استاد : آقای حامد رضا شوریان بسمه تعالی کاربرد رادار در ناوبری هوایی Navigation محمد علی خلعتبری شماره دانشجویی : 86415173394 استاد : آقای حامد رضا شوریان بهار 90

ADF ADF(Automatic direction finder) سیستم جهت یاب خودکارADF به عنوان ابتدایی ترین سیستم ناوبری در هواپیما تشکیل می دهد برای سال های متمادی ADF قطب نمای رادیویی نامیده می شد امروزه هر هواپیما دو سیستم ADF را با خود حمل می کند. ADFدوم به دو منظور به کار می رود: اول اینکه به عنوان سیستم جایگزین ADF صدمه دیده احتمالی به کار می رود و دیگر آنکه به طور همزمان اجازه می دهد که جهت دو ایستگاه ثابت توسط این سیستم نشان داده شود. به منظور هدایت هواپیما،از ایستگاه های زمینی به نام(Non Directional Beacons) NDB استفاده می گردد که گاهی بیکن(BEACON) (به معنای راهنمایی کردن) نامیده می شود

نحوه ی کار ADF نحوه ی کار ADF بر اساس استفاده از خاصیت آنتن جهت دار( (LOOP می باشد. چنانچه سطح آنتن LOOP درجهت مسیرامواج فرستنده قرار گیرد ،یعنی زاویه بین سطح آنتن و امواج منتشر شده صفر باشد،حداکثر توان را جذب می کند.در جهت یابی به وسیله آنتن LOOP که حداکثر تغییرات ولتاژ را ایجاد می کند ،وجود دو زاویه متفاوت که خروجی یکسانی را ایجاد می کنند،ایجادابهام می شود.برای رفع این ابهام علاوه بر آنتن LOOP از آنتن دیگری به نام آنتن Sense استفاده می شود.

نحوه ی کار ADF آنتن های LOOP عملا از دو دسته سیم پیچ که عمود بر یک دیگرپیچیده شده اند تشکیل شده است.بنابراین در سیم پیچ دوم نیز ولتاژی القا می شود که توان حاصل از آن با زاویه آنتن LOOP و امتدادانتشار امواج ،رابطه سینوسی دارد.در هواپیماهای امروزی به علت نیاز به وجود شکل آیرودینامیکی،استفاده از آنتن LOOP که از چندسیم پیچ حلقوی تشکیل شده اند و حول محور عمودی آنتن قابل چرخش باشد،عملی نیست.بنابراین از آنتن های ثابت (Fixed Loop)استفاده می شود.

نحوه ی کار ADF

شکل ADF

خطا در ADF 1- خطای اربعه(Quadrantal Error) برخورد امواج الکترو مغناطیس ایستگاه NDBبا بدنه هواپیما باعث القا شدن ولتاژ در هواپیما شده و آن نیز باعث ایجاد جریان کوچک و در نتیجه باعث پیدایش میدان مغناطیسی در بدنه هواپیما می شود.یکی از روش های کاهش این خطا،افزایش تعداد دور سیم پیچ عرضی آنتن LOOP نسبت به دورهای سیم پیچ طولی همین آنتن است.

خطا در ADF 2- اثر شب این خطا که خصوصا در هنگام طلوع و غروب آفتاب ایجاد می شود،در اثر تغییر پلاریزاسیون امواج مغناطیسی توسط یونسفر می باشد.امروزه در ADF های نظامی از باند UHF استفاده می کنند. 3- انکسار ساحلی به دلیل تفاوت در خواص هدایت امواج مغناطیسی زمین و دریا،امواج مغناطیسی در مجاورت ساحل دریا دچار انکسار شده(Refraction) می گردند.

خطا در ADF 4- خطای نصب آنتن اگر آنتن LOOPدقیقا هم راستا با محور طولی هواپیما تنظیم نگردد،چنین خطایی به وجود می آید. 5- تداخل ساکن رطوبت روی زمین مانند:برف،رعد و برق باعث به وجود آمدن تداخل ساکن شده و سبب انحراف جهت عقربه حتی تا 180 درجه شده. 6- تداخل ایستگاه این نوع تداخل در اثر دریافت سیگنال ایستگاه های دیگر توسط ADF به وجود می آید

خطا در ADF تاثیر باد بر مسیر هواپیماهای هدایت شده با ADF 7- انعکاس کوه ها انعکاس امواج فرستنده زمینی NDB توسط کوه ها و بریدگی های روی زمین سبب تغییر جهت امواج مغناطیسی شده.   تاثیر باد بر مسیر هواپیماهای هدایت شده با ADF باد پهلو در مسیر،منجر به انحراف هواپیما از مسیر اصلی شده و چون خلبان سعی خواهد کرد از طریق عقربه ADF به سمت ایستگاه NDB پرواز کند.این اثر باعث طولانی تر شدن مسیر و مصرف سوخت بیشتر در هواپیما می گردد.استفاده از دستگاه های دیگر ناوبری همچون VORاین خطا را کاهش می دهد

تاثیر باد در ADF

VOR VOR(Very high frequency Omnidirectional Range) از سال 1949، VORبه عنوان یک سیستم استاندارد جهانی مورد استفاده قرار گرفته است.این سیستم شامل ایستگاه های فرستنده در روی زمین و گیرنده هایی در هواپیما است. سیستم VOR در باند فرکانسی VHF از فرکانس 108MHZ الی 118MHZ کار می کند که فرکانس حامل آن در ایستگاه های مختلف متفاوت است.فاصله حامل های متفاوت در این باند 50KHZ است. بنابراین 200 کانال در این باند وجود دارد که 160 کانال مورد استفاده VOR قرار گرفته و 40 کانال دیگر مورد استفاده سیستمILS قرار می گیرد.

کار سیستم VOR کار سیستم VOR بر اساس مقایسه اختلاف فاز بین دو سیگنال می باشد،یکی از این سیگنال ها دارای فاز ثابت برابر صفر(فاز مرجع) و دیگری دارای فاز متغیر می باشد،به نحوی اگر گیرنده در شعاع صفر درجه باشد،سیگنال فاز ثابت هم فاز با سیگنال فاز متغیر است و اگر گیرنده در شعاع 45 درجه باشد اختلاف فاز سیگنال فاز ثابت با سیگنال متغیر 45 درجه خواهد بود.این اختلاف فاز مستقیما به سمت یابی هواپیما نسبت به ایستگاه فرستنده منجر می شود.استفاده از باند VHFسبب شده که ارتباط در شب و روز و انواع شرایط جوی و فواصل مختلف با کمترین تداخل امواج آسمانی صورت می گیرد.

آنتن های VOR به علت پلاریزاسیون افقی آنتن های فرستنده VOR،آنتن گیرنده در هواپیما باید دارای پلاریزاسیون افقی و همه جهته باشد.معمولا آنتن VOR به صورت دی پل و V شکل است که به صورت افقی نصبمی گردد و از آنجا که امپدانس آنتن های دی پل متعادل و امپدانس کابل های هم محور انتقال دهنده سیگنال به گیرنده غیر متعادل است از مدارات تطبیق مانند بالون استفاده می شود.دقت VOR های استاندارد در اغلب موارد بهتر از 5 است.

آنتن VOR

VOR

DVOR DVOR(Doppler VOR) استفاده ازVOR های استاندارد باعث وجود خطاهایی می شود.این خطاها معمولا هنگامی رخ می دهد که هواپیما در اطراف یک مانع همچون سلسله کوه ها قرار گیرد.چنین موانعی سبب می شوند که امواج مغناطیسی هم به صورت مستقیم و هم از طریق انعکاس از مانع به هواپیما برسد و سبب نوسان در نشانگر VOR شود. استفاده از فرستنده DVOR می تواند گیرنده VOR در هواپیما را نسبت به چند گانه شدن مسیر امواج مغناطیسی غیر حساس کند.DVOR یک سیگنال مرجع 30HZ حامل را با انحراف فرکانسی +-480HZمدوله فرکانسی کرده و طوری ارسال می شود که پترن 8 را به شکل دوار ایجاد نماید

ایستگاه VOR

آنتن فرستنده DVOR

GPS GPS(global positioning system)

سیستم GPS الف)ماهواره ها بخش ماهواره ها سیستم از 21ماهواره اصلی و 3 ماهواره یدکی واقع در مدار زمین تشکیل می شود.این ماهواره ها در 6 مدار جداگانه که با صفحه استوا زاویه 55 می سازند،قرار گرفته اند.مدار ماهواره ها بیضی (تقریبا دایره ای شکل) بوده و با سرعتی نزدیک 4.5 کیلومتر بر ثانیه در حرکت هستند.الکتریسیته مورد نیاز از دو صفحه متشکل از باطری هایی با سلول خورشیدی به سطح 7.2 مترمربع تامین می گردد.

مشخصات ماهواره ها مشخصات عمومی ماهواره ها عبارتند از: نام NAVSTAR : سازنده INTERNATIONAL : RACKWELL ارتفاع پرواز 20183KM : وزن : 860KG اندازه : 7.2 مترمربع با صفحات خورشیدی زمان پیمودن دور کره زمین : 12ساعت نجومی صفحه مداری : با صفحه استوا زاویه 55 می سازد

مدارهای ماهواره GPS

ماهواره GPS

کنترل کننده ها ب)کنترل کننده سیستم بخش کنترل کننده از 5 ایستگاه تشکیل شده است.که وظایف عمده ایستگاه ها عبارتند از: کنترل وضعیت سلامت ماهواره ها تعیین موقعیت ماهواره ها کنترل رفتار ساعت اتمی هر ماهواره تزریق پیام های ناوبری به کلیه ماهواره ها

ایستگاه های کنترل

گیرنده های GPS

آنتن آنتن های گیرند های GPS انواع مختلفی دارد اما همگی دارای پلاریزاسیون دایروی هستند: آنتن تک قطبی یا دو قطبی:این آنتن ها برای اینکه عملکرد خوبی داشته باشند احتیاج به یک صفحه زمین دارند و تک فرکانس هستند. آنتن هلیکس چهار قطبی: این آنتن تک فرکانس است و نسبت به آنتن های تک قطبی پیچده تر است اما دارای گین بالاتر بوده و نیاز به صفحه زمین ندارد.

آنتن آنتن میکرواستریپ: ساختمان ساده و کم حجمی دارد و برای کار های هوایی بسیار مناسب است و می تواند در دو فرکانس کار کند ولی دارای گین کمی است. آنتن هلیکس مخروطی: می تواند در دو فرکانس کار کند و دارای گین بالایی است اما ابعاد آن بزرگ بوده. آنتن های میکرو استریپ(نواری):به سبب کوچکی می تواند مستقیما به موازات آسمان نگه داشته شود ومی توانند هر ماهواره ای را که رد بالای سر قرار داشته باشد ،پیدا کند.

آنتن

انواع خطا - خطای یونسفر و تروپسفر - خطای ساعت ماهواره - خطای ساعت گیرنده - خطای مربوط به ترکیب هندسی ماهواره ها

سیستمGLONASS GLONASS(Global Navigation Satellite System) سیستم GLONASS مشابهGPS یک سیستم ناوبری ماهواره ای است که در طول شبانه روز ودر هر وضعیت آب و هوایی دسترسی به موقعیت های دقیق را فراهم می سازد. این سیستم دارای 24 ماهواره در سه مدار صفحه ای در ارتفاع 19100 کیلومتری می باشد. پریود چرخش ماهوار ها به دور زمین در حدود 11 ساعت و 15 دقیقه است.زاویه میل مدار آن ها با استوا در حدود 64.8 درجه می باشد.بالا بودن زاویه میل مدار های سیستم GLONASS موجب بالا رفتن کار آیی این سیستم در مناطق با عرض جغرافیایی بسیار بالا است.

سیستمGLONASS

سیستمGLONASS

مقایسه GPS و GLONASS

مقایسه GPS و GLONASS