O busolă radio automată (ARC) este un indicator de direcție aeropurtat conceput pentru a naviga aeronavele conform semnalelor de la stațiile radio de la sol prin măsurarea continuă a unghiului de direcție al stației de radio (KUR). Unghiul de direcție al stației de radio - unghiul cuprins între axa longitudinală a aeronavei și direcția către stația de radio, numărat în sensul acelor de ceasornic.
Busola radio se numește automată deoarece, după acordarea la frecvența purtătoare a postului de radio, măsoară continuu valoarea CSD fără participarea unei persoane (operator). KUR este afișat pe un indicator sau un indicator digital și poate fi transmis și către sistemul de navigație de la bord.
Împreună cu instrumentele de curs, busola radio permite echipajului să rezolve următoarele sarcini de navigație în orice condiții meteorologice, în orice moment al zilei:
Acțiunea instrumentelor de căutare radio avioanelor se bazează pe recepția simultană a semnalelor stațiilor radio pe două antene - o antenă buclă și una omnidirecțională. O condiție necesară pentru funcționarea unor astfel de radiogonitori este polarizarea verticală a undelor radio recepționate , care în benzile de unde medii și lungi utilizate este aproape întotdeauna îndeplinită datorită specificului antenelor de emisie radio și a predominării mecanismului de suprafață al propagarea undelor radio.
O antenă omnidirecțională este o tijă sau sârmă verticală. Modelul de radiație al unei astfel de antene în plan orizontal este un cerc, adică nivelul semnalului radio primit de antena bici nu depinde de direcția către sursa semnalului radio.
O antenă buclă într-o formă simplificată este una sau mai multe spire plate de sârmă , iar perimetrul virajului este mult mai mic decât lungimea de undă de funcționare a stației de radio. De regulă, pentru compactitate, spirele sunt situate pe un miez de ferită (antenă cu buclă magnetică). Planul virajelor este situat vertical. Modelul de radiație „de-a lungul câmpului” al unei astfel de antene bucle în plan orizontal, în conformitate cu legea lui Faraday , este descris de funcția sin ( φ ) (când unghiul φ este măsurat de la normală la planul cadrului) , iar când este afișat într-un sistem de coordonate polare, seamănă cu numărul 8 ("opt"). Adică, modelul de radiație este format din două petale de aceeași formă și dimensiune. În special, dacă planul cadrului este paralel cu direcția stației radio (cadru „stă lateral”), atunci nivelul ( amplitudinea ) semnalului primit de antena buclă este maxim. Dacă planul cadrului este perpendicular pe direcția postului de radio, atunci nivelul semnalului recepționat este minim. Recepția undelor radio ale aceleiași surse pe unul și ceilalți lobi ai modelului de radiație al antenei buclă diferă numai în faza semnalului radio: atunci când antena buclă este rotită în jurul axei verticale cu 180 °, nivelul semnalul radio primit nu se va schimba, iar faza se va schimba cu 180 ° (semnul funcției sin ( φ ) este inversat, semnalul devine defazat față de orientarea inițială a cadrului).
La intrarea receptorului radio al busolei radio, semnalele antenelor omnidirecționale și buclă sunt însumate cu anumiți factori de ponderare. Prin selectarea acestor coeficienți, este posibil să se formeze modelul de radiație rezultat sub forma unui cardioid , iar maximul acestuia este îndreptat către unul dintre lobii modelului de radiație al antenei bucle, iar minimul este îndreptat către celălalt (în funcție de pe care dintre aceste direcții semnalele radio recepționate de antene, ținând cont de coeficienții de ponderare sunt în fază, iar în care - antifază).
Într-un exemplu de realizare, antena buclă a busolei radio este capabilă să se rotească în jurul unei axe verticale. Rotirea este efectuată de un servomotor electromecanic controlat de un receptor radio busolă. În direcția diagramei de radiație maximă cu o mică schimbare a direcției către postul de radio, nivelul semnalului radio se modifică puțin (prima derivată a cardioidului în raport cu argumentul în punctul maxim este zero, a doua derivată (curbură) este mic), acest lucru împiedică măsurarea precisă a direcției (direcția către stația de radio) prin cea mai simplă metodă - metoda modelului de antenă maximă. Cu o metodă mai precisă - metoda minimă, nivelul semnalului total al antenelor scade la aproape zero, iar recepția semnalului stației radio se oprește. În acest sens, comutarea periodică, cu o frecvență de câteva zeci de herți ( inversare , deplasare cu 180 °) a fazei semnalului antenei bucle este utilizată folosind un invertor de fază controlat . Sistemul electromecanic de urmărire rotește antena buclă până când direcția către stația radio scade în minimul modelului de radiație la o anumită stare a invertorului de fază. Sincron cu rotirea cadrului antenei, se rotește și săgeata de curs de pe indicatorul busolei radio.
Într-un alt exemplu de realizare, ieșirile antenelor bucle sunt conectate (direct sau după amplificare și conversie la o frecvență intermediară) la un radiogoniometru - un dispozitiv electromecanic compact care permite, în loc să rotească antenele în sine, să rotească bobina receptoare situată în câmpul a două perechi de bobine de excitație, ale căror axe sunt reciproc perpendiculare. În prezent, pentru a extrage informații despre rulmentul unei stații radio, procesarea digitală a semnalelor radio primite de toate cele trei antene ale unui sistem de antene de stabilire a direcției este mai justificată.
Precizia determinării unghiului de direcție al stației radio cu o busolă radio automată depinde de condițiile de propagare a undelor radio, care sunt afectate de teren , structurile solului (diverse clădiri, catarge ), elementele structurale ale aeronavei , reflexiile radioului. undele de pe suprafața pământului și din ionosferă.
Toți acești factori distorsionează câmpul electromagnetic datorită mecanismelor de refracție în mediul de propagare, difracție pe neomogenități și reflexie din obstacole, ceea ce duce la faptul că minimul cardioidului se abate oarecum de la direcția către stația radio, introducând astfel o eroare în determinarea CSD-ului. Este posibil să se determine erori de stabilire a direcției cauzate de obstacole constante (relief, structuri) și să se țină cont de ele numai pe baza rezultatelor măsurătorilor practice la sol. Unele erori sunt de natură sezonieră și depind de modificările parametrilor electrici ai solului și a obiectelor locale și sunt cauzate de schimbările condițiilor meteorologice.
De asemenea, la determinarea CSD-ului trebuie luate în considerare fenomenele caracteristice propagării undelor radio în domeniul undelor medii: efectul de coastă, efectul de munte și efectul de noapte.
Erorile datorate efectului de coastă sunt asociate cu refracția undelor de suprafață atunci când acestea se propagă prin interfața dintre două medii: terestră și mare, rezultând o eroare ∆ între CSD-ul adevărat și citirea curentă a busolei radio (ORC). Refracția va fi cu atât mai mare, cu atât este mai mic unghiul dintre linia de coastă și direcția de sosire a undelor radio pe linia de coastă. Astfel, de exemplu, la unghiuri ascuțite de contact între unda de suprafață și linia de coastă, eroarea de găsire a direcției radio poate ajunge la 6-8°. Cea mai vizibilă influență a efectului de coastă va fi observată în imediata apropiere a liniei de coastă. Pe măsură ce vă îndepărtați de el, frontul de undă se nivelează treptat, iar eroarea de determinare a rulmentului devine nesemnificativă.
Esența efectului de munte este că undele electromagnetice, reflectate de denivelările suprafeței pământului (munti, dealuri), interferează cu câmpul de unde direct al stației de radio și îl distorsionează.
Mărimea erorilor ARC cauzate de efectul muntelui depinde de înălțimea munților și de distanța până la aceștia, de lungimea de undă a stației radio de stabilire a direcției și de altitudinea reală a aeronavei.
Cu o înălțime de munte de 300-1500 m, eroarea afectează la o distanță de 8-10 km de munte, cu o înălțime de munte de 1500-4000 m afectează la distanțe de 20-40 km. De exemplu, la zborul deasupra unei văi de munte sub înălțimea crestelor înconjurătoare, eroarea de stabilire a direcției nu depășește 5° atunci când radiogonimea unui post de radio situat în aceeași vale, la o distanță de cel puțin 10 km de munţi. În alte condiții, în special la o altitudine de zbor mai mică de 300 m, erorile în determinarea CSD-ului pot ajunge la 90°. Cele mai mari erori se observă dacă aeronava se află între stația de radio și cel mai înalt punct al reliefului.
În spatele trecerii, erorile de stabilire a direcției scad, iar la o distanță de 30–40 km de munți, eroarea este practic absentă. Când zboară pe teren muntos, viteza de oscilație a săgeții indicatorului ARC la o altitudine de zbor de 900-1200 m deasupra munților este de aproximativ 10-20 grade / s. Când zboară la altitudini mai mici de 300 m, se observă fluctuații mai rapide și întoarceri ale acului indicator cu ± 90 °, prin urmare, la pilotaj, există pericolul de coliziune cu vârfurile individuale ale munților.
Pentru a îmbunătăți acuratețea măsurării CSD în zonele muntoase, se folosesc unde radio cu o lungime de undă mai scurtă, iar atunci când zboară la altitudini mai mici de 500 m, citirea medie a indicatorului CSD trebuie luată în timpul navigației.
Sistemul de antenă al busolei radio în timpul zilei este de obicei afectat doar de o undă de suprafață cu polarizare verticală, iar precizia de găsire a direcției este mai mare. Odată cu debutul nopții, absorbția undelor radio din domeniul undelor medii în partea inferioară a ionosferei (în stratul D) scade, refracția („reflexia”) undei este mai pronunțată în straturile superioare (în stratul E) , în urma căreia, pe lângă unda de suprafață, la punctul de recepție ajunge și o undă spațială . Atunci când interacționează cu o ionosferă instabilă, planul de polarizare al unei unde cerului se poate roti aleatoriu datorită efectului Faraday sau, în cazul general, polarizarea devine eliptică. Ca urmare, pe lângă verticală, la punctul de recepție apare o componentă orizontală (polarizare încrucișată) a câmpului electric, care induce curenți nedoriți în sistemul de antenă, ducând la o eroare în determinarea rulmentului ( erori de polarizare ).
Cu influența efectului de noapte, precizia de găsire a direcției depinde de distanța până la postul de radio, precum și de lungimea de undă de funcționare și puterea postului de radio: cu cât stația de radio este mai aproape și cu cât lungimea de undă este mai mare, cu atât este mai slabă. valul cerului este comparat cu valul de suprafață și cu atât eroarea este mai mică în determinarea rulmentului. Astfel, la o distanță de 100 km de stația de radio, efectul de noapte aproape că nu are nici un efect asupra preciziei determinării CSD-ului de către busola radio, întrucât domină valul cerului. La o distanță mai mare, efectul nocturn este cel mai intens cu 1-2 ore înainte de răsărit, în această perioadă de timp eroarea în determinarea CSD-ului poate ajunge la 30°. Noaptea, eroarea de stabilire a direcției este de 10-15°. Efectul unui val de cer poate fi deosebit de pronunțat în amurg (dimineața, seara), timp de două ore înainte și după răsăritul (apusul) soarelui, când stabilitatea ionosferei este perturbată. În proiectarea sistemului de antenă se folosesc soluții tehnice care slăbesc influența componentei de polarizare încrucișată a câmpului electric.
După scop și interval de frecvență, ARC-urile sunt împărțite în două grupe - unde medii (navigație) și urgență (căutare), care funcționează în intervalul VHF (unde metru) .