Avstandsmålerutstyr (luftfart) - Distance measuring equipment (aviation)
I luftfarten er avstandsmåleutstyr ( DME ) en radionavigeringsteknologi som måler det skrå rekkevidde (avstanden) mellom et fly og en bakkestasjon ved å timing utbredelsesforsinkelsen for radiosignaler i frekvensbåndet mellom 960 og 1215 megahertz (MHz). Siktlinje mellom flyet og bakkestasjonen er påkrevd. En avhør (luftbåren) starter en utveksling ved å sende et pulspar på en tildelt 'kanal' til transponderens bakkestasjon. Kanaltildelingen angir bærefrekvensen og avstanden mellom impulsene. Etter en kjent forsinkelse svarer transponderen ved å sende et pulspar på en frekvens som er forskjøvet fra avhørsfrekvensen med 63 MHz og som har spesifisert separasjon.
DME -systemer brukes over hele verden ved bruk av standarder satt av International Civil Aviation Organization (ICAO), RTCA, European Union Aviation Safety Agency (EASA) og andre organer. Noen land krever at fly som opererer under instrumentflygeregler (IFR) er utstyrt med en DME -avhør; i andre er en DME -forhør bare nødvendig for å utføre visse operasjoner.
Selv om frittstående DME-transpondere er tillatt, er DME-transpondere vanligvis paret med et azimutstyringssystem for å gi flyet en todimensjonal navigasjonsevne. En vanlig kombinasjon er en DME som er satt sammen med en VHF -omnidireksjonell rekkevidde (VOR) -sender i en enkelt bakkestasjon. Når dette skjer, kobles frekvensene til VOR- og DME -utstyret. En slik konfigurasjon gjør det mulig for et fly å bestemme azimutvinkelen og avstanden fra stasjonen. En VORTAC (en VOR samlokalisert med en TACAN ) installasjon gir de samme egenskapene til sivile fly, men gir også 2-D navigasjonsmuligheter til militære fly.
Lav-effekt DME-transpondere er også knyttet til noen instrumentlandingssystem (ILS), ILS-lokalisator og mikrobølge-landingssystem (MLS) -installasjoner. I disse situasjonene er DME -transponderfrekvensen/pulsavstanden også paret med ILS-, LOC- eller MLS -frekvensen.
ICAO karakteriserer DME -overføringer som ultrahøyfrekvent (UHF). Begrepet L-bånd brukes også.
DME ble utviklet i Australia og ble oppfunnet av James "Gerry" Gerrand under tilsyn av Edward George "Taffy" Bowen mens han var ansatt som sjef for Division of Radiophysics of the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO). En annen konstruert versjon av systemet ble distribuert av Amalgamated Wireless Australasia Limited på begynnelsen av 1950 -tallet og opererte i 200 MHz VHF -båndet. Denne australske innenlandske versjonen ble referert til av Federal Department of Civil Aviation som DME (D) (eller DME Domestic), og den senere internasjonale versjonen vedtatt av ICAO som DME (I).
DME ligner i prinsippet sekundær radaravstandsfunksjon , bortsett fra at utstyrets roller i flyet og på bakken er omvendt. DME var en etterkrigsutvikling basert på identifikasjonsvenn eller fiende (IFF) systemer fra andre verdenskrig . For å opprettholde kompatibiliteten er DME funksjonelt identisk med avstandsmålingskomponenten til TACAN.
Operasjon
I sin første iterasjon brukte et DME-utstyrt fly utstyret til å bestemme og vise avstanden fra en landbasert transponder ved å sende og motta pulspar. Bakkestasjonene samles vanligvis med VOR eller VORTAC. En DME med lav effekt kan samles med en ILS eller MLS der den gir en nøyaktig avstand til touchdown, lik den som ellers tilbys av ILS- markeringsfyr (og i mange tilfeller tillater fjerning av sistnevnte).
En nyere rolle for DME er DME/DME -områdesnavigasjon (RNAV). På grunn av den generelt overlegne nøyaktigheten til DME i forhold til VOR tillater navigering ved hjelp av to DME (ved bruk av trilaterasjon/avstand) operasjoner som navigering med VOR/DME (ved bruk av asimut/avstand) ikke tillater. Det krever imidlertid at flyet har RNAV -evner, og noen operasjoner krever også en treghetsreferanseenhet.
En typisk DME-jordtransponder for navigasjon underveis eller terminal vil ha en toppkraft på 1 kW på den tildelte UHF-kanalen.
Maskinvare
DME-systemet består av en UHF (L-bånd) sender/mottaker (interrogator) i flyet og en UHF (L-bånd) mottaker/sender ( transponder ) på bakken.
Timing
Søkemodus
150 avhørspuls-par i sekundet. Flyet forhører jordtransponderen med en serie puls-par (avhør), og etter en presis tidsforsinkelse (typisk 50 mikrosekunder) svarer bakkestasjonen med en identisk sekvens av puls-par. DME-mottakeren i flyet søker etter svarpuls-par (X-modus = 12 mikrosekundeavstand) med riktig intervall og svarmønster til det opprinnelige avhørsmønsteret. (Puls-par som ikke er sammenfallende med det enkelte flyets avhørsmønster, f.eks. Ikke synkrone, blir referert til som fyllpuls -par eller squitter . Svar på andre fly som derfor er ikke-synkrone, vises også som squitter).
Spor -modus
Mindre enn 30 avhør Pulse-par per sekund, ettersom gjennomsnittlig antall pulser i SEARCH og TRACK er begrenset til maks 30 pulspar per sekund. Flyavhøreren låser seg til DME -bakkestasjonen når den gjenkjenner en bestemt svarsimpulsrekkefølge som har samme avstand som den opprinnelige avhørssekvensen. Når mottakeren er låst på, har den et smalere vindu for å lete etter ekkoene og kan beholde låsen.
Avstandsberegning
Et radiosignal tar ca 12,36 mikrosekunder for å reise en nautisk mil (1852 meter) til målet og tilbake. Tidsforskjellen mellom avhør og svar, minus forsinkelsen på 50 mikrosekundjordtransponder og pulsbredden på svarpulsene (12 mikrosekunder i X -modus og 30 mikrosekunder i Y -modus), måles av forhørens tidskrets og konverteres til en avstandsmåling ( skrå rekkevidde ), i nautiske mil, og deretter vist på cockpit DME -skjermen.
Avstandsformelen, avstand = hastighet * tid , brukes av DME -mottakeren til å beregne avstanden fra DME -bakkestasjonen. Hastigheten i beregningen er hastigheten til radiopulsen, som er lysets hastighet (omtrent 300 000 000 m/s eller 186 000 mi/s ). Tiden i beregningen er (total tid-50µs-pulsbredde på svarpuls)/2 .
Nøyaktighet
Nøyaktigheten til DME bakkestasjoner er 185 m (± 0,1 nmi ). Det er viktig å forstå at DME gir den fysiske avstanden mellom flyantennen og DME -transponderantennen. Denne avstanden blir ofte referert til som 'skrå rekkevidde' og avhenger trigonometrisk av flyets høyde over transponderen samt bakken avstand mellom dem.
For eksempel vil et fly rett over DME -stasjonen på 6 076 fot (1 nmi) høyde fortsatt vise 1,0 nmi (1,9 km) på DME -avlesningen. Flyet er teknisk en kilometer unna, bare en kilometer rett opp. Skrå rekkevidde er mest uttalt i store høyder når den er i nærheten av DME -stasjonen.
Radionavigasjonshjelpemidler må beholde en viss grad av nøyaktighet, gitt av internasjonale standarder, FAA, EASA , ICAO , etc. For å sikre at dette er tilfellet, kontrollerer flyinspeksjonsorganisasjoner periodisk kritiske parametere med riktig utstyrte fly for å kalibrere og sertifisere DME-presisjon.
ICAO anbefaler nøyaktighet på mindre enn summen av 0,25 nmi pluss 1,25% av avstanden som er målt.
Spesifikasjon
Et typisk DME bakkebasert responderfyr har en grense på 2700 avhør per sekund (pulspar per sekund-pps). Dermed kan den gi avstandsinformasjon for opptil 100 fly om gangen - 95% av sendingene for fly i sporingsmodus (vanligvis 25 sider) og 5% i søkemodus (vanligvis 150 sider). Over denne grensen unngår transponderen overbelastning ved å begrense mottakerens følsomhet (forsterkning). Svar på svakere (vanligvis de mer fjerne) avhørene ignoreres for å senke transponderbelastningen.
Radiofrekvens og modulasjonsdata
DME -frekvenser er sammenkoblet med VOR -frekvenser, og en DME -interrogator er designet for å automatisk stille til den tilsvarende DME -frekvensen når den tilhørende VOR -frekvensen velges. Et flys DME -avhør bruker frekvenser fra 1025 til 1150 MHz. DME -transpondere sender på en kanal i området 962 til 1213 MHz og mottar på en tilsvarende kanal mellom 1025 og 1150 MHz. Bandet er delt inn i 126 kanaler for avhør og 126 kanaler for svar. Avhørs- og svarfrekvensene varierer alltid med 63 MHz. Avstanden til alle kanaler er 1 MHz med et signalspekter på 100 kHz.
Tekniske referanser til X- og Y -kanaler gjelder bare avstanden mellom de enkelte pulser i DME -pulsparet, 12 mikrosekundeavstand for X -kanaler og 30 mikrosekundeavstand for Y -kanaler.
DME -anlegg identifiserer seg med en 1.350 Hz Morse -kode med tre bokstaver. Hvis den er koblet til en VOR eller ILS, vil den ha samme identitetskode som overordnet anlegg. I tillegg vil DME identifisere seg mellom foreldrene. DME -identiteten er 1.350 Hz for å skille seg fra 1.020 Hz -tonen til VOR eller ILS -lokalisatoren.
DME transponder typer
Den amerikanske FAA har installert tre DME -transpondertyper (ikke inkludert de som er knyttet til et landingssystem): Terminal -transpondere (ofte installert på en flyplass) leverer vanligvis service til en minimumshøyde over bakken på 12000 fot (3700 m) og rekkevidde på 25 nautiske miles (46 km); Transpondere med lav høyde gir vanligvis service til en minimumshøyde på 5500 m (18000 fot) og rekkevidde på 40 nautiske mil (74 km); og høyhøyde -transpondere, som vanligvis gir service til en minimumshøyde på 45 000 fot (14 000 m) og rekkevidde på 130 nautiske mil (240 km). Imidlertid har mange operasjonelle begrensninger i stor grad basert på blokkering av synsfelt, og den faktiske ytelsen kan være annerledes. Den amerikanske håndboken for luftfartsinformasjon sier, antagelig med henvisning til DME -transpondere i stor høyde: "pålitelige signaler kan mottas på avstander på opptil 369 km [369 km] i synsfeltets høyde".
DME -transpondere assosiert med en ILS eller annen instrumenttilnærming er beregnet for bruk under en tilnærming til en bestemt rullebane, enten den ene eller begge ender. De er ikke autorisert for generell navigasjon; verken et minimumsområde eller høyde er angitt.
Frekvensbruk/kanalisering
DME -frekvensbruk, kanalisering og sammenkobling med andre navaids (VOR, ILS, etc.) er definert av ICAO. 252 DME -kanaler er definert av kombinasjonen av deres avhørsfrekvens, avhørspulsavstand, svarfrekvens og svarpulsavstand. Disse kanalene er merket 1X, 1Y, 2X, 2Y, ... 126X, 126Y. X -kanaler (som kom først) har både avhør og svarpulspar med 12 mikrosekunder. Y -kanaler (som ble lagt til for å øke kapasiteten) har avhørspuls -par med 36 mikrosekunder og svarpuls -par med 30 mikrosekunder i avstand.
Totalt 252 frekvenser er definert (men ikke alle brukt) for DME -avhør og svar - spesifikt 962, 963, ... 1213 megahertz. Avhørsfrekvenser er 1025, 1026, ... 1150 megahertz (126 totalt), og er de samme for X- og Y -kanaler. For en gitt kanal er svarfrekvensen 63 megahertz under eller over avhørsfrekvensen. Svarfrekvensen er forskjellig for X- og Y-kanaler, og forskjellig for kanaler nummerert 1-63 og 64-126.
Ikke alle definerte kanaler/frekvenser er tilordnet. Det er oppgavehull sentrert på 1030 og 1090 megahertz for å gi beskyttelse for det sekundære overvåkingsradar -systemet (SSR). I mange land er det også et oppgavehull sentrert om 1176,45 megahertz for å beskytte GPS L5 -frekvensen. Disse tre hullene fjerner omtrent 60 megahertz fra frekvensene som er tilgjengelige for bruk.
Precision DME (DME/P), en komponent i Microwave Landing System, er tilordnet Z -kanaler, som har et tredje sett med avhør og svarpulsavstander. Z -kanalene er multiplekset med Y -kanalene og påvirker ikke kanalplanen vesentlig.
Framtid
I 2020 presenterte ett selskap sin 'Fifth Generation DME'. Selv om den er kompatibel med eksisterende utstyr, gir denne iterasjonen større nøyaktighet (opptil 5 meter ved bruk av DME/DME triangulering), med ytterligere reduksjon til 3 meter ved hjelp av en ytterligere forfining. 3-meters utstyret blir vurdert som en del av Europas SESAR-prosjekt , med mulig distribusjon innen 2023.
I det tjueførste århundre har luftnavigasjon blitt stadig mer avhengig av satellittveiledning. Imidlertid vil bakkebasert navigasjon fortsette av tre grunner:
- Satellittsignalet er ekstremt svakt, kan forfalskes og er ikke alltid tilgjengelig.
- En EU- regel krever at medlemslandene beholder og vedlikeholder bakkebaserte navigasjonshjelpemidler;
- En følelse av suverenitet, eller kontroll over en stats egne navigasjonsmidler. "Noen stater vil at navigasjon over sitt territorium skal stole på midler de kontrollerer. Og ikke alle land har sin konstellasjon som USAs GPS eller Europas Galileo."
En fordel med femtegenerasjons utstyr foreslått i 2020 er dets evne til å bli funksjonskontrollert av dronefly , noe som vil redusere kostnadene og forsinkelsene til tidligere bemannede sertifiseringstester.
Se også
- Automatisk avhengig overvåkning-kringkasting (ADS-B)
- Gee-H (navigasjon)
- Instrumentflyregler (IFR)
- Ikke-retningsbestemt fyrtårn (NDB)
- Squitter
- Transponder landingssystem (TLS)