатели получили на входах приёмников амплитудно-модулированный сигнал. Коэффициент модуляции m для маяков VOR равен 30% (рисунок 1).

В т. А максимум модулирующего  напряжения достигается в момент t₀, а в т. В - в момент t₁.Если бы наблюдателю В был известен момент времени t₀, то измеряя t₁- t₀и зная частоту вращения ДН, можно было бы вычислить свой азимут а.

Для того, чтобы сообщить наблюдателю момент совпадения максимума  ДН с направлением на магнитный север (т.е. момент t₀), в маяке формируют сигнал "Опорной фазы" - гармонику частотой 30 Гц, максимум которой соответствует моменту (рисунок 2а) и сигнал поднесущей - гармонику частотой 9960 Гц. Поднесущую модулируют по частоте сигналом "Опорной фазы" с девиацией частоты ± 480 Гц таким образом, что в момент совпадения максимума ДН с направлением на север сигнал поднесущей имеет максимум частоты, равный 10440 Гц (рис. 2б).

Рисунок2 - Суммарный сигнал VORна выходе приемника

Далее частотно-модулированной поднесущей модулируют излучаемый маяком сигнал по амплитуде с коэффициентом  модуляции 30%.

На рисунке 2в показан ВЧ сигнал, принимаемый наблюдателем В. Его результирующая огибающая имеет сложный вид и содержит в себе информацию об "Опорной фазе" и о "Переменной фазе" (временные масштабы на рисунке 2 искажены). В приёмнике после амплитудного детектирования выделяют результирующую огибающую, а затем, после дальнейшей обработки, из неё выделяют сигнал "Опорной фазы" и "Переменной фазы". Измеряя разность фаз между ними, вычисляют азимут наблюдателя.

Следует отметить, что  в действительности сигнал VOR описанного выше вида может формироваться различными способами, например, с помощью двух антенн - одной неподвижной и одной подвижной, или за счёт электронного вращателя и т.д.

В системе VOR предусмотрена  возможность опознавания маяка. Для этого используют тональную  модуляцию несущих колебаний  частотой 1020 Гц, а сообщение передают кодом Морзе. Используют также модуляцию речевым сообщением.

1.3 Основные тактико-техничекие характеристики

аппаратуры "Курс МП-70"

Курсовой приемник VOR

Таблица 1 – Характеристика курсового приемника VOR

Курсовой приемник ILS

Таблица 2 – Характеристика курсового приемника ILS

Глиссадный приемник ILS (СП-50)

Таблица 3 – Характеристика глиссадного приемника ILS (СП-50)

Маркерный приемник

Таблица 4 – Характеристика маркерного приемника ILS

Таблица 5 – Общие характеристика Курс МП-70

Аппаратура Курс МП-70 лит. 01, 02, 07, 09, 18 устанавливается на летательныхаппаратахАн-22, Ан-30, Ан-124, Ми-8МТ, Ил-76М.

Аппаратура Курс МП-70 лит. 03, 04, 05, 06, 08, 12, 13, 17 устанавливается на летательных аппаратах Ту-154, Ил-86, Як-42, Ту-154Б, Ил-62, Як-42МЛ, Ан-24, Ан-32.

2. МОДУЛЬНАЯ АВИОНИКА ЗАРУБЕЖНОЙ ТЕХНИКИ

1. Состав модульной авионики

Модули комплекса устанавливаются  в крейты (за рубежом принят название cabinet), внешний вид такого крейта показан на рисунке 3

Рисунок 3 - Крейт модульной авионики (Rockwell Collins)

Типичный комплекс включает несколько крейтов, их количество определяется сложностью задач и требованиями компоновки. Обычно крейтов в комплексе два, что позволяет не только распределять между ними задачи, но и обеспечить резервирование на случай отказов.

Модули устанавливаются  в крейт через лицевую часть и могут быть заменены в условиях эксплуатации. В электронных блоках федеративной архитектуры, также состоящих из модулей, имеется объединяющая системная плата, с которой состыковываются все модули и через которую к ним поступают сигналы с внешнего разъема блока. В крейтах системной платы нет, внутри крейта проложены только линии электропитания и внутренняя сеть передачи данных, а внешние сигналы поступают непосредственно на разъем модуля, который их использует. Преимущества такого подхода заключаются в следующем:

изменение ввода/вывода влияют только на этот модуль, а не передаются по цепочке на системную плату и задний разъем, как при обычной компоновке;

защита от электромагнитных помех и разряда молнии может  быть более эффективной, т.к. схема защиты может быть размещена непосредственно на модуле, близко к поступающему сигналу;

техобслуживание проводки облегчено благодаря размещению разъемов в более доступных местах.

Модули крейта могут  выполнять функции:

•  автоматического  и директорного управления полетом (автопилота);

•  автоматического  управления тягой;

•  вычислительной системы  самолетовождения;

•  управления общесамолетными  системами;

•  вычислителя-генератора символов для индикации;

•  формирования  аварийной,  предупреждающей  и  уведомляющей

сигнализации;

•  предупреждения о критических режимах ЛА;

•  предупреждения об опасном приближении к земле;

•  обнаружения попадания  в опасный сдвиг ветра;

•  контроля параметров взлета;

•  формирования и  выдачи речевой и тональной звуковой сигнализации;

•  хранения и вывода на индикацию различной справочной информации (карты, РЛЭ, контрольные перечни операций и др.), в том числе доступ во время полета к наземной справочной информации (метеорологические службы, фирмы, занимающиеся компьютерным планированием полета, предприятия техобслуживания);

•  связи с землей по линии передачи данных;

•  сбора информации для технического обслуживания, в том числе сбора и локализация отказов оборудования комплекса;

• концентрации данных от систем и датчиков ЛА для удобного использования их другими функциями комплекса.

Настройка частот связных  и навигационных радиосредств, которая раньше выполнялась через отдельный МФПУ (так называемый «комплексный пульт радиотехнических систем» – КПРТС, рисунок 4), на ряде новых ЛА также осуществляется с помощью графического интерфейса. В системе EASy, например, для настройки служит окошко в нижней средней части экрана основного индикатора (рисунок 4). Пилот может выбирать посадочные и навигационные системы, изменять настройку частот с помощью УУК.

Рисунок 4 - Интерактивная карта системы EASy

Конкретный состав функций определяется требованиями конкретного применения комплекса, типом ЛА.

Кроме крейтов в состав комплекса модульной авионики входят индикаторы, пульты управления комплексом (или другие заменяющие их устройства), интегрированный комплект датчиков воздушных сигналов и положения в пространстве, радиосредства связи, опознавания, навигации и посадки. Эти части комплекса конструктивно отдельны от крейтов, так как они должны устанавливаться в определенных местах ЛА и их конструкция определяется спецификой работы. Индикаторы и пульты должны быть установлены в кабине экипажа. Интегрированный комплект датчиков выполняет функции системы воздушных сигналов СВС, инерциальной навигационной системы ИНС, а иногда содержит также и приемник спутниковой навигационной системы. Этот комплект, заключенный в отдельный кожух, должен устанавливаться поблизости от своих чувствительных элементов, вынесенных наружу ЛА - приемников давления, температуры. Радиосредства устанавливаются поблизости от антенн и исходя из соображений электромагнитной совместимости. Все компоненты комплекса, размещаемые отдельно от крейтов, и все основные модули крейтов соединены в локальную сеть.

В комплексе Primus Epic локальная  сеть создана на основе шины  ASCB- D (Avionics Standard Communication Bus). ASCB состоит из 4 отдельных шин. Каждая шина включает три линии. Средой передачи служит биаксиальный кабель. Шины двунаправленные, скорость передачи данных 10 Мбит/с. Передаваемая информация управляется четырьмя контроллерами, из которых одновременно активен только один, а остальные находятся в резерве. Активный контроллер посылает управляющие сообщения по трем из четырех шин. К ASCB можно подключить до 50 потребителей. Каждая подсистема, выдающая информацию, подключена к двум из 4 шин, а каждый приемник подключен и может принимать информацию из 3 шин. Шины имеют механизм защиты от ошибок. У всех подключенных устройств передача разрешается только в отведенные интервалы времени, в остальное время передатчики блокируются.

В комплексе Pro Line 21 в качестве локальной сети используется разновидность Ethernet - 100Base-TX с топологией звезда. Один из модулей крейта осуществляет функции переключателя сети. Для соединения с другими типами сетей и другой средой передачи (оптоволоконной) предусмотрена установка на этот модуль мезонинных плат, осуществляющих функции мостов. В комплексе авионики самолета Airbus A380 локальная сеть организуется на базе другой разновидности Ethernet - AFDX.

2.2 Структура модульной авионики

Структура комплекса  модульной авионики изображена на рисунке 5. Входной информацией для комплекса являются сигналы от датчиков ЛА и его сенсоров – радиолокатора, инфракрасной обзорной системы и др. Выходная информация передается пилотам на индикаторы, а от функций автоматического управления – на исполнительные устройства. Например, функция автопилота управляет приводами элеронов, рулей направления и высоты.

Рисунок 5 - Структура комплекса модульной авионики

Для выполнения своих  функций крейты комплектуются модулями разных типов. Обычно имеется следующий набор модулей:

-  вычислительный модуль;

-  модуль запоминающего  устройства базы данных;

-  модуль сетевого  контроллера;

-  модуль графической  обработки;

-  модуль концентрации  сигналов;

-  модуль питания;

-  модуль поддержания  нормальных условий.

Вычислительный модуль представляет собой полноценный компактный компьютер. Каждый из устанавливаемых в крейт вычислительных модулей, а их может быть несколько, способен выполнять в режиме разделения времени несколько приложений, причем приложения могут относиться к разным уровням критичности. Программное обеспечение для вычислительных модулей имеет два слоя. Один из слоев представляют собой выполняемые приложения, другой слой изолирует приложения от применяемой вычислительной платформы, обеспечивая их независимость. Приложения выполняются не на реальной БЦВМ, а на виртуальной машине. Это позволяет изменять и совершенствовать аппаратуру и программное обеспечение независимо друг от друга, а также применять безо всяких изменений ранее разработанные программы.

Модуль запоминающего  устройства базы данных выполняет функцию электронной библиотеки, к которой при необходимости обращаются пилоты, а также другие модули комплекса, или может использоваться для записи в полете информации для наземного технического обслуживания.

Модуль сетевого контроллера  служит для связи крейта с локальной  сетью комплекса. Если в сети используется топология «звезда», то данный модуль служит переключателем, обеспечивая полнодуплексную связь компонентов сети.

Модуль графической  обработки  собирает информацию для  отображения, готовит и передает в индикаторы подготовленное изображение. Он также может получать видеосигнал от сенсоров ЛА, например, от инфракрасной обзорной системы или радиолокатора. Полученное видеоизображение масштабируется, на него накладывается символьная информация и подготовленная для индикации картинка передается в индикатор.

Модуль концентрации сигналов служит для приема той информации от самолетных систем и датчиков ЛА, которая поступает в комплекс из бортовых интерфейсов различных видов, например, от  систем, выдающих информацию последовательным кодом по ARINC 429. Модуль преобразует эту информацию, упаковывает ее и передает в сеть комплекса для использования другими модулями. Наличие модуля концентрации сигналов позволяет сосредоточить аппаратуру, необходимую для приема уникальных видов интерфейсов, в одном месте, всем другим модулям комплекса достаточно иметь только средства для доступа к общей сети, в которую модуль концентрации сигналов транслирует все, что получает. С целью уменьшения длины и массы проводки концентратор сигналов может располагаться и вне основного крейта – ближе к датчикам сигналов, тогда конструктивно он выполняется в виде отдельного блока.

Модуль питания преобразует первичное напряжение бортсети (~115 В или =27 В) в номиналы напряжения, необходимые для питания других модулей крейта. Он может быть двухканальным. Например, в комплексе Pro Line 21 модуль питания состоит из двух независимых источников питания, поэтому отказ одного не влияет на работу другого. Каждый из этих источников способен обеспечивать электропитанием весь крейт, но в нормальном режиме, когда оба исправны, нагрузка распределяется между ними поровну, поэтому источники работают в облегченном режиме.

Структура крейта изображена на рисунке 6

Рисунок 6 - Внутренняя структура крейта: СП – модуль сетевого переключателя, МГО – модуль графической обработки, ВМ –вычислительный модуль, МКС – модуль концентрации сигналов, МЗУ – модуль запоминающего устройства, МП – модуль питания

2.3 Программное обеспечение

Независимость аппаратуры и программного обеспечения комплекса  друг от друга облегчает изменение конфигурации, модернизацию, позволяет использовать ранее разработанные программы без необходимости их повторной сертификации. Все это в итоге сокращает время и стоимость разработки. Для того, чтобы обеспечить подобную независимость и минимизировать влияние изменений одной части комплекса на другие необходимо ввести между аппаратурой и ПО разделяющий слой. Роль этого разделяющего слоя выполняет операционная система реального времени (ОСРВ). Она предусматривает стандартный набор интерфейсов и услуг для приложений – программ, выполняющих ту или иную функцию.