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ⓘ Distance Measuring Equipment



Distance Measuring Equipment
                                     

ⓘ Distance Measuring Equipment

Il DME o Distance Measuring Equipment fornisce una lettura costante in miglia nautiche della distanza obliqua chiamata Slant Range, dellaeromobile rispetto alla stazione di terra DME. Maggiore è la differenza tra la distanza obliqua e quella orizzontale, più laereo si avvicina alla stazione di terra. Quando laeromobile sorvola la stazione di terra DME, la distanza orizzontale tra i due è di fatto zero, ma lo strumento, continuando a misurare lo Slant Range, indicherà la quota dellaeromobile in miglia nautiche.

                                     

1. Storia del DME

Fu inventato in Australia da Edward George" Taffy” Bowen, quando lavorava come capo della divisione di radio-fisica del Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation CSIRO. Unaltra versione del sistema, operante nella fascia dei 200 MHz nella banda VHF, fu progettata nel 1950 dalla Amalgamated Wireless Australasia Limited, una compagnia che si occupa ancora oggi di elettronica e telecomunicazioni. Questa versione australiana del sistema venne chiamata e definita dal Federal Department of Civil Aviation come DMED o DME Domestic. In seguito la versione internazionale del sistema venne adottata dallICAO e definita come DME I. Il principio di funzionamento del DME è simile a quello del radar secondario di sorveglianza, ma se ne differenzia per il fatto che è laereo a mandare il segnale e a interrogare la stazione di terra. Lidea del sistema di riconoscimento e identificazioni dei dati a distanza di un oggetto derivano dal progetto IFF identification friend or foe od IFF identificazione amico o nemico, sviluppato in ambito militare durante la seconda guerra mondiale e migliorato in seguito.

                                     

2. Principio di funzionamento

Il DME opera nella banda radio UHF Ultra High Frequency in un raggio di frequenze compreso tra i 962 e i 1213 MHz. Laeromobile trasmette un fascio di coppie di impulsi alla stazione di terra. I due impulsi in ogni coppia sono separati da 12 microsecondi. Dopo un piccolo intervallo, pari a 50 microsecondi, la stazione di terra li ritrasmette allaeromobile. Lintervallo di tempo tra linvio e la ricezione degli impulsi viene così convertito in spazio, al fine di ottenere la lettura della distanza obliqua. È lequipaggiamento di bordo dellaeromobile a iniziare lo scambio di informazioni ed è noto come il trasmettitore, mentre la stazione di terra è nota come il ricevitore, poiché replica allo scambio di impulsi.

                                     

3. Problemi del sistema e risoluzione

Lidea di funzionamento è semplice, ma ci sono due problemi principali:

  • Lapparato dellaeromobile deve essere in grado di distinguere tra il proprio fascio di ritorno e quello degli altri aerei.
  • Lapparato dellaeromobile deve distinguere gli impulsi di ritorno della stazione DME con quelli riflessi dal terreno.

Per risolvere il primo problema, i fasci di impulsi sono stati resi unici per ogni aeromobile, variando le caratteristiche del segnale, cosicché lintervallo di tempo fra due coppie di impulsi sia unico. Questo sistema è in elettronica chiamato" Jitter”.

Per evitare invece la riflessione delle onde radio provocate dal terreno, la stazione di terra rilancia il segnale ricevuto, separandolo di 63 MHz da quello trasmesso dallaeromobile. Queste coppie di frequenze vengono chiamate canali ne esistono 252 utilizzabili. I canali sono distinti in 126 canali X e 126 canali Y per la trasmissione del segnale. La spaziatura è di 1 MHz per tutti i canali, con una banda radio di 100 kHz. La differenza tra i canali X e Y riguarda la distanza tra i singoli impulsi nella coppia inviata dallaereo al ricevitore di terra. I singoli impulsi nei canali X hanno tra loro una spaziatura di 12 microsecondi, mentre nei canali Y cè una spaziatura di 30 microsecondi.



                                     

4. Trasmissione e saturazione del segnale

Lapparato di bordo, per interrogare la stazione di terra, invia inizialmente 150 impulsi al secondo. Raggiunte le 15000 coppie di impulsi, il segnale si riduce a 60 impulsi al secondo, fino a quando il segnale non viene agganciato e lafflusso di impulsi ridotto a 24 ogni secondo. Il sistema dellaeromobile incomincia progressivamente a spaziare il segnale sempre più in lontananza, fino a coprire un raggio massimo di 300 nm. In questo punto limite il ritardo del segnale è di 3.75 millisecondi. Il trasmettitore invia quindi un segnale in intervalli di tempo molto accurati, chiamati" porte”gates. La stazione di terra ha una capacità limitata fino a 2700 impulsi al secondo. Questo significa che solo 18 trasmettitori in volo possono cercare contemporaneamente il segnale della stazione oppure solo 112 aerei che lhanno già agganciata possono utilizzarla insieme. In pratica solo circa 100 aerei alla volta possono utilizzare il DME. È importante ricordare che la stazione di terra non risponderà allaereo che le è più vicino, ma al segnale più forte inviato.

                                     

5. Grado di accuratezza

LICAO richiede una precisione di ¼ di miglio nautico nella misurazione e non più dell1.25% di tolleranza nel calcolo totale dello Slant Range. Come è stato fatto notare in precedenza, il calcolo della distanza orizzontale è più accurato quando laereo si trova ad una certa distanza dalla stazione rispetto a quando è vicino a sorvolarla.

                                     

6. Il DME e il TACAN

Il sistema del DME è stato mantenuto compatibile con lapparato di misurazione della distanza del sistema "TACAN" TACtical Air Navigation, in modo che gli aerei civili possano utilizzare sia le funzioni del DME che del TACAN per misurare la distanza. Il TACAN è un sistema composto da radiofari militari che operano nella banda UHF, per fornire orientamenti e distanza ai velivoli militari. La banda UHF dei TACAN è perfettamente compatibile con lapparato DME; per questa ragione i velivoli militari e quelli civili possono avvalersi di entrambi i sistemi, per ottenere informazioni della loro distanza dalla stazione.

                                     

7. Il DME e il VOR

I DME possono essere associati agli apparati VOR Very High Frequency Omnidirectional Range. I radiofari, per essere considerati associati, devono avere lo stesso segnale identificativo e distare luno dallaltro non più di 600 m 2000 ft o 30 metri 100 ft se usati come vettori di avvicinamento. Un VOR associato ad un DME prende il nome di apparato VOR/DME, mentre un VOR associato ad un TACAN prende il nome di VOR/TAC. Le stazioni associate trasmettono lidentificativo morse composto da tre lettere, in modo da essere identificate dal pilota tramite lapparato radio di bordo. Un apparato DME non associato e collocato in vicinanza di un VOR può avere le due lettere identificative uguali a quelle del VOR, ma lultima lettera differente solitamente è la lettera Z. Anche se non associati, alcuni radiofari possono avere la stessa frequenza se considerato utile.

                                     

8. Equipaggiamento di bordo

Parte del pannello radio di bordo è dedicato alla sintonizzazione dei radiofari. Qui è possibile impostare la frequenza del DME e identificare il segnale della stazione. Le frequenze vengono riportate nelle pubblicazioni aeronautiche ufficiali come lAIP e nelle cartine aeronautiche.

La lettura della distanza è fornita al pilota in NM in formato digitale su un apposito lettore o/e integrata nellapparato EFIS Electronic Flight Instrument System con gli altri dati di volo. Quando un pilota si dirige direttamente verso una stazione VOR/DME o si allontana da essa seguendo una radiale, lo strumento di bordo può fornire anche la velocità al suolo dellaeromobile, detta Ground Speed GS. Se ci si dirige verso la stazione viene anche calcolato il tempo stimato di arrivo sul VOR/DME.

Calcolo della distanza orizzontale

Premessa:

Più laeromobile si avvicina alla stazione, più la differenza tra distanza obliqua Slant Range e distanza orizzontale Plan Range aumenta. Quando laereo è distante dalla stazione e la distanza orizzontale supera la quota dellaeromobile, la differenza fra le due è minima.

Esempio e dimostrazione 1:

Quota dellaeromobile 30.000 ft Distanza obliqua misurata dal DME 12 nm

Distanza orizzontale?

Convertire 30.000 ft in miglia nautiche

30.000: 6080 = 4.934 nm

Utilizzare il teorema di Pitagora: in un triangolo rettangolo il quadrato costruito sullipotenusa è uguale alla somma dei quadrati costruiti sui cateti. In questo caso lipotenusa è rappresentata dalle 12 nm della distanza obliqua e un cateto dalle 4.934 nm della quota:

12² = 4.934² + distanza orizzontale²

Otteniamo il cateto mancante sottraendolo allipotenusa:

12² – 4.934² =

144 – 24.344 =

119.656 =

√119.656 = 10.93 nm distanza orizzontale

Nellesempio fornito cè più di 1 miglio nautico di differenza tra la distanza obliqua e quella orizzontale. Ora vediamo come la differenza diminuisca, quando la distanza dalla stazione aumenta, fino a superare la quota del velivolo:

Esempio e dimostrazione 2

Quota dellaeromobile 30.000 ft Distanza obliqua misurata dal DME 40 nm

Distanza orizzontale?

Convertire 30.000 ft in miglia nautiche

30.000: 6080 = 4.934 nm

Utilizzare il teorema di Pitagora: In questo caso lipotenusa è rappresentata dalle 40 nm della distanza obliqua e un cateto dalle 4.934 nm della quota:

40² = 4.934² + distanza orizzontale²

Otteniamo il cateto mancante sottraendolo allipotenusa:

40² – 4.934² =

1600 – 24.344 =

1575.656 =

√1575.656 = 39.69 nm distanza orizzontale

In questo secondo esempio la differenza tra la distanza obliqua e quella orizzontale è di sole 0.31 nm.



                                     

9. Archi DME e Fix

Un DME può essere utilizzato per mantenere un raggio costante da un radiofaro. Laeromobile procede ad una distanza regolare dalla stazione, disegnando così un arco attorno ad essa chiamato" Arco DME”, che può essere parte integrante di una procedura di avvicinamento strumentale.

Lindividuazione di un punto, tramite le radioassistenze, è chiamato fix. Due DME possono anche essere utilizzati per identificare la posizione dellaeromobile Fix DME/DME. Si calcola il raggio in NM proveniente da ogni stazione e si ottengono così due circonferenze che si incontreranno in due punti. Uno dei due punti identifica la posizione dellaeromobile e generalmente la grande distanza tra le due intersezioni rende facile lidentificazione del punto corretto. Lidentificazione della posizione dellaeromobile può avvenire anche incrociando i dati di rilevamento di un VOR con la distanza ottenuta da un DME Fix VOR/DME e attraverso il rilevamento di due VOR Fix VOR/VOR.

                                     

10. DME e ILS

Il DME è anche usato per determinare la distanza tra laeromobile e linizio della testata pista, nelle procedure di avvicinamento strumentale di precisione ILS Instrument Landing System. Spesso la stazione è collocata a metà della pista, in modo da poter leggere 0 nm nelle due opposte testate. Quando il radiofaro non può essere posto a metà, solo su una testata sarà possibile leggere 0 nm. Nella cartina di avvicinamento strumentale per la pista opposta verrà riportato il valore di lettura del DME della soglia pista es: Caution DME reads 0.1 nm at the threshold.

                                     

11. DME/P

Il DME/P di precisione opera nella normale banda di frequenza dei comuni DME, ma è comunemente associato con gli apparati di avvicinamento di precisione MLS Microwave Landing System. La tonalità della coppia di impulsi del DME/P è più acuta rispetto ad un normale DME, assicurando così una misurazione più precisa della distanza. Il DME/P associato ad un MLS ha unaccuratezza di segnale pari a 30 metri.

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