Navržení optimální frekvence vysílacího pásma

Komentáře

Transkript

Navržení optimální frekvence vysílacího pásma
Navržení optimální frekvence vysílacího pásma
navigačních prostředků letecké dopravy
v souvislosti s výstavbou nové paralelní vzletové a
přistávací dráhy na letišti Praha-Ruzyně
DIPLOMOVÁ PRÁCE
DAVID HAROK
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINĚ
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikací a multimédií
Studijní obor: TELEKOMUNIKACE
Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. Ján Dúha, PhD.
Stupeň kvalifikace: inženýr (Ing.)
Datum odevzdání diplomové práce: 7. 5. 2009
ŽILINA
Abstrakt
Práce popisuje kompletní proces koordinace kmitočtů rádiového spektra.
Zaměřuje se na spektrum letecké radionavigace a na reálné situaci, na letišti PrahaRuzyně, stanovuje kmitočty pro zařízení ILS, které zde bude umístěno v souvislosti s
výstavbou nové paralelní dráhy.
Anotační záznam
Názov práce:
Navržení optimální frekvence vysílacího pásma navigačních prostředků letecké
dopravy v souvislosti s výstavbou nové paralelní vzletové a přistávací dráhy na letišti
Praha-Ruzyně
Priezvisko a meno: Harok David
Fakulta elektrotechnická
Počet strán:
59
Počet grafov: 1
akademický rok: 2008/2009
Katedra telekomunikácií a multimédií
Počet obrázkov:
19
Počet tabuliek:
15
Počet príloh:
3
Použitá lit.:.
16
Anotácia v slovenskom (českom) jazyku:
Práce popisuje na základě konkrétní reálné situace koordinaci kmitočtů leteckého
radionavigačního spektra v souvislosti s přidáním prvku do systému. Zabývá se určením
optimálního pracovního kmitočtu navigačního zařízení ILS pro budoucí paralelní dráhu
06R/24L na letišti Praha-Ruzyně. Určení kmitočtů je provedeno z hlediska požadavků na
koordinaci v rámci jedné radiokomunikační služby a koordinaci z hlediska rušení
radiokomunikační službou ze sousedního kmitočtového pásma. Je zde rovněž popsán
administrativní proces přidělení kmitočtu, proces národní a mezinárodní koordinace.
Anotácia v cudzom jazyku ( angl. resp. nemecký):
Thesis describes process of coordination of aeronautical radio navigation
frequency on real situation in connection with add the new element in to the system.
Defines an optimal frequency of ILS devices which will be installed on Prague Airport on
new parallel runway. Defining of frequency is coordinate with the same radio navigation
services and other VHF radio communication services. The administration coordination
process of frequency assigning on the national and international coordination bases is
described too.
Kľúčové slová:
koordinace, rušení radiového VKV spektra, mezislužbová a vnitroslužbová
koordinace, radionavigační zařízení,
Vedúci práce:
doc. Ing. Ján Dúha, PhD.
Recenzent práce: …………...............................................................................…
Dátum odovzdania práce:
7.5.2009
Obsah
ÚVOD ...............................................................................................................................1
1
ÚLOHA ANTÉNY V RADIOKOMUNIKAČNÍM ŘETĚZCI [1].................2
1.1
PARAMETRY ANTÉN [1], [2], [4].............................................................................3
1.1.1
Směrová a vyzařovací charakteristika ..................................................................3
1.1.2
Výkonová hustota vyzařovacího pole....................................................................6
1.1.3
Intenzita vyzařování ..............................................................................................6
1.1.4
Směrovost 6
1.1.5
Vstupní impedance ................................................................................................7
1.1.6
Účinnost antény ....................................................................................................7
1.1.7
Vyzařovací účinnost antény ..................................................................................8
1.1.8
Výkonový zisk ........................................................................................................8
1.1.9
Šumová teplota antény ..........................................................................................9
2
RADIONAVIGACE [5], [7] ...............................................................................9
2.1
PŘISTÁVACÍ SYSTÉMY OBECNĚ ............................................................................10
2.2
SYSTÉM PRO PŘESNÉ PŘIBLÍŽENÍ ILS [5], [6], [11]...............................................11
2.3
VKV VŠESMĚROVÝ MAJÁK VOR (VHF OMNIDIRECTIONAL RANGE) [5], [11] .....17
2.4
DÁLKOMĚRNÝ SYSTÉM DME (DISTANCE MEASURING EQUIPMENT).....................18
3
KMITOČTOVÉ PLÁNOVÁNÍ [2], [3], [8], ...................................................20
3.1
KMITOČTOVÁ KOORDINACE VERSUS RÁDIOVÉ RUŠENÍ [9], [10], [12] ..................22
3.2
RUŠENÍ NAVIGAČNÍHO PROSTŘEDKU (ILS) ROZHLASOVÝMI VYSÍLAČI VKV [8],
[9], [13] ...............................................................................................................26
3.3
RUŠENÍ NAVIGAČNÍCH PROSTŘEDKŮ ILS – ILS [9], [11]......................................28
3.4
RUŠENÍ NAVIGAČNÍCH PROSTŘEDKŮ ILS – VOR [8], [11] ...................................29
3.5
KOORDINACE [16]................................................................................................30
3.6
ZPĚTNÁ KONTROLA [13] ......................................................................................31
4
STÁVAJÍCÍ RADIONAVIGAČNÍ ZAŘÍZENÍ, JAKO VÝCHOZÍ
PARAMETR PRO UMÍSTĚNÍ PRVKU DO SYSTÉMU ............................32
4.1
LETIŠTĚ PRAHA-RUZYNĚ [14] .............................................................................33
4.2
LETIŠTĚ A NAVIGAČNÍ PROSTŘEDKY DO VZDÁLENOSTI 200 KM OD ILS PRAHARUZYNĚ ..............................................................................................................36
4.2.1
Letiště podléhající koordinaci.............................................................................36
4.2.2
Navigační a traťové zařízení podléhající koordinaci .........................................39
5
KMITOČTOVÁ KOORDINACE SYSTÉMU ILS PARALELNÍ DRÁHY
NA LETIŠTI PRAHA-RUZYNĚ ....................................................................41
5.1
STANOVENÍ FREKVENCE ILS PARALELNÍ DRÁHY 06R/24L – PRAHA-RUZYNĚ .....42
5.2
KONTROLNÍ URČENÍ FREKVENCE PRO ILSN POMOCÍ SOFTWARU ..........................44
5.3
NEDOKONALOST HLEDÁNÍ FREKVENCE „RUČNÍ“ METODOU OPROTI SOFTWARU
MANIF 6.0X........................................................................................................46
5.4
PROCES PŘIDĚLENÍ KMITOČTU .............................................................................47
5.5
TESTOVÁNÍ NALEZENÝCH KMITOČTŮ NA RUŠENÍ ZE STRANY VKV RADIOVÉHO
VYSÍLÁNÍ..............................................................................................................48
ZÁVĚR .............................................................................................................................50
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY............................................................................52
ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ................................................................................................54
PŘÍLOHOVÁ ČÁST .......................................................................................................55
Seznam obrázků a tabulek
Seznam obrázků
1.1-1 Směrový diagram vysílací antény – 2D zobrazení
1.1-2 Dva směrové diagramy vysílací antény – pro horizontální a vertikální rovinu –
kartézské zobrazení
1.1-3 Náhradní obvod antény
2.2-1 Zobrazení kursové a sestupové osy vzniklé průnikem stejných hloubek modulace
dvou navigačních tónů 90 a 150 Hz
2.2-2 Požadavky na krytí kursového majáku
2.2-3 Požadavky na vertikální krytí sestupového radiomajáku
2.2-4 Ukázka amplitudové modulace nosné frekvence kursového nebo sestupového
majáku
2.2-5 Podélný řez sestupovou rovinou s umístěním tří markerů
2.2-6 Systém ILS v plné konfiguraci
4.1-1 Aktuální stav umístění navigačních prvků ILS na letišti Praha-Ruzyně se
zanesením paralelní dráhy a k ní náležících navigačních prvků ILS
4.2-1 Letiště podléhající koordinaci
4.2-2 Zobrazení posuzovaných letišť a traťových zařízení
4.2-3 Znázornění potřebné vzdálenosti pro umístění dvou ILS vysílačů vysílajících na
stejném kmitočtu
5.1-1 Zobrazení využití kmitočtového spektra a minimální potřebná vzdálenost
rozestupu navrhovaného a existujícího ILS zařízení v případě vysílání na stejném
kmitočtu
5.1-2 Ukázka grafického zobrazení ILS Dresden – 109,7 MHz, ve vzdálenosti 112 km
od ILSN
5.2-1 Zadání vstupních parametrů pro vyhledávání v software MANIF 6.0x
5.2-2 Výpis nalezených frekvencí
5.4-1 Směrovost ILS vysílacích antén užitých při výpočtu
5.5-1 Výpis zadání programu AeroData
5.5-2 Výpis výsledku – projev rušení typu A1, A2 a B1 pro stanovený kmitočet 108,150
MHz
Seznam tabulek
2.1-1 Kmitočtová pásma
2.4-1 Požadované separační vzdálenosti mezi ILS zařízeními
3.1-1 Kategorie přesného přiblížení
4.1-1 Seznam kmitočtů podléhajících koordinaci
4.2-1 Popis navigačního zařízení ILS letiště Brno Tuřany
4.2-2 Popis navigačního zařízení ILS letiště Karlovy Vary
4.2-3 Popis navigačního zařízení ILS letiště Pardubice
4.2-4 Popis navigačního zařízení ILS letiště Vodochody
4.2-5 Popis navigačního zařízení ILS vojenského letiště Kbely
4.2-6 Popis navigačního zařízení ILS vojenského letiště Náměšť
4.2-7 Popis navigačního zařízení ILS vojenského letiště Čáslav
4.2-8 Popis navigačního zařízení ILS letiště Dresden v SRN
4.2-9 Výčet traťových navigačních zařízení, které spadají do oblasti 200 km od ILS
Praha-Ruzyně
4.2-10 Vzdálenost mezi ILS Praha-Ruzyně a ostatními posuzovanými navigačními
zařízeními
5.3-1 Rozdíly v nalezených kmitočtech
Seznam zkratek
CAT I,
II, III
označení pro kategorii letiště pro
přesné přiblížení
ČTÚ
Český telekomunikační úřad
DME
Distance Measuring Equipment
dálkoměrný systém
ERP
Effective Radiated Power
efektivní vyzářený výkon [W]
FM
frekvenční modulace nosného
signálu
GP
Glide Path
sestupový maják
ICAO
International Civil Aviation Association
Mezinárodní organizace pro
civilní letectví
IEEE
Standard Definitions of Terms for
Antennas
Institut pro elektrotechnické a
elektronické inženýrství
ILS
Instrument Landing System
Systém přístrojového přiblížení
ITU
International Telecommunication Union
Mezinárodní telekomunikační
unie
LLZ
viz LOC
kursový maják
LOC
Localiser
kursový maják
NDB
Non Directional Radio Beacon
nesměrový radiomaják
NM
Nautical Mile
námořní míle (1NM = 1,85 km)
UHF
Ultra High Frequency
kmitočtové pásmo 300 – 3 000
MHz
VHF
Very High Frequency
kmitočtové pásmo 30 – 300 MHz
VKV
velmi krátké vlny, viz VHF
Úvod
Kmitočtové spektrum je nutno chápat jako přírodní zdroj, který dala příroda
lidstvu a je nutno jej vnímat jako ostatní přírodní zdroje, např. uhlí, nafta, plyn, apod.
Z hlediska využívání kmitočtového spektra je nutno přijímat takové postupy a nařízení,
jež vedou k jeho maximálnímu využití, které je dané stupněm technického poznání a
technických možností v místě a čase.
Letecká doprava je jedním z uživatelů kmitočtového spektra. Přesto, že je pouze
jeho uživatelem, jsou na spektrum určené letecké dopravě kladeny speciální požadavky.
Situace, kdy nám zrní televize, se jistě nedá přirovnat k situaci, kdy je letadlo vedeno
radiovým paprskem na přistání, a v jedné chvíli letecké palubní přístroje přestanou
paprsek, pro jeho vysoké rušení, rozeznávat od šumu.
Koordinací kmitočtového spektra se zabývají národní i mezinárodní organizace.
Důvodem jednotného přístupu je nejen celosvětová jednota v rozdělení kmitočtového
spektra, ale i fyzikální vlastnosti elektromagnetické vlny, jejíž šíření není omezeno
geografickými hranicemi státu.
Rozvoj letecké dopravy a služeb jako takových si vyžaduje stanovení míry
bezpečnosti, která bude provozovateli leteckých společností, letišť a služeb řízení
letového provozu dodržována. V souvislosti s tím se rovněž rozrůstají letiště a jejich
vnitřní systémy, které tak poskytují větší kapacity pro cestující, letadla, odbavení, atd.
Letiště Praha-Ruzyně je v současné době na svém kapacitním maximu. Výstavba
terminálů Sever 1 a Sever 2 zvýšila kapacitu letiště až na 25 miliónů cestujících za rok,
nicméně dráhový systém je již se současnými 12 mil. cestujících za rok přetížený.
K vyřešení kapacitních problémů, stížností na vysoké zatížení okolních obcí
hlukem a udržení či zvýšení provozní bezpečnosti, je nutné postavit paralelní dráhu.
Tento záměr existuje již od 60. let. V současné době probíhá fáze příprav. Nová dráha si
vyžádá rozšíření letištních navigačních systémů o přistávací systém pro přesné přiblížení.
Ten má umožnit vykonání bezpečného přiblížení a přistání i za zhoršených
meteorologických podmínek.
Práce má za cíl stanovit optimální frekvenci přistávacího zařízení pro přesné
přiblížení ILS (Instrument Landing System/Systém přístrojového přistání) tak, aby
1
nevzniklo riziko rušení ze strany stávajících systémů, či naopak, aby ony nebyly
umístěním nového prvku rušeny.
Na letišti Praha-Ruzyně budou umístěny dva systémy ILS na plánovanou paralelní
dráhu označovanou jako 06R/24L. Je zapotřebí nalézt optimální kmitočet v leteckém
navigačním spektru. Z důvodu komplexního přístupu k dané problematice je nutné brát
v úvahu možné rušení ze strany navigačních systémů navzájem či VKV radiového
vysílání, popsat aktuální stav na letišti Praha-Ruzyně a blízkém okolí a uvést princip
činnosti vybraných leteckých navigačních zařízení. Na základě zjištěných skutečností pak
určit optimální pracovní kmitočty pro systémy ILS a provést kontrolu pomocí
specializovaného softwaru.
1 Úloha antény v radiokomunikačním řetězci [1]
IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas definuje anténu jako zařízení
pro vyzařování nebo příjem rádiových vln. Anténa představuje, vzhledem ke své pozici
v radiokomunikačním řetězci, nejjakostnější prvek – „zesilovač“ celé radiokomunikační
soustavy. Uplatňuje své výběrové hledisko, a to jak výběrem určitého pásma kmitočtů,
tak také výběrem určitého směru příjmu. První hledisko je dáno vlastnostmi frekvenčního
filtru, druhé souvisí se specifickou vlastností antén přijímat signál z určitého směru více
než z ostatních – směrovost. Anténa má tedy možnost vybrat pouze určité pásmo
kmitočtů a ostatní potlačit tak, aby vylepšila šumové vlastnosti z hlediska klasické
radioelektroniky, mimoto má možnost potlačit příjem z nežádoucích směrů, ze kterých
přicházejí rušivá elektromagnetické záření, ať již povahy nežádoucí radiové komunikace,
nebo skutečného šumu způsobeného nejrůznějšími možnými přírodními či umělými
zdroji. Vlastní příspěvek antény k šumu celého řetězce je dán pouze vlastními ztrátami na
konstrukci antény, tedy většinou konečnou vodivostí a dále tzv. šumovou teplotou vlastní
antény, která je vztažena právě ke směrovým vlastnostem. Tato šumová teplota má tedy
fyzikálně jinou povahu, než jsme zvyklí u jiných prvků radiokomunikačního řetězce, kde
se jedná především o šum způsobený uvnitř vlastního zařízení. U antény tento šum
přichází naopak z míst, která nesouvisí s anténou, a je přijímán váženě podle směrové
charakteristiky antény. Šumová teplota antény je chápána jako teplota fiktivního rezistoru
na vstupu bezeztrátové nešumící antény, který je zahřátý na tuto teplotu.
2
Jinou možností definice antény v radiokomunikačním řetězci je definovat ji jako
hraniční element radiokomunikační soustavy, který transformuje elektromagnetickou vlnu
vedenou po určitém typu vedení na elektromagnetickou vlnu, která je vyzařována ne
přijímána z volného prostoru. Anténu jako pasivní element s těmito vyznačenými
vlastnostmi potom chápeme jako lineární symetrický prvek, a proto je možné zaměnit
anténu vysílací a přijímací vzájemně. Pochopitelně z hlediska konkrétního využití se tyto
antény liší. Existují antény všesměrové nebo naopak úzce směrové. Vysílací antény jsou
uzpůsobeny pro maximální vyzáření elektromagnetické energie do prostoru a měly by mít
malé vlastní ztráty a dobré přizpůsobení. S ohledem na výkonová hlediska jsou často
robustnější konstrukce. Přijímací anténa je spíše konstruována tak, aby splňovala směrové
vlastnosti, které daný typ komunikace vyžaduje.
S ohledem na téma diplomové práce a jejího zaměření se v textu práce budeme
věnovat anténám výhradně vysílacím.
1.1 Parametry antén [1], [2], [4]
Klasickým a nejjednodušším rozdělením parametrů antén může být na to jak se
anténa chová při měření ve volném prostoru, tedy její geometrie a vlastnosti materiálů ze
kterých je postavena, a na hodnoty, které naměříme v případě, že s ní pracujeme jako
s části obvodu. Tedy vlastnosti směrové, které jsou dány rozložením elektromagnetických
zdrojů po celé její struktuře, a impedanční. Zdroji jsou náboje a v anténách především
proudy, které tečou po určitých drahách po tělese antény. Pak poměrem napětí a proudu
v místě připojení antény definujeme vstupní impedanci. Tyto proudy jsou podstatou
vzniku vyzařované elektromagnetické vlny určitého prostorového uspořádání. Tím tedy
anténa vytváří směrové vlastnosti. Změnou impedančních vlastností způsobíme současně
změnu směrových vlastností. Vliv má rovněž její umístění v prostoru a konstrukce.
1.1.1 Směrová a vyzařovací charakteristika
Pojem směrová charakteristika používáme v češtině u přijímacích antén, pojem
vyzařovací charakteristika u vysílacích. Jedná se o stejnou veličinu popisující směrové
vlastnosti antény. Z principů reciprocity a duality obecně plyne, že řada parametrů
3
vysílacích a přijímacích antén je záměnná a že odlišnost v jejich využití je spíš
v konkrétních požadavcích kladených na uvedené třídy antén.
Anténou vyzařované elektromagnetické pole lze ve sférických souřadnicích
vystihnout obecným vztahem
E = C ⋅ Ae jψ a0 F (ϑ , ϕ ) ⋅
e − jkr
,
r
kde C obsahuje konstanty prostředí, Ae jψ a0 je funkce buzení, tedy amplitudy a fáze
zdrojové veličiny, F (ϑ , ϕ ) je vyzařovací charakteristika – prostorové rozložení
vyzařované intenzity pole prostoru ve sférických souřadnicích a
e − jkr
je závislost
r
amplitudy a fáze vyzařovaného pole na vzdálenost r od antény.
Obecná anténa se vyznačuje tím, že velikost jí vysílané elektromagnetické energie
je různá v různých směrech. Směrová charakteristika je definovaná jako reprezentace
směrových vlastností antény v závislosti na prostorových souřadnicích, vlastnosti určují
komplexní intenzitu elektrického pole (amplitudu a fázi) a polarizační vlastnosti.
Všesměrová (izotropická) anténa je definovaná jako hypotetická anténa, jejíž
vyzařovací vlastnosti nezávisí na směru. Vzhledem ke komplexnosti pojmu (amplitudy,
fáze a polarizace) není tato anténa fyzikálně realizovatelná. Pro řadu aplikací se však
používá jako reference k popisu vlastností reálných antén. Směrovou charakteristikou
izotropického zářiče je kulová plocha.
Směrový zářič má výše uvedené vlastnosti podstatně závislé na konkrétním směru,
do kterého vysílá. Speciálním typem je takzvaná všesměrová anténa/zářič (např.
elementární dipól, elementární smyčka). Důvodem použití směrového zářiče je soustředit
vysílací výkon do požadovaného směru. U směrové přijímací antény je zapotřebí zajistit
příjem žádaného signálu z požadovaného směru. Vedlejším produktem je potom omezení
vlivu nežádoucího signálu z ostatních směrů, mimo směr hlavního vyzařování antény.
Směrové vlastnosti antény se nejčastěji znázorňují diagramem poměrné směrovosti. V
něm je graficky znázorněna velikost napětí na svorkách antény v závislosti na úhlu, pod
kterým dopadá na anténu rovinná vlna s konstantní intenzitou, u zářiče diagram
znázorňuje vyzařovací směrové charakteristiky za konstantního napětí na svorkách zářiče.
4
Směrový diagram přijímací antény znázorňuje hlavní lalok a laloky postranní, či
lalok zadní. Úhel α je většinou definován jako třídecibelová šířka svazku. Mírou
směrových vlastností je velikost úhlu, v jehož rozsahu neklesne napětí na svorkách antény
o více než 3 dB intenzity pole měřeného od osy antény (70,8 %, tj. 50 % pokles výkonu),
jedná se o tzv. třídecibelová šířka hlavního svazku.
Jednotlivé laloky směrového diagramu přijímací antény jsou odděleny místy
minimálního příjmu, kterým se říká směry nulového příjmu. Polohy takového směru lze
využít pří potlačení nežádoucího signálu. Potlačení nežádoucího signálu může být větší,
je-li anténa k rušivému signálu směrována nulovým směrem i za cenu, že užitečný signál
nedopadá ve směru hlavního maxima. U vysílací antény je popis směrového diagramu
analogický.
Obr. 1.1-1 Směrový diagram vysílací antény – 2D zobrazení
hlavní lalok (svazek)
postranní laloky
zpětný lalok
Obr. 1.1-2 Dva směrové diagramy vysílací antény – pro horizontální a vertikální
rovinu – kartézské zobrazení
5
1.1.2 Výkonová hustota vyzařovacího pole
Okamžitá hodnota Poyntingova vektoru je definovaná vektorovým součtem
s(t ) = e × h ,
kde s je okamžitá hodnota Poyntingova vektoru [W.m-2], e je okamžitá hodnota intenzity
elektrického pole [V.m-1] a h je okamžitá hodnota intenzity magnetického pole [A.m-1].
Poyntingův vektor představuje výkonovou hustotu, celkový výkon antény získáme
integrací vektoru přes obklopující plochu.
1.1.3 Intenzita vyzařování
Intenzita vyzařování U v daném směru je definovaná jako výkon vyzařovaný
anténou do jednotkového prostorového úhlu. Je to parametr, který získáme součinem
vyzařované výkonové hustoty čtvercem vzdálenosti.
U = r 2 S vyz
U je intenzita vyzařování [W.sr-1], S je hustota vyzařovaného výkonu [W.m-1] a r
je vzdálenost od zdroje [m].
1.1.4 Směrovost
Směrovost D je poměr intenzity vyzařování U v daném směru k intenzitě
vyzařování referenční antény U0. Většinou se jako referenční anténa používá izotropický
zářič, v některých případech krátký dipól. K výpočtu se užívají následující vzorce:
D(ϑ , ϕ ) =
Dmax =
U (ϑ , ϕ ) 4πU (ϑ ,ϕ )
=
U0
Pvyz
U max 4πU max
=
U0
Pvyz
2
U max = B0 Fmax
(ϑ ,ϕ )
kde Fmax je maximum směrové charakteristiky, ϑ , ϕ určují směr maxima a B0 je konstanta
úměrnosti. Směrová charakteristika se obvykle udává v decibelech.
DdB = 10 log D
6
1.1.5 Vstupní impedance
Vstupní impedance je definovaná jako impedance antény na jejích napájecích
svorkách, tedy jako poměr napětí a proudu na těchto svorkách viz obr. 1.1-3.
Obr. 1.1-3 Náhradní obvod antény
Z A = R A + jX A ; R A = Rvyz + R ztr ,
ke ZA je vstupní impedance antény, vztaženo k místu napájení. Rvyz je vyzařovací odpor a
Rztr je ztrátový odpor antény. Vyzařovací odpor antény je vztažen k amplitudě proudu,
vztah platí např. pro půlvlný dipól.
Vyzářený výkon a ztracený výkon se vypočítá:
Pvyz =
Pztr =
2


Rvyz
⋅

2  ( Rvyz + R ztr + R g ) + ( X A + X g ) 2 
Ug
2


R ztr
⋅

2  ( Rvyz + R ztr + R g ) + ( X A + X g ) 2 
Ug
1.1.6 Účinnost antény
Celkový výkon vyzářený anténou Pvyz a výkon Pvst na vstupu bezztrátové antény
jsou svázány vztahem
7
Pvyz = ηPvst , kde
η označuje bezrozměrnou celkovou účinnost antény, která v sobě zahrnuje ztráty
na vstupu a uvnitř anténní struktury, což jsou ztráty odrazem výkonu ηr v důsledku
nepřizpůsobení napájecího vedení, ztráty ηc v důsledku konečné vodivosti kovových částí
antény a ηd ztráty v dielektriku, které se nachází v objemu anténní struktury. Celková
účinnost tak může být zapsána pomocí složky z nepřizpůsobení ηr, dielektrických ztrát ηd
a složky, kterou se uplatňuje konečná vodivost materiálu antény ηc.
η= ηr ηd ηc
Celkovou účinnost rovněž ovlivňují objekty ležící v blízkosti antény. Ty jsou sice
mimo vlastní anténu, ale ovlivňují rozložení proudu a napětí a absorbují část výkonu.
1.1.7 Vyzařovací účinnost antény
Vyzařovací účinnost antény je dána vztahem níže a slučuje v sobě ztráty
způsobené konečnou vodivostí materiálu ηc a ztráty v dielektriku ηd.
η vyz =
Rvyz
R ztr + Rvyz
= η cη d
1.1.8 Výkonový zisk
Výkonový zisk je dán poměrem vysílacího výkonu (výkon na výstupní ploše
antény) k výkonu dodávanému na vstup antény. Častěji se ale používá relativní zisk, jako
poměr výkonového zisku v daném směru k výkonovému zisku referenční bezztrátové
antény. Zisk je tedy poměr na vstupu bezztrátové referenční antény k výkonu, který
musíme přivést do skutečné antény, aby produkovala v daném směru totéž pole (stejný
výkonový tok). Tato hodnota se většinou vyjadřuje v decibelové míře, a to takto:
G (ϑ , ϕ ) dB = 10 log G (ϑ , ϕ )
8
1.1.9 Šumová teplota antény
Absolutně černé těleso vyzařuje elektromagnetickou energii, jejíž velikost
můžeme určit podle Planckova zákona. Tento výkon má šumovou povahu a pro pásmo
rádiových vln můžeme použít jeho aproximaci danou vztahem
PN = kT0 ⋅ ∆f ,
kde PN je celkový šumový výkon vyzařovaný objektem [W], k je Boltzmannova
konstanta [1,38 . 10-23 J/K], T0 je teplota objektu [K]a ∆f je šířka pásma [Hz]. Šumový
výkon generují v závislosti na své teplotě všechna tělesa v okolí antén, rovněž i ztrátové
prvky na vlastním tělese antény. Celkové množství energie vyzařované objekty se
většinou reprezentuje pomocí ekvivalentní teploty nebo častěji podle jasové teploty:
PN = kT j ⋅ ∆f
(
2
)
T j = εT0 = 1 − R T0
,
kde Tj je jasová teplota objektu, ε je emisivita anténou sledovaného jevu, T0 je absolutní
fyzikální teplota a R je koeficient odrazu povrchu tělesa pro danou polarizaci
elektromagnetické vlny a danou geometrii uspořádání. Emisivita ε je bezrozměrná,
fyzikálně velmi závislá veličina, která závisí na teplotě, frekvenci, elektrických
materiálových parametrech, polarizaci a tvaru povrchu.
2 Radionavigace [5], [7]
Slovo navigace je odvozeno z latinských slov „navis“ – loď a „agere“ – řídit,
hýbat se. V původním významu tedy navigace znamenala řízení pohybu lodí. Po vzniku
letectví a hlavně obchodní dopravy vzniká letecká navigace, jejímž úkolem je určování
polohy letadel nad zemským povrchem, vedení letadel po předem stanovených tratích s
danou přesností a zajištění jejich bezpečného přistání v daném místě a čase. V současné
době se výsledků získaných v letectví a námořnictvu používá pro navigaci vozidel,
jednotlivců či skupin lidí ve známém i neznámém terénu. Rádiová navigace, zkráceně
radionavigace, je speciální odvětví obecné navigace, které pro plnění úkolů používá
vhodné radiové prostředky.
Jak je výše popsáno, k letecké navigaci je užito mnoho různých navigačních
prostředků pracujících na různých principech, v odlišných frekvenčních pásmech a
9
užitých na různých místech letecké trati. V této práci se budu zabývat navigačními
prostředky užitými v poslední fázi letu, radionavigačními prostředky sloužícími k
přesnému přiblížení na letiště Praha-Ruzyně. Úkolem této práce je popsat stávající
navigační prostředky sloužící k navedení letadel na přistání a zabezpečující danou
kategorii přesného přiblížení, jakož i stanovení nových navigačních prostředků v
souvislosti s budoucí výstavbou paralelní dráhy 06R/24L a stanovení optimální využití
kmitočtového spektra tak, aby nedošlo k omezení nebo narušení stávajícího systému.
Nutnou součástí této práce je proto popis stávajícího systému umístěného na přistávacích
drahách na letišti Praha-Ruzyně, popis funkce jednotlivých zařízení a návrh nového
zařízení.
2.1 Přistávací systémy obecně
Jednou z nejnebezpečnějších letových fází je konečné přiblížení, tedy příprava na
přistání a vlastní přistávací manévr. Při vzniku letectva bylo možné, vzhledem
k nedostatečnému přístrojovému vybavení letadel, létat pouze za příznivého počasí a ve
dne. Toto způsobovalo velké zpoždění letů, popřípadě odklonění na jiné letiště, což mělo
za následek nepopularitu letecké dopravy. Postupným rozvojem přístrojového vybavení
palub letadel a letišť bylo možné přiblížení na přistání provádět podle přístrojů, tedy za
snížené viditelnosti. Meteorologická situace přestala být limitujícím parametrem pro
bezpečné vykonání letu či přistávacího manévru. Úsilí zvýšit letovou bezpečnost právě za
nepříznivých podmínek stále pokračuje. Cílem je vyvinout takovou navigační soustavu,
která by manévr konečného přiblížení i přistání uskutečnila automaticky, bez zásahu
pilota.
Pro potřebu klasifikace vlastní meteorologické situace bylo nutné stanovit tzv.
meteorologické minima. Podle nich jsou pak určeny stupně vybavenosti letiště
navigačními prostředky pro přesné přiblížení.
Kategorie
Minimální dohlednost - minimální
dohlednost v horizontální rovině
I
800 m
II
350 m
III A
200 m
III B
50 – 200 m
III C
0m
Tab. 2.1-1 Kategorie přesného přiblížení
10
Minimální výška rozhodnutí minimální výška kdy musí pilot mít
vizuální kontakt se zemí
60 m
30 m
0 – 30 m
0 – 15 m
0m
K tomu, aby byla zabezpečena potřebná kategorie přesného přiblížení na přistání,
musí být letiště patřičně vybaveno. Mezinárodní organizace pro civilní letectví stanovilo,
že nutné vybavení pro splnění požadavků pro kategorii I a víc je systém ILS.
2.2 Systém pro přesné přiblížení ILS [5], [6], [11]
Přesné přibližovací zařízení ILS (Instrument Landing System / Systém
přístrojového přiblížení) poskytuje pilotovi na trati konečného přiblížení stálou informaci
jak o směrovém vedení letadla, tak i o jeho vertikální poloze. Pilot v každém okamžiku
umí vyhodnotit, zda se s letadlem nachází vlevo nebo vpravo od trati konečného
přiblížení, nad či pod sestupovou rovinou. Proto je schopen okamžitě provádět korekce a
vést letadlo přesně po sestupové rovině i v ose dráhy. Odtud tedy název přesné přiblížení.
ILS je radionavigační pozemní zařízení, jež se skládá ze dvou radiomajáků a tří
polohových návěstidel.
Kursový maják
VKV kursový radiomaják vyzařuje elektronickou rovinu kolmou k rovině dráhy
směrem v ose dráhy. Nazýváme ho localizer (LLZ). Je instalován přibližně 400 m za
koncem dráhy a zajišťuje letadlu směrové vedení na trati konečného přiblížení. Signál
vysílaný anténním systémem kursového majáku v pásmu mezi 108 MHz až 111,975 MHz
vytváří složený vyzařovací diagram. Odstup používaných nosných kmitočtů musí být
větší než 5 kHz a větší než 14 kHz. Přidělování kmitočtů pro kursový maják ILS je dáno
podmínkou lichého čísla za desetinou čárkou, např. kmitočty 108,1; 108,15; 108,3;
108,35; … Vysílání kursového majáku musí být orientováno horizontálně. Nosná
frekvence obsahuje amplitudově modulované navigační tóny 90 Hz a 150 Hz, které
představují kursový sektor, v němž převažuje hloubka modulace jednoho navigačního
tónu na jedné a druhého navigačního tónu na druhé straně od kursové čáry. Na kursové
čáře je hloubka modulace obou tónů stejná. Z pohledu přiblížení letadla k prahu dráhy
směrem na kursový maják převažuje vpravo hloubka modulace nosného kmitočtu
navigačním tónem 150 Hz a vlevo hloubka modulace nosného kmitočtu navigačním
tónem 90 Hz. Ideální směrové vedení přímo na osu dráhy je pouze tehdy, jsou-li oba
navigační tóny stejně silné. Pro dostatečně kvalitní příjem pro vedení nesmí být vyzářený
výkon menší než 100 µV/m (-106 dBW/m2).
11
Obr. 2.2-1 Zobrazení kursové a sestupové osy vzniklé průnikem stejných hloubek
modulace dvou navigačních tónů 90 a 150 Hz
Elektromagnetické pole lze vytvořit jen v určitém úhlu a do omezené vzdálenosti
od prahu dráhy. Předpisy určují minimální hodnoty takového krytí.
Hodnoty krytí kursového majáku:
- 46,3 km (25 NM) v rozmezí ± 10° od kursové čáry předního kursového sektoru,
- 31,5 km (17 NM) mezi 10° a 35° od kursové čáry předního kursového sektoru a
je-li zajištěno krytí do vzdálenosti:
- 18,5 km (10 NM) v ostatních směrech mimo sektor ± 35°,
s výjimkou, že pokud to provozní požadavky dovolí, mohou být v případě
nepříznivých terénních podmínek hranice krytí sníženy na 33,3 km (18 NM) v rozmezí ±
10° a 18,5 km (10 NM).
12
Obr. 2.2-2 Požadavky na krytí kursového majáku
Sestupový maják
UKV sestupový maják vyzařuje elektronickou vlnu, která tvoří sestupovou rovinu
a nazýváme ho glide path (GP). Je instalován ve vzdálenosti nejméně 120 m vlevo nebo
vpravo od osy dráhy na úrovni bodu dotyku a zajišťuje letadlu plynulé a rovnoměrné
klesání v průběhu konečného přiblížení. UHF signál o frekvenci 328,6 MHz až 335,4
MHz vysílaný anténním systémem sestupového majáku vytváří složený vyzařovací
diagram obsahující amplitudově modulované navigační tóny 90 Hz a 150 Hz. Odstup
mezi užívanými nosnými musí být mezi 4 kHz a 32 kHz. Hloubka modulace navigačního
tónu 150 Hz převažuje pod a hloubka navigačního tónu 90 Hz nad sestupovou rovinou.
Vysílání je polarizováno horizontálně. Rovina sestupového majáku je nakloněná rovina
vedoucí až na dotykovou zónu na dráze, svírá s rovinou dráhy úhel 3°.
Obr. 2.2-3 Požadavky na vertikální krytí sestupového radiomajáku
13
Pro poskytnutí řádného krytí v sestupové rovině nesmí vyzařovaný výkon klesnout
pod 400 µV/m (-95 dBW/m2).
V obou případech (u kursového majáku i u sestupového majáku) se nosný
kmitočet moduluje na navigační tón o frekvenci 90 Hz a 150 Hz. Poměr tónů určuje
velikost odchýlení letadla od sestupové osy. Kmitočty kursového a sestupového majáku
jsou spolu systémově svázány a každému kmitočtu kursového majáku je přidružen vždy
týž kmitočet sestupového majáku. Kmitočtové páry jsou stanoveny Mezinárodní
organizací pro civilní letectví, Přílohou č. 10 (Annex 10) [11].
Obr. 2.2-4 Ukázka amplitudové modulace nosné frekvence kursového nebo
sestupového majáku
Polohová návěstidla
VKV polohová návěstidla (markery) vyzařují směrem vzhůru amplitudově
modulovaný kmitočet a jsou instalována v ose dráhy v úseku konečného přiblížení. Při
jejich přeletu udávají letadlu informaci o jeho poloze od prahu dráhy, provázenou
přerušovanou světelnou a zvukovou signalizací. Návěstidla pracují všechna na nosném
kmitočtu 75,0 MHz a fungují tak, že vyzařují kolmo vzhůru jakýsi kužel radiových vln.
Vysílání je polarizováno horizontálně. Síla elektromagnetického pole pro dostatečně
kvalitní příjem nesmí poklesnout pod 1,5 mV/m (-82 dBW/m2). Přijímač v letadle je
pevně naladěn na 75 MHz a zachytí signál při přeletu antény.
Pokud se vyskytnou zvláštní provozní požadavky, může letecký úřad udělit
výjimku pro instalaci dalšího, třetího polohového návěstidla. Návěstidla se označují
14
vnější, střední a vnitřní. Majáky (markery) lze identifikovat pomocí modulace nosné vlny.
Vnější polohové návěstidlo je modulováno frekvencí 400 Hz a pro identifikaci vysílá
(klíčováním modulačního signálu) nepřetržitě čárky rychlostí 2 čárky za sekundu
(▬ ▬). Střední polohové návěstidlo je modulováno frekvencí 1 300 Hz, vysílá střídavě
tečky a čárky rychlostí 2 čárky nebo 6 teček za sekundu (▬ ▬ • • • • • •), a vnitřní
polohové návěstidlo má modulační kmitočet 3 000 Hz a vysílá nepřetržitou sérii teček
rychlostí 6 teček za sekundu (• • • • • •).
Vnitřní polohové návěstidlo by mělo být umístěno ve vzdálenosti mezi 75 m a
450 m od prahu dráhy. Střední polohové návěstidlo vyznačuje blízkost místa přechodu z
přístrojového na vizuální vedení letadla, provádějícího přiblížení na přistání. Mělo by být
umístěno ve vzdálenosti 1.050 m ± 150 m od prahu dráhy. Vnější polohové návěstidlo
musí být umístěno tak, aby dostatečně sloužilo k ověření správné výšky, vzdálenosti a
činnosti zařízení letadla ve fázi středního a konečného přiblížení na přistání. Umístění
vnějšího polohového návěstidla se doporučuje ve vzdálenosti 7.200 m od prahu dráhy.
Obr. 2.2-5 Podélný řez sestupovou rovinou s umístěním tří markerů
Během vývoje leteckých navigačních zařízení byl v 60. letech vyvinut tzv. DME
(Distance Measuring Equipment / zařízení pro měření vzdálenosti), je tedy možné se
setkat s tím, že namísto VKV polohových návěstidel je jako součást systému ILS použitý
15
měřič vzdálenosti DME. DME má dvě zásadní výhody oproti návěstidlům - jeho vysílač
je umístěn na letišti, nevyžaduje tedy instalaci na vzdálených místech od pozemku letiště,
a poskytuje pilotovi spojitou informaci o vzdálenosti. Proto jsou instalace nových „ILSů“
většinou vybavena instalací DME místo návěstidel. DME však je zcela odlišný systém a
není fyzickou součástí ILS. Proto se v tom případě neexistence polohových návěstidel
použije označení ILS/DME. Nevýhodou je nutnost mít DME přijímač jako palubní
vybavení letadla, bez něj nelze provést ILS/DME přiblížení. Jelikož se však DME dnes
běžně používá i pro traťovou navigaci, bývá tento požadavek obvykle splněn.
Obr. 2.2-6 Systém ILS v plné konfiguraci – kursový maják (localiser - 1),
sestupová rovina (glide path – 2), 2x marker – 3, 4
Obě vyzařované elektronické roviny GP a LLZ jsou na sebe kolmé a průnik dvou
rovin v prostoru je vždy přímka. Tato přímka vychází z bodu dotyku v ose dráhy a
zpravidla svírá s rovinou dráhy 3º. Palubní vybavení ILS se skládá ze sestupového,
směrového a markerového přijímače.
Po naladění příslušného kmitočtu je signál v přijímačích zachycen a veden k
palubním přístrojům. Ukazatel směrového a sestupového radiomajáku ILS je palubní
zařízení se dvěma na sebe kolmými osami – vodorovnou a svislou. Každá osa je
rozdělena na deset dílků, pět dílků nahoru a dolů a pět vlevo a vpravo od středu
indikátoru. Výchylka ručiček indikátoru udává velikost odchýlení letadla od správné
sestupové roviny.
Rušení ILS
Základní výhodou ILS je poměrně velká odolnost proti atmosférickému rušení VHF a UHF frekvence nejsou tolik ovlivněny meteorologickými jevy, jako třeba
16
středovlnné. Rovněž použitý způsob modulace jedné nosné dvěma různými frekvencemi
zaručuje odolnost proti meteorologickým jevům a různým podmínkám šíření vln (např.
při sněžení přijímáme v určité vzdálenosti slabší signál než při jasném počasí, ale obě
modulace jsou sněžením zeslabeny stejně, a proto se kursová nebo sestupová rovina
neodchyluje - přijímač na palubě vždy vyhodnocuje jen poměr obou signálů modulací, ne
jejich absolutní hodnotu).
Poloha rovin je však závislá na směrovém diagramu antén, který je ovlivňován
překážkami v okolí antény, převážně ve směru šíření signálu. Výskyt interference signálů
ILS závisí na celkovém okolí a charakteristikách antén ILS. Každý velký odrážející
objekt, včetně provozních mechanismů nebo pevných objektů (např. staveb v prostoru
vyzařování signálů) může potenciálně vyvolat interferenci na struktuře kursové nebo
sestupové čáry, to se projeví jako zvlnění kursové nebo sestupové čáry do nepřijatelných
hodnot. Umístění a velikost odrážejících pevných objektů a staveb ve spojení se
směrovými vlastnostmi antén určují staticky kvalitu struktury kursu nebo sestupu CAT I,
II nebo III. Mobilní objekty, kterými se rozumí zejména pojíždějící letadla, mohou zhoršit
tuto strukturu na nepřijatelné hodnoty. Prostory, ve kterých je možné takové ovlivnění, je
třeba definovat a určit. Pro účely zpracování kritérií ochranných prostorů se tyto dělí na
dva typy - kritické prostory a citlivé prostory.
Kritický prostor ILS je oblast definovaná rozměry v okolí antény kursového
majáku a sestupového majáku, kde se nesmí mechanismy včetně letadel v době činnosti
ILS vyskytovat vůbec. Kritické prostory jsou chráněny, protože výskyt vozidel nebo
letadel uvnitř vyvolá nepřípustné zkreslení signálu ILS v prostoru.
Citlivý prostor ILS je oblast okolo kritického prostoru, kde je řízen pohyb a
parkování vozidel a letadel pro zamezení možné nepřijatelné interference signálu ILS.
2.3 VKV všesměrový maják VOR (VHF omnidirectional
range) [5], [11]
Navigační zařízení VOR – VHF omnidirectional range je složeno ze sítě
všesměrových majáků, pomocí kterých je uživateli udáván kurs vzhledem ke zvolenému
majáku. Mezi hlavní přednosti patří použití VKV pásma a z toho vyplývající
zanedbatelné atmosférické a průmyslové rušení, prakticky přímočaré šíření, malé rozměry
17
požadovaných anténních soustav a malé rozměry palubní části systému. Nevýhodou je
krytí, které se omezuje pouze na optický dosah a náchylnost na nepřesnosti způsobené
odrazem vln od terénních překážek.
VOR udává údaj o odchylce od předem zadaného kurzu, vybavenější palubní
přístroje udávají i úhel, který svírá osa letadla se směrem na maják VOR. VOR dle
doporučení Mezinárodní organizace pro civilní letectví pracuje na kmitočtech mezi
111,975 MHz a 117,975 MHz. Může však se svolením a splněním určitých podmínek
využívat i pásmo mezi 108 a 111,975 MHz. Rozteč mezi kanály se dává obvykle 50 kHz.
Při přidělování kmitočtů pro antény VOR se užívá kmitočtů, které mají sudou číslici za
desetinou čírkou, např. 108,200; 108,250; 108,400; atd.…
Funkce spočívá v tom, že nosná vlna nese dva oddělené nízkofrekvenční signály o
kmitočtu 30 Hz. Jeden z nich je nezávislý na kursu, je vysílán všesměrově a označován
jako referenční, a druhý má proměnnou fázi vzhledem k signálu referenčnímu, s rozdílem
fází odpovídající změně kurzu k majáku od 0 do 360°. Např. ve směru 090° se proměnná
fáze liší od referenční o 90°. Elektrický fázový posun ve stupních je shodný s úhlem od
severu ve stupních. Změřením fázového posunu referenčního a proměnlivého signálu
získáme zaměření vzhledem k majáku, a to v kterémkoliv místě dosahu majáku.
Anténní soustava se skládá z pěti antén umístěných ve vrcholech a středu čtverce.
Střední vyzařuji horizontálně polarizovanou vlnu s kmitočtově modulovaným
referenčním signálem. Protilehlé páry jsou napájené signálem vzájemně fázově
posunutým o 180°, takže vzniká osmičkový vyzařovací diagram, který se otáčí rychlostí
1800 ot./min = 30 Hz.
Přesnost zobrazeného údaje je 1°. U traťového navigačního zařízení je toto
dostatečná přesnost, která je tak pilotovi při směrovém vedení poskytována.
2.4 Dálkoměrný
systém
DME
(distance
measuring
equipment)
Princip činnosti tohoto zařízení v této práci uvádím proto, že dálkoměrný systém
DME se v poslední době stává nedílnou součástí systému ILS. Jak bylo v kapitole výše
řečeno, z důvodu informování pilota o tom, v jaké fázi letu se právě nachází a jak daleko
od dráhy, je systém ILS vybaven vnějším a vnitřním návěstidlem, která při klesání letadla
18
po sestupové rovině dávají pilotovi audiovizuální informaci o fázi sestupu, a tedy i o
vzdálenosti od dráhy. Tato informace je však nespojitá, značně nepřesná, a rovněž
umísťování markerů je pro provozovatele obtížné, protože se většinou jedná o pozemky
nesouvisející s letištěm, je nutné zajistit dostatečnou ochranu, napájení, atd. Systém DME
v kombinaci s ILS se stává výhodným kompromisem. Pilotovi se dostává spojitá
informace o vzdálenosti k anténě, která je umístěna v blízkosti bodu dotyku přistávací
dráhy. V tomto případě je pracovní frekvence DME zpřažená s frekvencí kursového
majáku. Tak jako je zpřažená frekvence kursového a sestupového majáku. Pilot pak
naladěním jedné frekvence dostává informaci ze třech různých navigačních prostředků,
kursového majáku, sestupového majáku a DME. V Letecké informační příručce
(dokument, který podá pilotovi potřební informace o daném letišti) bývá v tomto případě
uveden pouze kmitočet kursového majáku.
Dálkoměrný systém DME pracuje na principu OTÁZKA – ODPOVĚĎ. DME
vysílá na kmitočtech 1 025 MHz až 1 120 MHz. Palubní dotazovač vysílá impulsy na
jednom ze 126 kmitočtových kanálů s krokem 1 MHz. Dotazovací impuls má tvar
párového impulsu. Impulsy páru jsou od sebe vzdáleny o 12 µs. Délka každého z těchto
impulsů je 3,5 µs. Opakovací kmitočet dotazovacích impulsů je proměnlivý a může se
měnit od 5 do 150 párových impulsů za vteřinu. Impulsní výkon dotazovacích impulsů je
50 W – 2 kW. Použití párových impulsů dovoluje snížit vliv poruch způsobených kromě
jiného i ostatními dotazovači jiných letadel.
Pozemní maják přijme dotaz a po určité době zpoždění, která konstantně činí
50 µs, uskuteční jejich retranslaci k dotazovači. Retranslace je uskutečněna na kmitočtu,
který je o 63 MHz posunut níže či výše, než je kmitočet dotazu. Impulsní výkon
retranslátoru je 1 – 20 kW. Palubní dotazovač automaticky určuje dobu zpoždění mezi
okamžiky vyslání dotazu a příjmem odpovědi. Na základě toho může být na stupnici
zobrazena vzdálenost letadla od antény retranslátoru. Každý odpovídač je navržen tak,
aby byl schopen odpovídat současně na 50 – 100 dotazů.
Přesnost vyhodnocení vzdálenosti bývá 3% ze stupnice na palubně letadla.
Dotazovač je možné zapnout do režimu hrubšího zjištění vzdálenosti, což způsobí větší
rozestupy mezi odeslanými párovými impulsy, přesnost poté bývá do 160 m a jemnější
zjištění hodnoty vzdálenosti, pro menší vzdálenosti od DME, přesnost je poté do 16 m.
19
3 Kmitočtové plánování [2], [3], [8],
Zásadním elementem kmitočtového hospodářství je fakt, že využívání spektra je
na jedné straně výrazem národní suverenity a má přímý dopad na bezpečnost státu a
součastně na straně druhé je radiová komunikace ze své podstaty činností, kterou nelze
omezit státními hranicemi. Kmitočtové spektrum, jako médium nezbytné pro fungování
řady služeb, je také možno chápat jako důležitou komoditu. Z výše uvedeného je zřejmé,
že kmitočtové hospodářství je komplexní obor zahrnující jak činnosti ryze technické, tak
regulační, strategické a politické.
Správa kmitočtového spektra je prakticky ve všech zemích světa svěřena vládní
instituci, která dbá na to, aby bylo kmitočtové spektrum využíváno v souladu se zákony a
úmluvami. Tato instituce obvykle také reprezentuje svůj stát na mezinárodní úrovni a
garantuje mezistátní úmluvy týkající se využívání spektra.
V České
republice
je
správou
kmitočtového
spektra
pověřen
Český
telekomunikační úřad (ČTÚ), a to na základě ustanovení § 3 zákona č. 127/2005 Sb., o
elektronických komunikacích a o změně některých souvisejících zákonů (zákon o
elektronických komunikacích).
ČTÚ vykonává zajištění správy a účelného využívání rádiových kmitočtů, správu
rádiového spektra, která je v souladu s celosvětovými harmonizačními záměry
Evropských společenství. Rádiovým spektrem se v současné době rozumí elektromagnetické vlny o kmitočtech od 9 kHz do 3 000 GHz šířené prostorem bez zvláštního
vedení.
Správou rádiového spektra se rozumí rozdělení kmitočtů (kmitočtových pásem)
jednotlivým
radiokomunikačním
službám,
které
jsou
celosvětově
definovány
v Radiokomunikačním řádu vydávaným Mezinárodní telekomunikační unií (ITU). Na
národní bázi je sestavení Plánu využití rádiového spektra, udělování individuálního
oprávnění k využívání rádiových kmitočtů, udělování přídělu rádiových kmitočtů,
udělování souhlasu k převodu práv vyplývajících z přídělu rádiových kmitočtů,
přidělování volacích značek a identifikačních čísel a kódů, koordinace rádiových
kmitočtů a kmitočtových pásem a kontrola využívání rádiového spektra. ČTÚ v rámci
správy rádiového spektra odpovídá za jeho optimální využití.
20
Efektivní využívání rádiového spektra vyžaduje mezinárodní koordinaci celé řady
činností. Tato potřeba vedla ke vzniku mnoho mezinárodních organizací a institucí,
jejichž mandát souvisí právě s využíváním rádiového spektra. Na celosvětové úrovni je
zásadní institucí Mezinárodní telekomunikační unie (ITU), dále se specifickými oblastmi
zabývají například Mezinárodní organizace civilního letectví (ICAO), Mezinárodní
námořní organizace (IMO), unie radioamatérů (IARU), Světová organizace obchodu
(WTO) a další. Na evropské půdě je nejdůležitější CEPT – Evropská konference
regulačních orgánů v oblasti pošt a telekomunikací.
Rádiové spektrum je rozděleno na kmitočtová pásma označená vzestupnými
celými čísly, např. dle dále uvedené tabulky. Jednotkou kmitočtu je hertz (Hz) a kmitočty
se např. v Radiokomunikačním řádu vyjadřují:
– v kilohertzích (kHz) od 9 kHz do 27 500 kHz včetně,
– v megahertzích (MHz) od 27,5 MHz do 10 000 MHz včetně,
– v gigahertzích (GHz) od 10 GHz do 3 000 GHz včetně.
Existují i jiná dělení kmitočtů. Podle Plánu přidělení kmitočtových pásem je
dělení následující.
Číslo
pásma N
Symboly
4
5
6
7
8
9
10
11
12
VLF
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF
EHF
---
Rozsah kmitočtů (dolní mez Odpovídající názvy
mimo, horní mez včetně)
pásem
3 až 30 kHz
30 až 300 kHz
300 až 3000 kHz
3 až 30 MHz
30 až 300 MHz
300 až 3000 MHz
3 až 30 GHz
30 až 300 GHz
300 až 3000 GHz
myriametrové
kilometrové
hektometrové
dekametrové
metrové
decimetrové
centimetrové
milimetrové
decimilimetrové
Metrické zkratky
pro pásma
Mam
km
hm
Dm
m
dm
cm
mm
----
Tab. 2.1-1 Kmitočtová pásma
Pro určování pásem platí následující podmínka. Číslo pásma N platí od 0,3 × 10N
Hz do 3 × 10N Hz.
21
3.1 Kmitočtová koordinace versus rádiové rušení [9], [10],
[12]
Rozvoj a využívání radiokomunikačních služeb přináší s sebou řadu technických a
s tím často spojených legislativních problémů. Je-li definována požadovaná chybovost
provozu radiokomunikačního systému, je třeba respektovat technické možnosti použitého
zařízení,
zejména
jeho
odolnost
vůči
rušení
vyvolaného
provozem
jiných
radiokomunikačních zařízení či celých systémů. Zároveň je však také třeba zkoumat
rušení, která může způsobit provoz navrhovaného rádiového zařízení ostatním
radiokomunikačním službám. K pokrytí vysoké poptávky po přidělení kmitočtů je třeba
přistoupit k opakování užívaných kmitočtů. Tím se dostává do popředí otázka stanovení a
kvantifikace kriterií, která mají zajistit možnost vícenásobného využití daného kmitočtu
tak, aby provoz navrhovaného radiokomunikačního zařízení nebyl v požadovaném
prostoru služby rušen ostatními radiokomunikačními provozy, a aby sám takové rušení
nepůsobil. V praxi je možno tento požadavek popsat termíny pasivního a aktivního
rušení.
Typické oblasti výskytu rušení
Pomineme-li rušení průmyslového charakteru, potom rádiová rušení vznikající
provozem systémů radiokomunikačních služeb je možno rozdělit do následujících oblastí:
- rušení mezi systémy uvnitř jediné radiokomunikační služby;
- rušení mezi systémy různých radiokomunikačních služeb;
- rušení na kombinačních kmitočtech generované na nelinearitách radiokomunikačních zařízení nebo podél cesty rádiového přenosu, zejména v blízkosti jejích
koncových bodů;
- rušení vysokofrekvenčním polem v nízkofrekvenčních obvodech (radary,
mobilní telefony systému GSM).
Třetí a čtvrtá oblast je zde rozlišena z demonstračních důvodů, třebaže fyzikální
podstata rušení je v obou oblastech táž - nelinearity.
22
Rámcový rozbor
Pod pojmem radiokomunikační služby je třeba chápat služby definované podle
Článku I Radiokomunikačního řádu (dále jen Řádu). Rušení generovaná stejným druhem
služby nebo též rušení vnitroslužbová jsou dána provozem shodných radiokomunikačních zařízení se shodnými systémovými parametry. Jedná se zejména o
totožnou modulační metodu a podobné nebo totožné systémové parametry přijímače např.
jeho citlivost, požadovaný odstup úrovně užitečného signálu od úrovně signálů rušících,
funkce rozdílu mezi kmitočtem provozním a rušícím. Jako příklad může posloužit
jakékoli rušení vznikající v rámci radiokomunikační služby stejného druhu. Zda dané
radiokomunikační zařízení je či není rušeno, závisí na jeho pracovním kmitočtu fD, na
kmitočtu rušícího signálu fU, na úrovních užitečného (D) a rušícího (U) signálu. Obecně
je možno tuto situaci popsat následovně:
Rušení = fce (D, U, OP)
kde OP (ochranný poměr) je požadovaný minimální rozdíl mezi úrovní užitečného
signálu a signálu rušícího pro kmitočty fD a fU. Tedy:
∆f = fD - fU
a potom OP = fce (∆f)
Dalším možným rušením jsou potom rušení, která vznikají mezi různými druhy
radiokomunikačních služeb. Rušení vznikají v těch kmitočtových pásmech, která jsou
různými druhy radiokomunikačních služeb sdílena. Podle zápisu dané služby v
kmitočtové tabulce se potom může jednat o sdílení mezi službami stejné priority, tedy
sdílení souřadného charakteru, nebo může jedna ze služeb být zapsána jako přednostní a
druhá jako podružná. V druhém případě pak z hlediska rušení služba podružná musí
respektovat službu, která je zapsána jako přednostní. U služeb se stejnými prioritami se
aplikují odsouhlasené koordinační postupy. V případě služeb souřadných je tedy nutno
rušení posuzovat právě tak, jako by se jednalo o rušení vnitroslužbové. V kmitočtových
tabulkách (tabulka Radiokomunikačního řádu; Národní kmitočtová tabulka) je možno ve
většině kmitočtových pásem nalézt sdílení, a tedy potřebu odsouhlasené mezislužbové
koordinace. Při těchto typech koordinací se postupuje vždy specificky podle druhu a
systémových parametrů radiokomunikačních služeb, které dané kmitočtové pásmo sdílejí.
23
Rušení na nelinearitách
V poslední době rychle přibývá případů rušení na kombinačních kmitočtech,
generovaného na nelinearitách radiokomunikačních zařízení a v jejich blízkém okolí.
Prostorové i kmitočtové zahušťování rádiových provozů vede zákonitě ke vzniku rušení
na kombinačních kmitočtech, jehož kvantifikace i odstraňování je velice obtížné. Tato
rušení vznikají kombinací několika kmitočtů (minimálně dvou) na nelinearitách, buď
přímo v napadeném přijímači nebo obecně na kovových přechodech (spojích) v blízkosti
anténního systému (vysílače nebo přijímače), které jsou napadeny korozí. Tak nechtěně
vzniká polovodičový přechod, který se stává zdrojem tohoto typu rušení. Tato rušení je
možno rozdělit do dvou oblastí:
A) intermodulační produkt vznikající kombinací kmitočtů na nelinearitách
kovových konstrukcí,
B) intermodulační produkt daný kombinací kmitočtů vznikající v přijímači
napadeném rušením.
Definujeme je vztahem:
fintermod = f1 + f2 – f3 ,
kde fintermod je intermodulační produkt spadající do rozsahu pracovního kmitočtu
rušeného přijímače, f1, f2, f3 jsou pracovní kmitočty vysílačů, jejichž elektromagnetické
pole způsobuje rušení na kombinačních kmitočtech, přičemž musí platit f1 ≥ f2 > f3.
Rušení typu A je omezeno na společná stanoviště na nichž se rušící kmitočty
provozují, prakticky tam, kde se vysílání provozuje na společném anténním nosiči nebo
na různých nosičích, ale ve vzájemné blízkosti. Jedná se o velice nepříjemné rušení,
neboť může vznikat kombinací různých kmitočtů. Úroveň rušení je potom dána
následující funkcí:
R = N1 + N2 + N3 – MU ,
kde N1; N2; N3 jsou jednotlivé složky rušícího signálu, MU je maximální přípustná
úroveň sumy rušících signálů (lineární superpozice jejich výkonů) na vstupu rušeného
přijímače.
Odstranění rušení typu A je velice obtížné. Je to možné vyloučením jednoho z
rušících kmitočtů ze společného stanoviště. Rušení typu A je ještě o to nepříjemnější,
24
neboť vzniká na korozí napadených kovových přechodech. Tedy nemusí být indikováno,
ale může se objevit až koroze na nosiči i anténních systémech pokročí. Je tedy patrné, že
rušení typu A může být velice proměnlivé v čase a tedy obtížně predikovatelné.
Pro rušení typu B platí stejné kombinační mechanismy rušících kmitočtů.
Napadení přijímače je dáno jeho konstrukcí a jeho odolností před nežádoucím
elektromagnetickým polem. Souhrnně jsou to aspekty jako řešení jeho vstupních obvodů,
celkové odstínění před nežádoucím elektromagnetickým polem, druh používané
modulace a zasazení do prostředí ve kterém má daný přijímač pracovat.
Rušení je potom dáno úrovní signálů, které se na rušení na jednotlivých
kombinačních kmitočtech podílejí. Protože se jedná o rušení, která vznikají v napadeném
přijímači, může být zdroj některého z nich vzdálen od napadeného přijímače i několik
desítek až stovek kilometrů.
Úroveň rušícího signálu v místě vzniku rušení je obecně dána funkcí:
N = fce (ERP, U, R),
kde ERP je vyzářený výkon rušícího signálu, U je útlum rušícího signálu na cestě mezi
jeho zdrojem a místem indikovaného rušení a R je útlum rušícího signálu daný
kmitočtovým rozdílem mezi rušícím signálem a pracovním kmitočtem rušeného
přijímače. Je tedy zřejmé, že útlum u rušícího signálu bude dán jako funkce vzdálenosti a
kmitočtu, tedy:
U = fce (d, f)
Útlum R daný kmitočtovým rozdílem je potom dán jako:
R = fce (∆f).
Velice často dochází k situacím, kdy v jednom místě je indikováno rušení dané
kombinací kmitočtů a o několik kilometrů dále rušení indikováno není, protože poklesla
úroveň jedné komponenty rušícího signálu způsobené útlumem (U). Tato rušení je možno
buď predikovat soustavou výpočtů v předem zadané topologii bodů, nebo dodatečně
zjišťovat
měřením v zájmové oblasti. Tato rušení lze odstranit snížením úrovně
některého z rušících signálů tak, aby v celé zájmové oblasti úroveň sumárního rušení
poklesla pod přípustnou hodnotu.
25
Jedním z obtížně definovatelných rušení je vliv vysokofrekvenčního (vf) pole na
nízkofrekvenční (nf) obvody. Jeho účinky a projevy se velice těžko dají předvídat.
Vzhledem k tomu, že problematika tohoto druhu rušení se nevztahuje na zaměření
diplomové práce, nebudu se tímto tématem dále zabývat a ve výčtu možných rušení je
toto uvedeno pouze z důvodu podání komplexní informace.
3.2 Rušení navigačního prostředku (ILS) rozhlasovými
vysílači VKV [8], [9], [13]
VKV rozhlasové vysílače pracují vzhledem k systému ILS v sousedním
kmitočtovém úseku, na kmitočtech 87,5 – 107,9 MHz. Problém rušení leteckých
navigačních prostředků spočívá v ovlivnění navigačního přijímače na palubě letadla
elektromagnetickým polem vysoké intenzity, které generují rozhlasové vysílače o
výkonech až desítky kW. Toto může způsobit chyby v navigačním přijímači nebo jej
úplně vyřadit z provozu v důsledku zahlcení vysokým výkonem. Navigační přijímač
pracuje ve výškách 0 až 15 000 m nad mořem. Je tak vystaven o mnoho většímu působení
elektromagnetických vln, než kdyby byl umístěný na zemi. Rušení VKV ve vzduchu se
projevuje do větších vzdáleností, než bývá běžně na zemi zvykem, kde se bohatě
uplatňuje zakřivení zemského povrchu a stínění signálu terénem.
Rušení, které z hlediska letecké navigační služby v důsledku VKV vysílání
vznikají, se dělí na rušení způsobena vyzařováním jednoho nebo více rozhlasových
vysílačů do kmitočtového pásma letecké navigace a rušení, které vzniká na navigačním
přijímači vlivem přesycení elektromagnetickým polem nebo kombinací kmitočtů. Tyto
můžeme pro zpřesnění dále rozdělit:
A1) Jeden rozhlasový vysílač může produkovat nežádoucí vyzařování do pásma
letecké navigace. Dva a více rozhlasových vysílačů můžou produkovat intermodulační
komponenty spadající do kmitočtového pásma letecké navigace.
A2) Spektrum rozhlasového vysílání může obsahovat nemalé složky zasahující
pásmo letecké navigace. Toto nastává u kombinace rozhlasového vysílače a navigačního
prostředku, jejichž pracovní kmitočty jsou z obou stran blízké 108 MHz.
B1) Rušení vznikající na elektrických nelinearitách na povrchu letadla a
v navigačním přijímači způsobené minimálně dvěmi kmitočty VKV vysílačů.
26
B2) Zahlcení navigačního přijímače jedním nebo více rozhlasovými signály
v důsledku velkého vysílacího výkonu.
Uvedená rušení mohou ovlivnit přesnost navigačního údaje nebo navigační
přijímač vyřadit z provozu. Tento případ je posádce indikován. Posádka se však již
nedozví o zobrazování chybné informace v důsledku rušení, což může mít fatální
následky. Rušení typu A1 a B1 jsou způsobena takovou kombinací rozhlasových
kmitočtů, kdy jejich intermodulační produkt spadá do pásma letecké navigace.
Rušení druhého řádu vzniká kombinací f1 a f2 a je definováno vztahem
fi = 2 f1 – f2 pro f1 > f2 .
Rušení třetího řádu vzniká kombinací tří rozhlasových kmitočtů
fi = f1+ f2- f3 pro f1 ≥ f2 > f3 , kde
fi je intermodulační kmitočet a f1, f2 a f3 jsou kmitočty rozhlasového vysílače.
V případě rušení A1 se jedná o několik VKV kmitočtů vysílaných z jednoho
stožáru nebo z těsné blízkosti, výpočty ukazují, že maximálně 3 km. Odstranění tohoto
rušení je velmi problematické. Východiskem je zvětšit rozestup stožárů na vzdálenost
větší než 3 km nebo vyloučení jednoho z rušících vysílačů.
Rušení typu B1 jsou dána velkým počtem a vysokými ERP (vyzářený výkon)
rozhlasových vysílačů. Odstranit je lze posouzením úrovní rušících příspěvků
jednotlivých vysílačů a snížením jejich výkonu na úroveň ERP řádově 100W.
V některých případech lze rušení eliminovat úpravou horizontálního vyzařovacího
diagramu antény. Ve skutečnosti však odstranění rušení nebývá jednoduché, protože
v současné době se při výpočtu rušení prostředků letecké navigace zpravidla jedná o
úlohu „přidání prvku do systému“, tzn. do systému VKV vysílačů je třeba umístit ještě
jeden, který svým elektromagnetickým polem nevyvolá v daném prostoru rušení. Bývá
proto velice obtížné upravovat technické parametry již provozovaných vysílačů a tedy ve
většině případů je nutné omezit ERP nebo nepovolit provoz.
V případě rušení typu A2 a B2, kdy se jedná o rušení způsobené pouze jedním
VKV vysílačem, postačuje snížit úroveň ERP rušícího vysílače, případně ho vyřadit ze
systému.
Kriteria plánování kmitočtů uvedená v doporučení ITU – R IS.1009-1 však
neuvažují s intermodulačními produkty dvou a tří signálů pátého řádu (typ B1). Měření
27
ukázala, že intermodulační produkty pátého řádu, která vznikají v přijímači vysíláním
stanic FM, mohou degradovat výkonnost přijímačů ILS, které vyhovují požadavkům výše
uvedeným. Intermodulační produkty pátého řádu se mohou vyskytovat i bez přítomnosti
intermodulačních produktů třetího řádu na stejném kmitočtu ILS. Při plánování kmitočtů
a při vyhodnocování ochrany proti rušení vysíláním rozhlasu FM je třeba brát v úvahu
intermodulační produkty dvou a tří signálů pátého řádu, které se generují v přijímačích
ILS rozhlasovým vysíláním FM.
3.3 Rušení navigačních prostředků ILS – ILS [9], [11]
Vzdušný prostor a jeho kapacita je v jistých místech vyčerpaná, tím dochází ke
snižování veškerých rozestupů na povolené minimum. To vyžaduje stále vyšší přesnost a
preciznost při vykonávání různých manévrů, jako jsou postupy pro vzlet, let v hladině,
přiblížení na přistání a samotné přistání. Vše se odráží na stránce bezpečnosti a
ekonomičnosti letu. Každé pochybení či odklonění od předepsané trajektorie může
znamenat nemalé finanční ztráty nebo ohrožení života. Taktéž naše letiště bývají
kapacitně saturované. Jednou z možností zajištění kvalitního přístrojového vedení až
k přistání a tím i zajištění možnosti přistání za zhoršených meteorologických podmínek je
letištní vybavení pro přesné přiblížení – ILS. Každé mezinárodní letiště disponuje
minimálně jedním systémem ILS. Toto zvyšuje jistotu leteckých dopravců při přistání a
operabilitu letiště v situacích za špatného počasí. Na druhou stranu je zapotřebí
umísťování zařízení ILS důsledně koordinovat vnitrostátně i mezinárodně.
V souvislosti s rušením ILS zařízení navzájem fungují tytéž zákonitosti, které se
projevují v FM rádiovém vysílání VKV. Kursový maják (localiser – LLZ) ILS operuje
v kmitočtovém pásmu 108 MHz – 111,975 MHz. Zákonitosti a poznatky o rušení
uvedené v předešlé kapitole, tzn. rušení VKV vysílání, se plně aplikují i na vysílání ILS
vysílačů.
Konstrukce přijímače zajistí správnou činnost za těch podmínek, kdy úroveň
žádaného signálu převyšuje nejméně o 20 dB úroveň rušivého (nežádoucího) signálu na
stejném kanálu. Úroveň nežádoucího signálu, posunutého o:
- 150 kHz od žádaného signálu, převyšuje žádaný signál nejvýše o 20 dB,
- 300 kHz od žádaného, převyšuje žádaný signál nejvýše o 40 dB.
28
Výpočty vycházejí z předpokladu, že poskytovaná ochrana žádaného signálu před
nežádoucím signálem je 20 dB. To odpovídá změně indikace na hranici užitečného krytí
ILS menší než 15 µA. Přesto, že interferencí žádaného a nežádoucího nosného kmitočtu
může vzniknout záznějový tón, ochranný poměr zajišťuje, že nedojde k ovlivnění
indikace.
Při návrhu umístění nového ILS systému, tzv. přidání prvku do systému, je
zapotřebí dbát minimální separace mezi jednotlivými zařízeními.
Kmitočtová separace
Minimální separace mezi druhým zařízením a
ochranným bodem prvního zařízení (v km). *
Kursový maják
Shodný kmitočet
150
100
50 kHz
9
100 kHZ
0
200 Khz
0
Sestupový
Shodný kmitočet
93
maják
150 kHz
2
300 kHz
0
450 kHz
0
600 kHz
0
* Týká se kursových přijímačů pro 50 kHz dělení ve spojení s přijímači pro 150 kHz
dělení.
Poznámka 1: Uvedené hodnoty vycházejí z předpokladu, že ochranný bod kurzového
majáku leží ve vzdálenosti 46 km a výšce 1900 m, sestupového majáku ve vzdálenosti
18,5 km a výšce 760 m.
Tab. 2.4-1 Požadované separační vzdálenosti mezi ILS zařízeními
3.4 Rušení navigačních prostředků ILS – VOR [8], [11]
VKV všesměrový maják VOR (VHF omnidirectional range) ke své činnosti užívá
část radionavigačního spektra, a to kmitočet od 111,975 MHz po 117,975 MHz
s kmitočtovým rozestupem nosných frekvencí 50 kHz. Existují však případy, kdy může
VOR pracovat v kmitočtovém pásmu ILS, tedy 108 MHz – 111,975 MHz.
Z výše uvedeného lze dovodit, že i činnost zařízení VOR může svou funkcí a
nevhodným umístěním či určením pracovní frekvence ovlivnit systém ILS, jehož
bezproblémová funkce je prioritní.
Úroveň ochrany pro systém ILS a systém VOR je dostatečná, pokud je jejich
odstup 20 dB. V případě provozu na stejném kanálu je pro ochranu systému ILS třeba,
aby VOR byl nejméně 100 km od ochranného bodu ILS.
29
V případě provozu na sousedních kanálech je ochrana systému VOR účinně
zajištěna bez zeměpisné separace daných zařízení. Pokud se jedná o kursový přijímač,
vyžaduje ochrana sytému ILS, aby VOR byl umístěn ve vzdálenosti nejméně 80 km od
ochranného bodu ILS. Ochrana systému ILS proti interferenčnímu rušení zařízením VOR
je nutná, pokud je radiomaják VOR umístěn blízko přibližovacího sektoru ILS. V
takových případech je nutné použít vhodné kmitočtové separace kanálů ILS a VOR, aby
se zamezilo rušení výstupu přijímače ILS možnou křížovou modulací.
3.5 Koordinace [16]
Z důvodu potencionálního rušení letecké navigace je v ČR a evropských zemích
ke každému uvedení VKV vysílače do provozu prováděna koordinace s prostředky
letecké navigace. V ČR jsou prováděny koordinace nejen všech VKV vysílačů
umísťovaný do provozu na území ČR, ale v rámci mezinárodní koordinace i VKV
vysílačů umísťovaných na územích okolních států. Velký počet VKV vysílačů vytváří
rádiové pozadí vysokých úrovní elektromagnetického pole a mnohdy i velice malá změna
v technických parametrech VKV vysílače může způsobit nežádoucí rušení prostředků
letecké navigace. Proto každá, i malá změna již schváleného vysílače, změna výkonu,
stanoviště či anténního diagramu, se může navenek zachovat jako umístění nového prvku
do systému.
V případech, kdy je měněn nebo vyhledáván volný kmitočet pro umístění nového
navigačního prostředku, se tyto služby koordinují nejen mezi sebou navzájem, ale počítá
se i s možným rušením od VKV vysílačů.
Při stále stoupajících požadavcích na vysílání se v ČR blížíme ke stavu nasycení.
Nový VKV vysílač nebo již zvýšení ERP může vyvolat negativní účinky na letecké
navigační zařízení. Rušení ILS systémů ze strany VKV vysílačů je indikováno převážně
ve velkých městech, jako jsou Praha, Brno, Ostrava, České Budějovice a Ústí nad Labem.
Problém je o to závažnější, že v okolí všech těchto měst se nacházejí letiště, ve třech
z nich i s navigačním prostředkem ILS.
S problém rušení navigačních prostředků se potýkají i okolní státy Evropy.
V některých zemích je omezován ERP na maximální hodnotu 500 W u vysílačů, které se
kmitočtem blíží k frekvenci 108 MHz. V Polsku se kmitočty nad 104 MHz používají
30
velice omezeně, Rakousko a Spolková republika Německo řeší problémy koordinace
podobně jako my. Tento přístup umožňuje maximální využití frekvenčního spektra, ale
zároveň vyžaduje maximální kázeň všech provozovatelů VKV vysílačů v dodržování
povolených parametrů.
3.6 Zpětná kontrola [13]
Úřad pro civilní letectví provádí mimo jiné i státní dozor nad kvalitou
radionavigačního prostředí ve vzdušném prostoru ČR. Provádějí se kalibrační lety, během
kterých se měří parametry všech civilních radionavigačních prostředků z důvodu odhalení
případného rušení radionavigačního pásma 108 – 117,975 MHz. Můžou nastat tyto
situace:
- není indikováno žádné rušení, vysílač je uveden do provozu s plným výkonem,
- rušení je indikováno výpočtem v řádu jednotek dB, vysílač je možné provozovat
se sníženým výkonem nebo po provedeném letovém měření a s výkonem, který je
Úřadem potvrzený,
- rušení je indikované výpočtem je vysoké (desítky dB), provozování vysílače není
možné, pouze za předpokladu změny jeho polohy a jiných technických parametrů.
Fyzikální meze odolnosti palubních navigačních přijímačů jsou specifikovány
Přílohou č. 10 (Annex 10) vydanou Mezinárodní organizací pro civilní letectví (ICAO),
která uvádí maximální úrovně složek intermodulačních prostředků 2. a 3. řádu. Úrovně
jsou definovány v dBm na vstupní impedanci 50 Ohm. Platí tedy:
N 1 + N 2 + N 3 + 72 ≤ 0 - pro rozhlasové vysílání v pásmu 107,7 – 108 MHz
108,1 − f max 

N 1 + N 2 + N 3 + 3 ⋅  24 − 20 log

0,4


- pro rozhlasové vysílání v pásmu
pod 107,7 MHz, kde N1, N2, N3 jsou úrovně jednotlivých složek rušení [dBm] a fmax je
kmitočet rozhlasového vysílače nejblíže k ke kmitočtu 108,1 MHz.
Skutečné úrovně signálu jsou dále fyzicky měřeny. Měření probíhá v několika
úrovních a vzdálenostech od vysílače, hodnoty jsou během letu vyhodnocovány
spektrálním analyzátorem, který je připojen na přijímací anténu namísto navigačního
31
zařízení. Vhodné impedanční přizpůsobení zabezpečí vysokou přesnost naměřených
hodnot.
4 Stávající radionavigační zařízení, jako výchozí
parametr pro umístění prvku do systému
Jak již bylo dříve napsáno, tato práce má za úkol navrhnout optimální frekvenci
systému ILS na letišti Praha-Ruzyně za předpokladu, že nedojde k rušení se stávajícím
navigačním systémem a rovněž nebude vystavena rušení ze strany VKV vysílání.
Pro vhodné posouzení této situace a nalezení „volného“ kmitočtu pro ILS je
zapotřebí vyhodnotit stávající obsazenost kmitočtového spektra určeného pro leteckou
radionavigaci. ILS zařízení pracuje na kmitočtech mezi 108 MHz a 111,975 MHz.
V tomto rozmezí je zapotřebí provést koordinaci s ostatními navigačními zařízeními
využívajícími tuto část leteckého radionavigačního spektra.
Situaci je zapotřebí posuzovat nejen v národním měřítku, nýbrž i mezinárodně.
Dle kapitoly 3.3 je zřejmé, že v případě nutnosti použít stejný kmitočet u nového ILS jako
je již užitý u existujícího ILS na sousedním letišti v ČR či přilehlém státě, je zapotřebí
uvažovat s minimální vzdáleností mezi novým ILS a ochranným bodem existujícího ILS.
Vzdálenost musí být minimálně 150 km. Ochranný bod je umístěný na konci vyzařovací
charakteristiky ILS(existující), u kursového majáku ve vzdálenosti 46 km a u sestupového
majáku 18,5 km od antény. Jedná se o bod, který je umístěn ve vzdálenosti, kde
elektromagnetické pole nabývá hraniční hodnoty rozeznatelnosti. Za tímto bodem už není
nutné, aby navigační počítač na palubě letadla indikoval příjem ILS signálu.
Do výběru letišť byly zahrnuty pouze ty, které svou vzdáleností a navigačním
vybavení mohou plánovaný ILS omezit. Z výše uvedeného důvodu je zapotřebí počítat
s následujícími civilními letišti v ČR – letiště Praha, Brno, Karlovy Vary, Pardubice a
Vodochody, a vojenskými letišti – letiště Kbely, Náměšť a Čáslav.
Ze zahraničních letišť může při koordinaci hrát roli pouze letiště ve Spolkové
republice Německo, a to sice letiště Dresden.
Mimo letiště a jejich navigační vybavení, které je zapotřebí do koordinace
zahrnout, jsou zde navíc traťové navigační zařízení, které jsou rozmístěny tak, aby
32
pokrytím obsáhly celé území státu a slouží výhradně k navigaci za letu. Zařízení na které
je nutné pro účely této práce brát zřetel jsou tyto: v ČR – Neratovice (VOR/DME) a
ve Spolkové republice Německo – Straubing (VOR) a Altenburg (VOR).
4.1 Letiště Praha-Ruzyně [14]
Letiště Praha Ruzyně je vybaveno dvěmi přistávacími dráhami, které se označují
podle kursu, který svírají s magnetickým severním pólem.
Hlavní dráha je označená 06/24, tedy z jedné strany se provádí start či přistání
v kursu 60° a z druhé 240°. Je dlouhá 3 715 m a široká 45 m. Tato dráha je v obou
směrech vybavena navigačním prostředkem pro přesné přiblížení ILS, tedy dvakrát
kursový maják (LOC – localiser) umístěn na obou koncích dráhy a dvakrát sestupový
maják (GP – glide path) umístěn na protilehlých koncích oproti kursovému majáku,
minimálně 120 m kolmé vzdálenosti vzdálen od osy dráhy. Kursový maják a sestupový
maják spolu tvoří neoddělitelný pár, který je dále doplněn zařízením DME – měřič
vzdálenosti.
Vedlejší dráha označovaná jako 13/31 je dlouhá 3 250 m a široká rovněž 45 m.
Vedlejší dráha je také vybavena systému ILS na obou stranách.
Paralelní dráha je souběžná s hlavní dráhou, tedy 06/24, její označení bude
06R/24L. Tato dráha má být vybavena pro přesné přiblížení CAT III. Dráha bude po obou
stranách vybavena systémem ILS/DME. Nalezení pracovních frekvencí obou ILS je
cílem této práce. Oboustranným vybavením dráhy systémem ILS bude zajištěno bezpečně
přistání i za špatných meteorologických podmínek z obou stran dráhy. Možnost přistání
z dvou stran se ukáže jako velké plus v případech silných větrů. Platí pravidlo, že letadlo
vždy přistává či startuje proti větru. Západovýchodní směrování dráhy je právě z důvodu
převládajícího západního proudění.
33
Obr. 4.1-1 Aktuální stav umístění navigačních prvků ILS na letišti Praha-Ruzyně
se zanesením paralelní dráhy a k ní náležících navigačních prvků ILS
Legenda k obrázku 4.1-1:
1
kursový maják pro přistání na dráhu 24 (LOC 109,100 MHz)
2
sestupový maják s měřičem vzdálenosti DME pro přistání na dráhu 06
(GP/DME 331,550 MHz)
3
kursový maják pro přistání na dráhu 31 (LOC 109,500 MHz)
4
sestupový maják s měřičem vzdálenosti DME pro přistání na dráhu 24
(GP/DME 331,400 MHz)
5
kursový maják pro přistání na dráhu 06 (LOC 111,150 MHz)
6
sestupový maják pro přistání na dráhu 13 (GP 333,650 MHz)
7
VOR maják (112,600 MHz)
8
sestupový maják s měřičem vzdálenosti DME pro přistání na dráhu 31
(GP/DME 332,600 MHz)
34
9
kursový maják pro přistání na dráhu 13 (LOC 109,950 MHz)
10
koordinovaný kursový maják pro přistání na dráhu 24L
11
koordinovaný sestupový maják pro přistání na dráhu 06R
12
koordinovaný kursový maják pro přistání na dráhu 06R
13
koordinovaný sestupový maják pro přistání na dráhu 24L
Výše uvedený obrázek zobrazuje situační plánek v měřítku 1:15 000 se zanesením
všech vzletových a přistávacích drah. V blízkosti drah jsou zvýrazněna místa, kde jsou
umístěny antény – kursový maják, sestupový maják, DME a VOR (body 1 – 9). Je zde
rovněž zobrazena lokalizace paralelní dráhy a dvou systémů ILS, které sestávají z dvou
párů kursového majáku a sestupového majáku (body 10 – 13). S větším rozlišením je
situační plánek umístěn v Přílohové části této práce.
Níže je uvedená tabulka s výčtem navigačních prostředků jimi užívaných kmitočtů
na letišti Praha-Ruzyně. Kursový maják, sestupový maják a zařízení DME mají pracovní
kmitočty zpřažené dohromady.
Druh zařízení, CAT ILS
LOC 06 - ILS CAT I
DME 06
LOC 24 - ILS CAT III
DME 24
LOC 31 - ILS CAT I
DME 31
LOC 13 - ILS CAT I
DME 13
Kmitočet
111,150 MHz
111,150 MHz / 1 072 MHz *
109,100 MHz
109,100 MHz / 1 050 MHz*
109,500 MHz
109,500 MHz / 1 056 MHz*
109,950 MHz
109,950 MHz / 1 060 MHz*
Tab. 4.1-1 Seznam kmitočtů podléhajících koordinaci
DME ve skutečnosti pracuje na odlišném kmitočtu než kursový maják, vzhledem
k tomu, že se jedná o doplnění systémů ILS jsou frekvence DME, kursového a
sestupového majáku dohromady svázány. Pilotovi pak stačí na palubním počítači naladit
pouze frekvenci kursového majáku.
35
4.2 Letiště a navigační prostředky do vzdálenosti 200 km
od ILS Praha-Ruzyně [14], [15]
Jak bylo dříve napsáno, při kmitočtové koordinaci navigačního zařízení ILS
operujícího ve VKV pásmu je nutno dbát na rozestupy mezi jednotlivými zařízeními.
V případě, že by se měla použít totožná frekvence, je minimální vzdálenost těchto dvou
antén cca 200 km. Toto určuje Mezinárodní organizace pro civilní letectví Přílohou č. 10
k Úmluvě o mezinárodním civilním letectví [11].
V následujících kapitolách jsou uvedená letiště, jejich navigační prostředky, a
traťové navigační prostředky, podle následujících kritérií:
- navigační prvek leží 200 km od prvku ILS na letišti Praha-Ruzyně;
- navigační prvek pracuje na kmitočtu v rozmezí 108 MHz až 111,975 MHz.
K nalezení výše uvedených kritérií byl užitý dokument COM 3, který vydává
Mezinárodní organizace pro civilní letectví ICAO
-
evropská a severoatlantická
kancelář. Dokument uvádí výčet všech na navigačních zařízení a jejich technických
specifikací všech států dané oblasti.
4.2.1 Letiště podléhající koordinaci
Letiště v okolí 200 km od Prahy-Ruzyně, resp. systému ILS, který je novým
prvkem a je třeba ho zkoordinovat, jsou civilní letiště - Brno, Karlovy Vary, Pardubice,
Vodochody a Dresden (SRN); vojenská letiště - Kbely, Náměšť a Čáslav.
Pro účely této práce nemá význam uvádět technické parametry jednotlivých letišť.
Ke koordinaci je zapotřebí znalost pouze pracovních kmitočtů ILS, ILS/DME, případně
VOR a jejich výkon, který je u všech osazovaných ILS konstantní, a to 29 W.
Brno Tuřany
Druh zařízení, CAT ILS
VOR/DME
LOC 28 - ILS CAT I / DME 28
Kmitočet
113,900 MHz *
111,500 MHz *
Tab. 4.2-1 Popis navigačního zařízení ILS letiště Brno Tuřany
36
Karlovy Vary
Druh zařízení, CAT ILS
LOC 29 – ILS CAT I / DME
Kmitočet
111,550 MHz *
Tab. 4.2-2 Popis navigačního zařízení ILS letiště Karlovy Vary
Pardubice
Druh zařízení, CAT ILS
LOC 27 / DME
Kmitočet
109,350 MHz *
Tab. 4.2-3 Popis navigačního zařízení ILS letiště Pardubice
Vodochody
Druh zařízení, CAT ILS
LOC 28 – ILS CAT I / DME
Kmitočet
110,750 MHz *
Tab. 4.2-4 Popis navigačního zařízení ILS letiště Vodochody
Kbely
Druh zařízení, CAT ILS
LOC 24 – ILS / DME
Kmitočet
108,350 MHz *
Tab. 4.2-5 Popis navigačního zařízení ILS vojenského letiště Kbely
Náměšť
Druh zařízení, CAT ILS
LOC 31 – ILS / DME
Kmitočet
111,350 MHz
Tab. 4.2-6 Popis navigačního zařízení ILS vojenského letiště Náměšť
Čáslav
Druh zařízení, CAT ILS
LOC 32 – ILS / DME
Kmitočet
111,750 MHz *
Tab. 4.2-7 Popis navigačního zařízení ILS vojenského letiště Čáslav
37
* DME pracuje na odlišných kmitočtech než kursový maják, ale jeho frekvence je
svázána s frekvencí kursového majáku.
Dresden - SRN
Druh zařízení, CAT ILS
LOC – ILS CAT I
VOR/DME
LOC – ILS CAT III
Kmitočet
109,700 MHz
114,350 MHz
110,500 MHz
Tab. 4.2-8 Popis navigačního zařízení ILS letiště Dresden v SRN
112 km
97 km
16 km
20 km
¨
106 km
82 km
170 km
200 km
Obr. 4.2-1 Letiště podléhající koordinaci
Na obrázku jsou znázorněna všechna letiště, jejichž navigační zařízení podléhají
koordinaci s navrhovaným systémem ILS na letišti Praha-Ruzyně. Jsou zařazeny i
výpočty vzdáleností pro představu, s jakou mírou se budou vzájemné navigační
prostředky ovlivňovat. Na základě skutečností uvedených v Annexu 10 vydaném
Mezinárodní organizací pro civilní letectví [11] jsou pro účely této práce vybrány a
38
posuzovány letiště s maximální vzdáleností 200 km od letiště Praha-Ruzyně. Letiště
Brno-Tuřany dosahuje právě vzdálenosti 200 km od plánovaného ILS v Praze. Z toho
vyplývá, že v případě užití totožného kmitočtu se plánovaný ILS v Praze-Ruzyni a ILS
v Brně nemohou rušit, neboť je dodržený rozestup 150 km mezi kursovým majákem
plánovaného ILS a ochranným bodem stávajícího ILS v Brně a připočtená vzdálenost 46
km mezi kursovým majákem v Brně a jeho ochranným bodem. Pro upřesnění je uveden
obrázek popisované situace.
ILS Praha-Ruzyně, ochranný
kursový maják
ILS Brno - Tuřany,
kursový maják
bod
150 km
46 km
Obr. 4.2-3 Znázornění potřebné vzdálenosti pro umístění dvou ILS vysílačů
vysílajících na stejném kmitočtu
Z důvodu objasnění a názorné ukázky dvousetkilometrové vzdálenosti byl
navigační prostředek ILS Brno-Tuřany zařazen do posuzovaných letišť.
4.2.2 Navigační a traťové zařízení podléhající koordinaci
Rovněž je zapotřebí ke správné a úplné koordinaci a nalezení nového kmitočtu pro
ILS Praha-Ruzyně počítat s traťovými navigačními prostředky. Jsou to radiomajáky, které
slouží pilotům k orientaci při letu po trati. Jedná se převážně o majáky typu VOR či NDB
(Non Directional Radio Beacon) samostatně nebo v kombinaci s měřičem vzdálenosti
DME. Do uvažované oblasti 200 km od ILS Praha-Ruzyně spadají majáky Neratovice,
Straubing a Aletenburg.
39
Navigační traťové zařízení pracující v kmitočtovém pásmu ILS
Druh traťového zařízení
Neratovice (ČR) – VOR/DME
Straubing (SRN) – VOR
Altenburg (SRN) – VOR
Kmitočet
108,350 MHz
111,600 MHz
108,700 MHz
Tab. 4.2-9 Výčet traťových navigačních zařízení, které spadají do oblasti 200 km
od ILS Praha-Ruzyně
Obr. 4.2-2 Zobrazení posuzovaných letišť a traťových zařízení
Výše uvedený obrázek názorně ukazuje geografické rozmístění letišť a traťových
zařízení vzdálených maximálně 200 km od letiště Praha-Ruzyně. V ČR, Spolkové
republice Německé, Rakousku či Polsku se traťových navigačních zařízení ležících ve
200 km vzdálenosti od letiště Praha-Ruzyně nachází více, nicméně jsou to zařízení, která
užívají jiných pracovních kmitočtů, odlehlých od kmitočtů užívaných ILS.
Jedná se například o nesměrový radiomaják NDB (Non Directional Radio
Beacon). Vysvětlení principu funkce tohoto zařízení není předmětem této práce,
postačující je skutečnost, že NDB pracuje mezi kmitočty 190 kHz až 1 750 kHz, nebo
zařízení VOR, které využívá kmitočtů mezi 111,975 MHz až 117,975 MHz. Systém ILS
40
ke své činnosti užívá část leteckého radionavigačního spektra mezi 108 MHz až 111,975
MHz.
Z výše uvedeného důvodu nebylo zapotřebí mezi posuzované traťové navigační
prvky zařazovat všechny ty, které se nacházejí v 200 km vzdálenosti od letiště Ruzyně.
Vzdálenost posuzovaných navigačních prvků
Vzdálenost mezi navigačními zařízeními
Praha Ruzyně – Vodochody
Praha Ruzyně – Kbely
Praha Ruzyně – Neratovice
Praha Ruzyně – Čáslav
Praha Ruzyně – Karlovy Vary
Praha Ruzyně – Pardubice
Praha Ruzyně – Dresden (SRN)
Praha Ruzyně – Altenburg (SRN)
Praha Ruzyně – Náměšť
Praha Ruzyně – Straubing (SRN)
Praha Ruzyně – Brno Tuřany
Vzdálenost
16 km
20 km
38 km
82 km
97 km
106 km
112 km
157 km
170 km
184 km
200 km
Tab. 4.2-10 Vzdálenost mezi ILS Praha-Ruzyně a ostatními posuzovanými
navigačními zařízeními
5 Kmitočtová koordinace systému ILS paralelní
dráhy na letišti Praha-Ruzyně
Již bylo řečeno dostatek informací k tomu, aby se dala spolehlivě provést
koordinace, tedy stanovení kmitočtu, který bude respektovat stávající kmitočtové
rozdělení v České republice i blízkém zahraničí. Kmitočet budu stanovovat dvěmi
způsoby, přitom vycházet ze sávajícího rozdělení kmitočtů a respektovat všechny
pravidla dříve uvedené. Naleznu frekvenci, která bude vyhovující pro ILS paralelní dráhy.
Druhý způsob bude spíše kontrolní, a to s využitím sofistikovaného software určeného
přímo pro tuto činnost.
41
5.1 Stanovení frekvence ILS paralelní dráhy 06R/24L –
Praha-Ruzyně
Pro usnadnění popisu a lepší pochopení si ILS paralelní dráhy 06R/24L letiště
Prahy-Ruzyně označím ILSN.
Ke spolehlivému stanovení frekvence pro navigační zařízení ILSN využiji údaje o
stávajících navigačních prostředcích, které se nacházejí v maximální vzdálenosti 200 km
od umístění systému ILS pro paralelní dráhu. Jednotlivé obsazené kmitočty pro lepší
orientaci zobrazím graficky a z grafu rovněž odečtu hodnoty, které by bylo možné pro
ILSN využít.
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
108,0
108,1
108,2
108,3
108,4
108,5
108,6
108,7
108,8
108,9
109,0
109,1
109,2
109,3
109,4
109,5
109,6
109,7
109,8
109,9
110,0
110,1
110,2
110,3
110,4
110,5
110,6
110,7
110,8
110,9
111,0
111,1
111,2
111,3
111,4
111,5
111,6
111,7
111,8
111,9
112,0
Vzdálenost k umístění ILS se shodnou
frekvencí [km]
Zobrazení využití kmitočtů
Kmitočet [MHz]
Obr. 5.1-1 Zobrazení využití kmitočtového spektra a minimální potřebná
vzdálenost rozestupu navrhovaného a existujícího ILS zařízení v případě vysílání
na stejném kmitočtu
Výše uvedený graf zobrazuje využití jednotlivých kmitočtů. Výška amplitudy je
závislá na vzdálenosti, která schází k tomu, aby bylo možné daný kmitočet pro ILSN
42
Vzdálenost k umístění ILS se shodnou frekvencí [km] .
použít. Např. kmitočet 109,7 MHz je využitý pro ILS na letišti Dresden, které je od ILSN
vzdáleno 112 km. V případě použití kmitočtu 109,7 MHz pro ILSN toto není možné,
neboť není dodržená vzdálenost jednotlivých antén kursových majáku 200 km, chybí
k tomu 88 km, které zobrazuje špička při hodnotě 109,7 MHz.
100
80
60
40
20
109,9
109,8
109,7
109,6
109,5
109,4
109,3
109,2
109,1
109,0
108,9
108,8
108,7
108,6
108,5
108,4
108,3
108,2
108,1
108,0
0
Kmitoč
Obr. 5.1-2 Ukázka grafického zobrazení ILS Dresden – 109,7 MHz, ve vzdálenosti
112 km od ILSN
Z výše uvedeného grafického zobrazení obsazených kmitočtů lze snadno vyčíst
kmitočty, které pro ILSN přicházejí v úvahu. Je však zapotřebí vzít v úvahu skutečnost, že
odstup mezi jednotlivými nosnými při použití DME činí 200 kHz a při použití ILS 50
kHz. Vzhledem k tomu, že se tyto zařízení užívají v kombinaci, tzn. v páru, je zapotřebí u
každé již užívané frekvence počítat s odstupem 200 kHz na obě strany.
Z grafu – za použití pravidel pro stanovování kmitočtů pro zařízení ILS lze odečíst
následující kmitočty.
1.
108.100 MHz
2.
108,150 MHz
3.
110,150 MHz
4.
110,950 MHz
43
5.
111,950 MHz
Výše uvedené frekvence nejsou v kolizi se stávajícími navigačními zařízeními,
nicméně není možné použít kteroukoliv frekvenci pro ILSN. Důvodem je nutné posouzení
s VKV rádiovým vysíláním z důvodu výskytu intermodulačních složek 2. nebo 3. řádu.
Mezinárodní organizace pro civilní letectví ICAO doporučuje rovněž prověřovat
intermodulační složky 5. řádu. Toto posouzení je nutno provést speciálním softwarem,
který vyhledává jednotlivé složky a zjišťuje, zda by k rušení došlo.
5.2 Kontrolní určení frekvence pro ILSN pomocí softwaru
Ke kontrolnímu určení použitelného kmitočtu pro ILSN byl použitý software
MANIF 6.0x, který vyvinula Evropská organizace pro bezpečnost leteckého provozu
EUROCONTROL právě pro účely kmitočtové koordinace. Princip činnosti software je
jednoduchý. Spočívá v obhospodařování elektronické databáze všech navigačních
prostředků a jejich hlavních technických parametrů jako druh zařízení, pracovní kmitočet,
geografické umístění, vysílací výkon, krytí a jiné. Následně při zadání prvku a lokality,
pro který se hledá kmitočet, dojde k propočtení všech kmitočtů v souvislosti s jejich
obsazením a krytím zařízení, které je případně užívá. Princip algoritmu je prakticky
totožný, jak bylo ukázáno v předešlé kapitole. Výhodou tohoto softwaru je, že dokáže
obhospodařovat databázi s tisíci prvky a v krátké době je dokáže spolehlivě vyhodnotit.
Jeho slabým místem je naopak skutečnost, že neaktuálnost databáze může způsobit
chybný výpočet. Systém aktualizování není prováděn automaticky, ale je třeba jej provést
ručně.
Po vytvoření zadání a vložení vstupních požadavků, kterými jsou optimální
frekvence pro ILSN na dráhu 06R/24L, určení umísťovaného zařízení (kombinace zařízení
ILS/DME), vysílací výkon - 29 W a geografické umístění - 500600N 141600E, software
vyhodnotil zadání a porovnal se stávajícími, již existujícími zařízeními, následně vypsal
vyhovující kmitočty. Viz obrázek.
44
Obr. 5.2-1 Zadání vstupních parametrů pro vyhledávání v software MANIF 6.0x
Obr. 5.2-2 Výpis nalezených frekvencí
Výše je uveden výpis nalezených frekvencí, které v pásmu pracovních kmitočtů
ILS přicházení v úvahu pro plánovaný ILS na Ruzyni. Je třeba však dodat, že tyto
kmitočty je zapotřebí ještě posoudit v souvislosti s rušením vůči VKV radiovému
vysílání. V přílohové části této diplomové práce dále uvádím výpis všech kolizních
frekvencí, které nemohly být použity.
45
5.3 Nedokonalost
hledání
frekvence „ruční“
metodou
oproti softwaru MANIF 6.0x
Jsou patrné rozdíly mezi kmitočty nalezenými „ručně“, tedy z odečtu grafu, a
kmitočty nalezené softwarem MANIF. Důvodem je skutečnost, že software do výpočtů
zahrnuje i směrovou charakteristiku vysílací antény. 200 km vzdálenost odstupu
jednotlivých antén s totožnou frekvencí není dodržená v celých 360°. Vyzařovací diagram
je při výběru kmitočtů zohledněn, což způsobilo drobné odchylky v kmitočtech
nalezených „ručně“ a softwarem.
Nalezené frekvence „ručně“
108,100 MHz
108,150 MHz
110,150 MHz
Nalezené frekvence pomocí software
108,100 MHz
108,150 MHz
110,100 MHz
110,300 MHz
110,350 MHz
110,550 MHz
110,700 MHz
110,950 MHz
110,900 MHz
111,700 MHz
111,900 MHz
111,950 MHz
111,950 MHz
Tab. 5.3-1 Rozdíly v nalezených kmitočtech
Směrovost jednotlivých vysílacích antén systému ILS, které jsou při výpočtu
použity, jsou zobrazeny na následujícím obrázku. Na obrázku však nejsou zobrazeny
všesměrové antény VOR a DME.
46
Obr. 5.4-1 Směrovost ILS vysílacích antén užitých při výpočtu
5.4 Proces přidělení kmitočtu
Kmitočtové pásmo pro leteckou navigaci, které je dle Plánu předělení
kmitočtových pásem určeno mezi kmitočty 108 MHz a 117, 975 MHz má ve správě
Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO). Tato organizace rovněž vede
databázi všech již přidělených kmitočtů a charakteristiky antén na nich operující. Na
základě toho pak vydává kmitočtové tabulky COM 2, COM 3, COM 4 a COM 5.
COM 2 – letecká telekomunikace,
COM 3 – letecká radionavigace (ILS, VOR, DME, MLS),
COM 4 – letecká navigace na dlouhých a středních vlnách (NDB),
COM 5 – letecká záchranná služba – jako u COM 2 a COM 3.
1.
Na národní úrovni podá žadatel žádost na Ministerstvo dopravy o přidělení
frekvence.
47
2.
Ministerstvo provede koordinaci s národními leteckými navigačními a
telekomunikačními zařízeními, jak je popsáno v předešlých kapitolách.
Koordinace se provádí rovněž vůči VKV radiovému vysílání, z důvodu
výskytu možných intermodulačních složek 2. nebo 3. řádu.
3.
Na národní úrovni vybraný kmitočet musí být dále zkoordinován
mezinárodně. Prostřednictvím ICAO je deklarována žádost o mezinárodní
koordinaci, s termínem vznesení námitek do 30 dnů od zveřejnění data
žádosti. Do tohoto termínu musí dotčená správa vznést námitky. Pokud tak
neučiní má se za to, že s kmitočtovým návrhem souhlasí. V případě vznesení
námitek, dochází k diskusi a hledání řešení přídělem jiného kmitočtu,
respektive úpravou technických parametrů zamýšleného kmitočtového
přídělu. Takto upravený návrh kmitočtového přídělu je opět podroben plné
mezinárodní koordinaci.
4.
V případě, že je kmitočet nekonfliktní i na mezinárodní úrovni, je dále
postoupen organizaci ICAO, která jej oficiálně přidělí danému leteckému
navigačnímu či telekomunikačnímu prvku a kmitočet je zapsán do registru
kmitočtů (tabulka COM 3).
5.
ICAO vydá změnu patřičné COM tabulky.
5.5 Testování nalezených kmitočtů na rušení ze strany VKV
radiového vysílání
K tomuto úkolu byl použitý software AeroLab a RadioBase (databáze VKV
vysílačů), který byl vyvinut v TESTCOM Praha. Software pracuje s databázemi VKV
rozhlasových vysílačů operujících v České republice, Polsku, Německu, Slovensku,
Rakousku a Maďarsku. Databáze má okolo 4 000 položek. Hlavní předností tohoto
programu je dovednost počítat rušení A1, A2, B1 a B2 (viz kapitola 3.2) v závislosti na
konkrétních technických parametrech jednotlivých vysílačů. Nalezení intermodulačních
komponentů, které vznikly spojením dvou nebo tří kmitočtů a projeví se v leteckém
radionavigačním pásmu.
Zadání spočívalo v určení zařízení ILS, které má být z hlediska nežádoucího
rušení zkoumáno, tedy o geografické umístění antény, dráhy, kde bude použitá, určení
48
směru vyzařování, typu zařízení a stanovení požadavků na výpočet (jaké typy rušení se
mají vypočíst, model navigačního přijímače,…). K testování rušení byla zvolena
frekvence 108,150 MHz pro dráhu 24L.
Obr. 5.5-1 Výpis zadání programu AeroData
Při stanoveném směru vyzařování a určené frekvenci byl výstup výpočtu
negativní. Na kmitočtu 108,150 MHz se projevily v hojné míře všechny typy rušení (A1,
A2, B1 a B2). Z výpisu je rovněž možné vyčíst, které vysílače na kterých kmitočtech se
negativně projevují a jaký typ rušení vytvářejí, včetně číselné hodnoty v dB, která udává
teoretickou hodnotu rušení.
Obr. 5.5-2 Výpis výsledku – projev rušení typu A1, A2 a B1 pro stanovený
kmitočet 108,150 MHz
49
Tomuto výpočtu byly podrobeny všechny kmitočty, které se z pozice rušení ILSILS zdály být vhodné (uvedené v předešlé kapitole). Nicméně ve všech případech se zde
vyskytuje rušení, které by negativně působilo na směrové vedení letadla nebo palubní
zařízení. Byly proto vytipovány kompromisní kmitočty, které program označil jako
rušení, nicméně při bližšímu zkoumání zdroje rušení se ukázalo, že ILS má být rušený
intermodulační složkou vysílače Liepzig (104,9 MHz), vysílače Wroclaw (104,9) a
vysílače Beroun (107.7 MHz).
Vzhledem k tomu, že software AeroLab zpracovává šíření elektromagnetických
vln pouze nad rovným terénem, je zapotřebí rušení od vzdálenějších vysílačů posuzovat i
na základě profilu terénu a zakřivení zeměkoule programem RadioLab. U vysílačů
Liepzig (SRN) a Wroclaw (PL) se dále ukázalo, že útlum terénu bude dostatečný a
predikované rušení se v reálném prostředí neprojeví.
Jako optimální se z tohoto důvodu jeví kmitočty 110,550 MHz a 111,900 MHz.
Tedy pro ILS na dráze 24L je to kmitočet 111,900 MHz a pro ILS na dráze 06R je to
110,550 MHz.
V případě, kdy není možné nalézt kompromisní řešení a všechny nabízené
kmitočty se jeví jako rušené, je zapotřebí provést měření v terénu a měření za letu, kde se
zkoumá reálný stav rušení. Jestliže letové měření neprokáže rušení, je možno daný
kmitočet použít. Pokud se rušení při letovém měření projeví, je zapotřebí hledat jiný
kmitočet pro zařízení ILS nebo provést změny v síti VKV vysílačů (úprava technických
parametrů vysílačů, vyloučení jednoho rušícího kmitočtu VKV vysílače).
Závěr
Kmitočtové spektrum je v poslední době stále více přetěžováno množstvím služeb
a poskytovatelů. V této souvislosti je stále větší problém spojený s přidělováním volných
kmitočtů. Spektrum letecké radionavigace je přísně střeženo Mezinárodní organizací pro
civilní letectví, ale přesto zde dochází k průnikům rušení ze strany VKV radiových
vysílačů.
Nalezení volného kmitočtu, jeho koordinace na národní a mezinárodní straně, a
dále jeho přidělení je složitý proces a ne vždy je zakončen úspěšně. Mnohdy výsledek
závisí na kompromisním řešení jednoho či více již existujících provozovatelů.
50
V případě navigačního systému ILS pro paralelní vzletovou a přistávací dráhu
v Praze-Ruzyni bylo možné vhodný kmitočet nalézt. Popsání stávající situace v oblasti
obsazenosti kmitočtů leteckého radionavigačního spektra a následné vytipování vhodných
neobsazených kmitočtů vedlo ke zúžení výběru, který byl dále podroben koordinaci
s VKV radiovým vysíláním.
Výsledkem této práce jsou stanovené kmitočty, které jsou vhodné pro
bezkonfliktní provoz dvou systémů ILS pro dráhu 06R a 24L. Kmitočty byly podrobeny
vnitroslužbové
i
mezislužbové
koordinaci.
Dá
se
proto
s vysokou
mírou
pravděpodobnosti očekávat jejich úspěšné užívání. Pro kursový maják dráhy 06R se jedná
o kmitočet 110,550 MHz a kursový maják dráhy 24L kmitočet 111,900 MHz.
51
Seznam použité literatury
[1]
Mazánek, M., Pechač, P., Vrba, J. Základy antén, šíření vln a mikrovlné techniky.
1. vydání ČVUT Praha: 2008.
[2]
Mazánek, M., Pechač, P. Šíření elektromagnetických vln a antény. 2. vydání
ČVUT Praha: 2004.
[3]
Zákon č. 127/2005 Sb., o elektronických komunikacích a o změně některých
souvisejících zákonů (zákon o elektronických komunikacích), ve znění pozdějších
přepisů.
[4]
Vlastnosti antén pro VKV [online]. [cited 2009-02-27]. Dostupné na WWW:
<http://elnika.sweb.cz/radia/radia.html>.
[5]
Šebesta, J. Radiolokace a radionavigace. Brno: MJ Servis, s.r.o., 2004.
[6]
Základy radionavigace – ILS [online]. 2006 [cited 2009-03-15]. Dostupné na
WWW: < www.vacc-cz.org/download/download.php?file=175>.
[7]
Volner, R. Radionavigace 1. Ostrava: VŠB – Technická univerzita Ostrava, 2008.
[8]
Valenta, J. Interakce mezi leteckým provozem a VKV vysíláním. Konference
Radiokomunikace 2001. Pardubice: Unit, 2001.
[9]
Valenta, J. Dnešní pohled na rádiové rušení. Konference Radiokomunikace 2004.
Pardubice: Unit, 2004.
[10]
Radiokomunikační řád ITU (Radio Regulations). Ženeva: 2004.
[11]
Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO). Annex 10 to the Convention
on International Civil Aviation: International telecommunications (L 10:
Radionavigační prostředky). Montreal: ICAO, 2007.
[12]
Doporučení ITU: Recommendation ITU-R SM.1009-1 Compatibility between the
sound-broadcasting service in the band of about 87-108 MHz and the
aeronautical services in the band 108-137 MHz. ITU, 1993-1995.
[13]
Najman, M. Interakce mezi leteckým provozem a VKV vysíláním – metodika
měření. Konference Radionkomunikace 2001. Pardubice: UNIT, 2001.
[14]
Ministerstvo dopravy. Letecká informační příručka: AIP – Aeronautical
Information Publication. Praha: Letecká informační služba, 2009.
52
[15]
ICAO, EUROCONTOL. COM 3: Assignments of international and national
frequency to radio navigation aids. Paris, 2008.
[16]
Český telekomunikační úřad. Plán přidělení kmitočtových pásem. Praha, 2004.
53
Čestné prohlášení
Čestně prohlašuji, že jsem zadanou diplomovou práci vypracoval samostatně pod
vedením vedoucího diplomové práce doc. Ing. Jánem Dúhou, PhD. a používal jsem pouze
literaturu uvedenou v této práci.
Souhlasím s půjčováním diplomové práce.
V Žilině 6. května 2009.
………………………
David Harok
54
Přílohová část
Výpis software MANIF 6.0x kolizních frekvencí, které nemohou být pro
plánovaný systém ILS na letišti v Praze – Ruzyni použity.
--------------------------------------------------------Assignment performed : CZE
26 108.100 PRAHA/R
ID ILS-DME
--------------------------------------------------------110.100
Compatible
110.300
Compatible
110.350
Compatible
110.550
Compatible
110.700
Compatible
110.900
Compatible
111.900
Compatible
111.950
Compatible
--------------------------------------------------------111.750
Incompatible (1)
108.300
Incompatible (1)
109.750
Incompatible (1)
109.950
Incompatible (1)
110.150
Incompatible (1)
111.700
Incompatible (1)
110.750
Incompatible (1)
108.350
Incompatible (1)
109.550
Incompatible (1)
110.950
Incompatible (1)
111.100
Incompatible (1)
111.350
Incompatible (2)
108.900
Incompatible (1)
109.100
Incompatible (1)
CZE
22
111.750 CASLAV
ILS-DME
CZE
28
18X PRAHA/R
ILS-DME
CZE
25
36Y PRAHA/R
ILS-DME
CZE
25
109.950 PRAHA/R
ILS-DME
CZE
25
36Y PRAHA/R
ILS-DME
CZE
25
109.950 PRAHA/R
ILS-DME
CZE
33
110.750 VODOCHODY
ILS-DME
CZE
12
108.350 KBELY
ILS-DME OP
CZE
24
109.500 PRAHA/R
ILS-DME
CZE
27
48Y PRAHA/R
ILS-DME
CZE
27
111.150 PRAHA/R
ILS-DME
CZE
27
48Y PRAHA/R
ILS-DME
CZE
23
28X PRAHA/R
ILS-DME
CZE
23
55
(35NM missing)
(weight:456)
(9NM missing)
(weight:472)
(10NM missing)
(weight:474)
(80NM missing)
(weight:474)
10NM missing)
(weight:474)
(1NM missing)
(weight:474)
(46NM missing)
(weight:480)
(68NM missing)
(weight:522)
(3NM missing)
(weight:544)
(8NM missing)
(weight:544)
(4NM missing)
(weight:544
(8NM missing)
(weight:544)
(9NM missing)
(weight:548)
(80NM missing)
474
110.500
Incompatible (1)
111.550
Incompatible (1)
108.150
Incompatible (1)
108.500
Incompatible (1)
108.550
Incompatible (1)
108.700
Incompatible (1)
109.300
Incompatible (2)
111.150
Incompatible (2)
108.750
Incompatible (1)
108.950
Incompatible (1)
109.350
Incompatible (2)
109.900
109.500
109.700
Incompatible (2)
Incompatible (2)
Incompatible (3)
109.100 PRAHA/R
ILS-DME
D
25 1
10.500 DRESDEN
ILS/DME
CZE
11 111.550
KARLOVY VARY
ILS-DME OP
CZE
35
18Y BLANSKO
DME DME
CZE
1
23X NERATOVICE
VD VOR-DME OP
CZE
1
108.600 NERATOVICE
VD VOR-DME OP
CZE
1
23X NERATOVICE
VD VOR-DME OP
CZE
23
28X PRAHA/R
ILS-DME
CZE
24
32X PRAHA/R
ILS-DME
CZE
23
109.100 PRAHA/R
ILS-DME
CZE
27
111.150 PRAHA/R
ILS-DME
CZE
14
26Y CZE
DME TACAN
CZE
14
26Y CZE
DME TACAN
CZE
5
109.350 PARDUBICE
ILS-DME OP
CZE
15
29Y CZE
DME TACAN
CZE
38
34X CZE
DME TACAN
CZE
25
109.950 PRAHA/R
ILS-DME
CZE
38
34X CZE
DME TACAN
CZE
24
109.500 PRAHA/R
ILS-DME
CZE
38
34X CZE
DME TACAN
D
24
109.700 DRESDEN
56
(weight:548)
(30NM missing)
(weight:572)
(54NM missing)
(weight:576)
(15NM missing)
(weight:337)
(9NM missing)
(weight:628)
(9NM missing)
(weight:628)
(9NM missing)
(weight:628)
(9NM missing)
(weight:548)
(8NM missing)
(weight:544)
(1NM missing)
(weight:548)
(79NM missing)
(weight:544)
(10NM missing)
(weight:868)
(123NM missing)
(weight:868)
(21NM missing)
(weight:428)
(45NM missing)
(weight:868)
(10NM missing)
(weight:868)
(5NM missing)
(weight:474)
(10NM missing)
(weight:868)
(78NM missing)
(weight:544)
(123NM missing)
(weight:868)
(20NM missing)
(weight:574)
111.300
111.500
109.150
Incompatible (2)
Incompatible (2)
Incompatible (3)
ILS/DME
CZE
24
32X PRAHA/R
ILS-DME
CZE
39
51X CZE
DME TACAN
CZE
16
51X CZE
DME TACAN
CZE
39
51X CZE
DME TACAN
CZE
16
51X CZE
DME TACAN
CZE
14
26Y CZE
DME TACAN
CZE
15
29Y CZE
DME TACAN
CZE
23
109.100 PRAHA/R
ILS-DME
57
(8NM missing)
(weight:544)
(45NM missing)
(weight:868)
(45NM missing)
(weight:868)
(45NM missing)
(weight:868)
(45NM missing)
(weight:868)
(10NM missing)
(weight:868)
(45NM missing)
(weight:868)
(5NM missing)
(weight:548)
Letiště Praha-Ruzyně, situační plánek
58
Zobrazení navigačních prvků v oblasti 200 km od letiště Praha.Ruzyně
59

Podobné dokumenty

PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO

PROBLEMATIKA PŘÍJMU DIGITÁLNÍHO oběžné dráze kolem Země. Jedná se o nejstarší platformu digitální televize z celé rodiny DVB. Tato platforma je v provozu již od poloviny 90. let. DVB-S používá kompresi MPEG-2 pro zmenšení datovéh...

Více

číslo 24

číslo 24 velmi dobře ukazovat na rozdíly mezi vlaštovkami, jiřičkami a rorýsi. Dalekohledy mířily na potápku roháče. U ornitologické pozorovatelny se atrakcí stal letící moták pochop nebo hlasy rákosníka ve...

Více

Diplomová práce - Středočeská autobusová doprava

Diplomová práce - Středočeská autobusová doprava Reklama, podporující veřejnou dopravu by měla mít tyto základní vlastnosti:

Více

Avionika - Vývojové typy JIAWG architektura

Avionika - Vývojové typy JIAWG architektura Architektury moderních avionických systémů Petr BOJDA 22. května 2013

Více

Deník Sport

Deník Sport Derby pražských „S“ je nepochybně sportovním a fotbalovým šlágrem víkendu, ze sázkařského pohledu to ale zase taková paráda není. Forma Slavie má aktuálně velmi dobrou úroveň, Spartu čeká příští tý...

Více