Низкочастотный радиодиапазон
Низкочастотный радиодиапазон , также известный как четырехкурсовый радиодиапазон , четырехкурсовый радиодиапазон LF/MF , радиодиапазон AN , радиодиапазон Adcock или обычно « диапазон », был основной навигационной системой , используемой самолетами для полеты по приборам в 1930-х и 1940-х годах, до появления всенаправленного диапазона УКВ (VOR), начиная с конца 1940-х годов. Он использовался для навигации по маршруту, а также для по приборам захода на посадку и захода на посадку . [1] [2] [3]
Благодаря сети радиобашен, передавших направленные радиосигналы, радиодиапазон определял конкретные воздушные трассы в небе. Пилоты ориентировались с помощью низкочастотной радиосвязи, прослушивая поток автоматических кодов Морзе «А» и «N» . Например, они поворачивали или сдвигали самолет вправо, когда слышали поток «N» («да-ди, да-ди, ...»), влево, когда слышали поток «А» («ди- да, ди-да, ...») и летите прямо вперед, когда эти звуки сливаются, создавая постоянный тон, указывающий, что самолет непосредственно следует за лучом. [4] [5]
По мере поэтапного внедрения системы VOR по всему миру низкочастотный радиодиапазон постепенно сокращался, в основном исчезнув к 1970-м годам. На сегодняшний день действующих объектов не осталось. При максимальном развертывании только в континентальной части США насчитывалось более 400 станций, использующих исключительно низкочастотный радиодиапазон. [6] [2]
История
[ редактировать ]
После Первой мировой войны авиация начала расширять свою роль на гражданской арене, начиная с авиапочтовых рейсов. Вскоре стало очевидно, что для надежной доставки почты, а также последующих пассажирских рейсов необходимо решение для навигации в ночное время и в условиях плохой видимости. сеть светящихся маяков , аналогичных морским маякам В США для пилотов авиапочты была построена . Но маяки были полезны преимущественно ночью и в хорошую погоду, а в условиях плохой видимости их было не видно. Ученые и инженеры поняли, что решение для радионавигации позволит пилотам «видеть» в любых условиях полета, и решили, что необходима сеть направленных радиолучей. [7]
24 сентября 1929 года тогдашний лейтенант (впоследствии генерал) Джеймс Х. «Джимми» Дулитл , армия США, продемонстрировал первый «слепой» полет, выполняемый исключительно с использованием приборов и без видимости извне, и доказал, что полет по приборам возможен. . [8] [9] Дулиттл использовал недавно разработанные гироскопические инструменты — указатель ориентации и гирокомпас — чтобы помочь ему поддерживать своего самолета положение и курс , а также специально разработанную систему направленной радиосвязи для навигации в аэропорт и из аэропорта. [10] [примечание 1] Экспериментальное оборудование Дулитла было специально создано для его демонстрационных полетов; Чтобы полеты по приборам стали практичными, технология должна была быть надежной, массово производиться и широко применяться как на земле, так и в авиационном парке. [7]
Существовало два технологических подхода как для наземного, так и для воздушного радионавигационного компонента, которые оценивались в конце 1920-х - начале 1930-х годов.
На земле для получения направленных радиолучей с четко определенным навигационным курсом скрещенные рамочные антенны первоначально использовались . Компания Ford Motor Company разработала первое коммерчески осуществимое применение низкочастотного радиодиапазона на основе петли. Они установили его на своих месторождениях в Дирборне и Чикаго в 1926 году и подали на него патент в 1928 году. [11] [12] Ранее концепции системы были разработаны в Германии в 1906 году. [13] с которыми позже экспериментировали Бюро стандартов США и Армейская служба связи в начале 1920-х годов. Технология была быстро принята на вооружение Министерством торговли США, которое 30 июня 1928 года организовало демонстрационный полигон. [2] [7] и первая серия станций была введена в эксплуатацию позже в том же году. [14] Но конструкция рамочной антенны создавала чрезмерные горизонтально поляризованные небесные волны, которые могли мешать сигналам, особенно ночью. К 1932 году антенная решетка Адкока устранила эту проблему, имея только вертикальные антенны, и стала предпочтительным решением. Отделение торговли США Министерства аэронавтики назвало решение Adcock «антенной TL» (что означает «линия передачи») и изначально не упомянуло имя Adcock. [7] [15]
В воздухе также существовали два конкурирующих проекта, созданных группами с разным опытом и потребностями. Армейские войска связи , представляющие военных авиаторов, отдали предпочтение решению, основанному на потоке аудионавигационных сигналов, постоянно подаваемых в уши пилотов через гарнитуру. С другой стороны, гражданские пилоты, которые в основном были пилотами авиапочты, летавшими через всю страну для доставки почты, чувствовали, что звуковые сигналы будут раздражать и их будет сложно использовать во время длительных полетов, и предпочитали визуальное решение с индикатором на приборной панели. [7]
На основе вибрирующих язычков был разработан визуальный индикатор, который представлял собой простой панельный индикатор поворота налево-направо. Она была надежной, простой в использовании и более устойчивой к ошибочным сигналам, чем конкурирующая аудиосистема. Согласно опубликованному отчету, пилоты, летавшие как со слуховой, так и с визуальной системой, отдавали предпочтение визуальному типу. [7] [16] не приняло решение на основе герконов Однако правительство США , и аудиосигналы стали стандартом на десятилетия вперед. [7] [15]
К 1930-м годам сеть наземных низкочастотных радиопередатчиков в сочетании с доступными бортовыми радиоприемниками AM стала жизненно важной частью полетов по приборам. Низкочастотные радиопередатчики обеспечивали навигационное руководство для самолетов при выполнении полетов и заходах на посадку практически при любых погодных условиях, помогая реализовать согласованные и надежные графики полетов. [4]
Радиодиапазон оставался основной радионавигационной системой в США и других странах, пока, начиная с конца 1940-х годов, он не был постепенно заменен значительно улучшенной технологией VOR на основе УКВ . VOR, используемый до сих пор, включает в себя визуальный индикатор левого и правого направления. [2] [15] [17] [18]
Технология
[ редактировать ]Земля
[ редактировать ]
Наземный компонент низкочастотной радиосвязи состоял из сети радиопередающих станций, которые были стратегически расположены по всей стране, часто рядом с более крупными аэропортами, на расстоянии примерно 200 миль друг от друга. Ранние низкочастотные станции использовали антенны со скрещенной рамкой, но в более поздних конструкциях многих станций использовалась вертикальная антенная решетка Adcock для улучшения характеристик, особенно в ночное время. [3] [7]
Каждая станция диапазона Адкок имела четыре антенные башни высотой 134 фута (41 м), установленные по углам квадрата 425 × 425 футов, с дополнительной дополнительной башней в центре для передачи голоса и самонаведения . [3] [7] [15] Станции излучали направленное электромагнитное излучение частотой от 190 до 535 кГц и мощностью от 50 до 1500 Вт в четыре квадранта. [1] [19] [примечание 2] Излучение одной пары противоположных квадрантов модулировалось (на звуковой частоте 1020 Гц ) азбукой Морзе буквы А ( · — ), а другой пары буквой N ( — · ). [примечание 3] Пересечения между квадрантами определяли четыре линии курса, исходящие от передающей станции по четырем направлениям компаса, где сигналы A и N имели одинаковую интенсивность, а их объединенные коды Морзе сливались в устойчивый звуковой тон частотой 1020 Гц. Эти линии курса (также называемые «ногами»), где можно было услышать только тон, определяли дыхательные пути . [17]
В дополнение к повторяющемуся сигналу модуляции A или N каждая передающая станция также будет передавать свой идентификатор кода Морзе (обычно 2 или 3 буквы) один раз каждые тридцать секунд для положительной идентификации. [20] Идентификатор станции будет отправлен дважды: сначала на N- пару передатчиков, затем на A , чтобы обеспечить покрытие во всех квадрантах. [3] [примечание 4] Кроме того, в некоторых установках местные погодные условия периодически передавались голосом по частоте диапазона, вытесняя навигационные сигналы, но в конечном итоге это было сделано на центральной пятой башне. [21] [примечание 5]
Низкочастотный радиодиапазон первоначально сопровождался авиамаяками , которые использовались в качестве визуального дублирования, особенно при ночных полетах. [4] Дополнительные «маркеры» (радиопередатчики УКВ малой мощности) иногда включались в качестве дополнительных ориентиров. [22]
Воздух
[ редактировать ]
Бортовые радиоприемники - первоначально простые наборы амплитудной модуляции (AM) - были настроены на частоту низкочастотных наземных радиопередатчиков, а звук кода Морзе обнаруживался и усиливался в динамиках, обычно в гарнитурах, которые носили пилоты. [4] Пилоты постоянно слушали звуковой сигнал и пытались вести самолет по линиям курса («летать по лучу»), где был слышен равномерный тон. Если сигнал одной буквы ( A или N ) становился отчетливым, самолет поворачивался по мере необходимости, чтобы модуляция двух букв снова перекрывалась, и звук кода Морзе становился устойчивым. [2] Область «курса», где слышно сливались буквы A и N , имела ширину примерно 3 °, что соответствовало ширине курса ± 2,6 мили на расстоянии 100 миль от станции. [4]
Пилоты должны были убедиться, что они настроены на правильную частоту станции, сравнивая ее идентификатор азбуки Морзе с идентификатором, опубликованным на их навигационных картах. Они также проверяли, летят ли к станции или от нее, определяя, становится ли уровень сигнала (т. е. громкость звукового сигнала) сильнее или слабее. [4] [5] [примечание 7]
Приближается и держится
[ редактировать ]
по низкочастотным радиоприборам Заключительные сегменты захода на посадку обычно выполнялись вблизи дальней станции, что обеспечивало повышенную точность. Когда самолет находился над станцией, звуковой сигнал пропал, поскольку непосредственно над передающими вышками не было сигнала модуляции. Эта тихая зона, названная « конусом тишины », означала для пилотов, что самолет находился прямо над станцией, и служила положительным наземным ориентиром для процедуры захода на посадку. [2] [4]
В типичной процедуре захода на посадку по низкочастотным радиоприборам окончательный заход на посадку начинается над дальней станцией с поворотом на определенный курс. Пилот снижался до заданной минимальной высоты снижения (MDA), и если аэропорт не был виден в течение определенного времени (в зависимости от путевой скорости ), ухода на второй круг запускалась процедура . В изображенной в Джолиете, штат Иллинойс схеме захода на посадку по низкочастотной радиосвязи , минимальная высота снижения может составлять всего 300 футов над уровнем земли и требовать минимальной видимости в одну милю, в зависимости от типа самолета. [22] [23]
Низкочастотный радиодиапазон также позволял авиадиспетчерской службе давать указание пилотам войти в схему ожидания «по лучу», т. е. на одном из низкочастотных участков, с точкой ожидания (ключевой точкой поворота) над низкочастотным диапазоном. радиостанции, в конусе тишины или над одним из фан-маркеров. Трюмы использовались либо во время маршрутной части полета, либо как часть процедуры захода на посадку возле терминала аэропорта. Удержание по низкочастотной радиосвязи было более точным, чем удержание по ненаправленному радиомаяку (NDB), поскольку курсы ожидания по NDB зависят от точности бортового магнитного компаса , тогда как удержание по низкочастотной радиосвязи было столь же точным, как и низкочастотное удержание. радиоучасток, с приблизительной шириной курса 3°. [3]
Ненаправленные маяки
[ редактировать ]
С момента своего появления в начале 1930-х годов низкочастотная радиосвязь была дополнена низкочастотными ненаправленными радиомаяками (NDB). В то время как низкочастотная радиосвязь требовала сложной наземной установки и только простого AM-приемника на борту самолета, наземные установки NDB представляли собой простые передатчики с одной антенной, требующие несколько более сложного оборудования на борту самолета. Диаграмма радиоизлучения НБД была однородной во всех направлениях в горизонтальной плоскости . Бортовой приемник НБД назывался радиопеленгатором ( РДФ). Комбинация NDB-RDF позволяла пилотам определять направление наземной станции NDB относительно направления, в котором указывал самолет. При использовании в сочетании с бортовым магнитным компасом пилот мог перемещаться к станции или от нее по любому выбранному курсу, исходящему от станции.
Ранние приемники RDF были дорогими, громоздкими и сложными в эксплуатации, но более простая и менее дорогая наземная установка позволяла легко добавлять путевые точки и подходы на основе NDB в дополнение к низкочастотной радиосистеме. [4] Современные приемники RDF, называемые «автопеленгаторами» (или «ADF»), небольшие, недорогие и просты в эксплуатации. Система NDB-ADF остается сегодня в качестве дополнения и резервной копии более новых навигационных систем VOR и GPS , хотя ее постепенно выводят из эксплуатации. [24] [25] Все вопросы, касающиеся работы NDB/ADF, были удалены из материалов пилотных сертификационных испытаний FAA до октября 2017 года. [26]
Ограничения
[ редактировать ]Хотя низкочастотная радиосистема десятилетиями использовалась в качестве основного метода воздушной навигации в условиях плохой видимости и ночных полетов, она имела некоторые хорошо известные ограничения и недостатки. Пилотам приходилось слушать сигналы, часто часами, через гарнитуры раннего поколения того времени. бортового приемника Линии курса, возникшие в результате баланса между диаграммами направленности различных передатчиков, будут колебаться в зависимости от погодных условий, растительности или снежного покрова вблизи станции и даже угла антенны . При некоторых условиях сигналы из квадранта А «переходят» в квадрант N (или наоборот), вызывая ложный «виртуальный курс» вдали от любой реальной линии курса. Кроме того, грозы и другие атмосферные возмущения могут создавать электромагнитные помехи , нарушающие передачу сигналов дальности и вызывающие «статический треск» в наушниках пилотов. [21]
Замена на ВОР
[ редактировать ]
Низкочастотная радионавигационная система требовала, как минимум, лишь простого AM-радиоприемника на борту самолета для точной навигации по воздушным трассам в приборных метеорологических условиях и даже выполнения захода на посадку по приборам на низких минимумах. [примечание 8] Однако есть и обратная сторона: он имел только четыре направления курса на станцию, был чувствителен к атмосферным и другим типам помех и аберраций и требовал от пилотов часами слушать раздражающий монотонный звуковой сигнал или слабый поток азбуки Морзе, часто встроенной в систему. в фоновом режиме «статический» . Ее возможная замена, ОВЧ в диапазоне навигационная система VOR , имела много преимуществ. VOR был практически невосприимчив к помехам, имел 360 доступных направлений курса, имел визуальный дисплей «курс» (без необходимости прослушивания) и был намного проще в использовании. [18] Следовательно, когда в начале 1950-х годов стала доступна система VOR, ее признание было быстрым, и в течение десятилетия низкочастотная радиосвязь в основном была прекращена. Сегодня VOR постепенно заменяется гораздо более совершенной системой глобального позиционирования (GPS). [15] [25]
Звуки
[ редактировать ]Ниже приведены смоделированные звуки для Silver Lake низкочастотного радио . Станция дальности, расположенная примерно в 10 милях к северу от Бейкера, штат Калифорния , каждые 30 секунд будет опережать навигационные сигналы, чтобы передавать свой идентификатор кода Морзе («RL»). Идентификатор станции будет слышен один или два раза, возможно, с разной относительной амплитудой, в зависимости от местоположения самолета. [3] Пилоты часами слушали эти звуки и ориентировались в них во время полета. [2] [4] Реальные звуки содержали «статику» , помехи и другие искажения, не воспроизводимые симуляцией. [4] Регулировка громкости повлияет на эффективную ширину курса. [3] Например, в смоделированном звуке «сумерек» А ниже, где самолет находится почти на луче, но немного внутри квадранта А , низкая громкость почти заглушает слабый звук А , тогда как громкая делает его более отчетливым.
( см. Wikipedia:Media help .) Если у вас возникнут проблемы с воспроизведением этих звуковых файлов,
Примечания
[ редактировать ]- ↑ Дулитл также использовал стандартный инструмент поворота и банка , который был относительно распространен к моменту его полета. [10]
- ^ Согласно международным стандартам , полоса частот ниже 300 кГц является « Низкочастотной », а выше — « Среднечастотной ». Поскольку частоты LFR «находили» разделительную линию между двумя диапазонами, их технически называли станциями «низкочастотного/среднечастотного (LF/MF) радиодиапазона».
- ^ В США квадрант, который включал истинный северный радиал, обозначался как N (если участок курса находился точно на истинном севере, то северо-западный квадрант становился N ); в Канаде N был квадрантом, который включал истинный радиал 045 °. [3]
- ^ Поскольку идентификатор станции передавался последовательно, сначала по парам антенн N , а затем по паре A , пилот слышал его один или два раза, возможно, с разными относительными амплитудами, в зависимости от местоположения самолета. Например, его можно будет услышать дважды, когда он находится на луче, и только один раз, когда он находится внутри квадранта. [3]
- ^ Пилотам приходилось просить прекратить передачу прогноза погоды, если они использовали LFR для захода на посадку. [3]
- ↑ Каждые 30 секунд идентификатор азбуки Морзе станции Силвер-Лейк «ди-да-дит ди-да-ди-дит» (RL) опережал навигационные сигналы.
- ^ Пилоту придется отключить автоматическую регулировку усиления (АРУ) при оценке относительной силы сигнала. [5]
- ^ Основные летные приборы все равно потребуются.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Лоуренс, Гарри (2004). «Воздушные трассы — от световых маяков к радионавигации». Авиация и роль правительства . Кендалл Хант. п. 92. ИСБН 0-7575-0944-4 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г «Четырехкурсовый радиодиапазон (Низкочастотный радиодиапазон (LFR))» . Музей управления воздушным движением. Архивировано из оригинала 22 июня 2009 года . Проверено 21 июля 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж «Радиодиапазон». Полеты по приборам — Руководство по автофокусировке 51-37 . Командование авиационной подготовки Департамента ВВС . 20 января 1966 г. стр. 14/1–17.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж «На балке» . www.navfltsm.addr.com . Проверено 21 июля 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Четырехкурсовые радиодиапазоны» . www.aopa.org . 10 мая 1997 г. Проверено 5 апреля 2022 г.
- ^ Дэвис, Дуг. «Местоположения низкочастотного радиодиапазона» . Летающие лучи . Проверено 7 марта 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я «СЛЕПОЙ ПОЛЕТ НА ЛУЧЕ: АВИАЦИОННАЯ СВЯЗЬ, НАВИГАЦИЯ И НАБЛЮДЕНИЕ: ЕГО ИСТОЧНИКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА» (PDF) . Журнал воздушного транспорта. 2003. Архивировано из оригинала (PDF) 25 января 2017 г. Проверено 31 июля 2009 г.
- ^ «Полет вслепую: краткая история достижений авиации, 1918-1930 годы» . Колумбийский университет. Архивировано из оригинала 2 января 2010 г. Проверено 24 июля 2009 г.
- ^ « СЛЕПОЙ» САМОЛЕТ ПРОЛЕТ 15 МИЛЬ И ПРИЗЕМЛЯЕТСЯ; ОПАСНОСТЬ ТУМАНА ПРЕОДОЛЕНА». Нью-Йорк Таймс . 25 сентября 1929 г. с. 1.
- ^ Перейти обратно: а б Хеппенхаймер, Т.А. (1995). «Летающий вслепую» . Журнал изобретений и технологий . 10 (4). [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «Радиомаяк Форд» . Генри Форд . Проверено 7 марта 2021 г.
- ^ Донован, Юджин С. (5 декабря 1933 г.). «Радиомаяк» . Ведомство США по патентам и товарным знакам . Проверено 7 марта 2021 г.
- ^ Шеллер, Отто (11 сентября 1908 г.). «Беспроводной маркер курса и телеграф» (PDF) (на немецком языке) . Проверено 7 марта 2021 г.
- ^ «Радиодиапазон и маркерные маяки» . Бюллетень воздушной торговли . Том. 1, нет. 6. Вашингтон, округ Колумбия: Отделение аэронавтики Министерства торговли. 15 сентября 1929 г. с. 9 . Проверено 7 марта 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «ИСТОРИЧЕСКАЯ ХРОНОЛОГИЯ ФАУ, 1926–1996 гг.» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 июня 2008 г. Проверено 30 июля 2009 г.
- ^ «Новый беспроводной маяк для Кройдона» . Полет . 27 ноября 1931 г. с. 1177.
- ^ Перейти обратно: а б Нагараджа (2001). «Четырехкурсовый радиодиапазон LF/MF». Элементы электронной навигации . Тата МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-462301-Х .
- ^ Перейти обратно: а б Система управления аэропортом и воздушным движением . Издательство Диана. 1982. с. 28. ISBN 1-4289-2410-8 .
- ^ «Антенна Адкок» . Виртуальный институт прикладных наук. Архивировано из оригинала 11 мая 2009 г. Проверено 22 июля 2009 г.
- ^ Идентификационные коды станций LFR варьировались от одной буквы для ранних станций, двух букв в середине-конце 30-х годов и трех букв для более поздних станций, когда станций стало больше.
- ^ Перейти обратно: а б «Полет по лучам». Популярная механика . Журналы Hearst: 402–404, 138A, 140A, 142A. Март 1936 г. ISSN 0032-4558 .
- ^ Перейти обратно: а б Томпсон, Скотт А. (1990). Проверка полета!: История летной проверки Фаа . Издательство ДИАНА. п. 46. ИСБН 0-7881-4728-5 .
- ^ Министерство торговли США (16 января 1957 г.). Процедура захода на посадку в аэропорту Джолиет (CAA) . Береговая и геодезическая служба США .
- ^ «Основы АПД» . 6 сентября 1998 года . Проверено 30 июля 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кларк, Билл (1998). Путеводитель авиатора по GPS . МакГроу-Хилл Профессионал. стр. 110–111. ISBN 0-07-009493-4 .
- ^ « «Что нового и предстоящего в области испытаний летчиков» » (PDF) . Октябрь 2017. с. 5 . Проверено 24 июля 2020 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Осер, Ханс Дж. «Разработка системы радиомаяков визуального типа на воздушных трассах» (PDF) . Национальный институт стандартов и технологий . Проверено 2 августа 2009 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - Даймонд, Х.; Данмор, ФРВ (19 сентября 1930 г.). «Радиосистема для слепой посадки самолетов в тумане» (PDF) . Труды Национальной академии наук . 16 (11): 678–685. Бибкод : 1930PNAS...16..678D . дои : 10.1073/pnas.16.11.678 . ПМК 526716 . ПМИД 16577291 .
- Конвей, Эрик М. (2006). Слепые посадки: операции в условиях малозаметности в американской авиации, 1918-1958 гг . Джу Пресс. ISBN 0-8018-8449-7 .
- «Интервью с Джеймсом Х. Дулитлом» (PDF) . Колумбийский университет. Архивировано из оригинала (PDF) 15 января 2010 г. Проверено 2 августа 2009 г.
- «Визуально-слуховой радиодиапазон» . Музей воздушных путей . Проверено 19 мая 2010 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Flying the Beams, История низкочастотного радиодиапазона (с картами)
- Форт Чимо, Квебек, низкочастотный радиоканал
- Система диапазонов Adcock
- Видеоклип, объясняющий низкочастотное радио