DME (distance measuring equipment) je radionavigační zařízení, které udává šikmou dálku mezi palubním dotazovačem a pozemním odpovídačem. Palubní dotazovač umožňuje výpočet času k dosažení pozemního majáku a rychlosti letu vůči zemi.
Pilot na palubě nastavuje na zařízení frekvenci DME z rozsahu VHF, která je spárovaná s frekvencí pozemního majáku DME (z rozsahu UHF) a „pouze“ čeká na odpověď a zobrazení šikmé dálky.
Dělení
Zařízení DME dělíme podle vyzařovaného spektra na:
DME/W (wide - se široce vyzařovaným spektrem)
DME/N (narrow - s úzce vyzařovaným spektrem).V současné době jsou všechna zařízení DME/W nahrazena zařízeními DME/N.
DME/P (pop - pro přesné přiblížení na přistání), které je dálkoměrnou částí systému MLS (spektrum je stejné jako u DME/N)
DME dělíme také podle kódování na režimy W, X, Y a Z, které rozšiřují počet použitelných kanálů (režimy W a Z jsou pouze u DME P - více ICAO L10/I hlava 3.5.4.4.1).
Použití
DME se používá pro navigační zabezpečení letových cest a koncových řízených oblastí. Často se používá ve spojení s jinými radionavigačními zařízeními – nejčastěji jako VOR/DME , ILS/DME a TACAN (VORTAC) nebo samostatně, jako radionavigační bod.
Přesnost měření polohy letadla v síti majáků DME se používá pro navigaci za podmínek RNAV, která umožňuje letadlům (která jsou vybavena navigačními systémy, které splňují danou přesnost měření) létat po jakékoli trati mimo koridory.
Dále se může použít ve spolupráci s přistávacími systémy MLS, kdy je nutné, aby byla zabezpečena přesnost DME/P a to ve dvou fázích – ve fázi IA (initial approach) a FA (final approach) (viz. níže).
Pozn.: Pokud je DME použito v konfiguraci ILS/DME a DME je použito k indikaci vzdálenosti k bodu dosedu, je možné jej nastavit pomocí offsetu (bod dosedu nemůže být přímo na místě kontejneru DME).
Frekvence a kanály
Zařízení DME pracuje na frekvencích od 962 do 1213 MHz se 252 pracovními kanály, které jsou rozdělené na 126 kanálů pro režim X a 126 kanálů pro režim Y (viz. kódování výše). Frekvence na kterých DME pracuje, jsou rozdělené na frekvence dotazu, a k nim spárované frekvence odpovědí.
Pro dotazy z paluby letadel jsou vyčleněny frekvence v rozmezí 1025–1150 MHz (palubní dotazovač je nastaven na frekvenci VHF spárovanou s UHF frekvencí pozemního majáku) a pro odpovědi pak celé kmitočtové pásmo od 962 do 1213 MHz.
Frekvence dotazu a odpovědi je vždy frekvenčně posunutá nahoru nebo dolů o 63 MHz. Zda se odpověď posouvá o 63 MHz nahoru nebo dolů, je závislé na tom, zda DME pracuje v režimu X nebo Y (viz. Tabulka).
Jak je v tabulce vidět, „mezní“ frekvence jsou 1087 a 1088 MHz. Pokud je DME v režimu X, a frekvence palubního dotazovače je v rozmezí od 1025 do 1087 MHz, pak se od frekvence dotazu odečítá 63 MHz (výsledná frekvence odpovídače na zemi bude tedy v rozmezí od 962 do 1024). Pokud ale bude frekvence dotazovače od 1088 do 1150, tak se naopak 63 MHz k frekvenci dotazu přičítá.
V režimu Y je to naopak. Pokud je frekvence dotazovače v rozmezí mezi 1088 – 1150 MHz, pro frekvenci odpovědi se 63 MHz od této frekvence odečítá a pokud je frekvence dotazovače v rozmezí 1025 – 1087 MHz, 63 MHz se přičítá.
Příklad:
Máme pozemní maják DME, který pracuje v režimu Y na frekvenci 1042 MHz. Vypočítejte, jaká frekvence se musí nastavit na palubě letadla a určete jaký je to kanál.
Podle tabulky zjistíme, že v režimu Y a pro frekvenci 1042 se jedná o kanál 81Y. Mezní frekvence je 1087MHz a jelikož víme, že pro mód Y platí: Pokud je frekvence pozemní části DME pracujícího v režimu Y v rozsahu od 1025 do 1087 MHz, pak k této frekvenci přičítáme 63 MHz, abychom dostali výslednou frekvenci palubního dotazovače systému DME. Pokud toto aplikujeme, dostaneme výslednou frekvenci 1042 + 63 = 1105 MHz.
Pomůcka k definování frekvence pozemního odpovídače
Mód
Frekvence dotazovače 1025 - 1150
Mód X
Do 1087 MHz = -63MHz
Nad 1088 MHz = +63MHz
Mód Y
Do 1087 MHz = +63MHz
Nad 1088 MHz = -63MHz
Jak bylo řečeno na začátku, pilot na palubě zadává na palubním dotazovači DME frekvenci z rozsahu VHF NAV, nenastavuje tedy přímo frekvenci z pracovních frekvencí DME, ale spárovanou frekvenci z rozsahu VHF NAV (viz. Tabulka).
Kanály DME
Spárování
VHF NAV frekvence (MHz)
1-16
Nespárované
134,4 – 135,9
17-56
Liché kanály s ILS, sudé kanály s VOR
108 – 112
60-69
Nespárované
133,3 – 134,2
57, 58, 59, 70 - 126
VOR
112 – 117,9
A aby to nebylo ještě úplně jednoduché, tak VHF NAV frekvence končící na „0“ jsou pro režim X a ty, které končí na „5“ jsou pro režim Y. (V režimu X jsou laděné s krokem 100 kHz v 100 kHz VHF kanálech a v režimu Y s krokem 100 kHz v 50 kHz VHF kanálech).
Pozn.: Pokud je použit systém MLS s DME/P, pak se DME páruje s frekvencemi MLS z rozsahu 5031-5090,7 MHz (viz. níže).
Princip funkce
DME pracuje na principu dotazu a odpovědi, kdy dotaz vysílá palubní dotazovač a pozemní radiomaják odpovídá. Jak z názvu „radionavigační“ vyplývá, jedná se o zařízení, které pracuje na principu vysílání a příjmu elektromagnetických impulzů. Tyto impulzy jsou v případě DME ve dvojici a nazýváme je dvojimpulzy. Dvojimpulzy mají specifické charakteristiky, jako je šířka pulzu, délka náběžných a sestupových hran, amplituda, perioda mezi impulzy ve dvojimpulzu a zpoždění mezi dotazem a odpovědí.
Charakteristiky pulzu
Náběžná hrana - < 3µs
Šířka pulzu - 3,5±0,5µs
Sestupová hrana - 2,5µs (< 3µs)
Periodou mezi dvojimpulzy se rozlišuje, zda se jedná o zařízení pracující v režimu X nebo Y (případně W a Z u DME/P). Pokud například naměříme, že palubní dotazovač se ptá s periodou 12µs mezi dvěma impulzy v dvojimpulzu, a pozemní odpovídač odpoví s periodou 12µs a zpožděním 50µs, pak se jedná o DME/N v módu X (viz. tabulka).
DME/N
X
Y
Dotaz
12µs
36µs
Odpověď
12µs
30µs
Zpoždění
50µs
56µs
Výpočet vzdálenosti vychází z měření doby mezi vysláním dotazu z letadla a příjmu z pozemního odpovídače podle vztahu:
D = T-Td / (12.359µs)
Kde:
D – je vzdálenost letadla k pozemnímu majáku
T – doba mezi odesláním a příjmem dotazu a odpovědi
Td – zpoždění odpovídače (pro mód X = 50µs, mód Y = 56µ)
12.359e-6 je doba rychlosti světla pro dvoucestné překonání 1 NM (1852/3e8*2)
Princip funkce v kostce
Pilot naladí danou frekvenci, která je z rozsahu VHF NAV, která je spárována s frekvencí DME.
Palubní dotazovač vysílá dotazovací dvojimpulzy, které mají v závislosti na operačním režimu DME (X/Y) periodu mezi impulzy ve dvojimpulzu buď 12 nebo 36 us.
Pozemní zařízení přijme dvojimpulzy, zavede do odpovědi zpoždění 50 nebo 56 µs (v závislosti na režimu X nebo Y) a odešle odpověď zpět k dotazovači. Zajímavé je, že nosná frekvence dotazovače a odpovídače je v závislosti na režimu (X/Y) posunutá o 63 MHz „nahoru“ nebo „dolů“.
Palubní dotazovač vyhodnotí příchozí signál a v případě, že je signál určený pro daný dotazovač, tak ho vnitřní obvody vyhodnotí a zobrazí na příslušném displeji. Z doby mezi dotazem a odpovědí se dá vypočítat čas k dosažení pozemního majáku a rychlosti vůči zemi.
Jak DME rozezná letadla od sebe? Jitter
Princip funkce uvedený výše funguje pro jedno letadlo, ale jak pracuje DME v případě, že do jeho dosahu přiletí více jak jedno letadlo? Jak se rozliší, který dotaz patří k jaké odpovědi, když dvojimpulzy dotazu a odpovědi jsou charakteristikami totožné?
Řešením je takzvaný Jitter, pomocí něhož můžeme rozlišovat a správně párovat dotazy a odpovědi z více letadel.
Letadlo, které přiletí do pracovní oblasti DME, vysílá dotazy ve formě dvojimpulzů s náhodně vybranou frekvencí - jitterem, která je ale po celou dobu vysílání stejná, a čeká na odpovědi. Pozemní maják odpovídá se stejným jitterem/frekvencí. Palubní dotazovač predikuje, kdy by měly přijít odpovědi na jeho dotazy a „hledá“ odpovědi, které mají stejnou frekvenci jako jeho původní dotazy.
Po dobu, kdy palubní dotazovač „hledá“ správné odpovědi na své dotazy, tak je v takzvaném režimu search. Dotazovač v tomto režimu vysílá cca 150 ppps (pulse pairs per second – dvojimpulzů/sekundu) a podle predikovaných časů, kdy by se mu měly vrátit odpovědi, hledá frekvenčně stejné odpovědi na své dotazy podle daného jitteru. Poté, co dotazovač najde své odpovědi (cca po 1s), přejde do režimu track, který „pouze“ udržuje podle daného jitteru spojení s pozemním odpovídačem s 30 ppps.
Pokud do oblasti, kde je zabezpečený signál daného DME, přiletí další letadlo, vysílá své dotazy s jiným, náhodně vybraným, jitterem. Díky tomu nedojde k záměně odpovědí od různých letadel.
Všimněte si: Letadlo 1 vysílá dotazy s náhodným, "modrým" jitterem a DME mu odpovídá "fialovým" jitterem s identickou frekvencí. To samé pak platí i pro letadlo 2 s jinak náhodným, "červeným" jitterem a černými odpověďmi. Dole pak vysvětlení a hledání odpovědí na vlastní dotazy.
Kolik letadel může DME vlastně obsloužit?
Různé zdroje uvádějí různé počty letadel, které je dané zařízení DME obsloužit. Výrobce DME Fernau avionics udává, že dokáže obsloužit 100 letadel. Výrobce THALES je prý schopný obsloužit až 200 letadel. Pravděpodobně to bude spojené s tím, kolik odpovědí je schopno dané zařízení odeslat za sekundu.
Příklad:
Podle doporučení ICAO _ L 10/1 3.5.4.1.5.5, by mělo být schopné pozemní zařízení obsloužit 100 letadel. Tudíž by mělo být schopno odeslat 2700 ppps (požadovaná pravděpodobnost, kdy každé letadlo dostane včas a kvalitní informaci pro výpočet vzdálenosti (na palubě)). To vychází z této úvahy:
Pokud by byla v jeden okamžik v pracovní oblasti DME pouze letadla v režimu search, pak by takové zařízení bylo schopné obsloužit cca 18 letadel.
počet letadel= ppps/search=2700/150=18
Pokud by byla v jeden okamžik v pracovní oblasti DME pouze letadla v režimu track, pak by takové zařízení bylo schopné obsloužit cca 90 letadel.
počet letadel= ppps/track=2700/30=90
V průměru je tedy schopno zařízení obsloužit 54 letadel.
Fernau avionics deklaruje schopnost až 5000 ppps. Kdybychom použili stejnou logiku, jako je uvedená výše, dostaneme v průměru cca 98 obsloužených letadel.
Pokud tedy výrobce THALES deklaruje schopnost obsloužit až 200 letadel, musí být schopno jeho zařízení vyslat cca 10000 ppps!
Co když je letadel málo/moc? Squitter
Celkový počet odpovědí se neustále mění podle počtu dotazujících se letadel (a náhodných šumů, které rovněž spouštějí odpovídač). Aby nedocházelo ke skokovým změnám počtu vysílaných odpovědí (výkonu), řídí DME automaticky zesílení a generování šumů na výstupu přijímače - Squitter. Squitter vytváří falešné dotazy, na které pak DME odpovídá.
V případě, že je v pracovní oblasti například 10 letadel, vytváří DME své vlastní "falešné" dotazy, aby zabezpečil konstantní výkon. Ale ve chvíli, kdy letadel bude například 90, potlačí DME odpovědi na „falešné“ dotazy a odpovídá pouze na reálné dotazy.
Pokud se blíží DME k nominálnímu počtu vysílaných odpovědí (>90% zatížení DME)), DME automaticky sníží citlivost a ty dotazy letadel, které jsou nejdál, nejsou přijímány. Tak se zabezpečí, že DME není přetěžováno.
DME v systému MLS
Výše zmíněný popis se vztahoval k použití DME/N, u kterého se používají pouze režimy X a Y. Pokud ale používáme DME jako dálkoměrnou součást přistávacího systému MLS (microwave landing system),
tak je nutné zabezpečit přesnosti dané DME/P. Písmeno P značí "zvýšenou přesnost" měření. Definovaná přesnost se dělí v závislosti na fázi přiblížení na přistání a to na fázi IA (initial approach - počáteční) a FA (final approach - finální/konečnou).
Kromě zvýšených přesností v měření vzdálenosti se klade také důraz na kvalitu impulzů a jiné jsou i režimy ve kterých DME/P pracuje (X,Y,W,Z). S tím souvisí také jiné periody mezi dvojimpulzy a zpoždění.
DME/P
X
Y
W
Z
Dotaz
IA 12µs/ FA 18µs
IA 36µs/ FA 42µs
IA 24µs/ FA 30µs
IA 21µs/ FA 27µs
Odpověď
IA a FA 12µs
IA a FA 30µs
IA a FA 24µs
IA a FA 15µs
Zpoždění
IA 50µs/ FA 56µs
IA 56µs/ FA 62µs
IA 50µs/ FA 56µs
IA 56µs/ FA 62µs
Frekvence DME/P a MLS
Pokud je použit systém MLS s DME/P, pak se DME páruje s frekvencemi MLS z rozsahu 5031-5090,7 MHz.
Charakteristiky impulzu
Náběžná hrana - < 1,6µs, u FA 0,25±0,05µs
Šířka pulzu - 3,5±0,5µs
Sestupová hrana - 2,5µs (< 3µs)
Nevýhody použití DME?
S rostoucí vzdáleností roste nepřesnost měření
Šikmá dálka je stejná ve více bodech. Pokud je letadlo ve výšce 1 km přímo nad majákem, pak šikmá dálka bude 1 km. Stejně tak tomu bude, i když jsem 0 m nad zemí ve vzdálenosti 1km
Výpočet rychlosti a času dosažení pozemního majáku je nepřesný, pokud letadlo letí po tečně kružnice „kolem“ DME.
Omezená kapacita obsloužených letadel
Nutnost rádiové dohlednosti mezi letadlem a pozemním majákem
NDB
