KATEDRA NAWIGACJI LOTNICZEJ

Pomoce nawigacyjne – System TACAN

Imię i nazwisko

Grupa

1. PRZEZNACZENIE I CHARAKTERYSTYKA

System TACAN (Tactical Air Navigatioń) jest wojskowym systemem nawigacji lotniczej bliskiego zasięgu, opracowanym w Stanach Zjednoczonych. System ten za­pewnia ogólnokierunkowy pomiar azymutu, pomiar odległości oraz identyfikację radio­latarni. Wykorzystuje te same impulsy i częstotliwości do pomiarów odległości, jak klasyczny system DME (Distance Measuring Eąuipmeni)

Pokładowe urządzenie systemu TACAN zawiera urządzenie zapytujące układu DME, do którego są dodane układy namierzania systemu TACAN. Każde urządzenie systemu TACAN może być wyposażone w dodatkowy układ dwukierankowej transmisji danych, umożliwiający przekazywanie oprócz standardowych informacji o odległości i azymucie, również danych o: wysokości, prędkości, kącie kursowym radiolatarni oraz informacji typu „kontynuuj", „przerwij" itp.

1. DANE TAKTYCZNO-TECHNICZNE TACAN

Nazwa parametru	Wartość parametru
Zasięg działania	Zależny od wysokości lotu
Błąd określania azymutu	0,2 ... 0,6°
Błąd określania odległości	185
Zakres częstotliwości pracy	(960...1215) MHz (podzakresy 960-1027, 1033-1087 i 1093-1215)
Ilość kanałów roboczych	126
Odstęp częstotliwości między kanałami	1 MHz
Szerokość impulsu	3,5 ns
Odstęp między impulsami	(12... 36) pis
Przepustowość: -kanał azymutu -kanał odległości	Nieograniczona 100 samolotów jednocześnie
Moc nadajnika samolotowego w impulsie	lkW
Moc nadajnika radiolatarni	6kW

1. ZASADA DZIAŁANIA

System TACAN jest systemem impulsowo-fazowym. Odległość do radiolatarni, tak jak w systemie DME, określana jest metodą impulsową przez pomiar czasu upływa­jącego od momentu wysłania impulsów pytających, do momentu otrzymania odpowiedzi od radiolatarni naziemnej.

Natomiast azymut mierzony jest metodą fazową. W wyniku obracania się anteny radiolatarni o charakterystyce kierunkowej, wiruje pole elektromagnetyczne promienio­wane przez tą antenę, powodując modulację amplitudową sygnału. Faza obwiedni tego sygnału zależy od kierunku jego przyjścia. W przychodzącym sygnale zawarte są rów­nież impulsy odniesienia. Mierząc przesunięcie fazowe między punktem na obwiedni, a impulsami odniesienia określany jest azymut.

1. ZASADA POMIARU AZYMUTU

Kanał odbiorczy i nadawczy transpondera TACAN ma zbliżoną budowę do trans-pondera systemu DME, różnica polega na rozbudowie układów kodujących, wytwarzających grupy impulsów sygnału odniesienia północy, pomocniczych sygnałów odniesienia, a także grupy impulsów informacyjnych. Podobnie zostały rozbudowane układy dekodera, służącego do odczytu informacji przesyłanych z samolotu. Dodatkowymi elementami są układy synchronizujące przebiegi 135Hz i 15Hz, które wytwarzane są przez wirujące tarcze

Nadawanie i odbiór sygnałów odbywa się poprzez element centralny zespołu ante­nowego. Wokół niego wiruje, umieszczony na obwodzie plastykowego cylindra o promie­niu 7, 5 cm, pojedynczy element bierny modulujący sygnał z częstotliwością 15 Hz. Na obwodzie drugiego plastykowego cylindra o promieniu 45 cm rozmieszczonych jest 9 elementów biernych, co 40°. Elementy te są odpowiedzialne za modulację amplitudową nadawanego sygnału z częstotliwością 135 Hz. Na tym samym wałku znajdują się wspomniane wcześniej tarcze wytwarzające sygnały synchronizujące. Do napędu całe­go zespołu używa się silnika, którego prędkość obrotowa jest stabilizowana z dokładnością do 1%.

Odległość cylindra z elementem biernym od środkowego elementu czynnego jest taka, że sygnał ma kształt kardioidy. W wyniku obrotu sygnału kardioidalnego, sygnał odbierany na zadanym kierunku ma przebieg okresowych zmian mocy pola w czasie (przebieg sinusoidalny). Można zauważyć, że każdej zmianie azymutu o 1° odpowiada zmiana fazy sygnału także o 1°. Generowane są, więc impulsy o tej samej amplitudzie, wypełniające przebieg sinusoidalny. W rezultacie na samolocie odbierana jest modulowana amplitudowo seria impulsów, których obwiednia odpowiada sygnało­wi kardioidalnemu. Istotą pomiaru azymutu jest faza tego sygnału. Aby można było ją określić, potrzebna jest faza wzorcowa. Tak, więc co obrót sygnału kardioidalnego wysy­łane są 24 impulsy nazywane północnymi impulsami odniesienia. Impulsy te odbierane są w odbiorniku pokładowym w kanale zgrubnym.

Na obwodzie drugiego cylindra plastykowego o obwodzie 45 cm rozmieszczonych jest 9 elementów, co 40°. Elementy te są odpowiedzialne za modulację amplitudową nada­wanego sygnału o częstotliwości, 135Hz. W odróżnieniu od impulsów odniesienia kanału zgrubnego, w tym wypadku emitowanych jest 12 impulsów. W jednym obrocie anteny emituje się 8 grup tych impulsów, (co 40°). Impuls z pozycji dziewiątej jest pomijany. Na jego miejscu emituje się sygnał odniesienia kanału zgrubnego. W tym przypadku, na każde 40° stopni azymutu przypada pełna zmiana fazy sygnału 135Hz. Tak, więc, każdemu stopniowi azymutu odpowiada 9 stopni elektrycznych zmiany fazy. Powoduje to, iż potencjalna dokładność pomiaru azymutu wzrasta z 1° (przy pomia­rze zgrubnym) do 1/9° (przy pomiarze sygnałem 135Hz).

Biorąc pod uwagę wszystkie sygnały, nadajnik radiolatarni naziemnej pracuje w ten sposób, że w chwili przechodzenia wiązki maksymalnego promieniowania przez azymut zerowy, wytwarzane są 24 impulsy znakujące. Następnie układ wytwarzający te impulsy zostaje wyłączony, a włącza się kanał odbiornika, którym przychodzą impulsy pytające. W tym czasie nadajnik wysyła impulsy odpowiadające. Po upływie 7400 |is od chwili przejścia wiązki głównej przez azymut zerowy następuje wyłączenie ciągu im­pulsów odpowiadających, a rozpoczyna się wysyłanie 6 par impulsów znakujących azymut 40°. Po ich wysłaniu rozpoczyna się znowu proces wysyłania przez czas 7400 us impulsów odpowiadających. Proces ten jest stale powtarzany. Co 7400 p,s jest wysy­łana seria impulsów znakujących nowy azymut pomocniczy: 40°, 80°, 120° itd. aż do chwili, gdy seria 12 par impulsów znakujących rozpoczyna nowy ciąg impulsów i na­stępuje kolejny obrót anteny.

1. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA POKŁADOWEGFO URZĄDZENIA SYSTEMU TACAN

Zadaniem urządzenia pokładowego jest nadanie impulsów zapytujących, a następ­nie odbiór sygnałów retransmitowanych przez radiolatarnię, na podstawie, których okre­ślane są azymut i odległość

Podstawową częścią składową pokładowego interrogatora systemu TACAN odpowiadającą za nadawanie i odbiór sygnałów, a także zawierającą kanał pomiaru odległości jest interrogator systemu DME. Elementem dodatkowym jest kanał pomiaru azymutu.

Na rys. 5 przedstawiono rozwiązanie bloku pomiaru azymutu. Blok ten składa się z dwóch podstawowych kanałów: kanału zgrubnego i kanału dokładnego pomiaru azymutu Na wejście bloku azymutalnego podawany jest ciąg impulsów zmodulowanych w amplitudzie częstotliwościami 15 Hz i 135 Hz. Detektor wydziela obwiednię impulsów o częstotliwości 15 i 135 Hz.

W kanale zgrubnym napięcie sinusoidalne o częstotliwości 15 Hz, poprzez przesuwnik fazy, podawane jest na generator bramki, w którym kształtowana jest bramka raz na jeden okres przebiegu 15 Hz. Bramka ta jest podawana do układu porównującego kana­łu zgrubnego. Na układ ten podawana jest również bramka ukształtowana z grupy pół­nocnych impulsów odniesienia. W przypadku braku pokrycia się tych bramek, wymu­szony jest stan poszukiwania (przełącznik w pozycji P) i silnik obraca wirnik przesuwnika fazy (typu goniometrycznego) kanału dokładnego oraz kanału zgrubnego. Zmiana fazy napięcia 15 Hz na wyjściu goniometru powoduje zmianę momentu generacji bram­ki podawanej na układ porównania..

W momencie pokrycia się tych bramek zostaje wymuszony stan automatycznego śledzenia (przełącznik w pozycji S). W kanale zgrubnym powinna być zapewniona dokładność pomiaru azymutu nie gorsza niż ±20°.

W stanie automatycznego śledzenia na wzmacniacz sterujący silnikiem podawane jest napięcie sygnału błędu z układu porównującego kanału dokładnego. Sygnał błędu powstaje w wyniku braku zgodności w czasie sygnału, wytworzonego z pomocniczych impulsów odnie­sienia z bramkami ukształtowanymi z napięcia 135 Hz. Silnik obracając goniometr kanału dokładnego powoduje zmniejszenia się sygnału błędu do zera. Wskaźnik azymutu połączony jest mechanicznie z wirnikiem goniometru kanału zgrubnego. Przy każdej zmianie azymutu samolotu układ nadążny zapewnia automatyczne śledzenie, którego maksymalna prędkość wynosi 10°/s. Współczesne urządzenia pokładowe umożliwiają nie tylko określanie po­zycji względem wybranej radiolatarni naziemnej, ale również określanie odległości względem innego samolotu. Jest to tak zwany tryb pracy powietrze-powietrze.

1. GŁÓWNE BŁĘDY SYSTEMU TACAN

Błędy w systemie TACAN wynikają z dwu głównych przyczyn:

• Niedoskonałości układów pomiaru fazy,

• Efektów propagacyjnych.

Pierwsza z przyczyn wywołuje pewien stały błąd, który można przewidzieć i starać się usunąć na drodze doskonalenia elementów zastosowanych w urządzeniu. Bardziej kłopotliwym źródłem błędów są problemy odbić od obiektów w pobliżu anteny nadaw­czej radiolatarni. W tych przypadkach do samolotu dociera sygnał wypadkowy, którego faza jest różna od fazy sygnału bezpośredniego, co powoduje błąd pomiaru azymutu. Redukcję tych błędów powoduje zastosowanie usytuowanie radiolatarni z daleka od wzgórz, dużych budynków, konstrukcji metalowych itp.

1. SYSTEM VORTAC

Aby umożliwić korzystanie samolotom wojskowym z istniejącej sieci cywilnego systemu VOR/DME, nie ograniczając tego wykorzystania tylko do pomiaru odległości, zbudowano system składający się z dalmierza DME, oraz układów radiolatarni VOR i TACAN. Na rys. 6 przedstawiono ogólne rozmieszczenie systemu VORTAC.

Cen­tralna antena radiolatarni systemu VOR jest umieszczona w plastykowej obudowie stożkowej, która podtrzymuje anteny systemu TACAN. Samoloty cywilne dokonują pomiaru odległości od radiolatarni TACAN, a namiaru kątowego od radiolatarni systemu VOR. Samoloty wojskowe dokonują pomiaru zarówno odległości, jak i namiaru od radiolatarni systemu TACAN. W ten sposób oba rodzaje samolotów są obsługiwane z tego samego systemu sieci kontroli ruchu lotniczego.