1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.6. Nguyên lý làm việc của DME
Hình 54: Nguyên lý hoạt động của DME
- 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 và máy thu tại trạm mặt đất được thiết kế 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 được máy thu của trạm mặt đất thu lại và kiểm tra xem có hợp lệ hay không, sau đó thực hiện việc giải mã.
+ Máy hỏi (Interrogator) trên tàu bay phát cặp xung hỏi xuống đài mặt đất. + Tín hiệu xung này truyền trong không gian đến đài mất khoảng thời gian là T + Đài DME mặt đất giải mã, nhận được tín hiệu hỏi hợp lệ, chuẩn bị phát cặp xung trả lời.
+ Cặp xung trả lời được phát đi sau 1 khoảng thời gian trễ Td = 50μS.
+ Cặp xung trả lời đi mất khoảng thời gian T để đến được máy thu trên tàu bay (vì vận tốc sóng điện từ >> so với vận tốc tàu bay nên xem như vị trí tàu bay từ khi phát đến khi nhận không thay đổi).
+ Khoảng thời gian từ lúc phát xung hỏi đến khi nhận được xung trả lời: Ttotal = 2T + Td
D=C∗Ttotal−Td 2 =Ttotal− 50us 12.36us/NM 1.7. Phân loại Có 2 loại:
- DME tại sân (Airport DME): DME được triển khai cùng thiết bị hướng dẫn hạ cánh ILS trên sân bay để dẫn đường cho máy bay tiếp cận và hạ cánh. Thông tin do DME cung cấp trong trường hợp này là khoảng cách từ máy bay đến điểm đầu đường băng (threshold) hay điểm tiếp đất.
- DME trên đường bay (En-route DME): DME được triển khai cùng đài VOR để dẫn đường trên đường bay.
1.8. Ưu- Nhược điểm đài DMEƯu điểm Ưu điểm
Sử dụng các cặp xung mã hóa và giản các cặp xung.
Chỉ cho qua các tín hiệu theo đúng giản cách xug đã được định trước.
Tăng tỉ số tín hiệu trên tập âm => Tăng tính chống nhiễu cho hệ thống.
Dạng xung là dạng Gauss ( có hình quả chuông) hạn chế rất nhiều khả năng gây nhiễu.
Khoảng cách giữa 2 xung trong cạp xung thay đổi làm tăng số kênh hoạt động cho thiết bị.
Nhược điểm
- Có độ chính xác kém và tầm phủ sóng bị hạn chế.
- Có nhiều khó khăn trong việc lắp đặt các thiết bị /DME tại các vùng sâu, vùng cao, sa mạc, đại dương nên không thể thực hiện dẫn
đường tại các vùng này.
- Tồn tại vấn đề nhiễu FM và khả năng phân kênh trong hệ thống thiết bị ILS.
- Việc lắp đặt hệ thống ILS không phải dễ dàng đối với tất cả các cảng hàng không.
- Các thiết bị dẫn đường NDB, VOR, DME, ILS…đã có công nghệ cũ, tính năng kém.
- Việc điều khiển và bảo trì từ xa khó thực hiện cho tất cả các thiết bị. - Chi phí cho công tác bảo trì, hiệu chuẩn khá tốn kém.
2. CÁC PHƯƠNG THỨC KHAI THÁC DME
Một số quốc gia xây dựng mạng DME dùng để xác định vị trí của tàu bay(dùng 3 đài DME), còn gọi là phương thức Ro-Ro.
Không có phương thức khai thác đài DME độc lập tại Việt Nam.
Khi DME kết hợp với trạm VOR thành trạm VOR/DME thì phương thức khai thác phụ thuộc trạm VOR.
Khi DME kết hợp với hệ thống ILS thành trạm ILS/DME thì phương thức khai thác phụ thuộc hệ thống ILS.
3. TIÊU CHUẨN CỦA CỤC HÀNG KHÔNG VIỆT NAM VỀ THIẾT BỊ ĐOCỰ LY BẰNG VÔ TUYẾN DME CỰ LY BẰNG VÔ TUYẾN DME
Tại Việt Nam không có trạm DME đứng độc lập, cũng như hệ thống MLS/DME. Lý do phải kết hợp hoạt động của đài DME với đài VOR hoặc ILS, vì nếu chỉ cung cấp thông tin về khoảng cách mà không có phương hướng (thông tin góc phương vị hay độ cao, vị trí của máy bay thì điều này vô nghĩa.
DME kết hợp với VOR tạo thành trạm VOR/DME. Đài DME được cung cấp kênh hoạt động dựa trên tần số hoạt động của đài VOR mà nó kết hợp hoạt động. Khi điều chỉnh tần số máy thu của đài VOR đến tần số mong muốn, tần số máy thu của thiết bị DME sẽ tự động điều chỉnh theo.
DME kết hợp với ILS tạo thành hệ thống ILS/DME. Có 2 điểm cần chú ý là công suất của thiết bị DME nhỏ và thiết bị DME sử dụng để kết hợp là loại băng hẹp, chính xác.
Hình 55: DME kết hợp với VOR tạo thành trạm VOR/DME.
3.1. Đặc tính hoạt động (Performance) a. Cự ly (Range). a. Cự ly (Range).
Thiết bị đo cự ly bằng vô tuyến phải cung cấp một phương tiện đo cự ly xiên từ tàu bay đến một máy phát đáp đã chọn bên trong tầm phủ sóng được quy định bởi các yêu cầu hoạt động của máy phát đáp.
b. Tầm phủ sóng (Coverage).
- Khi kết hợp với VOR, tầm phủ của DME/N tối thiểu phải bằng tầm phủ của VOR.
- Khi kết hợp với ILS, tầm phủ của DME/N tối thiểu phải bằng với tầm phủ của ILS tương ứng.
c. Độ chính xác (Accuracy).
- Độ chính xác của hệ thống. Các tiêu chuẩn về độ chính xác quy định ở đây phải đáp ứng cơ bản 95% khả năng có thể.
- Sai số của toàn bộ hệ thống phải nhỏ hơn đến 370 m (0,2 NM).
- Dải tần làm việc và sự phân cực (Radio frequencies and polarization). - Thiết bị đo cự ly bằng vô tuyến phải hoạt động trong dải tần từ 960 MHz đến 1.215 MHz. Tần số hỏi cũng như tần số trả lời phải được phân định sao cho cách nhau 1 MHz giữa các kênh. Sự bức xạ của hệ thống phải là phân cực đứng.
3.2. Phân kênh (Channelling)
- Các kênh hoạt động của thiết bị đo cự ly bằng vô tuyến phải được tạo thành bằng cách ghép đôi các tần số hỏi và trả lời, cũng như sự mã hóa xung các tần số ghép này.
- Các kênh hoạt động của thiết bị đo cự ly bằng vô tuyến phải được chọn từ bảng A, Phụ lục B.
- Sự phân chia kênh theo khu vực (Area channel assignment): Trong một khu vực riêng biệt, số kênh hoạt động được sử dụng phải được quyết định tùy theo từng vùng.Các kênh hoạt động riêng biệt của thiết bị đo cự ly bằng vô tuyến phải được phân bổ trong một vùng riêng biệt phải được quyết định theo từng vùng, chú ý đến các yêu cầu bảo vệ kênh phối hợp (đồng kênh) và kênh kế cận.
- Ghép đôi kênh. Khi máy phát đáp của thiết bị đo cự ly bằng vô tuyến được dự định hoạt động kết hợp với một hệ thống dẫn đường VHF trong dải tần từ 108
MHz đến 117,95 MHz thì kênh hoạt động của thiết bị đo cự ly bằng vô tuyến phải được ghép đôi với kênh VHF như trong bảng A, Phụ lục B.
3.3. Tần số lặp lại của xung hỏi (Interrogation pulse repetitionfrequency). frequency).
- Đối với DME/N. Tần số lặp lại xung trung bình của máy hỏi phải nhỏ hơn 30 cặp xung/giây, với ít nhất 95% khoảng thời gian được dành cho việc theo dõi (tracking).
- Đối với DME/N. Khi cần giảm thời gian tìm kiếm, tần số lặp lại xung trung bình của máy hỏi có thể được tăng trong suốt quá trình này nhưng phải nhỏ hơn 150 cặp xung/giây.
- Đối với DME/N. Sau 1.500 cặp xung được phát đi mà không thu được các chỉ thị về khoảng cách, thì tần số lặp lại xung trung bình của máy hỏi phải nhỏ hơn đến 60 cặp xung/giây sau đó, cho đến khi kênh hoạt động được thay đổi hay quá trình tìm kiếm (search) được thực hiện thành công.
- Đối với DME/N. Khi sau một khoảng thời gian bằng 30 s, mà việc theo dõi không được thiết lập, thì tần số lặp lại xung trung bình của máy hỏi phải nhỏ hơn đến 30 cặp xung/giây sau đó.
3.4. Dung lượng xử lý của hệ thống (Aircraft handling capacity of thesystem). system).
- Dung lượng xử lý của máy phát đáp đảm nhận trong một khu vực phải đáp ứng được mật độ không lưu trong giờ cao điểm hay tối thiểu là 100 tàu bay, không được có bất kỳ giá trị nào nhỏ hơn.
- Ở những nơi mà mật độ không lưu giờ cao điểm trong khu vực lớn hơn 100 tàu bay, máy phát đáp cần có khả năng đáp ứng được mật độ cao điểm này.
3.5. Sự nhận dạng của máy phát đáp (Transponder identification)
- Máy phát đáp phải phát tín hiệu nhận dạng theo một trong các hình thức được yêu cầu bởi
- Cả hai hình thức nhận dạng phải sử dụng các tín hiệu, bao gồm một chuỗi các xung ghép được phát đi với tốc độ lặp lại là 1.350 cặp xung/giây trong một khoảng thời gian thích hợp, và các tín hiệu này sẽ tạm thời thay thế tất các các xung trả lời thường xảy ra tại thời điểm đó ngoại trừ như được trình bày trong.
- Các xung này phải có đặc điểm tương tự như các xung khác của tín hiệu trả lời.
Đối với DME/N. Các xung trả lời phải được phát giữa các thời điểm phát tín hiệu nhận dạng.
Đối với DME/N. Nếu cần duy trì một chu kỳ làm việc không đổi, một cặp xung cân bằng có cùng đặc tính với các cặp xung nhận dạng phải được phát đi sau mỗi cặp xung nhận dạng 100 s 10 s.
- Tín hiệu nhận dạng “độc lập” phải có đặc tính như sau:
Tín hiệu nhận dạng gồm các xung nhận dạng mã Morse có dạng tà (dash) và tịch (dot), mã hóa theo mã nhận dạng và được phát đi ít nhất mỗi 40 s một lần, với tốc độ tối thiểu 6 từ/phút;
Tốc độ ký tự và đặc điểm mã nhận dạng dành cho thiết bị đo cự ly bằng vô tuyến phải tuân theo các giá trị sau đây để đảm bảo rằng toàn bộ thời gian phát mã nhận dạng tối đa phải nhỏ hơn đến 5s/1 nhóm mã nhận dạng: Tịch phải có thời gian tồn tại từ 0,1s đến 0,16s; Tà phải có khoảng thời gian tồn tại bằng 3 tịch; Khoảng thời gian giữa tịch và tà phải bằng với khoảng thời gian một tịch với dung sai tương đối 10%; Khoảng thời gian giữa các chữ cái phải lớn hơn đến 3 tịch.
- Tín hiệu “liên kết” phải có đặc tính như sau:
Khi được kết hợp với hệ thống dẫn đường VHF, tín hiệu nhận dạng được phát đi theo dạng tịch và tà như trên và phải đồng bộ với mã nhận dạng của hệ thống dẫn đường VHF;
Mỗi khoảng thời gian 40 s phải được chia thành bốn phần bằng nhau, trong đó tín hiệu nhận dạng của máy phát đáp chỉ được phát đi trong suốt một phần thời gian, còn tín hiệu nhận dạng của hệ thống dẫn đường VHF kết hợp được phát đi trong suốt những phần thời gian còn lại.
Tín hiệu nhận dạng “độc lập” gồm các xung nhận dạng được mã hóa (theo mã Morse quốc tế) có thể được sử dụng với tất cả các máy phát đáp;
Tín hiệu nhận dạng “liên kết” có thể được sử dụng cho máy phát đáp kết hợp với hệ thống dẫn đường VHF.
Mã nhận dạng “độc lập” phải được sử dụng ở bất kỳ những nơi mà máy phát đáp không được kết hợp với hệ thống dẫn đường VHF.
Ở bất kỳ những nơi mà máy phát đáp được kết hợp với hệ thống dẫn đường VHF, tín hiệu nhận dạng phải được cung cấp bởi tín hiệu “liên kết”.
- Khi các cuộc liên lạc thoại được thực hiện trên hệ thống dẫn đường VHF, tín hiệu “liên kết” từ máy phát đáp sẽ không bị triệt tiêu.
4. TIÊU CHUẨN CỦA TỔ CHỨC HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG QUỐC TẾ VỀ THIẾT BỊ ĐO CỰ LY BẰNG VÔ TUYẾN DME
- DME/N (DME/Narrow): là thiết bị đo cự ly hoạt động ở chế độ en-route và Landing, N ký hiệu thiết bị có đặc tính phổ hẹp (để phân biệt với W).
- DME/W (DME/Wide): là thiết bị đo cự ly hoạt động ở chế độ en-route và Landing, W ký hiệu thiết bị có đặc tính phổ rộng (để phân biệt với N).
- DME/P (DME/Precise): là thiết bị đo cự ly hoạt động ở chế độ Landing, P ký hiệu thiết bị có đặc tính phổ hẹp và có tính chính xác cao.
- Kiểu W,X,Y,Z: là phương pháp mã hoá quá trình phát xung của DME dựa vào sự khác nhau về khoảng cách giữa hai xung của cặp xung để có thể sử dụng nhiều lần đối với một tần số làm việc
Bảng 3: Các kiểu mã hóa xung của DME
4.1. Cấu hình
Một hệ thống đo cự ly bao gồm hai thành phần cơ bản, một đặt trên tàu bay và một đặt trên mặt đất.
- Thành phần đặt trên tàu bay được gọi là máy hỏi (Interrohator). - Thành phần đặt trên mặt đất gọi là máy phát đáp(Transponder).
- Khi mới bắt đầu chế độ hỏi, máy hỏi trên máy bay gửi tín hiệu hỏi xuống đài mặt đất khoảng 150 cặp xung mỗi giây. Khi đã nhận được tín hiệu trả lời từ mặt đát và đã xác định được khoảng cách, máy hỏi trên máy bay sẽ chuyển sang chế độ bám.
Lúc này máy hỏi trên máy bay sẽ chỉ gửi tín hiệu hỏi với khoảng 30 cặp xung mỗi giây. Các thông số về số lần gửi tín hiệu hỏi này được gọi là tần số lặp ại của xung hỏi. Tần số lặp lạo của tín hiệu trả lời tối đa là 2700 cặp xung mỗi giây để đủ phục vụ cho 100 máy bay gửi tín hiệu hỏi xuống mặt đất cùng một lúc.
- Khi không có bất kỳ một tín hiệu hỏi nào của máy bay, máy trả lời cũng sẽ phát đi các cặp xung đệm khoảng từ 700 đến 1000 cặp xung mỗi giay để làm ổn định máy thu trên máy bay.
Máy hỏi
-Tần số hoạt động: máy phát đáp phải phát theo tần số trả lời thích hợp với kênh DME đã ấn định.
-Độ ổn định tần số: Tần số hoạt động không được thay đổi nhiều hơn 0,002%. - Hình dạng và phổ xung. Các quy định sau đây được áp dụng cho tất cả các xung bức xạ:
a) Đối với DME/N thì thời gian phát phải nhỏ hơn 3s. b) Độ rộng xung phải bằng 3,5 µs 0,5 s.
c) Thời gian suy giảm thông thường là 2,5 s nhưng phải nhỏ hơn đến 3,5s. TCCS 05: 2009/CHK22
d) Biên độ tức thời của xung tại những điểm bất kỳ nằm giữa điểm 95% biên độ tốiđa trên sườn lên và điểm 95% biên độ tối đa trên sườn xuống không được nhỏ hơn 95% biên độ điện áp tối đa của xung.
e) Đối với DME/N phổ của tín hiệu điều chế xung phải có dạng sao cho trong độ rộng xung công suất bức xạ hiệu dụng trong dải tần 0,5 MHz, có tần số trung tâm là cáctần số trên và dưới tần số kênh 0,8 MHz, trong mỗi trường hợp phải nhỏ hơn 200 mW. Và công suất bức xạ hiệu dụng trong dải tần 0,5 MHz, có tần số trung tâm là các tần số trên và dưới tần số kênh 2 MHz trong mỗi trường hợp nhỏ hơn 2 mW. Công suất bức xạ hiệu dụng chứa trong bất kỳ dải tần 0,5 MHz nào phải giảm dần khi tần số trung tâm của dải dịch chuyển ra khỏi tần số kênh.
Máy phát đáp
Tần số hoạt động: Tần số trung tâm của máy thu phải là tần số hỏi thích hợp với kênh hoạt động của thiết bị đo cự ly bằng vô tuyến.
Độ ổn định tần số: Tần số trung tâm của máy thu không được thay đổi lớn hơn 0,002% tần số đã định.
Độ nhạy của máy thu không được thay đổi nhiều hơn 1dB đối với máy thu có tải nằm giữa 0% và 90% tốc độ phát tối đa.
4.2. Nguyên lý đo cự ly
Máy hỏi sẽ phát xung hỏi đến máy phát đáp, sau khi xử lý máy phát đáp sẽ phát xung trả lời tương ứng đến máy hỏi. Điều này tương ứng với việc thực hiện một phép đo cự ly.