Radioassistenze

Sistemi di RadioNavigazione

Funzione: determinazione della posizione del veicolo/velivolo

Basati su un sistema radio costituito da: un trasmettitore (esterno al veicolo), che invia un segnale

radio Un ricevitore a bordo, che riceve e interpreta il segnale,

quindi impiega le informazioni estratte per il position fix Per position fix non si intende una soluzione completa

(latitudine, longitudine e quota) ma anche parziale (latitudine/longitudine)


Classificazione:

Terrestri (trasmettitori posti sulla superficie terrestre)

Satellitari (trasmettitori si piattaforme orbitanti)


Parametri prestazionali:

Accuracy: rms error nella posizione misurata Coverage: area servita dal servizio Availability: probabilit di disponibilit del servizio Integrity: capacit di indicare la qualit della misura

prodotta

Ambiguity: output ambiguo non segnalato Capacity: numero di utenti contemporanei ammessi

Sistemi di RadioNavigazione Terrestre

Meccanismi di progazione: nel vuoto: in linea retta (LOS), alla velocit

della luce indipendentemente dalla frequenza

In prossimit della superficie terrestre: GROUND WAVES, una consistente parte

dellenergia EM irradiata si propaga seguendo la curvatura della superficie terrestrefreq 3MHz (100m)PERCORSO DI PROPAGAZIONEDEFINITO UNIVOCAMENTE

SKY WAVES, riflessione ionosfericafreq 30MHz (10m)PERCORSO DI PROPAGAZIONE NONDEFINITO UNIVOCAMENTE


Il segnale trasmesso consente la determinazione della distanza e/o della orientazione della direzione trasmettitore-ricevitore rispetto ad una di riferimento.

Sistemi: - - - iperbolici pseudoranging


Geometric Dilution Of Precision GDOP

Laccuratezza raggiungibile dipende dalla geometria della configurazione ricevitore-trasmettitori

Si dice GDOP il coefficiente che lega lincertezza nella posizione calcolata a quella nei parametri misurati

pos = GDOP

Poor geometry

Favourable geometry


GDOP(es., hyperbolic systems)

favourable geometry poor geometry


Misura di distanze in base a quella di tempi di propagazione

Listante di trasmissione del messaggio valutato presso il trasmettitore; quello di ricezione presso il ricevitore

Ne conseguono requisiti di sincronizzazione e stabilit degli orologi


Requisiti di sincronizzazione

Calcolo distanza in base al tempo di propagazione R = c T = c (t2_ric t1_tx)t1, tempo misurato dallorologio del trasmettitoret1_tx, istante di trasm. t2, tempo misurato dallorologio del ricevitoret2_rx, istante di ric.

Mancata sincronizzazione tra orologi del trasmettitore e del ricevitore:t1=t t2=t+tric

R = c (t2_ric t1_tx) = c (t_rx+ tric t_tx) = R + c tric

Grandi errori di stima della distanza per piccoli tricc=3x108m/s, tric 3 s errore di 1000 m !!!


Requisiti di stabilit

A partire dallistante di sincronizzazione, i due orologi misureranno il tempo diversamente, accumulando uno scostamento tra la misura di tempo e il tempo vero crescente nel tempo

Di conseguenza, esister una differenza crescente nel tempo tra le misure di tempo dei due orologio

La stabilit di un orologio pari al rapporto dello scostamento dal tempo vero accumulato / tempo impiegato ad accumularlo

Sono necessarie stabilit elevatissime per evitare di perdere la sincronizzazione tra 2 orologi impiegati per misure di tempo: =1km t= /c = 1000m / 3x108m/s 3 s ri-sincronizzazione orologi ogni ora stabilit t/3600s di circa 10-9

possibile solo con orologi atomici (stab. 10-11 - 10-14 )[orologi al quarzo, stab. 10-7 - 10-9 ]

Radioassistenze terrestri

Sistemi per determinare lo stato di navigazione del velivolo (almeno la posizione) sulla base di misure di segnali radio provenienti da stazioni terrestri.

Medio-corto raggio (

NDB Non Directional Beacon

Radiofari Consentono determinazione heading ma non course Necessitano di integrazione con bussola

NDB -stazioni

NDB Caratteristiche

Portante: 190 kHz - 535 kHz (MF); Copertura:

30 km (50W) avvicinamento; 380 km (2kW) en-route;

Errore angolare: Classe C (+/- 10); Classe B (+/- 5); Classe A (+/- 2);

Errore quadrantale; Sky wave vs. ground wave; Shore effect e weather noise.

ADF Automatic Direction Finder

Impianto di bordo associato a NDB al suolo ed ad un sistema NAVAID (codice Morse - Voce);

Individua automaticamente heading to station; Integrato con bussola permette di determinare il bearing magnetico; Basato su induzione elettromagnetica.

ADF - Diagramma di irradiazione dellantenna

Loop antenna (dipolo magnetico spira) Doppio lobo

Sense antenna (dipolo elettrico) Pattern circolare uniforme

Loop + Sense (cardioide) Unico massimo

ADF - Radiogoniometro

ADF - Ricevitori

ADF - Principio di funzionamento

ADF - Display RMI

Radio Magnetic Indicator

ADF - Sistema dellMD80

ADF Caratteristiche

Portante: 190 kHz - 1750 kHz (MF); Copertura:

30 km (50W) avvicinamento; 380 km (2kW) en-route;

Errore angolare: Classe C (+/- 10); Classe B (+/- 5); Classe A (+/- 2);

Errore quadrantale; Sky wave vs. ground wave; Shore effect e weather noise.

VOR VHF OmniRangeSistema per la determinazione del bearing magnetico, con accuratezza inferiore a 0.5, per la determinazione delle Victor Airways

Standard Internazionale ICAO per la navigazione radioassistita. Parte integrante delle procedure ATC.

Trasmissione su banda VHF (108.0 MHz -117.5 MHz)

Tipologie di stazioni: en route, terminal, test.

Massima copertura 370 km (200 NMi)

VOR Principio di funzionamento

Analogia ottica. E equivalente ad un faro che trasmette una luce costante ed un lampo quando il centro del fascio illumina una particolare direzione geografica (il Nord);

Lo stesso effetto viene realizzato con due antenne montate su di una base rotante installata sopra una stazione

VOR Diagramma di irradiazione delle antenne

Cardioide lasca

VOR - Segnale

Sottoportante a 9.96 kHz ottenuta da 332 denti in un tone wheel che ruota a 30 giri/s

Cardioide lasca genera segnale a fase variabile

Il segnale di riferimento dato da una modulazione di frequenza della sottoportante a 9.96 kHz

La portante VOR modulata in AM anche da un segnale voce

VOR - Indicatore

VOR Determinazione del bearing

VOR Impianto MD80

Doppler VOR E necessario nelle situazioni in cui il VOR standard determina un

segnale fortemente disturbato a causa dellutilizzo di antenne a fessura direzionali (abbattimento laterale);

Questo produce unoscillazione dellago del display VOR (scallopping);

Vengono disposte una serie di antenne omnidirezionali su un pathcircolare nellintorno della stazione e si simula, attraverso spegnimenti ed accensioni comandati elettronicamente, unantenna rotante omnidirenzionale

La rotazione simulata produce un effetto Doppler che si traduce in una modulazione di frequenza del segnale identica a quella del VOR standard, ma realizzata con antenne omnidirezionali;

Possono essere utilizzati gli stessi ricevitori

VOR Caratteristiche

Portante: 108 MHz 117.5 MHz (VHF); Copertura:

30 km (50W) terminal; 370 km (2kW) en-route;

Errore angolare: (+/- 0.5);

Sistema ad antenna rotante; Stazioni Doppler-VOR per copertura aree con

multipath. Perfettamente compatibili con VOR standard;

Problematiche: cono dombra

DME Distance Measuring Equipment

Sistema per la misura della distanza da una stazione di terra basato sul calcolo del tempo di andata-ritorno di un segnale (round trip delay) che si differenzia dai sistemi basati sul calcolo di un singolo percorso (GPS, Loran-C);

Standard Internazionale ICAO per la navigazione radioassistita. Parte integrante delle procedure ATC.

Trasmissione su banda UHF (960 MHz - 1215 MHz) Tipologie di stazioni: VOR/DME o VORTAC (VOR/TACAN/DME).

Soluzione rho-theta completa. Massima copertura 450 km (200 NMi)

DME Principio di funzionamento

n.2 impulsi per interrogazione

tr tipicamente 50 s

DME- Modi operativi

E necessario distinguere gli impulsi di risposta al velivolo interrogante da quelli degli altri velivoli o da quelli generati casualmente dal sistema (squitter). Fatta questa operazione si individua il ritardo assegnato ad un determinato velivolo.

Fasi di Searching (

DME - Searching

DME - Display

DME Velivolo MD80

DME Caratteristiche

Portante: 960 MHz - 1215 MHz(UHF Banda L);

Copertura: 400 km; Errore: (+/- 75m); Problematiche:

cono dombra efficienza di replica: 65%-75%

TACAN Tactical Air Navigation

Del tutto simile al VOR, utilizzato per applicazioni militari;

Trasmissione su banda UHF (962 MHz -1213 MHz)

Trasportabile su navi (lunghezza donda 30 cm)

Sistema a lobi multipli per incrementare accuratezza di bearing (+/- 0,02)

TACAN Diagramma di irradiazione

Modula le stesse frequenze del DME

E meglio integrato con esso

TACAN - Principio di funzionamento

Architetture integrate

Stazioni VOR standalone Stazioni VOR/DME Stazioni TACAN (DME integrato) (trasportabili

su nave)

Stazioni VORTAC (VOR+TACAN) contengono anche il DME

RNAV

Lutilizzo di sistemi di elaborazione permette la determinazione di stazioni VOR/DME virtuali (Waypoints) a partire da misure di stazioni reali. Questo costituisce la base della Random Navigation (RNAV)che pu essere condotta dai velivoli appositamente equipaggiati sulla base di autorizzazioni (clearances) del controllo del traffico aereo (ATC)

Schema CPU RNAV

Sistemi di RadioNavigazione IperboliciSistemi iperbolici

Misura di differenza di tempo di propagazione per calcolo di differenza di distanza catene di stazioni: 1 Master + Slaves trasmissione delle stazioni slave agganciate a

quella della master

localizzazione della posizione per intersezione di iperboli (luoghi di punti a differenza di distanza costante da 2 stazioni trasmittenti)

LORAN-C Long Range Navigation

Permette realizzazione di positioning 2D (lat/lon) in un range di 1000 NMi (1850 km) dalle stazioni;

Successore di sistemi di lungo raggio quali OMEGA e Loran A-B;

Sistema iperbolico con trasmissione per onda di terra (ground wave);

Frequenza della portante: 100 kHz (LF) con potenza fino a 1.6 MW e antenne monofilari lunghe 350 m.

LORAN C- Principio di funzionamento

LORAN C Risoluzione ambiguit

LORAN C - Impulso

LORAN C - Propagazione

LORAN C LOP di una terna di stazioni

LORAN C - DOP

Fix uncertainty vs. crossing angle

Radioassistenze terrestriNDB Non Directional BeaconNDB -stazioniNDB CaratteristicheADF Automatic Direction FinderADF - Diagramma di irradiazione dellantennaADF - RadiogoniometroADF - RicevitoriADF - Principio di funzionamentoADF - Display RMIADF - Sistema dellMD80ADF CaratteristicheVOR VHF OmniRangeVOR Principio di funzionamentoVOR Diagramma di irradiazione delle antenneVOR - SegnaleVOR - IndicatoreVOR Determinazione del bearingVOR Impianto MD80Doppler VORVOR CaratteristicheDME Distance Measuring EquipmentDME Principio di funzionamentoDME- Modi operativiDME - SearchingDME - DisplayDME Velivolo MD80DME CaratteristicheTACAN Tactical Air NavigationTACAN Diagramma di irradiazioneTACAN - Principio di funzionamentoArchitetture integrateRNAVSistemi di RadioNavigazione IperboliciLORAN-C Long Range NavigationLORAN C- Principio di funzionamentoLORAN C Risoluzione ambiguitLORAN C - ImpulsoLORAN C - PropagazioneLORAN C LOP di una terna di stazioniLORAN C - DOPInstrument Landing SystemTipologie di approccioCategorie dapproccioILS: ArchitetturaILS: ComponentiCaratteristiche del segnaleLocalizer: strutturaLocalizer: aeroporto di HannoverGlideslope: strutturaILS: Ricevitore

Radioassistenze

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