معدات قياس المسافة

📅 آخر تحديث: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

محطة أرضية D-VOR/DME
هوائي DME بجانب مأوى جهاز الإرسال والاستقبال DME

في مجال الطيران ، يُعدّ جهاز قياس المسافة ( DME ) تقنيةً للملاحة اللاسلكية تقيس المدى المائل (المسافة) بين الطائرة والمحطة الأرضية عن طريق قياس زمن تأخير انتشار الإشارات اللاسلكية في نطاق التردد بين 960 و1215 ميجاهرتز . ويتطلب ذلك وجود خط رؤية مباشر بين الطائرة والمحطة الأرضية. يبدأ جهاز الاستجواب (المحمول جوًا) عملية تبادل البيانات بإرسال زوج من النبضات، على "قناة" مُخصصة، إلى محطة الإرسال والاستقبال الأرضية. ويُحدد تخصيص القناة تردد الموجة الحاملة والمسافة بين النبضات. بعد فترة تأخير معروفة، يرد جهاز الإرسال والاستقبال بإرسال زوج من النبضات على تردد يختلف عن تردد الاستجواب بمقدار 63  ميجاهرتز، وبمسافة فاصلة مُحددة. [ 1 ]

تُستخدم أنظمة قياس المسافة عبر الأقمار الصناعية (DME) في جميع أنحاء العالم، وفقًا للمعايير التي وضعتها منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) [ 1 ] ، وهيئة مراقبة الحركة الجوية الملكية ( RTCA ) [ 2 ]، ووكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي (EASA) [ 3 ]، وغيرها من الهيئات. تشترط بعض الدول أن تكون الطائرات التي تعمل وفقًا لقواعد الطيران الآلي (IFR) مزودة بجهاز استجواب DME؛ بينما في دول أخرى، يُشترط وجود جهاز استجواب DME فقط لإجراء عمليات محددة.

على الرغم من السماح باستخدام أجهزة الإرسال والاستقبال DME المستقلة، إلا أنها عادةً ما تُقترن بنظام توجيه سمتي لتزويد الطائرات بقدرة ملاحة ثنائية الأبعاد. ومن التركيبات الشائعة وجود جهاز DME في محطة أرضية واحدة مع جهاز إرسال VHF متعدد الاتجاهات (VOR)، ويُشار إليه اختصارًا بـ VOR/DME. عندئذٍ، تتطابق ترددات جهازي VOR وDME. [ 1 ] يُمكّن هذا التكوين الطائرة من تحديد زاوية سمتها ومسافتها من المحطة، ما يُوفر قدرة تقريبية على تحديد الموقع ثنائي الأبعاد. يتوافق نظام DME مع مُكوّن قياس المسافة في نظام TACAN ، وهو النظام العسكري المُكافئ لنظام VOR/DME مع دقة أعلى في تحديد المدى. كما يُتيح تركيب نظام VORTAC (VOR مع TACAM) للطائرات العسكرية والمدنية على حدٍ سواء إمكانية تحديد الموقع ثنائي الأبعاد.

تُستخدم أجهزة الإرسال والاستقبال DME منخفضة الطاقة أيضًا في بعض أنظمة الهبوط الآلي (ILS) وأنظمة تحديد موقع الهبوط الآلي (ILS) وأنظمة الهبوط بالميكروويف (MLS). في هذه الحالات، يتم أيضًا ربط تردد/تباعد نبضات جهاز الإرسال والاستقبال DME بتردد نظام الهبوط الآلي (ILS) أو نظام تحديد موقع الهبوط الآلي (LOC) أو نظام الهبوط بالميكروويف (MLS).

تُصنّف منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) إرسالات نظام قياس المسافة الرقمي (DME) ضمن نطاق الترددات العالية جدًا (UHF). ويُستخدم أيضًا مصطلح النطاق L. [ 4 ] يُشابه نظام DME من حيث المبدأ وظيفة تحديد المدى بالرادار الثانوي ، باستثناء أن أدوار المعدات في الطائرة وعلى الأرض معكوسة. وقد طُوّر نظام DME بعد الحرب العالمية الثانية استنادًا إلى أنظمة تحديد الصديق والعدو (IFF) .

طُوِّر نظام قياس المسافة الديناميكي (DME) في أستراليا، واخترعه جيمس "جيري" جيراند. [ 5 ] في عام 1945، وبعد أن أصبح إدوارد جورج بوين رئيسًا لقسم الفيزياء الإشعاعية في منظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية (CSIRO) ، طوّر برايان كوبر نظام DME. واستند هذا النظام، الذي يعمل بتردد 200 ميجاهرتز، إلى رادار الإرسال والاستقبال ريبيكا/يوريكا، وكان أخف وزنًا، ويستخدم قرصًا دوارًا بدلًا من الشاشة. في عام 1946، اعتمدت منظمة الطيران المدني الدولي المؤقتة نموذج VOR وDME للممرات الجوية . وفي عام 1947، نُشر النظام على متن الطائرات التجارية، وبحلول عام 1953، كانت جميع الطائرات التجارية في أستراليا مُجهزة به. [ 6 ] [ 7 ]

عملية

في نسختها الأولى، استخدمت طائرة مزودة بجهاز قياس المسافة (DME) هذا الجهاز لتحديد وعرض المسافة بينها وبين جهاز إرسال واستقبال أرضي، وذلك عن طريق إرسال واستقبال أزواج من النبضات. عادةً ما تتواجد المحطات الأرضية بجوار أجهزة VOR أو VORTAC. يمكن وضع جهاز DME منخفض الطاقة (100 واط) بجوار نظام الهبوط الآلي (ILS) أو نظام الهبوط المتعدد (MLS)، حيث يوفر مسافة دقيقة للهبوط، مماثلة لتلك التي توفرها منارات تحديد المواقع في نظام ILS .

يُعدّ استخدام نظام قياس المسافة الرقمي (DME) في الملاحة الجوية باستخدام نظام قياس المسافة الرقمي /نظام قياس المسافة الرقمي ( RNAV ) دورًا حديثًا. [ 8 ] [ 9 ] ونظرًا لدقة نظام قياس المسافة الرقمي (DME) العالية مقارنةً بنظام VOR، فإنّ الملاحة باستخدام نظامي قياس المسافة الرقمي (DME) (باستخدام التثليث/المسافة) تُتيح تنفيذ عمليات لا يُمكن تنفيذها باستخدام نظام VOR/DME (باستخدام السمت/المسافة ). مع ذلك، يتطلب ذلك أن تمتلك الطائرة قدرات الملاحة الجوية باستخدام نظام قياس المسافة الرقمي (RNAV)، كما تتطلب بعض العمليات وحدة مرجعية بالقصور الذاتي .

يحتوي جهاز الإرسال والاستقبال الأرضي النموذجي DME للملاحة أثناء الرحلة أو الملاحة الطرفية على  خرج نبضي ذروة يبلغ 1 كيلو واط على قناة UHF المخصصة.

الأجهزة

أجهزة عرض المسافة DME وأجهزة عرض قمرة القيادة VOR/ADF

يتألف نظام DME من جهاز إرسال/استقبال UHF (نطاق L) (جهاز استجواب) في الطائرة وجهاز إرسال/استقبال UHF (نطاق L) ( جهاز إرسال واستقبال ) على الأرض.

توقيت

وضع البحث

150 زوجًا من نبضات الاستجواب في الثانية. تستجوب الطائرة جهاز الإرسال والاستقبال الأرضي بسلسلة من أزواج النبضات (الاستجوابات)، وبعد تأخير زمني دقيق (عادةً 50  ميكروثانية)، ترد المحطة الأرضية بتسلسل مطابق من أزواج النبضات. يبحث مستقبل DME في الطائرة عن أزواج نبضات الرد (نمط X =  تباعد 12 ميكروثانية) التي تتطابق مع نمط الاستجواب الأصلي. (تُسمى أزواج النبضات غير المتزامنة مع نمط استجواب الطائرة، أي غير المتزامنة، بأزواج نبضات الحشو، أو النبضات المتقطعة . كما تظهر الردود على الطائرات الأخرى غير المتزامنة أيضًا على أنها نبضات متقطعة).

وضع المسار

أقل من 30 زوجًا من نبضات الاستجواب في الثانية، حيث يقتصر متوسط ​​عدد النبضات في وضعَي البحث والتتبع على 30 زوجًا كحد أقصى في الثانية. يقوم جهاز الاستجواب في الطائرة بالتقاط إشارة محطة DME الأرضية بمجرد التعرف على تسلسل نبضات ردّ محدد له نفس تباعد تسلسل الاستجواب الأصلي. بمجرد التقاط الإشارة، يصبح لدى جهاز الاستقبال نطاق أضيق للبحث عن الصدى، ويمكنه الحفاظ على هذا الالتقاط.

حساب المسافة

تستغرق الإشارة اللاسلكية حوالي 12.36  ميكروثانية لقطع مسافة ميل بحري واحد (1852 مترًا) ذهابًا وإيابًا إلى الهدف. يقيس جهاز الاستجواب الفرق الزمني بين الاستجواب والرد، مطروحًا منه تأخير جهاز الإرسال والاستقبال الأرضي البالغ 50 ميكروثانية، بالإضافة إلى تباعد نبضات الرد (12 ميكروثانية في الوضع X و30 ميكروثانية في الوضع Y)، ثم يُحوّل هذا الفرق إلى قياس مسافة ( المدى المائل ) بالميل البحري، ثم يُعرض على شاشة جهاز قياس المسافة في قمرة القيادة.    

يستخدم جهاز استقبال DME معادلة المسافة، وهي: المسافة = السرعة × الزمن ، لحساب المسافة بينه وبين محطة DME الأرضية. السرعة في هذه المعادلة هي سرعة انتشار النبضة الراديوية، وهي سرعة الضوء (حوالي 300,000,000 متر/ثانية أو 162,000 ميل بحري/ثانية ). أما الزمن في هذه المعادلة فهو نصف ( الزمن الكلي - زمن التأخير )، وبالتالي فإن المسافة تساوي c × نصف ( الزمن الكلي - زمن التأخير )، حيث c هي سرعة الضوء.  

دقة

دقة أنظمة الملاحة الجوية المختلفة، والتي لا يزال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ونظام الملاحة التكتيكية (TACAN) ونظام الملاحة بالقصور الذاتي ونظام الملاحة الراديوية/نظام قياس المسافة (VOR/DME) قيد الاستخدام.

تبلغ دقة محطات DME الأرضية 185 مترًا (±0.1 ميل بحري ). [ 10 ] من المهم فهم أن نظام DME يوفر المسافة الفعلية بين هوائي الطائرة وهوائي جهاز الإرسال والاستقبال الخاص بنظام DME. تُعرف هذه المسافة غالبًا باسم "المدى المائل"، وتعتمد حسابيًا على ارتفاع الطائرة فوق جهاز الإرسال والاستقبال، بالإضافة إلى المسافة الأرضية بينهما.

 على سبيل المثال، ستُظهر قراءة جهاز قياس المسافة (DME) لطائرة تحلق مباشرة فوق محطة DME على ارتفاع 6076 قدمًا (ميل بحري واحد) مسافة 1.0 ميل بحري (1.9 كيلومتر) . مع أن الطائرة تبعد ميلًا واحدًا فقط، أي ميلًا واحدًا عموديًا للأعلى. ويكون خطأ المدى المائل أكثر وضوحًا على الارتفاعات العالية بالقرب من محطة DME.  

يجب أن تحافظ أجهزة الملاحة الراديوية على درجة معينة من الدقة، وفقًا للمعايير الدولية، وهيئة الطيران الفيدرالية الأمريكية، [ 11 ] ووكالة سلامة الطيران الأوروبية ، ومنظمة الطيران المدني الدولي ، وما إلى ذلك. ولضمان ذلك، تقوم منظمات فحص الطيران بفحص المعايير الحرجة بشكل دوري باستخدام طائرات مجهزة بشكل صحيح لمعايرة دقة جهاز قياس المسافة (DME) واعتمادها.

توصي منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) بألا يكون الخطأ أكبر من (0.25  ميل بحري + 1.25% × المسافة الفعلية).

مواصفة

يبلغ الحد الأقصى لعدد عمليات الاستجواب في منارة الإرسال والاستقبال الأرضية النموذجية لنظام قياس المسافة (DME) 2700 عملية استجواب في الثانية (زوج نبضات في الثانية). وبذلك، يمكنها توفير معلومات المسافة لما يصل إلى 100 طائرة في وقت واحد، حيث تُرسل 95% من عمليات الإرسال للطائرات في وضع التتبع (عادةً 25 زوج نبضات في الثانية) و5% في وضع البحث (عادةً 150 زوج نبضات في الثانية). وعند تجاوز هذا الحد، تتجنب المنارة التحميل الزائد عن طريق الحد من حساسية (كسب) جهاز الاستقبال. ويتم تجاهل الردود على عمليات الاستجواب الأضعف (عادةً الأبعد) لتقليل الحمل على المنارة.

بيانات الترددات الراديوية والتعديل

تُقرن ترددات نظام قياس المسافة (DME) بترددات نظام تحديد الاتجاه الراديوي (VOR)، ويُصمم جهاز استجواب DME لضبط نفسه تلقائيًا على تردد DME المناسب عند اختيار تردد VOR المرتبط به. يستخدم جهاز استجواب DME في الطائرة ترددات تتراوح بين 1025 و1150  ميجاهرتز. تُرسل أجهزة الإرسال والاستقبال DME على قناة ضمن  نطاق 962 إلى 1213 ميجاهرتز، وتستقبل على قناة مقابلة بين 1025 و1150  ميجاهرتز. يُقسم النطاق إلى 126 قناة للاستجواب و126 قناة للرد. يختلف تردد الاستجواب عن تردد الرد دائمًا بمقدار 63  ميجاهرتز. تبلغ المسافة بين القنوات وعرض النطاق الترددي لكل قناة 1  ميجاهرتز.

DME - الاقتران بين ترددات الاستجواب (الجو) وترددات الرد (الأرض)

تشير المراجع التقنية إلى قنوات X و Y فقط إلى تباعد النبضات الفردية في زوج نبضات DME:  تباعد 12 ميكروثانية لقنوات X و  تباعد 30 ميكروثانية لقنوات Y.

تُعرّف محطات DME نفسها برمز مورس ثلاثي الأحرف بتردد 1350  هرتز . إذا كانت المحطة موجودة في نفس موقع محطة VOR أو ILS، فسيكون لها نفس رمز التعريف الخاص بالمحطة الأم. بالإضافة إلى ذلك، ستُعرّف محطة DME نفسها بين رموز تعريف المحطة الأم. تردد هوية محطة DME هو 1350 هرتز لتمييزها عن نغمة 1020 هرتز الخاصة بجهاز تحديد موقع VOR أو ILS.  

أنواع أجهزة الإرسال والاستقبال DME

قامت إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية بتركيب ثلاثة أنواع من أجهزة الإرسال والاستقبال DME (باستثناء تلك المرتبطة بنظام الهبوط): أجهزة الإرسال والاستقبال الطرفية (التي تُركّب عادةً في المطارات) تُقدّم خدماتها عادةً حتى ارتفاع 3700 متر (12000 قدم) ومدى 46 كيلومترًا (25 ميلًا بحريًا ) ؛ وأجهزة الإرسال والاستقبال منخفضة الارتفاع تُقدّم خدماتها عادةً حتى ارتفاع 5500 متر (18000 قدم) ومدى 74 كيلومترًا (40 ميلًا بحريًا) ؛ وأجهزة الإرسال والاستقبال عالية الارتفاع تُقدّم خدماتها عادةً حتى ارتفاع 14000 متر (45000 قدم) ومدى 240 كيلومترًا (130 ميلًا بحريًا) . مع ذلك، تخضع العديد من هذه الأجهزة لقيود تشغيلية تعتمد بشكل كبير على حجب خط الرؤية، وقد يختلف الأداء الفعلي. [ 12 ] ينص دليل المعلومات الملاحية الأمريكية ، على ما يبدو في إشارة إلى أجهزة الإرسال والاستقبال DME على ارتفاعات عالية: "يمكن استقبال إشارات موثوقة على مسافات تصل إلى 199 ميلًا بحريًا [369 كم] على ارتفاع خط البصر".       

أجهزة الإرسال والاستقبال DME المرتبطة بنظام الهبوط الآلي (ILS) أو أي نظام هبوط آلي آخر مخصصة للاستخدام أثناء الاقتراب من مدرج معين ، سواء من أحد طرفيه أو كليهما. وهي غير مصرح باستخدامها في الملاحة العامة؛ ولم يُحدد لها حد أدنى للمدى أو الارتفاع.

استخدام التردد/تخصيص القنوات

تحدد منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) استخدام ترددات نظام قياس المسافة (DME)، وتخصيص القنوات، وربطها بأجهزة الملاحة الأخرى (مثل VOR وILS). [ 1 ] تُعرَّف قنوات DME البالغ عددها 252 قناةً بمزيج من تردد الاستجواب، والفاصل الزمني بين نبضات الاستجواب، وتردد الرد، والفاصل الزمني بين نبضات الرد. تُسمى هذه القنوات 1X، 1Y، 2X، 2Y، ... 126X، 126Y. تتميز قنوات X (التي أُضيفت أولاً) بفاصل زمني قدره 12  ميكروثانية بين نبضات الاستجواب والرد. أما قنوات Y (التي أُضيفت لزيادة السعة) فتتميز بفاصل زمني قدره 36  ميكروثانية بين نبضات الاستجواب، و30 ميكروثانية بين نبضات الرد  .

تم تحديد 252 ترددًا (ولكن لا تُستخدم جميعها) لاستجوابات وردود نظام DME، وتحديدًا 962، 963، ... 1213  ميجاهرتز. ترددات الاستجواب هي 1025، 1026، ... 1150  ميجاهرتز (126 ترددًا إجمالًا)، وهي نفسها لقناتي X وY. بالنسبة لقناة معينة، يكون تردد الرد  أقل أو أعلى من تردد الاستجواب بمقدار 63 ميجاهرتز. يختلف تردد الرد بين قناتي X وY، ويختلف أيضًا بين القنوات المرقمة من 1 إلى 63 والقنوات المرقمة من 64 إلى 126.

لا تُخصص جميع القنوات/الترددات المحددة. توجد "فجوات" تخصيص متمركزة حول 1030 و1090  ميجاهرتز لتوفير الحماية لنظام رادار المراقبة الثانوي (SSR). في العديد من البلدان، توجد أيضًا "فجوة" تخصيص متمركزة حول 1176.45  ميجاهرتز لحماية تردد GPS L5. تُزيل هذه "الفجوات" الثلاث ما يقارب 60  ميجاهرتز من الترددات المتاحة للاستخدام.

يُخصص نظام قياس المسافة الدقيق (DME/P)، وهو أحد مكونات نظام الهبوط بالميكروويف، لقنوات Z، التي تتميز بمجموعة ثالثة من فواصل نبضات الاستجواب والرد. وتُدمج قنوات Z مع قنوات Y، ولا تؤثر بشكل جوهري على خطة القنوات.

مستقبل

في عام 2020، قدمت إحدى الشركات جهازها "الجيل الخامس من أجهزة قياس المسافة الرقمية". ورغم توافقه مع الأجهزة الحالية، يوفر هذا الإصدار دقة أعلى (تصل إلى 5 أمتار باستخدام تقنية التثليث DME/DME)، مع إمكانية تقليل الدقة إلى 3 أمتار باستخدام تحسينات إضافية. ويجري النظر في إدراج هذا الجهاز ذي دقة 3 أمتار ضمن مشروع SESAR الأوروبي ، مع احتمال نشره بحلول عام 2023.

في القرن الحادي والعشرين، أصبح الملاحة الجوية تعتمد بشكل متزايد على التوجيه عبر الأقمار الصناعية. ومع ذلك، ستستمر الملاحة الأرضية لثلاثة أسباب:

  • إشارة القمر الصناعي ضعيفة للغاية، ويمكن تزييفها، وليست متاحة دائمًا؛
  • يشترط قانون الاتحاد الأوروبي على الدول الأعضاء الاحتفاظ بأجهزة الملاحة الأرضية وصيانتها؛
  • الشعور بالسيادة، أو السيطرة على وسائل الملاحة الخاصة بالدولة. "ترغب بعض الدول في أن تعتمد الملاحة فوق أراضيها على وسائل تسيطر عليها. وليس لدى كل دولة نظام ملاحة متكامل مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الأمريكي أو نظام غاليليو الأوروبي."

إحدى مزايا معدات الجيل الخامس المقترحة في عام 2020 هي إمكانية فحص وظائفها عن طريق رحلات الطائرات بدون طيار ، مما سيقلل بشكل كبير من تكلفة وتأخيرات اختبارات الطيران السابقة التي تتطلب طاقماً. [ 13 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 الملحق 10 لاتفاقية الطيران المدني الدولي، المجلد الأول - أجهزة الملاحة الراديوية ؛ منظمة الطيران المدني الدولي؛ المعايير الدولية والممارسات الموصى بها.
  2. ↑ الحد الأدنى لمعايير الأداء التشغيلي لمعدات قياس المسافة المحمولة جواً (DME) التي تعمل ضمن نطاق الترددات الراديوية من 960 إلى 1215 ميجاهرتز ؛ RTCA؛ DO-189؛ 20 سبتمبر 1985.
  3. ↑ معدات قياس المسافة (DME) التي تعمل ضمن نطاق الترددات الراديوية 960-1215 ميجاهرتز ؛ وكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي؛ ETSO-2C66b؛ 24 أكتوبر 2003.
  4. ↑ "الملحق ب: تسميات الأحرف القياسية لنطاقات الرادار وفقًا لمعايير IEEE". دليل تخصيص الترددات وحماية الطيف للاستخدامات العلمية (  الطبعة الثانية). الأكاديميات الوطنية للعلوم والهندسة والطب. 2015. doi : 10.17226/21774 . ISBN 978-0-309-37659-4.
  5. ↑ "مهندس يفنّد الخرافات في العديد من المجالات" . 9 يناير 2013 - عبر صحيفة سيدني مورنينغ هيرالد.
  6. ↑ ماكاي، أندرو (1976). "تحديد مواقع الطائرات، في كتاب المفاجأة والمغامرة: خمسون عامًا من العلوم لأستراليا" (ملف PDF) . EOAS . CSIRO. الصفحات 21-22 . تاريخ الاطلاع: 18 ديسمبر 2025 . 
  7. ↑ كونواي، إريك (2006). عمليات الهبوط العمياء: عمليات الرؤية المنخفضة في الطيران الأمريكي، 1918-1958 . بالتيمور: مطبعة جامعة جونز هوبكنز. الصفحات 119-122 . ISBN  9780801884498.
  8. ↑ عمليات الملاحة في منطقة المحطة والطريق في الولايات المتحدة (RNAV) ؛ إدارة الطيران الفيدرالية؛ التعميم الاستشاري AC 90-100A؛ 1 مارس 2007.
  9. ↑ "DME/DME لتحديد الموقع والملاحة والتوقيت البديل (APNT)" ، روبرت دبليو. ليلي وروبرت إريكسون، إدارة الطيران الفيدرالية، ورقة بيضاء، بدون تاريخ
  10. ↑ وزارة الدفاع الأمريكية ووزارة النقل (ديسمبر 2001). "أنظمة الملاحة الراديوية الفيدرالية لعام 2001" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 يوليو 2011 .
  11. ↑ إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية (2 سبتمبر 1982). "المعيار الوطني الأمريكي للطيران لأنظمة VOR/DME/TACAN" .
  12. ↑ دليل المعلومات الملاحية مؤرشف في 5 سبتمبر 2008 في Wayback Machine ؛ إدارة الطيران الفيدرالية؛ 12 أكتوبر 2017.
  13. ↑ شركة تاليس تُطلق الجيل الخامس من أجهزة قياس المسافة الرقمية ( أسبوع الطيران وتكنولوجيا الفضاء ، 11 مارس 2020)