đề tài tìm hiểu hệ thống chỉ dẫn hạ cánh bằng thiết bị ils của hãng normarc

Hệ thống ILS không chỉ giúp phi công xác định chính xác vị trí của đường băng mà còn hỗ trợ điều hướng máy bay theo đúng quỹ đạo an toàn để hạ cánh một cách trơn tru.. Việt Nam, với sự p

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI TIỂU LUẬN CUỐI KHÓA

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trường Học viện Hàng không Việt Nam, khoa Điện - Điện tử

đã đưa môn “hệ thống dẫn đường mặt đất hàng không” vào chương trình giảng dạy Đặc biệt, em xin cảm ơn Th.S Đinh Thanh Hiền là Giảng viên hướng dẫn em trong quá trình hoàn thành tiểu luận cuối khóa

Em đã cố gắng vận dụng những kiến thức được học qua để hoàn thành môn học này Nhưng do kiến thức còn hạn chế và không có nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu và trình bày Em rất mong nhận được những ý kiến và góp ý của thầy cô để khắc phục và hoàn thiện tốt bài báo cáo Sự giúp đỡ của mọi người đã cho em có những trải nghiệm quý giá

và giúp hoàn thiện bản thân hơn

Một lần nữa, em xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện bài báo cáo này

Xin trân trọng cảm ơn !

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan rằng đây là tiểu luận cuối khóa của mình, có sự hướng dẫn của Giảng viên là Th.S Đinh Thanh Hiền Các nội dung nghiên cứu, số liệu và kết quả trong đề tài này là trung thực và không sao chép hay sử dụng kết quả của bất kỳ đề tài nghiên cứu nào tương tự Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá từ các nguồn khác nhau và có ghi rõ nguồn gốc trong phần tài liệu tham khảo Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về bài báo cáo của mình

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của ngành hàng không, an toàn và hiệu quả trong việc hạ cánh của các chuyến bay luôn là mối quan tâm hàng đầu của các cơ quan quản lý và các hãng hàng không trên toàn thế giới Hệ thống chỉ dẫn hạ cánh bằng thiết bị ILS (Instrument Landing System) đóng vai trò thenchốt trong việc đảm bảo an toàn cho các máy bay khi hạ cánh, đặc biệt trong điều kiện thời tiết xấu hoặctầm nhìn hạn chế

Hệ thống ILS không chỉ giúp phi công xác định chính xác vị trí của đường băng mà còn hỗ trợ điều hướng máy bay theo đúng quỹ đạo an toàn để hạ cánh một cách trơn tru Trong số các nhà cung cấp hệ thống ILS hàng đầu thế giới, hãng Normarc nổi bật với các giải pháp công nghệ tiên tiến, được sử dụng rộng rãi tại nhiều sân bay quốc tế và trong nước

Việt Nam, với sự phát triển nhanh chóng của ngành hàng không, cũng đã áp dụng các hệ thống ILS tạicác sân bay chính nhằm nâng cao khả năng tiếp nhận và điều hành các chuyến bay một cách an toàn và hiệu quả Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống ILS, đặc biệt là của hãng Normarc, vẫn

là một chủ đề mới mẻ và cần được nghiên cứu sâu rộng

Đề tài “Tìm hiểu hệ thống chỉ dẫn hạ cánh bằng thiết bị ILS của hãng Normarc” nhằm mục đích cung cấp một cái nhìn toàn diện về nguyên lý hoạt động, cấu trúc, các thông số kỹ thuật, và ứng dụng thực tiễn của hệ thống ILS Normarc tại Việt Nam Đề tài này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về công nghệ ILS và góp phần nâng cao nhận thức về vai trò quan trọng của các hệ thống hỗ trợ hạ cánh trong việc đảm bảo

an toàn hàng không

MỤC LỤC

I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHỈ DẪN HẠ CÁNH

ILS TẠI VIỆT NAM

Hệ thống hỗ trợ hạ cánh ILS (Instrument Landing System) là hệ thống cung cấp các thông tin về khoảng cách, vị trí, góc hạ cánh chính xác cho tàu bay giúp phi công thực hiện quá trình hạ cánh xuống đường băng một cách an toàn Hệ thống ILS sử dụng các đài phát vô tuyến điện đặt tại khu vực đường băng trong các sân bay để truyền thông tin đến đài thu đặt trên tàu bay.Tại Việt Nam, ILS được triển khai tại nhiều sân bay lớn nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các chuyến bay trong điều kiện thời tiết xấu hoặc tầm nhìn hạn chế

Hệ thống ILS bao gồm: Đài chỉ hướng hạ cánh (Localizer), đài chỉ góc hạ cánh (Glidepath), các đài điểm chuẩn (Marker)

Hình 1: Sơ đồ phương pháp tiếp cận hệ thống hạ cánh bằng thiết bị (ILS)

 Localizer (LOC): Cung cấp thông tin hướng dẫn ngang.

 Glide Slope (GS): Cung cấp thông tin hướng dẫn dọc

 Marker Beacons: Đánh dấu các điểm quan trọng trên đường tiếp cận cuối cùng

1 Nguyến lý hoạt động của hệ thống ILS

● Tín Hiệu: Tín hiệu LOC phát sóng trên tần số từ 108.1 MHz đến 111.95 MHz.

● Nguyên lý hoạt động: Antan localizer được đặt ở cuối đường băng (đối diện

hướng tiếp cận) phát ra hai tín hiệu vô tuyến ở cùng tần số nhưng có biên độ

khác nhau Một tín hiệu được điều chế bằng tần số 90 Hz và tín hiệu kia bằng

150Hz.

● Hướng dẫn: Máy bay ở chính giữa đường băng sẽ nhận được hai tín hiệu với cường độ bằng nhau Nếu lệch về bên nào, tín hiệu tương ứng sẽ mạnh hơn, giúp phi công điều chỉnh lại để duy trì đúng hướng.

1.2 Glide Slope (GS)

● Chức năng: Cung cấp hướng dẫn phương dọc (up/down) giúp máy bay duy trì đúng góc tiếp cận (thường là 3 độ so với mặt đất)

● Tín Hiệu: Tín hiệu GS phát sóng trên tần số từ 329.15 MHz đến 335.0 MHz.

● Nguyên lý hoạt động: Anten glide slope được đặt bên cạnh đường băng, gần

đầu đường băng tiếp cận Tương tự localizer, glide slope cũng phát ra hai tín

hiệu vô tuyến ở cùng tần số với biên độ khác nhau, điều chế bởi tần số 90 Hz

và 150 Hz.

● Hướng dẫn: Máy bay ở đúng góc tiếp cận sẽ nhận được hai tín hiệu với cường độ bằng nhau Nếu máy bay bay quá cao hoặc quá thấp, một trong hai tín hiệu sẽ mạnh hơn, giúp phi công điều chỉnh lại để duy trì đúng góc tiếp cận

1.3 Maeker Beacons

● Chức năng: Cung cấp các điểm mốc trên quỹ đạo tiếp cận để phi công xác định vị trí của máy bay so với đường băng

● Tín Hiệu: Marker beacons phát tín hiệu trên tần số 75 MHz và được phát hiện bởi các tín hiệu

âm thanh và đèn chỉ báo trên máy bay

● Nguyên lý hoạt động: Các beacon phát tín hiệu vô tuyến ở tần số cố định 75 MHz Có ba loại chính:

○ Outer Marker (OM): Thường cách đầu đường băng khoảng 4-7 dặm, báo hiệu máy bay bắt đầu tiếp cận

○ Middle Marker (MM): Cách đầu đường băng khoảng 0.5-0.8 dặm, báo hiệu máy bay gần tiếp cận

○ Inner Marker (IM): Rất gần đầu đường băng, báo hiệu máy bay sắp hạ cánh

1.4 Đèn dẫn đường

● Chức Năng: Hỗ trợ trực quan cho phi công trong quá trình tiếp cận và hạ cánh

● Hệ Thống Ðèn: Bao gồm đèn đường băng, đèn trượt dốc (PAPI hoặc VASI), và đèn cánh hướng (approach lights)

1.5 Nguyên lý phối hợp hoạt động

Khi máy bay tiếp cận sân bay sử dụng ILS:

1) Tiếp Cận Ðường Băng: Khi máy bay tiếp cận đường băng, phi công sẽ theo dõi tín hiệu

từ Localizer để giữ máy bay theo trục đường băng và tín hiệu từ Glide Slope để duy trì góc tiếp cận đúng

2) Ðiều Chỉnh Hướng Bay và Ðộ Cao: Phi công sử dụng thông tin từ hai tín hiệu này để liên tục điều chỉnh hướng bay và độ cao của máy bay, đảm bảo tiếp cận chính xác.

3) Xác Ðịnh Vị Trí và Khoảng Cách: Các Marker beacons giúp phi công biết khoảng

cách còn lại đến đường băng và điều chỉnh tốc độ hạ cánh phù hợp.

4) Hạ Cánh An Toàn: Ðèn dẫn đường cung cấp hỗ trợ trực quan cuối cùng, giúp phi công xác định vị trí đường băng và thực hiện hạ cánh an toàn

 Tất cả các thông tin này được hiển thị trên các thiết bị trong buồng lái, giúp phi công thực hiện hạ cánh chính xác ngay cả trong điều kiện thời tiết xấu hoặc tầm nhìn hạn chế.

2 Tổng quan về hệ thống ILS tại Việt Nam

Hệ thống ILS được triển khai tại các sân bay chính ở Việt Nam như Nội Bài, Tân Sơn Nhất, Đà Nẵng

và Cam Ranh Việc triển khai này giúp nâng cao an toàn bay, đặc biệt trong điều kiện thời tiết xấu Các sân bay này đều trang bị hệ thống ILS hiện đại, tuân thủ tiêu chuẩn của Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO)

a) Đài chỉ hướng hạ cánh

Được đặt cách điểm cuối cùng của đường băng 300m, cung cấp thông tin về hướng của trục đường băng cho tàu bay chuẩn bị hạ cánh Đài Localizer phát hai búp sóng mang tín hiệu điều biên ở tần số 150Hz (búp sóng bên phải) và 90Hz (búp sóng bên trái) Tín hiệu sóng mang có tần số 118 – 112MHz Hai búp sóng được thiết kế sao cho tại mặt phẳng vuông góc với đường trung trực của đường băng thì mức thu được của hai tín hiệu là bằng nhau Khi đó, để giữ đúng hướng hạ cánh phi công cần điều chỉnhtàu bay sao cho bay đúng vào mặt phẳng có mức thu hai tín hiệu bằng nhau

c) Các đài điểm chuẩn

Trong quá trình hạ cánh phi công cần xác định một số điểm có khoảng cách nhất định từ tàu bay đến điểm bắt đầu của đường băng (ví dụ: 1Km, 7Km…) Để cung cấp các thông tin này cho phi công người

ta sử dụng các đài điểm chuẩn Các đài này gồm đài điểm gần IM (Inner Marker), đài điểm giữa MM (Middle Marker), đài điểm xa OM (Outer Marker) Các đài vô tuyến điện này phát một tín hiệu theo búpsóng hình dải quạt hướng thẳng đứng Khi tàu bay bay qua các đài điểm chuẩn sẽ thu được tín hiệu tương ứng qua đó xác định được khoảng cách hiện tại so với đường băng Khoảng cách từ đài IM đến điểm bắt đầu đường băng là 300m, từ đài MM đến điểm bắt đầu đường băng là 1050m, từ đài OM đến điểm bắt đầu đường băng 8Km

Các đài phát chuẩn sử dụng sóng mang có tần số 75MHz, phát đi tín hiệu âm thanh (là những tiếng bip) được điều chế AM Khi bay qua các đài điểm chuẩn trên tàu bay sẽ có các đèn tín hiệu báo hiệu ( I,

M, O) và âm thanh phát ra tương ứng báo cho phi công biết được đã đi qua đài điểm chuẩn

Điều chế là quá trình biến đổi một trong các thông số sóng mang cao tần (biên độ, hoặc tần số, hoặc pha) tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc (BB - base band)

 Mục đích điều chế

- Đối với một anten, bức xạ năng lượng của tín hiệu cao tần có hiệu quả khi bước sóng của nó (tương ứng cũng là tần số) cùng bậc với kích thước vật lý của anten

- Tín hiệu cao tần ít bị suy hao khi truyền đi trong không gian

- Mỗi dịch vụ vô tuyến có một băng tần (kênh) riêng biệt Quá trình điều chế giúp chuyển phổ của tín hiệu băng gốc lên các băng tần thích hợp

 Điều kiện điều chế

- Tần số sóng mang cao tần fc  (810) fmax, trong đó fmax tần số cực đại tín hiệu điều chế BB.

- Thông số sóng mang cao tần (hoặc biên độ, hoặc tần số, hoặc pha) biến đổi tỷ lệ với biên độ tín hiệu điều chế BB mà không phụ thuộc vào tần số của nó

- Biên độ sóng mang cao tần V > Vm (biên độ tín hiệu điều chế BB)

1 Điều chế AM

Điều chế biên độ là quá trình làm thay đổi biên độ sóng mang cao tần theo tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc)

a) Phương trình điều chế và hệ số điều chế

Tín hiệu sóng mang thường là tín hiệu sin có tần số cao:

mA: hệ số điều chế (chỉ số điều chế) Để điều chế không méo thì mA  1

Trong trường hợp m(t) là tổng các tín hiệu sin đơn tần:

m(t) = V1cos1t + V2cos2t + V3cos3t + ……

Hình 5: Với tín hiệu điều chế phức hợp a/ Tín hiệu điều chế b/ Tín hiệu AM c/ Mật độ phổ 1 biên tín hiệu điều chế d/ Mật độ phổ AM một phía

c) Công suất của tín hiệu AM

Tín hiệu AM sau điều chế được cho qua điện trở 1 Công suất rơi trên điện trở khi đó gọi là công suất chuẩn: PAM_St = PC_St + 12 Pm_St

trong đó: PC-St : công suất của sóng mang;

Pm-St : công suất của tín hiệu điều chế khi cho qua điện trở R:

Nếu tín hiệu là điện áp thì:

 Nhận xét về điều chế biên độ AM:

- Dễ thực hiện và máy thu giải điều chế đơn giản, giá rẻ

- Công suất sóng mang không tải tin lớn, vô ích

- Băng thông lớn gấp đôi cần thiết nên phí và tăng nhiễu

- Hiệu quả sử dụng công suất cao tần ç rất nhỏ

- Tính chống nhiễu kém

d) Mạch điều chế AM

 Điều chế AM dùng diode

Hình 6: : Mạch điều chế AM đơn giản dùng diode

Tín hiệu điều chế m(t) và sóng mang xC(t) cùng được đặt vào hai đầu diode, đo đó vD = m(t) + xC(t) tạo

Nguồn xung vuông vc(t) có tần số lớn hơn nhiều so với m(t) đóng vai trò sóng mang vc(t) làm cho transistor Q đóng ngắt bão hòa

Mạch cộng hưởng RLC đóng vai trò một mạch lọc thông dải

Điện trở Rc dùng để phân cực cho transistor Q dẫn bão hòa.

Hình 7: Mạch điều chế AM dùng transistor

Khi Q dẫn bảo hòa: Vout(t) = 0;Khi Q ngắt: Vout(t) = Vcc + m(t)

Hình 8: Dạng tín hiệu ra khi không có khung cộng hưởng

Khi không có mạch cộng hưởng RLC thì:

vout(t) = [VCC + m(t)]VC(t)

VC(t)là một tín hiệu tuần hoàn nên được khai triển thành chuỗi Fourier như sau:

Mạch cộng hưởng RLC được thiết kế để cộng hưởng ở tần số c nên:

Vout(t) = [Vcc + m(t)]π2sin ω c t : Đây chính là tín hiệu AM

e) Mạch giải điều chế AM

 Tách sóng hình bao

Hình 9: Mạch tách sóng hình bao

 Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:

Tín hiệu AM vào làm thay đổi giá trị điện áp trên diode D Làm cho D tắt hoặc dẫn

Khi D dẫn: tụ được nạp bằng giá trị của vAM(t)

Khi D tắt: tụ xả qua điện trở R

Kết quả là giá trị điện áp ở ngõ ra m’ (t) bám theo đường bao của tín hiệu AM Đây chính là tín hiệu cần giải điều chế

Kết quả tách sóng hình bao phụ thuộc vào thời hằng ơ = RC Nếu ơ quá nhỏ tụ xả nhanh làm cho đường bao bị nhấp nhô Nếu ơ quá lớn tụ xả chậm không theo kịp sự suy giảm của tín hiệu AM ngõ vào (xem hình ) Cả hai trường hợp sẽ làm cho tín hiệu giải điều chế bị méo dạng.

Hình 10: Tách sóng hình bao

Hình 11: Tách sóng hình bao trong hai trường hợp

có và không có điều chế

Hình 12: Méo tín hiệu tách sóng hình bao

Điều kiện tách sóng hình bao không méo đối với tín hiệu điều chế sin đơn tần có tần số fm:

Tín hiệu AM có dạng vAM(t)=[Vc+m(t)]cosct Trong đó tín hiệu điều chế tần số thấp m(t) = Vmcosmt

có thể được giải điều chế bằng cách nhân với tín hiệu sóng mang VLO(t) = V0cos(ct+o) và lọc thông thấp như sau:

Hình 13: Sơ đồ khối tách sóng kết hợp

V0(t) = m(t).Vc(t) = m(t)4π(sin ω c t +1

3sin 3 ω c t+1

5sin5 ω c t +…)

Sau khi qua mạch lọc thông dải có tần số trung tâm tại c còn lại:

VDSB(t) = 4π m(t ) sin ω c t : Đây là tín hiệu DSB cần điều chế

Phổ của tín hiệu ra trước khi cho qua mạch lọc thông dải:

Hình 16

Dạng tín hiệu ra:

 Phương pháp lọc: Để có tín hiệu SSB cần triệt sóng mang phụ cuả tín hiệu AM, còn lại hai biên DSB (Double -sideband), sau đó lọc lấy một biên nhờ BPF.

Hình 19

 Phương pháp xoay pha 900 (pp2):

Hình 20: Sơ đồ khối phương pháp xoay pha 90 0

Ngõ ra bộ điều chế cân bằng 1 có tín hiệu:

VSSB = v1 + v2 = VcVmcos(c - m)t

 Phương pháp xoay pha sóng mang 900 hai lần

Hình 21: Sơ đồ khối phương pháp xoay pha sóng mang 90 0 hai lần

Tín hiệu ngõ ra bộ điều chế cân bằng 1:

V1 = m(t)Sinω0t = VmCosω mtSinω ot = V m

2 ¿

Qua bộ lọc LPF1 còn lại thành phần: V m

2 sin(ω0− ω m)t

Tín hiệu ngõ ra bộ điều chế cân bằng 2:

V2 = m(t)Cosω0t=V m cos ω m t Cosωω0t= V m

2 [cos(ω0+ω m)t+cos(ω0− ω m)t]Qua bộ lọc LPF2 còn lại thành phần: V m

2 cos(ω0−ω m)t Tín hiệu ngõ ra bộ điều chế cân bằng 3:

c) Ghép kênh theo tần số FDM (Frequency Division Multiplexing)

Ghép kênh theo tần số FDM là truyền đồng thời nhiều kênh trên các sóng mang khác nhau Được sử dụng trong truyền hình cáp, truyền hình quảng bá, thông tin vi ba thoại v.v…

FDM sử dụng kỹ thuật điều chế SSB truyền đồng thời nhiều tín hiệu băng hẹp trên một kênh truyền dẫn băng rộng Các kênh băng hẹp được phân kênh theo tần số không chồng lấn nhau nhờ các sóng mang khác nhau:

Hình 22: Sơ đồ khối của thiết bị ghép kênh FDM 4 kênh

Hình 23: Sơ đồ khối của một hệ thống ghép kênh FDM 600 kênh thoại

φ0: pha ban đầu

Giữa tần số và pha có quan hệ: ω(t )= dφφ(t)

dφt ⟹ f (t )= 1

2 π

dφφ(t) dφt

φ (t )= ∫ ω (t )dφt=2 π ∫ f (t )dφt

(t): tần số tức thời - tần số tại thời điểm t