Giới thiệu về ngành Quản lý bay và các hệ thống thiết bị sử dụng trong công tác quản lý bay
Giới thiệu về ngành Quản lý bay và các hệ thống thiết bị sử dụng trong công tác quản lý bay
Khái quát về ngành quản lý bay Dân dụng việt nam
Khái quát về ngành quản lý bay Dân dụng việt nam
Cách đây 50 năm, ngày 15/1/1956 Thủ tớng chính phủ Việt Nam Dân chủ Cộng hoà đã ban hành nghị định số 666/TTG thành lập Cục Hàng không dân dụng Việt Nam Đây là văn bản pháp lý đầu tiên đặt cở sở ra đời cho một tổ chức vận chuyển Hàng không trong nớc và tham gia vào quá trình giao lu Hàng không quèc tÕ.
Cục Hàng không DDVN ra đời đã đẩy nhanh quá trình hình thành và phát triển một ngành kinh tế, kỹ thuật mới của đất nớc Khởi đầu với một phi hành đoàn gồm có năm chiếc máy bay nhỏ vào năm 1956, Hàng không DDVN đã mở đờng bay quốc tế đầu tiên tới Bắc Kinh rồi sau đó đến Viên Chăn (Lào) 1976 và Băngkok (1978) Vào cuối thập niên 80 đầu thập niên 90 các đờng bay đến Singapore, Manila, Kualalumpur, Hồng Kông…cũng đcũng đợc mở Cho đến nay, Hàng không DDVN đã có tổng cộng 67 chiếc máy bay (trong đó có 42 chiếc thuộc loại hiện đại trên thế giới để phục vụ thị trờng vận tải thơng mại bằng đờng HK, số còn lại để phục vụ cho các nhu cầu chuyên biệt nh chụp ảnh, trồng rừng, khai thác dầu khí ), quản lý, khai thác 22 sân bay trong đó có 3 sân bay quốc tế và 19 sân bay nội địa Mạng đờng bay quốc tế của Hàng không DDVN bao gồm 40 đ- ờng bay từ 3 thành phố lớn (Hà Nội, Đà Nẵng, TP Hồ Chí Minh) đến 25 thành phố trên thế giới Cùng với sự gia nhập tổ chức Hàng không dân dụng thế giới (ICAO) vào năm 1980, Hàng không DDVN đã trởng thành từ nhỏ đến lớn, từ thô sơ đến hiện đại và nay đang trở thành một ngành kinh tế mũi nhọn góp phần tích cực vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nớc
Là một trong 3 chuyên ngành mũi nhọn của ngành Hàng không Việt Nam, ngành Quản lý bay có vai trò rất quan trọng trong việc đa Hàng không DDVN lên một tầm cao mới xứng với sự phát triển của khu vực và thế giới.
Trung tâm Quản lý bay dân dụng Việt Nam đợc nhà nớc và tổ chức Hàng không dân dụng thế giới giao trách nhiệm quản lý và cung cấp các dịch vụ không lu hàng không dân dụng trong một vùng rộng lớn Khu vực bao gồm hai vùng thông báo bay FIR Hà Nội và FIR Hồ Chí Minh bao trùm toàn bộ lãnh thổ và vơn rộng ra hơn 500km trên biển Đông FIR Hà Nội trải rộng trên khu vực khoảng 160.000 km 2 và FIR Hồ Chí Minh rộng khoảng 918.000 km 2
Ngành Quản lý bay dân dụng Việt Nam bên cạch việc trực tiếp điều hành các chuyến bay trong các đờng hàng không và trong vùng trời đợc phân công kiểm soát còn tham gia vào việc quản lý vùng trời, bảo vệ an ninh chủ quyền quốc gia Điều này đợc thực hiện bằng cách thờng xuyên thông báo kịp thời về các chuyến bay thông qua không phận hoặc các mục tiêu lạ mà hệ thống giám sát không lu của ngành phát hiện đợc cho quân chủng phòng không không quân phục vụ trong việc quản lý bay và quản lý vùng trời.
Trung tâm Quản lý bay dân dụng Việt Nam là cơ quan có ý nghĩa quyết định và có tầm quan trọng sống còn để đảm bảo an toàn cho các chuyến bay theo ngôn ngữ chuyên ngành quản lý bay CNS/ATM (Communication Navigation Suveilance/Air Trafic Management) bao gồm dịch vụ nh thông tin, dẫn đờng, giám sát, quản lý không lu và đợc coi là trái tim của hệ thống đảm bảo an toàn cũng nh giúp cho việc định hớng cho các hoạt động bay Các Hãng hàng không thực hiện vận tải thì quản lý bay đảm bảo việc điều hành cất và hạ cánh tại sân và thực thi nhiệm vụ quan trọng là quản lý và giám sát điều khiển không lu cho các chuyến bay đợc phân đờng bay thuộc quyền quản lý của Việt Nam Khi bay vào vùng kiểm soát bay của Việt Nam, các máy bay đợc trợ giúp dẫn đờng và đợc liên hệ trực tiếp với nhân viên kiểm soát không lu bằng thoại và nhận huấn lệnh từ mặt đất để bay đúng hành lang bay của mình hoặc chuyển đổi mực bay khi cần.
Nh vậy, nếu không có hệ thống dịch vụ của quản lý bay thì việc thực hiện các chuyến bay rất nguy hiểm và chứa đầy những mầm mống uy hiếp sự an toàn bay.
Những thành phần chính của công tác quản lý bay bao gồm:
Các dịch vụ không lu ATS (Air Trafic Services)
Quản lý vùng trời ASM (Air Space Management)
Quản lý luồng không lu ATFM (Air Trafic Flow Management)
Bên cạnh đó còn có các dịch vụ bổ trợ đi kèm để đảm bảo kỹ thuật là CNS (Communication-Navigation-Suveilance) – mặt đất trên sóng VHF thông tin – mặt đất trên sóng VHF dẫn đờng – mặt đất trên sóng VHF giám sát, khí tợng, tìm kiếm cứu nạn
Các dịch vụ không lu:
Kiểm soát không lu, thông báo bay và báo động đợc đề ra nhằm:
Ngăn ngừa va chạm giữa các máy bay đang hoạt động trên vùng trời.
Ngăn ngừa va chạm giữa máy bay và chớng ngại vật trong tầm hoạt động trên vùng trời (hành lang bay).
Thúc đẩy và điều hoà hoạt động bay.
Thông báo cho các cơ quan hữu quan về máy bay bị nạn cần tìm kiếm cấp cứu và trợ giúp các cơ quan này theo yêu cầu.
Công tác quản lý vùng trời trong các trờng hợp này không phải đơn thuần là nhiệm vụ bảo vệ vùng trời hiện nay cùng với các đơn vị phòng không không quân mà đợc hiểu là một loạt các công việc:
Bố trí sắp xếp việc sử dụng vùng trời cho các mục đích khác nhau
Tổ chức vùng trời, sắp xếp hành lang bay
Quản lý luồng không lu:
Công tác quản lý không lu nhằm giải quyết sự tắc nghẽn trên không và tại các sân bay do lu lợng hoạt động bay vợt qua khả năng của hệ thống Nếu công tác của quản lý không lu đợc coi là tác động "chiến thuật" lên tình trạng không lu thì quản lý luồng không lu là sự tác động "chiến lợc" để quản lý không lu Các trung tâm quản lý luồng không lu sử dụng các máy tính và trên cơ sở dự báo các hoạt động bay và khả năng thông qua của các vùng trời, đờng bay, hành lang bay, sân bay, điều tiết các hoạt động bay từ xa nhằm giảm bớt lu lợng bay mà tại nơi dự báo sẽ quá tải.
Công tác quản lý hoạt động bay tại Việt Nam bao gồm
Công tác quản lý, điều chỉnh và triển khai kế hoạch bay.
Công tác trực tiếp hiệp đồng phối hợp giữa hoạt động bay hàng không dân dụng và các hoạt động quân sự có liên quan.
Cung cấp cho phi công biết đợc các tin tức liên quan đến khí tợng (nh mây, gió, ma, khí áp ) trong quá trình bay cũng nh khi cất, hạ cánh tại các sân bay. Để đảm bảo cho Quản lý bay thực hiện tốt vai trò, nhiệm vụ của mình trong ngành Hàng không dân dụng Việt Nam thì hệ thống các trang thiết bị kỹ thuật là 1 phần không thể thiếu của ngành Quản lý bay, tập trung ở ba chuyên ngành chính:
Mỗi chuyên ngành phụ trách quản lý hoạt động của 1 hệ thống thiết bị kỹ thuật riêng nhằm đảm bảo thực hiện tốt nhiệm vụ của mình, góp phần quan trọng trong việc điều hành chỉ huy an toàn hạ cất cánh tại sân bay cũng nh bay đờng dài của ngành Hàng không Việt Nam.
Hệ thống CNS/ ATM (Thông tin – dÉn ® dÉn ® êng – dÉn ® Giám sát/quản lý không lu) hàng không
Chuyên ngành thông tin
Ngành này quản lý các mạng lới thông tin liên lạc thoại, truyền số liệu riêng cho Hàng không Các loại hình thông tin bao gồm thông tin cố định và di động Hàng không.
Dịch vụ hiện tại của ngành thông tin
Hệ thống thông tin cố định đảm bảo liên lạc thoại, thông tin số liệu giữa các cơ quan kiểm soát không lu trong cả nớc và quốc tế Thông tin liên lạc giữa các đơn vị liên quan đến quá trình quản lý và điều hành bay, liên lạc nội bộ với nhau trong cơ quan quản lý không lu.
Hệ thống thông tin di động cho phép liên lạc thoại số liệu giữa các cơ quan cung cấp dịch vụ số liệu không lu với nhau và các máy bay theo phơng thức điểm nèi ®iÓm (point to point).
1 Hệ thống thông tin cố định
Hệ thống thông tin cố định AFTN (Aeronautical Fixed
Telecommunication Network) là mạng thông tin liên lạc trao đổi các điện văn theo chuẩn của ICAO Tại các Trung tâm kiểm soát bay ACC Hà Nội, ACC Hồ Chí Minh, APP Đà Nẵng và Trung tâm điều hành bay quốc gia (Gia Lâm) đợc lắp đặt thiết bị chuyển điện văn tự động AMSC và thiết bị đầu cuối đảm bảo tự động chuyển điện văn phục vụ cho điều hành bay cùng các hệ thống lu trữ dùng cho công tác điều tra và học tập Hệ thống AFTN đợc sử dụng kỹ thuật công nghệ mới, có sự liên lạc nội bộ bằng đờng truyền vệ tinh viba số riêng của ngành Quản lý bay Ngoài ra, nối giữa trung tâm điều hành với nhau còn có mạng đờng truyền thuê bao của bu điện (vệ tinh viba số, cáp quang…cũng đ) để dự phòng khi đờng truyền
1 1 chính bị trục trặc kỹ thuật, hoặc khi có sự cố Độ tin cậy của hệ thống luôn là 99,9%.
2 Hệ thống thoại trực tiếp:
Tại các trung tâm quản lý điều hành bay đã thiết lập các mạng thông tin để đảm bảo liên lạc giữa các cơ quan kiểm soát không lu trong từng khu vực và quốc tÕ. Đờng truyền từ ACC (Trung tâm điều hành bay đờng dài) Hồ Chí Minh tới các ACC kế cận là qua vệ tinh do bu điện quản lý Các đờng liên lạc thoại khác giữa 3 sân bay Quốc tế là của ngành Quản lý bay và của bu điện dự phòng.
3 Hệ thống thông tin di động:
Hệ thống thông tin di động cho phép liên lạc thoại số liệu giữa các cơ quan cung cấp dịch vụ không lu và các máy bay Nó giúp cho Trung tâm kiểm soát bay thực hiện đợc thông tin với bất kỳ máy bay nào ở bất cứ vị trí nào trong vùng trách nhiệm quản lý (FIR).
Hệ thống thông tin di động là hệ thống thông tin quan trọng bậc nhất cho công tác an toàn bay và điều hoà các hoạt động bay Trong ngành Quản lý bay, tất cả các cơ quan kiểm soát không lu (ACC, APP, TWR) đều đợc trang bị hệ thống liên lạc không địa sóng cực ngắn VHF.
Tại sân bay TSN, trên núi Vũng Chua (Qui Nhơn), núi Sơn Trà (Đà Nẵng), núi Tam Đảo (Vĩnh Phúc) đợc lắp đặt thiết bị VHF đờng dài với tầm phủ sóng trên 400 km ở độ cao 10 km Trong các ACC HCM và ACC HAN còn có phơng tiện liên lạc sóng ngắn HF làm việc trên tần số quy định của vùng Đông Nam á để đảm bảo liên lạc không địa ở các vị trí xa ngoài tầm phủ sóng của các VHF đ- ờng dài Tại mỗi vùng trách nhiệm của mỗi đài VHF kiểm soát đờng dài phải có ít nhất một tần số công tác (Trong dải 118.0 MHz-138.0 MHz) và một tần số dùng chung cho công tác khẩn nguy là 121,5 MHz.
Các hệ thống thông tin
1 Hệ thống thông tin thoại giữa máy bay – mặt đất trên sóng VHF mặt đất trên sóng VHF bao gồm.
- Hệ thống thông tin không/địa (tại sân và các Trung tâm kiểm soát xa).
- Hệ thông tin dịch vụ tại sân tự động.
- Hệ thống thông tin dùng cho công tác tìm kiếm cứu nạn.
- Hệ thông tin dịch vụ đờng dài.
Hệ thông tin không/địa: Dùng cho liên lạc thoại giữa kiểm soát viên không lu với các phi công tại đài chỉ huy và liên lạc thoại giữa các kiểm soát viên không lu tại ACC với phi công khi máy bay thuộc vùng thông báo bay mà ACC quản lý.
Xem chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống trong phụ lục 1
Hệ thông tin dịch vụ tại sân : Cung cấp cho máy bay các thông tin thời tiết,trạng thái hoạt động của các hệ thống an toàn hàng không.
Tháp điểu khiển tại sân
Máy phát VHF ® êng b¨ng
Trạm dự báo thời tiết
Hình 1.1 - Sơ đồ hệ thống dịch vụ thông tin tại sân tự động
Hệ thống thực hiện dịch vụ đờng dài: Cung cấp kịp thời các thông tin mang tính cập nhật về điều kiện của các sân bay, thời tiết, các tình trạng hoạt động của các phơng tiện dẫn đờng, thông tin cho phi công và các thông tin khác.
Hệ thống thông tin dùng cho công tác tìm kiếm cứu nạn: dùng cho liên lạc giữa các đội tìm cứu nạn ở mặt đất với máy bay tìm cứu trên không bằng VHF theo tÇn sè 121.5 MHz.
2 Hệ thống thông tin liên lạc sóng ngắn HF:
Dùng cho liên lạc giữa các Trung tâm Quản lý bay và không/ địa tại những nơi thông tin vệ tinh, VHF không phủ tới đợc Mỗi vùng có một tần tin trong cùng tần số AMSS Nguyên nhân của việc dùng chung này là do các thiết bị thu phát vệ tinh đắt và không gian bị giới hạn trên máy bay cho việc triển khai các thiết bị.
3 Hệ thống thông tin di động vệ tinh
Có 4 kênh thông tin vật lý giữa mặt đất và máy bay Chúng là các kênh P,
F, T, C Điều này là do có 4 loại hình thông tin khác nhau làm cho có 4 kênh vật lý khác nhau Các kênh này có các đặc tính vật lý và chức năng khác nhau.
* Kênh P: Kênh hợp kênh và phân chia theo thời gian Có hai loại kênh P là kênh Psmc dùng để kiểm tra quản ý hệ thống và kênh Pd dùng để truyền số liệu Kênh P dùng trong tuyến lên (từ mặt đất lên máy bay) mang các báo hiệu và dữ liệu ngời dùng ngắn Kênh P phát liên tục từ trạm mặt đất GES Trạm máy bay (AES) điều khiển kênh này trong suốt thời gian bay và lấy các thông tin cần thiết tõ nã.
* Kênh R: Kênh truy cập ngẫu nhiên (khe Aloha) Kênh R dùng trong tuyến xuống (từ máy bay xuống mặt đất) mang theo các báo hiệu và dữ liệu ngời dùng ngắn, đặc biệt là các tín hiệu khởi tạo chuyển đổi, các tín hiệu hỏi đặc trng. Máy bay phát thông tin tại mode burst Thờng 2 kênh R và P sử dụng trao đổi thông tin báo hiệu Việc thiết lập các kênh T và C thông qua 2 kênh trên.
* Kênh T: Kênh đa truy nhập theo thời gian dùng dự trữ Kênh T đ ợc sử dụng trong tuyến xuống (máy bay xuống mặt đất) Kênh này chỉ đợc thiết lập theo yêu cầu của máy bay (qua kênh R) khi nó muốn gửi các số liệu ngời dùng dài Khi kênh đợc thiết lập thì trạm phát máy bay gửi tín hiệu dữ liệu của nó vào trong các khe thời gian đợc thiết lập nhờ trạm mặt đất.
* Kênh C: Đây là phơng thức liên lạc thoại với mỗi kênh thoại trên 1 sóng mang Kênh C đợc sử dụng trong cả tuyến lên và cả tuyến xuống và đợc sử dụng chủ yếu cho liên lạc thoại hai chiều Kênh C thiết lập theo yêu cầu của máy bay (qua kênh R) khi máy bay muốn tạo liên lạc thoại từ đài điều khiển không lu tới mặt đất Các tần số kênh R, C (1 đôi tần số) thiết lập tại các kênh tần số dự trữ của trạm mặt đất GES.
II Chuyên ngành dẫn đờng:
Ngành này quản lý các thiết bị phù trợ dẫn đờng bay bao gồm các thiết bị dẫn đờng hàng tuyến và các thiết bị dẫn đờng tiếp cận và hạ cánh có nhiệm vụ định hớng cho máy bay đúng tuyến bay.
Dịch vụ hiện tại của ngành dẫn đờng
Hiện nay Việt Nam sử dụng 2 loại phơng tiện phù trợ, đó là hệ thống NDB và hệ thống VOR/DME Những loại thiết bị này đợc lắp đặt để phục vụ cho việc dẫn đờng đờng dài, tiếp cận, hạ cất cánh
2 Dẫn đờng tiếp cận và hạ cất cánh: ở các sân bay Nội Bài, Tân Sơn Nhất, Đà Nẵng đựơc lắp đặt các hệ thống dẫn đờng kết hợp gồm: đài NDB, đài VOR/DME, ILS và các hệ thống đèn tín hiệu ở các sân bay địa phơng, toàn bộ các trang thiết bị dẫn đờng đều là NDB.
Với mật độ bay trong hiện tại thì các trung tâm thiết bị còn đủ đáp ứng đợc yêu cầu Tuy nhiên để nâng cao độ chính xác nhằm đáp ứng với nhu cầu bay của tơng lai gần cũng nh nâng cấp phù hợp với các tiêu chuẩn ICAO và chuẩn bị từng
H ớng của đài chỉ h ớng § êng tiÕp cËn
H ớng của đài chỉ góc đài điểm xa
Hình 2.1 - Vị trí của NDB khi dùng làm đài chỉ h ớng cho ILS bớc cho hệ thống dẫn đờng trong tơng lai thì các thiết bị dẫn đờng của các sân bay địa phơng cần có thêm các đài ILS và dần dần thay thế các đài NDB bằng VOR/DME có độ chính xác cao hơn, đồng thời thiết bị hệ thống hiện đại hơn cho phép giám sát tình trạng hoạt động của chúng tại vị trí xa hơn nơi đặt đài
Trong tơng lai khi triển khai dẫn đờng bằng hệ thống dẫn đờng vệ tinh toàn cầu GNSS – mặt đất trên sóng VHF Global Navigation Satellite System, các thiết bị dẫn đờng lạc hậu hiện tại dần dần đợc loại bỏ.
Các hệ thống dẫn đờng
1 Đài dẫn đờng vô tuyến sóng dài vô hớng NDB (Non-Directional Beacon)
NDB là thiết bị phù trợ dẫn đờng bằng sóng radio mà trạm phát mặt đất phát vô hớng sóng điện từ chứa thông tin dẫn đờng lên không gian Bộ tìm hớng trên máy bay sẽ chỉ thị cho phi công biết hớng bay tới đài.
Khi ngời phi công trên máy bay nhận tín hiệu của đài NDB anh ta sẽ nghe thấy tín hiệu nhận dạng của đài 2 lần trên tần số 1020 Hz phát liên tục Theo kim chỉ thị của bộ định hớng, phi công có thể lái theo hớng bay tới đài NDB Khi máy bay bay vợt qua đài NDB thì kim chỉ thị bộ định hớng đảo ngợc 180 o báo hiệu cho ngời phi công biết rằng mình đã bay qua đài. Đài NDB có thể dùng làm đài dẫn đờng đờng dài, dẫn đờng tiếp cận tại
Các đặc điểm của đài NDB:
- u điểm: Hệ thống dẫn đờng bao gồm đài NDB và thiết bị chỉ thị hớng ADF sử dụng rộng rãi trong nhiều năm và các thao tác với đài rất quen thuộc với các phi công Các thiết bị trạm mặt đất không đắt, hệ thống đơn giản không cần bảo dỡng bởi các công nghệ hiện đại.
- Nhợc điểm: Chịu ảnh hởng rất mạnh của địa vật, địa hình và các nhiễu tạp thời tiết khác Có các trờng hợp do ảnh hởng mà đài thu ADF thu đợc chỉ thị sai lầm cho kim chỉ thị lệch khỏi vị trí thực quá xa gây nguy hiểm cho máy bay. Lỗi của hệ thống đài NDB còn xảy ra khi có sét đánh hoặc nhiễu xạ của sóng điện từ vào ban đêm Bộ chỉ thị ADF dùng kim chỉ thị hớng máy bay so với đài nhng ngời lái máy bay phải cân chỉnh rất chính xác tránh các sai lệch tĩnh của kim chỉ thị Nói chung đài NDB tới đây sẽ chỉ còn thông dụng để làm đài chỉ h - ớng tại sân và đài điểm cho ILS.
Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống NDB có trong phụ lục 1
2 Đài dẫn đờng VOR (Very High Frequency OmniRange ) :
VOR là hệ thống dẫn đờng phụ trợ bằng sóng Radio phát ra trong không gian nhằm giúp máy bay xác định đợc vị trí của nó với vị trí đặt đài. Đài VOR phát ra 2 tín hiệu bao gồm: pha biến thiên và pha chuẩn Tín hiệu pha chuẩn là tín hiệu điều chế 30Hz có pha cố định theo mọi hớng Pha biến thiên là tín hiệu điều chế 30Hz mà pha của nó trễ khi máy bay chuyển hớng theo chiều kim đồng hồ và trễ 360 0 khi hớng quay 360 0 Bằng cách đo sự khác pha giữa hai tín hiệu mà ngời phi công đo đợc góc phơng vị giữa máy bay với đài. Đài VOR đợc phân loại theo nhiệm vụ gồm dẫn đờng đờng dài, đài VOR dẫn đờng tiếp cận tại sân Trong ngành Quản lý bay hiện đang sử dụng 2 loại đài VOR là CVOR và DVOR. a Đài VOR thờng – mặt đất trên sóng VHF CVOR: Hệ thống đài VOR này phát tín hiệu pha chuẩn 30Hz điều chế FM sóng mang phụ 9960 Hz và pha biến thiên 30Hz điều chế AM Nhợc điểm lớn nhất của đài CVOR so với đài DVOR là nó bị ảnh hởng bởi điều kiện ngoại cảnh nh các toà nhà, đờng truyền năng lợng, tháp có vật liệu sắt thép xung quanh vị trí đặt đài Đài CVOR có thể còn gây ra sai số khi có ảnh hởng của phản xạ sóng từ địa vật. b Đài Doppler VOR – mặt đất trên sóng VHF DVOR: Hệ thống DVOR có tín hiệu phát ngợc lại với CVOR là pha tín hiệu 30Hz chuẩn dùng điều biên sóng mang còn pha biến thiên dùng điều chế tần số FM sóng mang phụ nhờ hiệu ứng Doppler gây ra do hoạt động phát sóng của đài trên các ăngten Sự biến tần của sóng mang phụ đàiDVOR là hiệu ứng dịch tần Doppler của tín hiệu Tín hiệu biến tần đa ra 48 (50) anten biên tần DVOR tơng ứng cho tín hiệu phát xạ Vì pha biến thiên của đài
Một kênh bộ thu Một kênh bộ phát Hình 2.2 - Sơ đồ khối kênh đo khoảng cách DME
Bộ hỏi trên máy bay
Bộ phát đáp mặt đất
DVOR chứa hệ thông tin phơng vị máy bay đợc điều chế tần số sóng mang FM nên hệ thống rất ít bị ảnh hởng của các vật cản quanh vị trí đặt đài nh CVOR Hệ thống DVOR có hai loại SSB và DSB Hệ thống DSB có đặc tính ít bị ảnh hởng của sự phản xạ do địa hình nh SSB do đó có giá thành cao hơn đài SSB.
Các đặc điểm của đài VOR: Hệ thống VOR không cần cân chỉnh sai lạc do trôi điểm tĩnh ảnh hởng của áp suất khí quyển không còn đáng kể do việc sử dụng tần sóng băng VHF Độ chính xác thông tin phơng vị của đài cao hơn hẳn so với đài NDB Các nhợc điểm chủ yếu của đài là khoảng phủ sóng của đài thấp bằng tầm nhìn thẳng do sử dụng bằng sóng VHF và sự sai lạc hớng bay gây ra do sự phản xạ sóng và nhiễu xạ của các chớng ngại vật xung quanh gây ra tăng hơn so víi NDB.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống đài VOR có trong phụ lục 1 Đài VOR bị ảnh hởng mạnh bởi các toà nhà và địa hình xung quanh, đặc biệt là đài VOR tiếp cận và hạ cánh có thể làm đài VOR chỉ thị phơng vị sai đáng kÓ.
3 Đài dẫn đờng phụ trợ đo khoảng cách DME (Distance Measuring Equipment) :
Hệ thống DME cung cấp cho máy bay thông tin khoảng cách từ nó so với đài Máy bay phát xung hỏi nhờ bộ hỏi đặt trên nó và trạm mặt đất (còn gọi là bộ phát đáp- Transponder) nhận đợc các xung hỏi này từ máy bay và trả lời tự động bằng các xung trả lời có tần số sóng mang các tần số sóng mang xung hỏi 63 MHz Thông tin khoảng cách đo đợc nhờ đo đợc khoảng cách thời gian giữa điểm phát xung hỏi và thời điểm nhận xung trả lời
Hệ thống VOR/DME có 2 loại cho dẫn đờng hàng tuyến và tiếp cận Thiết bị DME có thể dùng cùng với hệ trợ giúp hạ cánh ILS khi mà đài điểm xa của ILS không đợc lắp.
Các đặc điểm của đài DME: đài DME có thể đồng thời tối đa trả lời cho
100 máy bay Do đài DME cũng sử dụng tần sóng VHF nên không chịu ảnh h- ởng của nhiễu khí quyển và thời tiết Thêm vào đó cũng do dùng tần sóng VHF nên kênh DME có khoảng phủ sóng theo tầm nhìn thẳng LOS.
Các chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống đài DME có trong phụ lục 1
Khi lắp đồng trục hai anten VOR/DME thì chỉ cần thoả mãn các điều kiện ngoại vi của VOR Khi lắp bên cạnh thì cần chú ý đến các toà nhà, tháp bằng thép đặt gần anten DME sẽ phản xạ sóng gây lỗi lớn Khi lắp cùng với ILS thì cần chú ý làm sao cho anten phát glide path không gây cản trở tới tầm nhìn của DME. Cần lắp đặt anten DME cao hơn khu nhà chứa máy phát tránh ảnh hởng của sóng phản xạ.
4 Hệ thống trợ giúp hạ cánh ILS (Instrument Landing System):
Hệ thống trợ giúp hạ cánh ILS cung cấp các thông tin hớng dẫn chính xác cho quá trình hạ cánh của các máy bay tại các sân bay Các sân bay nơi có lắp đặt hệ thống ILS, thì ngời phi công có khả năng hạ cánh chính xác xuống đờng băng một cách an toàn Hệ thống này còn có nhiệm vụ quan trọng hớng dẫn các máy bay hạ cánh an toàn ngay cả khi thời tiết xấu.
Hệ thống trợ giúp hạ cánh bao gồm: Đài chỉ hớng hạ cánh (localizer), đài chỉ góc hạ cánh (glide path), đài điểm giữa (middle marker) và đài điểm xa (outer marker). Đài chỉ hớng hạ cánh: Đài này dùng phát các tín hiệu thông tin hớng dẫn chỉ hớng của đờng tâm đờng băng mở rộng (extended runway) Đài phát hai búp sóng điều chế bởi các tín hiệu âm tần sao cho chỉ khi máy bay bay trên mặt phẳng thẳng đứng chứa đờng tim đờng băng thì 2 tín hiệu thu đợc ở máy thu mới bằng nhau Khi máy bay đang hạ cánh xuống bị lệch về phía bên phải đờng tâm thì kim chỉ thị đứng của bộ thu chỉ thị máy bay lệch sang trái và ngợc lại Ngời phi công theo dõi chỉ thị của bộ thu đài ILS và sửa lỗi bằng cách đa máy bay về đúng phía mà kim chỉ thị lệch đi. Đài chỉ góc hạ cánh: Đài này dùng để phát các thông tin hớng dẫn cho máy bay về góc hạ cánh xuống đờng băng Đài này cũng phát hai búp sóng điều chế bởi 2 tín hiệu âm tần sao cho khi máy bay đáp xuống theo mặt phẳng hạ cánh chuẩn (góc hạ cánh 3 o ) thì 2 tín hiệu thu đợc tại bộ thu bằng nhau Nếu nh có một máy bay đang hạ cánh theo góc hạ cánh sai khác với góc hạ cánh chuẩn về phía trên thì kim chỉ ngang của bộ thu chỉ thị máy bay sẽ lệch xuống dới Và nếu nh máy bay tiếp cận theo góc hạ nhỏ hơn góc hạ cánh chuẩn thì kim chỉ thị ngang sẽ di chuyển lên trên Bằng cách chỉnh lại vị trí của máy bay theo đúng h ớng mà kim chỉ thị lệch đi, ngời phi công sẽ đa máy bay trở lại góc hạ cánh chính xác chuẩn Loại bắt (loại 2 tần số) đợc sử dụng nhiều vì có thể giảm nhỏ đợc lỗi chỉ thị góc do địa vật Loại này có 3 anten phản xạ góc Đờng hạ cánh đợc xây dựng nhờ phát 2 tần số cách nhau 8kHz Loại này điều chỉnh dễ và bảo dỡng đơn giản. Đài điểm giữa (middle marker): Đài này phát ra sóng điện từ sao cho một máy bay trong lúc hạ độ cao để đáp xuống đờng băng có thể xác định điểm cách điểm tận cùng đờng băng 1000m Đài này lắp tại điểm cách điểm tận cuối đờng băng một khoảng 1050m, nhng vẫn nằm tại tim đờng băng và phát ra một chùm sóng điện từ hình quạt theo hớng thẳng lên không gian Khi máy bay bay vào vùng sóng hình quạt thì đèn chỉ thị trên máy bay nhấp nháy và có âm thanh 1300
Hz phát ra từ loa báo cho ngời phi công biết rằng đã bay qua đài Trong trờng hợp lắp dặt ILS theo tiêu chuẩn CAT I vị trí của đài điểm giữa là điểm đánh dấu độ cao chính xác cho máy bay hạ cánh. Đài điểm xa (outer marker): Đài này thiết kế phát sóng điện từ sao cho máy bay đang tiếp cận có thể tìm ra 1 điểm cách 7 km tính từ điểm tận cùng đờng băng Đài điểm xa cũng phát chùm sóng hình quạt nh đài điểm trung bình Khi máy bay bay vào vùng phủ sóng thì đèn chỉ thị nhấp nháy và âm thanh 400 Hz phát ra từ loa báo hiệu cho phi công biết vị trí và ngời phi công phải xem ngay độ cao để báo cáo cho kiểm soát viên không lu.
Các hệ thống thiết bị phụ trợ: Đài chỉ phơng vị (compass location) là đài
Dịch vụ hiện tại của ngành giám sát
Vùng thông báo bay Hồ Chí Minh (FIR) có 3 tổ hợp radar đợc lắp đặt tại những vị trí thích hợp Một tổ hợp đợc lắp đặt tại sân bay Tân Sơn Nhất gồm một radar sơ cấp, một radar thứ cấp, tổ hợp tại bán đảo Sơn Trà cũng gồm thứ cấp và sơ cấp, một radar thứ cấp tại Vũng Chua- Quy Nhơn với tầm hoạt động của mỗi tổ hợp tơng ứng 80/250 NM cơ bản đáp ứng đợc tầm phủ từ mực bay 245 trở lên với các radar thứ cấp Hệ thống radar này là loại hiện đại nhất trên thế giới với công nghệ tiên tiến của hãng Thomson CFS – mặt đất trên sóng VHF Pháp chế tạo và sản xuất theo đúng các tiêu chuẩn của ICAO Với các hệ thống điều khiển từ xa, các kỹ thuật viên có thể ngồi tại Trung tâm điều hành bay Hồ Chí Minh biết đợc tình trạng hoạt động của tổ hợp radar tại nơi đặt một cách chính xác nhằm khắc phục nhanh nhÊt háng hãc.
Trung tâm xử lý số liệu radar EUROCAT-200 thu thập các dữ liệu của toàn mạng radar thuộc FIR Hồ Chí Minh thông qua đờng truyền vệ tinh và xử lý chúng cung cấp hình ảnh hoạt động bay liên tục của các máy bay từ miền Trung trở vào cho các màn hình đặt tại vị trí kiểm soát không lu Thậm chí tại Trung tâm điều hành tiếp cận sân bay Tân Sơn Nhất còn quan sát cả hình ảnh mây giúp hạ cất cánh đợc an toàn Hệ thống này đã giải quyết đợc những yêu cầu kiểm soát không lu hiện nay cho khu vực động trên 300 km.
Vùng thông báo bay Hà Nội (FIR) có tổ hợp radar đờng dài SKALA_M do Liên Xô sản xuất gồm sơ cấp và thứ cấp có hệ thống xử lý số liệu đồng bộ đảm bảo yêu cầu khai thác không lu với tầm hoạt động trên 300 km.
Cả 3 khu vực của 3 sân bay quốc tế Nội Bài, Tân Sơn Nhất, Đà Nẵng đều đợc kiểm soát bằng radar Ngoài ra sân bay Vinh và Cà Mau cũng mới đ ợc lắp đặt thêm hệ thống này
Ngoài ra các tổ hợp radar của Trung tâm Quản lý bay lựa chọn đã sẵn sàng đáp ứng đợc nhu cầu về radar mode “S” trong sự phát triển của CNS/ATM tơng lai của ICAO đề ra.
Các hệ thống radar sơ cấp và thứ cấp
1 Radar sơ cấp PSR- Primary Surveilance Radar:
Gồm 2 loại radar giám sát tiếp cận hạ cánh ASR (Air Surveilance radar ) và radar đờng dài ARSR (Air Route Surveilance radar ) Với ASR thiết kế để tìm vị trí và hớng của máy bay trong vùng bán kính 60 NM (100km) gần sân bay, điều khiển bay tiếp cận và hạ cánh của các máy bay Đây là loại radar sơ cấp dùng để giám sát tiếp cận Radar ARSR là loại radar giám sát đờng dài với bán kính giám sát 200 NM (>300 km) dùng cho điều khiển không lu.
Nguyên lý hoạt động của radar sơ cấp: Máy phát của radar phát các xung tần số cao ra không gian xung quanh đài Khi một máy bay trong vùng kiểm soát của radar , sóng điện từ radar đập vào máy bay phản xạ về anten thu radar và đa vào bộ thu sóng Tại bộ thu tín hiệu phản xạ về của radar, các xung phản xạ đ-
Bộ phát xung cao tÇn
Hình 3.1 - Sơ đồ khối của rađar sơ cấp ợc tách ra và tiến hành so sánh với xung gốc phát đi và đo đợc khoảng thời gian giữa 2 xung Khoảng thời gian này liên hệ với khoảng cách từ máy bay tới đài radar một cách chặt chẽ Do đó có thể tính ra đợc khoảng cách giữa hai đài radar và máy bay.
Thời gian truyền liên hệ với khoảng cách theo công thức sau:
Radar sơ cấp hoạt động chỉ hiển thị mục tiêu di động trên màn hiển thị.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống radar sơ cấp có trong phụ lục 1
2 Radar thứ cấp SSR – mặt đất trên sóng VHF Secondary Surveilance radar:
Thờng cùng lắp đặt với ASR hoặc ARSR chỉ thị vị trí, độ cao và các thông tin nhận dạng máy bay Trong trờng hợp khẩn cấp khi không liên lạc đợc với bằng hệ thống thông tin và khi bị không tặc ngời điều khiển không lu nhận đợc chỉ thị báo nguy Radar thứ cấp cũng có 2 loại dùng cho tại sân và tiếp cận.
Nguyên lý hoạt động của radar thứ cấp: radar phát xung hỏi tại anten INT ở tần số 1030 MHz Khi máy bay nhận đợc tín hiệu hỏi, nó phát đi tín hiệu trả lời tại tần số 1090 MHz Trong tín hiệu trả lời này bao gồm nhiều nội dung nh nhận dạng máy bay, số hiệu, độ cao và các thông tin báo nguy Tín hiệu thu đợc từ máy bay đợc đa qua bộ giải mã máy thu cung cấp các thông tin đa ra bộ chỉ thị. Đặc tính: Lợi điểm của radar thứ cấp là tạo cho máy bay có khả năng thông báo các thông tin độ cao, số hiệu chuyến bay đa tới bộ thu hoặc đầu vào của hệ thống kiểm soát không lu tự động Công suất tiêu thụ của đài thứ cấp do đó nhỏ, nhẹ và giá thành rẻ Trong tơng lai, ngời ta sẽ đa ra các radar thứ cấp dùng mode S nh là hệ thống truyền số liệu Nhợc điểm của loại radar này là trên máy bay phải có thêm một bộ thu phát tín hiệu hoạt động tốt dùng riêng cho radar
Máy thu/phát ®iÒu khiÓn Giải mã ®iÒu khiÓn Máy thu/phát
Anten INT Màn chỉ thị nhìn vòng
Hình 3.2 - Sơ đồ khối radar thứ cấp
(chỉ nhận dạng máy bay khi có xung trả lời) và đặc biệt là loại radar này chỉ dùng có 1 tần số hoạt động duy nhất (nhợc điểm này chỉ khắc phục đợc khi dùng radar mode S).
Các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống radar thứ cấp có trong phụ lục 1
2 Thiết bị quan sát mặt sân ASDE – mặt đất trên sóng VHF Airport Surface Detection Equipment: Đây là loại radar sơ cấp điều khiển sự di chuyển của các máy bay, xe ôtô vận chuyển trên mặt sân bay Anten của loại radar này thờng đợc lắp đặt trên đỉnh của tháp điều khiển tại sân và bộ chỉ thị cũng đợc đặt trên tháp điều khiển Hiện tại thiết bị này cha đợc sử dụng tại Việt Nam.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống ASDE có trong phụ lục 1
Hệ thống thiết bị đo khoảng cách, trợ giúp dẫn đ- ờng trong ngành hàng không dân dụng việt nam
Lý thuyết chung về dẫn đờng các thiết bị bay
Định nghĩa
Để hiểu đợc nhiệm vụ của dẫn đờng ta xét nó qua định nghĩa về dẫn đờng:
“ ờng là môn khoa học nghiên cứu về các phơng pháp và các thiết bị thu nhận các thông tin xác định vị trí và chuyển động của đối tợng bị điều khiển ”
Nh vậy, nghiên cứu về dẫn đờng cần nghiên cứu về 2 vấn đề:
1 Các phơng pháp dẫn đờng.
2 Các thiết bị dẫn đờng.
Các thiết bị dẫn đờng
1.2 Các phơng pháp dẫn đờng
Ngời ta phân ra các phơng pháp dẫn đờng dựa trên việc sử dụng các kỹ thuật khác nhau: a Dẫn đờng bẵng sự quan sát của mắt ngời b Dẫn đờng bằng địa bàn từ,bằng áp kế (để đo độ cao)
Hai phơng pháp dẫn đờng trên đơn giản nhng có độ chính xác nhỏ và thời gian xử lý các kết quả đo lớn c Dẫn đờng bằng thiên văn: Phơng pháp này cho phép đo theo 1 vài ngôi sao trên bầu trời để xác định vị trí của thiết bị bay Dụng cụ dẫn đờng thiên văn này có độ chính xác khá cao nhng nó không sử dụng đợc trong điều kiện bầu trời bị mây che phủ. d Dẫn đờng bằng nguồn sáng tia (laze) hay bộ cảm biến, phản ứng phát xạ nhiệt: Khoảng cách tác dụng ngắn do ảnh hởng của áp suất khí quyển Tuy vậy trong vũ trụ, việc sử dụng phơng pháp này cũng khá nhiều. e Dẫn đờng bằng phơng pháp quán tính: Phơng pháp này sử dụng dụng cụ đo vector gia tốc của thiết bị bay tơng đối so với mặt đất sau đó lấy tích phân vector gia tốc để xác định vector vận tốc,vị trí của thiết bị bay tìm đợc từ việc tích phân vector vận tốc Phơng pháp này không cần trao đổi thông tin với đài mặt đất nên nó đảm bảo đợc bí mật nhng phơng pháp này có nhợc điểm là sai số xác định vị trí của thiết bị bay tích lũy lại theo quá trình diễn ra Do vậy các dụng cụ dẫn đờng quán tính thờng phải phối hợp với các dụng cụ khác mà các dụng cụ này cho phép có chu trình điều chỉnh sai số. f Phơng pháp kỹ thuật vô tuyến điện: Phơng pháp này phụ thuộc vào thiết bị dẫn đờng và các dụng cụ điện tử cấu tạo nên các thiết bị dẫn đờng Phơng pháp này không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết,nó có thể đảm bảo điều khiển thiết bị bay không ngời lái theo 1 chơng trình bay định trớc ở đài mặt đất Phơng pháp này có độ chính xác khá cao và khoảng cách tác dụng lớn tới hàng trăm triệu km, tuy nhiên nó có nhợc điểm là phải bố trí ở mặt đất trạm vô tuyến điện hay các dụng cụ liên hệ với thiết bị bay để giảm nhỏ nhiễu vô tuyến điện tác động vào. Khoảng cách tác dụng và độ chính xác của phơng pháp này phụ thuộc vào điều kiện lan truyền sóng vô tuyến điện và mức nhiễu bên ngoài và bên trong của các thiết bị dẫn đờng.
2 Các thiết bị dẫn đờng
Thiết bị dẫn đờng là tập hợp các thiết bị điện tử để xác định các thông số dẫn đờng
Thiết bị dẫn đ ờng Đo khoảng cách Đo Tổng khoảng cách Đo Hiệu khoảng cáchĐo góc Đo vận tốc
Không bộ trả lời Có bộ trả lời Đo cao Đo pha Tìm ph ơngĐo chân trời
Thiết bị dĐ tần số Thiết bị dĐ pha Thiết bị dĐ biên độ Thiết bị dĐ thời gian Thiết bị dĐ t ơng quan Đo theo tần số Doppler Đo theo sự điều biên tần số Đo theo sóng mang Đo theo hình bao Đo theo sóng mang Đo theo hình bao Đo theo sóng mang Đo theo hình bao
2.2 Phân loại a Phân loại theo thông số dẫn đờng
Thông số dẫn đờng là khoảng cách, tổng khoảng cách,hiệu khoảng cách, góc, vận tốc chuyển động, do đó tơng úng với nó là các thiết bị dẫn đờng khoảng cách, tổng khoảng cách, hiệu khoảng cách, góc, vận tốc
Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo khoảng cách, hiệu khoảng cách hay tổng khoảng cách dựa trên phơng trình cơ bản R = c.t với c = 3.10 8 m/s
Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo vận tốc là dựa vào hiệu ứng Doppler fthu=fphát(1+vht/c) Với vht là vận tốc hớng tâm
Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo góc là dựa vào đồ thị hớng của anten
- Thiết bị đo pha vô tuyến điện: Đo góc lệch giữa quĩ đạo bay và quĩ đạo định trớc
- Thiết bị đo chân trời vô tuyến điện: Đo góc tròng trành và góc nghiêng của thiết bị bay so với mặt phẳng hành tinh
- Thiết bị tìm phơng: Đo góc phơng vị và góc tà b Phân loại theo kiểu đo kỹ thuật vô tuyến điện
Theo biên độ cực tiểu Theo hiệu biên độ Theo biểu thức biên độ
Tìm ph ơng theo biểu thức biên độ Tìm ph ơng theo biên độ cực tiểu
Tìm ph ơng theo biên độ cực đại
Hệ thống dẫn đờng trong ngành Hàng không
Hệ thống dẫn đờng hàng không là tổ hợp các phơng tiện trên mặt đất bằng các phơng pháp kỹ thuật xác định các đờng bay, các tuyến bay, vùng hoạt động bay đã đợc hoạch định trong một khu vực nào đó đồng nghĩa với cung cấp cho máy bay các số liệu hoặc tín hiệu để xác định chính xác toạ độ của nó trong không gian, các tuyến, hớng và độ cao cần thiết ở mọi thời điểm trong hành trình bay kể từ lúc rời sân đỗ thực hiện chuyến bay đến lúc vào sân đỗ để kết thúc chuyến bay Độ chính xác và độ tin cậy của việc dẫn đờng máy bay theo kế hoạch bay định trớc sẽ phụ thuộc rất lớn vào tín hiệu phát ra từ thiết bị phù trợ dẫn đờng dới mặt đất, do đó việc dẫn đờng sẽ gặp nhiều khó khăn tại những nơi nh đại d- ơng và các khu vực núi non.
Dẫn đờng hàng không có thể đợc thực hiện theo phơng thức:
Chủ động dẫn đờng : Là phơng thức dùng hệ thống dẫn đờng phát mốc trên mặt đất hay các hệ thống vệ tinh trên không gian để điều khiển các thiết bị bay bay theo đúng quỹ đạo và hành lang bay của mình Ngoài ra các thiết bị bay còn đợc điều khiển trực tiếp bằng thoại và số liệu nhờ đờng truyền sóng vô tuyÕn.
Tự dẫn : Các mục tiêu bay sử dụng thiết bị thu định vị vệ tinh để tự xác định vị trí cũng nh quỹ đạo bay của mình hay tự động bay theo lộ trình đã đợc lập trình sẵn thông qua việc tự động điều chỉnh góc hớng, góc tròng trành và góc nghiêng cánh
Trong hàng không dân dụng nói chung thì toàn bộ lộ trình bay của máy bay từ lúc cất cánh cho đến lúc hạ cánh hoàn toàn có thể coi là đợc biết trớc Trên lộ trình bay tơng ứng với cự ly nhất định ngời ta bố trí các thiết bị phụ trợ dẫn đ- ờng là các đài NDB, VOR, DVOR, DME phát sóng VHF Mỗi một đài nh vậy phát ra một tần số riêng biệt và kiểm soát viên không lu có nhiệm vụ phải liên tục thông báo cho phi công biết đợc vị trí của đài dẫn đờng kế tiếp mà máy bay sẽ phải đi qua Máy thu đặt trên máy bay sẽ có nhiệm vụ tự động chuyển tần số thu cho đúng tần số phát của đài dẫn đờng và định hớng theo đài đó để tiếp tục lộ trình yêu cầu.
Hệ thống dẫn đờng đợc thực hiện bằng nhiều phơng pháp kỹ thuật, tơng ứng với yêu cầu và điều kiện của hành trình bay gồm 2 loại cơ bản là:
- Dẫn đờng đờng dài (dẫn đờng hàng tuyến) để chỉ cho máy bay đi đúng hớng và hành lang bay quy định
Trên lãnh thổ Việt Nam, các đờng bay nội địa và quốc tế đều đợc lắp đặt các thiết bị phù trợ dẫn đờng hàng tuyến Hiện nay Hàng không Việt Nam đang sử dụng 2 loại phơng tiện phù trợ, đó là vô tuyến sóng dài vô hớng (NDB) và vô tuyến sóng cực ngắn vạn hớng (VOR/DME) Những loại thiết bị này cũng đợc lắp đặt để sử dụng cả đờng dài, tiếp cận và hạ cánh.
- Dẫn đờng tiếp cận và hạ cánh cho phép máy bay vào vùng tiếp cận để thực hiện các phơng thức hạ cất cánh an toàn. ở 2 sân bay Nội Bài và Tân Sơn Nhất đợc lắp đặt hệ thống dẫn đờng kết hợp gồm: đài gần, đài xa Location NDB, đài VOR/DME, ILS và hệ thống đèn tín hiệu ở các sân bay địa phơng, trớc đây toàn bộ trang thiết bị dẫn đờng đều là NDB Với trang thiết bị của hệ thống dẫn đờng trên đã đáp ứng đợc yêu cầu của khai thác, song với mức độ tăng trởng hoạt động bay, để khai thác tối đa công suất các sân bay, HKDDVN đã bổ sung thêm một số thiết bị dẫn đờng cho các sân bay địa phơng, thiết bị hạ cánh chính xác ILS, …cũng đ đối với đờng dài, để nâng cao độ chính xác dẫn đờng khai thác tối đa các đờng bay, các đài NDB sẽ đợc dần thay thế bằng các đài VOR/DME hệ thống DVOR/DME đã có mặt ở các sân bay nh Điện Biên, Mộc Châu, Cát Bi, Vinh, Đồng Hới, Phú Bài, Phan Thiết).
Theo hệ thống cũ, dẫn đờng hàng không sử dụng khái niệm MNPS, các chuẩn Omega/Loran C, NDB, VOR/DME, đo độ cao bằng khí áp, hệ thống tham chiếu quán tính và dẫn đờng quán tính INS/IRS và hệ thống hạ cánh sóng cực
Trạm phát mốc d ới mặt đất
Hình 1.1 - Khoảng cách nghiêng giữa máy bay và trạm DME. ngắn MLS Theo khuyến cáo của ICAO, trong tơng lai hệ thống dẫn đờng hàng không sẽ đợc bổ xung thêm khái niệm dẫn đờng theo yêu cầu RNP, hệ thống vệ tinh dẫn đờng toàn cầu GNSS, đo độ cao bằng GNSS.
Hệ thống dẫn đờng bằng vệ tinh có thể phát thông tin liên tục ra không gian để xác định vị trí và tham khảo thời gian một cách chính xác Với độ chính xác cao của hệ thống dẫn đờng vệ tinh và với hiệu suất cao, giá thành hạ thì sẽ cung cấp cho máy bay khả năng tiếp cận chính xác ngay cả trong tầm nhìn bị hạn chÕ.
Khái quát về nguyên lý làm việc và Cấu trúc tổng quát của thiết bị đo khoảng cách DME
Giới thiệu
Thiết bị tạo mốc, đo khoảng cách- DME (Distance Measuring Equipment) là một hệ thống hoạt động theo nguyên tắc của radar xung thứ cấp, tại dải tần 962-1213 MHz Thiết bị này ra đời sau hệ thống Rebecca Eureka đợc phát triển ở Anh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai.
Thiết bị này đợc sử dụng để cung cấp cho máy bay thông tin về khoảng cách nghiêng từ nó cho đến máy bay Nó thờng đợc kết hợp với đài VOR hoặc ILS để giúp cho máy bay luôn đi đúng tuyến bay của mình
Ngoài ra nó cũng đợc dùng kết hợp với hệ thống TACAN (Tactical AirNavigation) TACAN là một hệ thống dùng trong quân đội, nó cũng cung cấp cả
2 9 thông tin về hớng và khoảng cách để dẫn đờng cho máy bay Tuy nhiên khi kết hợp với DME, TACAN chỉ sử dụng kênh thông tin cung cấp về góc phơng vị.Thành phần khoảng cách của TACAN và DME có các đặc tính nh nhau Và có rất nhiều kênh tần số cho TACAN có thể sử dụng trong dải tần 962-1213 MHz Do vậy các tổ chức hàng không dân dụng vẫn có thể đo đợc khoảng cách từ các đài mèc TACAN.
Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của DME dựa trên độ trễ thời gian lan truyền của sóng điện từ trong không gian Máy thu trên máy bay cũng nh máy thu tại trạm mặt đất đợc thiết kế sao cho chỉ thực hiện việc giải mã các đôi xung có khoảng cách giữa các xung cố định Đầu tiên máy phát của máy bay phát ra các đôi xung hỏi trong không gian Đôi xung hỏi này đợc máy thu của trạm mặt đất thu lại và kiểm tra xem có hợp lệ hay không, sau đó thực hiện việc giải mã Bộ xử lý tại trạm mặt đất căn cứ vào tín hiệu đã thu đợc sẽ phát trả lời bằng một đôi xung khác lên không gian trên 1 tần số khác Máy thu đặt trên máy bay nhận đợc các xung phát đáp này đa vào bộ giải mã Căn cứ vào các tin tức thu đợc, bộ xử lý trên máy bay sẽ tính đợc khoảng thời gian trễ giữa cặp xung phát và cặp xung thu đợc: ttrễ. Độ trễ thời gian xử lý tại trạm mặt đất thờng đợc thiết kế cố định (theo tiêu chuẩn của ICAO là 50 s), nên ta hoàn toàn có thể tính đợc thời gian sóng truyền lan trong không gian Mặt khác vận tốc lan truyền của sóng điện từ trong không gian đợc tính gần đúng bằng vận tốc ánh sáng c00 000 km/s Nh vậy tính đợc trễ lan truyền của sóng trong không gian, ta có thể tính đợc quãng đờng mà sóng lan truyền trong không gian Nhng cặp xung thực hiện việc lan truyền lặp lại hai lần, từ máy bay tới trạm mặt đất và từ trạm mặt đất đến máy bay Vậy khoảng cách từ máy bay tới trạm mặt đất có thể đợc tính theo công thức:
2 Trong đó D là khoảng cách tức thời từ máy bay tới trạm mặt đất. c=3*10 8 m/s. tD= ttrễ đo đợc-ttrễ xử lý.
Sau khi tính đợc D, máy thu trên máy bay sẽ hiển thị để giúp phi công có thể điều khiển máy bay một cách an toàn.
Nghiên cứu và tìm hiểu về thiết bị đo khoảng cách DME
Khái quát về nguyên lý làm việc và Cấu trúc tổng quát của thiết bị đo khoảng cách DME
Thiết bị tạo mốc, đo khoảng cách- DME (Distance Measuring Equipment) là một hệ thống hoạt động theo nguyên tắc của radar xung thứ cấp, tại dải tần 962-1213 MHz Thiết bị này ra đời sau hệ thống Rebecca Eureka đợc phát triển ở Anh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai.
Thiết bị này đợc sử dụng để cung cấp cho máy bay thông tin về khoảng cách nghiêng từ nó cho đến máy bay Nó thờng đợc kết hợp với đài VOR hoặc ILS để giúp cho máy bay luôn đi đúng tuyến bay của mình
Ngoài ra nó cũng đợc dùng kết hợp với hệ thống TACAN (Tactical AirNavigation) TACAN là một hệ thống dùng trong quân đội, nó cũng cung cấp cả
2 9 thông tin về hớng và khoảng cách để dẫn đờng cho máy bay Tuy nhiên khi kết hợp với DME, TACAN chỉ sử dụng kênh thông tin cung cấp về góc phơng vị. Thành phần khoảng cách của TACAN và DME có các đặc tính nh nhau Và có rất nhiều kênh tần số cho TACAN có thể sử dụng trong dải tần 962-1213 MHz Do vậy các tổ chức hàng không dân dụng vẫn có thể đo đợc khoảng cách từ các đài mèc TACAN
Nguyên lý làm việc của DME dựa trên độ trễ thời gian lan truyền của sóng điện từ trong không gian Máy thu trên máy bay cũng nh máy thu tại trạm mặt đất đợc thiết kế sao cho chỉ thực hiện việc giải mã các đôi xung có khoảng cách giữa các xung cố định Đầu tiên máy phát của máy bay phát ra các đôi xung hỏi trong không gian Đôi xung hỏi này đợc máy thu của trạm mặt đất thu lại và kiểm tra xem có hợp lệ hay không, sau đó thực hiện việc giải mã Bộ xử lý tại trạm mặt đất căn cứ vào tín hiệu đã thu đợc sẽ phát trả lời bằng một đôi xung khác lên không gian trên 1 tần số khác Máy thu đặt trên máy bay nhận đợc các xung phát đáp này đa vào bộ giải mã Căn cứ vào các tin tức thu đợc, bộ xử lý trên máy bay sẽ tính đợc khoảng thời gian trễ giữa cặp xung phát và cặp xung thu đợc: ttrễ. Độ trễ thời gian xử lý tại trạm mặt đất thờng đợc thiết kế cố định (theo tiêu chuẩn của ICAO là 50 s), nên ta hoàn toàn có thể tính đợc thời gian sóng truyền lan trong không gian Mặt khác vận tốc lan truyền của sóng điện từ trong không gian đợc tính gần đúng bằng vận tốc ánh sáng c00 000 km/s Nh vậy tính đợc trễ lan truyền của sóng trong không gian, ta có thể tính đợc quãng đờng mà sóng lan truyền trong không gian Nhng cặp xung thực hiện việc lan truyền lặp lại hai lần, từ máy bay tới trạm mặt đất và từ trạm mặt đất đến máy bay Vậy khoảng cách từ máy bay tới trạm mặt đất có thể đợc tính theo công thức:
2 Trong đó D là khoảng cách tức thời từ máy bay tới trạm mặt đất. c=3*10 8 m/s. tD= ttrễ đo đợc-ttrễ xử lý.
Sau khi tính đợc D, máy thu trên máy bay sẽ hiển thị để giúp phi công có thể điều khiển máy bay một cách an toàn.
Máy đo cự ly chỉ thị
Hình 3.1 - Cấu trúc tổng quát kênh đo khoảng cách DME
Hệ thống đài DME có hai thành phần gồm một trạm thu phát xung đo khoảng cách dới mặt đất và hệ thống thiết bị đa kênh thu phát trên máy bay dùng để xác định cự ly của máy bay với trạm mặt đất.
Hệ thống thiết bị đa kênh trên máy bay gồm một bộ phát xung hỏi dùng để phát các đôi xung vô hớng theo không gian tới trạm mặt đất và bộ thu đôi xung phát trả lời từ trạm mặt đất Hệ thống thu đa kênh cho phép khả năng thu thông tin của nhiều đài DME hoạt động tại nhiều tần số nằm rải rác trên khắp tuyến bay hoặc nằm gần sân bay.
Hệ thống thiết bị trạm mặt đất gồm một đài phát đáp (transponder) dùng để thu và phát lại các xung hỏi của máy bay Hệ thống này tạo ra độ trễ cố định tính từ thời điểm nhận đợc xung hỏi cho tới thời điểm phát đáp xung trả lời Hệ thống trạm mặt đất chỉ phát theo một tần số làm việc cố định và có vị trí cũng xác định làm chỉ thị trên tuyến bay hoặc tại sân bay.
Hệ thống DME có 126 kênh làm việc với các kênh lân cận phân cách nhau
1 MHz Cho dải liên lạc không đối đất, có 126 kênh trong dải tần từ 1025 – mặt đất trên sóng VHF.
1150 Mhz Cho dải liên lạc đất đối không thì có 63 kênh trong dải tần 962 – mặt đất trên sóng VHF.
1024 MHz và 63 kênh có chiếm dải tần 1151 – mặt đất trên sóng VHF 1213 MHz.
Hệ thống DME dùng kỹ thuật xung mã trong việc truyền các thông tin tín hiệu của nó Thông tin truyền đi là những nhóm xung với khoảng cách giữa các xung là định trớc Với kênh X thì khoảng cách giữa 2 xung của cả đôi xung hỏi và đáp là 12 às Với kênh Y thì khoảng cách giữa 2 xung hỏi là 36 às và khoảng cách giữa 2 xung phát đáp là 30 às.
Bộ thu của cả thiết bị thu máy bay và thiết bị thu máy phát đáp trạm mặt đất đều sử dụng bộ giải mã xung thiết kế sao cho chỉ cho qua những đôi xung có khoảng cách giữa các xung là 1 giá trị cố định trớc nh đã nói ở trên Mục đích của việc sử dụng kỹ thuật dùng 1 đôi xung là nhằm tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu, làm giảm các nhiễu xung tạo ra bởi các radar hoặc các nguồn phát sóng RF khác có cùng dải tần số xâm nhập vào hệ thống Thông tin cung cấp cho máy bay bởi bộ phát đáp của DME bao gồm cả thông tin về nhận dạng của trạm phát DME và thông tin về khoảng cách của máy bay với đài phát Thông tin nhận dạng cung cấp cho máy bay theo chu kỳ 30s, còn thông tin về khoảng cách cho máy bay cung cấp theo yêu cầu Điều đó có nghĩa là mỗi máy bay tới phải phát đôi xung hỏi tới trạm mặt đất, trớc khi pha phát đáp có thể tạo ra và truyền lại thông tin khoảng cách cho máy bay Máy phát đáp trạm mặt đất có thể trả lời đồng thời nhiều nhất là 100 máy bay trong tầm cự ly và đợc tinh chỉnh tới kênh của đài DME
3.1 Cấu trúc trạm mặt đất
Hình 3.2 mô tả sơ đồ khối của một trạm mốc DME dới mặt đất Giả sử trạm DME trên máy bay đã phát các tín hiệu hỏi tới trạm DME dới mặt đất Sau khi anten của trạm DME dới mặt đất thu đợc tín hiệu này, nó đợc chuyển tới bộ tiền xử lý thông qua bộ chuyển mạch anten (Circulator) Tại đây chúng đợc kiểm tra xem có phù hợp hay không Nếu phù hợp, chúng đợc chuyển tới bộ trộn tần để hạ tần xuống tần số trung gian Sau khi đợc khuếch đại trung tần và tách sóng, tín hiệu đợc đa vào bộ giải mã, để kiểm tra xem khoảng cách giữa các xung có đúng không Nếu đúng nó đợc kết hợp với bộ tạo mã trả lời tại bộ điều khiển mã hoá để đa ra câu trả lời chính xác Tín hiệu ra từ bộ điều khiển mã hoá đợc đa tới bộ tạo dạng xung, với các xung có độ rộng quy định 3.5s và đa ra máy phát cao tần.Tại đây chúng đợc điều chế, khuếch đại và đa ra anten thông qua bộ circulator để phát trả lời cho máy bay.
Hệ thống DME có 126 kênh tần số làm việc trong dải 962-1213 MHz, với khoảng cách giữa cách kênh lân cận cách nhau 1MHz
Hệ thống DME dùng kỹ thuật điều chế xung mã trong việc truyền các thông tin tín hiệu của nó Thông tin truyền đi là các cặp xung với khoảng cách giữa các xung là cố định Hệ thống DME có hai chế độ làm việc khác nhau, chế độ X và chế độ Y ở chế độ X, khoảng cách giữa hai xung là 12 s, độ rộng của xung là 3.5 s ở chế độ Y, khoảng cách giữa hai xung là 36 s, độ rộng xung là 3.5 s Hình mô tả liên kết kênh giữa trạm mốc mặt đất và trạm trên máy bay:
DME phát ra chuỗi cặp xung gồm 3 tín hiệu riêng rẽ Ba tín hiệu này, theo thứ tự u tiên, là:
Tín hiệu trả lời các xung hỏi
Các cặp xung squitter (đợc sử dụng nh là các xung chèn thêm).
Hệ thống u tiên này có tác dụng ngăn ngừa nhiễu lẫn nhau giữa 3 tín hiệu trên trong chuỗi xung tổng thể phát ra Định danh đài mặt đất quan trọng cho máy bay sử dụng đài, vì vậy nó đợc xác định có độ u tiên hàng đầu trong hệ thống u tiên.
Việc tạo ra định danh đài một cách thông minh là một chức năng của bộ mã hoá
ID. Định danh đài đợc phát định kỳ theo mã Morse quốc tế với các ký tự của mã bao gồm một chuỗi các cặp xung Mã định danh đài xuất hiện trong từng khoảng xấp xỉ 30s Khi có mã định danh đài thì đầu vào mạch logic u tiên bị ngắt và các mạch sẽ không tiếp nhận bất kỳ tín hiệu giải mã nào từ máy thu nữa.
Các tín hiệu trả lời cho tín hiệu hỏi là u tiên thứ hai trong chuỗi u tiên Việc chèn chúng vào chuỗi xung phải đợc điều khiển (để ngăn ngừa việc nhiễu với chu kỳ định danh đài và để thực hiện u tiên hơn so với tín hiệu (squitter) Điều này đ- ợc thực hiện bằng cách cho phép chúng đi vào chuỗi xung chỉ trong khoảng thời gian không bị chiếm bởi tín hiệu định danh đài Đây là phần thời gian chính, vì chu kỳ định danh đài chỉ xuất hiện với khoảng cỡ 30s Hơn nữa, có một cổng trống đợc tạo ra mỗi khi có cặp xung hỏi đợc giải mã Cổng trống này đợc dùng để cấm các xung squitter có chu kỳ cỡ 50s.
Các xung squitter có độ u tiên thứ ba Khi không có các tín hiệu hỏi hoặc thông tin định danh đài thì các xung squitter ngẫu nhiên đợc tạo ra để duy trì chuỗi xung đầu ra trung bình đạt 1000 cặp xung trong một giây (PPS-Pair PerSecond) Mục đích của việc phát xung squitter là để ổn định mạch tự động điều khiển lợng khuếch đại (AGC) trong bộ hỏi trên tàu bay.
Hình 3.2 - Sơ đồ khối trạm DME mặt đất Điều khiển mã hoá
Tạo dạng xung Phát sóng
Tín hiệu sau giải mã
Thời điểm ban đầu tính từ khi bắt đầu hỏi
Tín hiệu sau khi đ ợc tách sóng Tín hiệu sau khi đã hạ tần
Mã trả lời ở dạng xung
12/36s Tín hiệu thu đ ợc tại máy bay
Tín hiệu thu sau khi tách sóng
Hình3.3 - Giản đồ thời gian của hệ thống
Tín hiệu thu đ ợc tại máy bay
Hình 3.4 - Sơ đồ khối trạm DME đặt trên máy bay.
Chuyển mạch thu/phát Điều khiển mã hoá
Tạo dạng xung hỏi Phát tín hiệu hỏi
Khuếch đại IF & tách sóng
3.2 Cấu trúc trạm đặt trên máy bay