Avståndsmätningsutrustning (luftfart) - Distance measuring equipment (aviation)

För mer allmän användning, se Avståndsmätning .

D-VOR/DME markstation
DME -antenn bredvid DME -transponderhöljet

Inom luftfarten är avståndsmätningsutrustning ( DME ) en radionavigeringsteknik som mäter det lutande avståndet (avståndet) mellan ett flygplan och en markstation genom att tajma utbredningsfördröjningen för radiosignaler i frekvensbandet mellan 960 och 1215 megahertz (MHz). Siktlinje mellan flygplanet och markstationen krävs. En förfrågare (luftburet) initierar ett utbyte genom att sända ett pulspar, på en tilldelad "kanal", till transponderns markstation. Kanaltilldelningen anger bärfrekvensen och avståndet mellan pulserna. Efter en känd fördröjning svarar transpondern genom att sända ett pulspar på en frekvens som är förskjuten från förhörsfrekvensen med 63 MHz och har specificerad separation.

DME -system används över hela världen med standarder som fastställts av International Civil Aviation Organization (ICAO), RTCA, European Union Aviation Safety Agency (EASA) och andra organ. Vissa länder kräver att luftfartyg som arbetar enligt regler för instrumentflyg (IFR) är utrustade med en DME -förhör. i andra krävs en DME -förhör endast för att utföra vissa operationer.

Medan fristående DME-transpondere är tillåtna, är DME-transpondrar vanligtvis ihopkopplade med ett azimutstyrsystem för att ge flygplan en tvådimensionell navigationsförmåga. En vanlig kombination är en DME som samordnas med en VHF -omnidirektionsintervallsändare (VOR) i en enda markstation. När detta inträffar kopplas frekvenserna för VOR- och DME -utrustningen ihop. En sådan konfiguration gör det möjligt för ett flygplan att bestämma dess azimutvinkel och avstånd från stationen. En VORTAC (en VOR-samlokalisering med en TACAN ) -installation ger samma funktioner till civila flygplan men ger också 2-D-navigationsmöjligheter till militära flygplan.

Lågeffekt DME-transpondrar är också associerade med vissa instrumentlandningssystem (ILS), ILS-lokalisator och mikrovågslandningssystem (MLS) -installationer. I dessa situationer är DME -transponderns frekvens/pulsavstånd också ihopparad med ILS-, LOC- eller MLS -frekvensen.

ICAO karakteriserar DME -sändningar som ultrahög frekvens (UHF). Begreppet L-band används också.

DME utvecklades i Australien och uppfanns av James "Gerry" Gerrand under överinseende av Edward George "Taffy" Bowen medan han var anställd som chef för Division of Radiophysics of the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO). En annan konstruerad version av systemet distribuerades av Amalgamated Wireless Australasia Limited i början av 1950 -talet och opererade i 200 MHz VHF -bandet. Denna australiensiska inhemska version kallades av Federal Department of Civil Aviation som DME (D) (eller DME Domestic), och den senare internationella versionen antogs av ICAO som DME (I).

DME liknar i princip sekundär radaravståndsfunktion, förutom att utrustningens roller i flygplanet och på marken är omvända. DME var en efterkrigsutveckling baserad på identifieringsvänner eller fiendesystem (IFF) under andra världskriget . För att bibehålla kompatibiliteten är DME funktionellt identisk med avståndsmätningskomponenten i TACAN.

Drift

I sin första iteration använde ett DME-utrustat flygplan utrustningen för att bestämma och visa avståndet från en landbaserad transponder genom att skicka och ta emot pulspar. Markstationerna samlas vanligtvis med VOR eller VORTAC. En lågeffekts-DME kan samlokaliseras med en ILS eller MLS där den ger ett exakt avstånd till touchdown, liknande det som annars tillhandahålls av ILS- markörfyrar (och i många fall tillåter borttagning av den senare).

En nyare roll för DME är DME/DME områdesnavigering (RNAV). På grund av DME: s generellt överlägsna noggrannhet i förhållande till VOR tillåter navigering med två DME: er (med hjälp av trilateration/distans) operationer som navigering med VOR/DME (med hjälp av azimut/distans) inte gör. Det kräver dock att flygplanet har RNAV -kapacitet, och vissa operationer kräver också en tröghetsreferens.

En typisk DME-jordtransponder för en-route- eller terminalnavigering kommer att ha en 1 kW toppimpulsutgång på den tilldelade UHF-kanalen.

Hårdvara

DME -distans- och VOR/ADF -cockpit -displayinstrument

DME-systemet består av en UHF (L-band) sändare/mottagare (interrogator) i flygplanet och en UHF (L-band) mottagare/sändare ( transponder ) på marken.

Tidpunkt

Sökläge

150 förhörspulspar per sekund. Flygplanet förhör marktranspondern med en serie puls-par (förhör) och efter en exakt tidsfördröjning (vanligtvis 50 mikrosekunder) svarar markstationen med en identisk sekvens av puls-par. DME-mottagaren i flygplanet söker efter svarspuls-par (X-läge = 12 mikrosekundavstånd) med rätt intervall och svarmönster till sitt ursprungliga förhörsmönster. (Puls-par som inte sammanfaller med det enskilda flygplanets förhörsmönster, t.ex. inte synkrona, kallas filler- pulspar eller squitter . Svar på andra flygplan som därför är icke-synkrona visas också som squitter).

Spårläge

Mindre än 30 förhör Pulspar per sekund, eftersom det genomsnittliga antalet pulser i SEARCH och TRACK är begränsat till max 30 pulspar per sekund. Flygplanets förhörslås låser sig till DME -markstationen när den känner igen en viss svarspulssekvens har samma avstånd som den ursprungliga förhörssekvensen. När mottagaren är låst har den ett smalare fönster för att leta efter ekon och kan behålla låset.

Avståndsberäkning

En radiosignal tar cirka 12,36 mikrosekunder för att resa 1 nautisk mil (1 852 m) till målet och tillbaka. Tidsskillnaden mellan förhör och svar, minus 50 mikrosekundjordstransponderfördröjningen och svarbreddens pulsbredd (12 mikrosekunder i X -läge och 30 mikrosekunder i Y -läge), mäts av förfrågarens tidtagningskretsar och omvandlas till en avståndsmätning ( snedsträcka ), i nautiska mil och sedan visas på cockpit DME -display.

Avståndsformeln, avstånd = hastighet * tid , används av DME -mottagaren för att beräkna dess avstånd från DME -markstationen. Hastigheten i beräkningen är radiopulsens hastighet, vilket är ljusets hastighet (ungefär 300 000 000  m/s eller 186 000  mi/s ). Tiden i beräkningen är (total tid-50µs-pulsbredd på svarspulsen)/2 .

Noggrannhet

Noggrannheten för DME -markstationer är 185 m (± 0,1 nmi ). Det är viktigt att förstå att DME ger det fysiska avståndet mellan flygplanets antenn och DME -transponderantennen. Detta avstånd kallas ofta för 'snedsträcka' och beror trigonometriskt på flygplanets höjd över transpondern samt markavståndet mellan dem.

Till exempel skulle ett flygplan direkt ovanför DME -stationen på 6 076 fot (1 nmi) höjd fortfarande visa 1,0 nmi (1,9 km) på DME -avläsningen. Flygplanet är tekniskt en mil bort, bara en mil rakt upp. Lutande avståndsfel är mest uttalat på höga höjder när det är nära DME -stationen.

Radionavigeringshjälpmedel måste hålla en viss noggrannhet, givet av internationella standarder, FAA, EASA , ICAO , etc. För att säkerställa att detta är fallet kontrollerar flyginspektionsorganisationer regelbundet kritiska parametrar med korrekt utrustade flygplan för att kalibrera och certifiera DME-precision.

ICAO rekommenderar noggrannhet mindre än summan av 0,25 nmi plus 1,25% av det uppmätta avståndet.

Specifikation

En typisk DME-markbaserad responderfyr har en gräns på 2700 förhör per sekund (pulspar per sekund-pps). Således kan den tillhandahålla avståndsinformation för upp till 100 flygplan åt gången - 95% av sändningarna för flygplan i spårningsläge (vanligtvis 25 sidor) och 5% i sökläge (vanligtvis 150 sidor). Över denna gräns undviker transpondern överbelastning genom att begränsa mottagarens känslighet (förstärkning). Svar på svagare (normalt mer avlägsna) förhör ignoreras för att sänka transponderns belastning.

Radiofrekvens och moduleringsdata

DME -frekvenser är kopplade till VOR -frekvenser och en DME -interrogator är utformad för att automatiskt ställa in motsvarande DME -frekvens när den tillhörande VOR -frekvensen väljs. Ett flygplans DME -interrogator använder frekvenser från 1025 till 1150 MHz. DME -transpondrar sänder på en kanal i området 962 till 1213 MHz och tar emot på en motsvarande kanal mellan 1025 och 1150 MHz. Bandet är uppdelat i 126 kanaler för förhör och 126 kanaler för svar. Förfrågnings- och svarsfrekvenserna skiljer sig alltid med 63 MHz. Avståndet mellan alla kanaler är 1 MHz med en signalspektrumbredd på 100 kHz.

Tekniska referenser till X- och Y -kanaler avser endast avståndet mellan de enskilda pulserna i DME -pulsparet, 12 mikrosekundavstånd för X -kanaler och 30 mikrosekundavstånd för Y -kanaler.

DME -anläggningar identifierar sig med en 1350 Hz morse -kod med tre bokstäver. Om den samlokaliseras med en VOR eller ILS kommer den att ha samma identitetskod som föräldraanläggningen. Dessutom kommer DME att identifiera sig mellan moderbolagets. DME -identiteten är 1350 Hz för att skilja sig från 1020 Hz -tonen i VOR eller ILS -lokaliseraren.

Typer av DME -transponder

Den amerikanska FAA har installerat tre DME -transpondertyper (inte inklusive de som är associerade med ett landningssystem): Terminal -transpondrar (ofta installerade på en flygplats) tillhandahåller vanligtvis service till en minsta höjd över marken på 12 000 fot (3700 m) och en räckvidd på 25 nautiska miles (46 km); Låghöjdstransponder tillhandahåller vanligtvis service till en minsta höjd av 5500 m (18000 fot) och en räckvidd på 40 nautiska mil (74 km); och höghöjdstransponder, som vanligtvis tillhandahåller service till en minsta höjd av 14 000 m (45 000 fot) och en räckvidd på 130 nautiska mil (240 km). Många har dock driftsrestriktioner som i stor utsträckning baseras på blockering av synfält och den faktiska prestandan kan vara annorlunda. I US Aeronautical Information Manual anges, förmodligen med hänvisning till DME -transpondrar på hög höjd: "tillförlitliga signaler kan tas emot på avstånd upp till 199 nautiska mil [369 km] vid sikthöjd".

DME -transpondrar associerade med en ILS eller ett annat instrument -tillvägagångssätt är avsedda att användas under en inflygning till en viss landningsbana, antingen ena eller båda ändarna. De är inte godkända för allmän navigering; varken ett minsta intervall eller höjd anges.

Frekvensanvändning/kanalisering

DME -frekvensanvändning, kanalisering och parning med andra navaids (VOR, ILS, etc.) definieras av ICAO. 252 DME -kanaler definieras av kombinationen av deras förhörsfrekvens, interrogationspulsavstånd, svarsfrekvens och svarpulsavstånd. Dessa kanaler är märkta 1X, 1Y, 2X, 2Y, ... 126X, 126Y. X -kanaler (som kom först) har både förfrågnings- och svarspulspar åtskilda med 12 mikrosekunder. Y -kanaler (som har lagts till för att öka kapaciteten) har förfrågningspulspar åtskilda med 36 mikrosekunder och svarpulspar med 30 mikrosekunder på avstånd.

Totalt 252 frekvenser definieras (men inte alla används) för DME -förhör och svar - specifikt 962, 963, ... 1213 megahertz. Frågefrekvenser är 1025, 1026, ... 1150 megahertz (126 totalt) och är desamma för X- och Y -kanaler. För en given kanal är svarsfrekvensen 63 megahertz under eller över förhörsfrekvensen. Svarsfrekvensen är olika för X- och Y-kanaler och olika för kanaler numrerade 1-63 och 64-126.

Alla definierade kanaler/frekvenser är inte tilldelade. Det finns tilldelningshål centrerade på 1030 och 1090 megahertz för att ge skydd för det sekundära övervakningsradarsystemet (SSR). I många länder finns det också ett tilldelningshål centrerat på 1176,45 megahertz för att skydda GPS L5 -frekvensen. Dessa tre "hål" tar bort cirka 60 megahertz från de tillgängliga frekvenserna.

Precision DME (DME/P), en komponent i mikrovågslandningssystemet, tilldelas Z -kanaler, som har en tredje uppsättning förhörs- och svarpulsavstånd. Z -kanalerna multiplexeras med Y -kanalerna och påverkar inte väsentligt kanalplanen.

Framtida

År 2020 presenterade ett företag sin "femte generationens DME". Även om den är kompatibel med befintlig utrustning, ger denna iteration större noggrannhet (upp till 5 meter med DME/DME triangulering), med ytterligare en minskning till 3 meter med ytterligare förfining. 3-metersutrustningen övervägs som en del av Europas SESAR-projekt , med möjlig utplacering år 2023.

Under det tjugoförsta århundradet har luftnavigering blivit allt mer beroende av satellitvägledning. Men markbaserad navigering kommer att fortsätta av tre skäl:

  • Satellitsignalen är extremt svag, kan vara falsk och är inte alltid tillgänglig.
  • En EU- regel kräver att medlemsstaterna behåller och underhåller markbaserade navigationshjälpmedel.
  • En känsla av suveränitet eller kontroll över en stats egna navigationsmedel. "Vissa stater vill att navigering över sitt territorium ska förlita sig på medel de kontrollerar. Och inte alla länder har sin konstellation som USA: s GPS eller Europas Galileo."

En fördel med den femte generationens utrustning som föreslås 2020 är dess förmåga att funktionskontrolleras av drönare flygningar , vilket avsevärt kommer att minska kostnader och förseningar av tidigare bemannade certifieringsflygtester.

Se även

Referenser

externa länkar