سیستم DME

نویسنده : علی فهندژسعدی 

 (Distance Measuring Equipment System)

سیستم DME (Distance Measuring Equipment) یکی از مهم‌ترین سامانه‌های ناوبری رادیویی در هوانوردی است که وظیفه اندازه‌گیری فاصله مایل (Slant Range Distance) بین هواپیما و یک ایستگاه زمینی را بر عهده دارد. این سیستم با استفاده از تبادل پالس‌های رادیویی بین هواپیما و ایستگاه زمینی، اطلاعات دقیقی از فاصله را در اختیار خلبان و سامانه‌های ناوبری هواپیما قرار می‌دهد. DME نقش کلیدی در اجرای مسیرهای پروازی، تقرب‌های دقیق و افزایش ایمنی پرواز ایفا می‌کند.

ناوبری هوایی مبتنی بر دانستن دقیق موقعیت هواپیما در فضاست. برای این منظور، دانستن فاصله، جهت و ارتفاع اهمیت حیاتی دارد. سیستم DME با فراهم کردن اطلاعات فاصله، مکمل سیستم‌هایی مانند VOR و ILS بوده و امکان تعیین موقعیت دقیق هواپیما را فراهم می‌کند.

از دهه 1950 میلادی تاکنون، DME به‌عنوان یکی از قابل‌اعتمادترین سیستم‌های ناوبری مورد استفاده قرار گرفته و هنوز هم با وجود ظهور سیستم‌های ماهواره‌ای مانند GNSS / GPS نقش مهمی در ناوبری ایمن هواپیماها دارد.

سامانهDME برای اندازه‌گیری فاصله مایل (Slant Range) بین هواپیما و ایستگاه زمینی به‌کار می‌رود. این سامانه در بازه فرکانسی ۹۶۰ تا ۱۲۱۵ مگاهرتز عمل می‌کند. تجهیزات اویونیکی DME نصب‌شده روی هواپیما، یک سیگنال پالسی به ایستگاه زمینی DME ارسال می‌کنند و ایستگاه زمینی نیز با ارسال یک پالس پاسخ‌دهنده واکنش نشان می‌دهد. گیرنده داخل هواپیما، اختلاف زمانی بین پالس ارسالی و پالس دریافتی را اندازه‌گیری کرده و بر اساس آن، فاصله مایل را محاسبه می‌کند. سامانه DME اطلاعات سمتی ارائه نمی‌دهد و تنها فاصله را مشخص می‌کند.

بین فرکانس پرسش‌گر  و ترانسپاندر همواره اختلاف فرکانسی برابر با ±۶۳ مگاهرتز وجود دارد

.DMEهای کم‌توان (Low-Power DME – LPDME) با توان انتقال ۱۰۰ وات کار می‌کنند و معمولاً برای ناوبری تقرب (Approach Navigation) استفاده می‌شوند. این نوع DMEها اغلب همراه با سامانه فرود با ابزار دقیق ( ILS) برای ناوبری ناحیه ترمینال نصب می‌شوند.

در مقابل، DMEهای پرتوان (High-Power DME – HPDME) با توان انتقال ۱۰۰۰ وات عمل می‌کنند و معمولاً در کنار سامانه جهت‌یاب همه‌سویه با فرکانس بسیار بالا نصب می‌شوند تا از ناوبری مسیر پروازی (En-Route Navigation) پشتیبانی کنند. HPDMEهای هم‌مکان با VOR به هواپیماها امکان می‌دهند در مرحله مسیر پروازی، موقعیت خود را روی یک (Airway) تعیین کنند. هواپیماهایی که به گیرنده‌های DME اسکن‌کننده مجهز هستند، می‌توانند با استفاده از چندین HPDME به‌طور هم‌زمان، فاصله و موقعیت خود را محاسبه کنند..

وظایف و قابلیت‌های سامانه DME

سامانه DME دارای وظایف و کاربردهای متعددی در ناوبری هوایی است که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

* فراهم‌کردن فاصله مایل بسیار دقیق یک خط موقعیت دایره‌ای و در ترکیب با یک DME دیگر یا یک VOR هم‌مکان ، امکان به‌دست‌آوردن دو خط موقعیت و تثبیت دقیق موقعیت .

* در صورت تجهیز هواپیما به رایانه مناسب ناوبری، امکان تبدیل تغییرات فاصله مایل به سرعت زمینی (Ground Speed) و زمان طی‌شده.

 * فراهم‌کردن امکان اجرای الگوهای انتظار و قوس‌های DME با دقت بالاتر.

 * ارائه کنترل فاصله و ارتفاع هنگام اجرای روش‌های تقرب غیر‌دقیق مانند:

   تقرب‌های Locator Only

  * تقرب‌هایVOR Let-Down

 * نمایش فاصله دقیق تا آستانه باند پرواز (Runway Threshold) و همچنین ارتفاع متناظر با فاصله هنگام اجرای روش‌های ILS/DME.

 * تسهیل شناسایی راداری زمانی که خلبان موقعیت خود را بر اساس VOR/DME به مراقبت پرواز گزارش می‌دهد.

 *  کمک به تفکیک و کنترل هواپیماها در فضای هوایی بدون رادار بر مبنای گزارش موقعیت‌های VOR/DME توسط هواپیماها.

 * تشکیل پایه‌ای برای یک سامانه ساده ناوبری ناحیه‌ای در صورت وجود رایانه مناسب.

 * تأمین ورودی فاصله بسیار دقیق برای سامانه‌های RNAV پیشرفته‌ترکه در آن‌ها از DME دوگانه و خودانتخاب‌گر استفاده می‌شود.

نحوه عملکرد DME (DME Operation)

سامانه DME یک رادار ثانویه (Secondary Radar System) است که با استفاده از تکنیک پالسی ، فاصله مایل (Slant Range) بین هواپیما و ایستگاه زمینی را اندازه‌گیری می‌کند.

در شرایطی که هواپیما دقیقاً بالای ایستگاه DME قرار داشته باشد، سامانه به‌جای فاصله افقی، ارتفاع هواپیما نسبت به ایستگاه DME را نمایش می‌دهد.

اختلاف بین فاصله مایل محاسبه‌شده  و فاصله واقعی زمینی  با افزایش ارتفاع هواپیما و نزدیک‌ شدن آن به ایستگاه DME بیشتر می‌شود. به‌طور تجربی، این اختلاف زمانی قابل توجه می‌گردد که فاصله هواپیما از ایستگاه کمتر از سه برابر ارتفاع آن باشد:

Range < 3 × Height

این سامانه برای عملکرد صحیح به تجهیزات زمینی و تجهیزات نصب‌شده روی هواپیما نیاز دارد. معمولاً تجهیزات DME به‌صورت هم‌مکان با سامانه‌های VOR یا ILS/LOC نصب می‌شوند.

کمک‌ناوبری‌هایی مانند VOR و ILS سیگنال‌های خود را در باند VHF (Very High Frequency) ارسال می‌کنند، در حالی که DME در باند UHF (Ultra High Frequency) عمل می‌کند. سازمان FAA فرکانس‌های استاندارد VHF کمک‌ناوبری‌ها را با فرکانس‌های متناظر UHF مربوط به DME تطبیق داده است.

به‌عنوان مثال، تمام ایستگاه‌های VOR که روی فرکانس 113.0 مگاهرتز کار می‌کنند صرف‌نظر از محل استقراراز یک فرکانس DME یکسان استفاده می‌کنند. FAA با فاصله‌گذاری مناسب کمک ‌ناوبری‌ها اطمینان می‌دهد که تداخل فرکانسی عملکرد گیرنده هواپیما را مختل نکند.

رادیوهای DME فاصله را با اندازه‌گیری بازه زمانی بین پالس پرسش (Interrogation Pulse) ارسالی از فرستنده هواپیما و پالس پاسخ (Reply Pulse) دریافتی از ایستگاه زمینی محاسبه می‌کنند. این سازوکار از نظر مفهومی شبیه سونار (Sonar) زیردریایی‌هاست که با ارسال سیگنال و دریافت بازتاب آن، فاصله یا نقشه محیط را تعیین می‌کنند.

نمایش DME بر حسب مایل دریایی است و فاصله به‌صورت فاصله مایل (Slant-Range Distance) اندازه‌گیری می‌شود. از آنجا که هواپیما در ارتفاع پرواز می‌کند، فاصله مایل همیشه بزرگ‌تر از فاصله افقی برنامه‌ریزی‌شده (Ground Distance) خواهد بود.

مثال: اگر هواپیما مستقیماً بالای فرستنده DME و در ارتفاع ۶۰۰۰ فوت پرواز کند، DME عددی در حدود ۱ NM را نشان می‌دهد.

قاعده تجربی : اگر به ازای هر ۱۰۰۰ فوت ارتفاع نسبت به زمین ، حداقل ۱ مایل دریایی از ایستگاه فاصله داشته باشید، خطای فاصله مایل ناچیز است.

بنابراین، در ارتفاع ۵۰۰۰ فوت و فاصله حداقل ۵ NM از ایستگاه، قرائت DME عملاً دقیق خواهد بود.

محدودیت‌ها و ظرفیت DME

DME  به دید مستقیم بین هواپیما و ایستگاه زمینی نیاز دارد؛ عوارض زمین یا فاصله فراتر از افق رادیویی می‌تواند مانع دریافت سیگنال شود.

فرستنده‌های زمینی DME معمولاً توان پشتیبانی هم‌زمان از حدود ۱۰۰ هواپیما را دارند. در صورت اضافه ‌بار ، هواپیماهای دورتر ممکن است سیگنال DME را دریافت نکنند.

DME سنتی در برابر GPS DME

با گسترش GPS، استفاده از DME سنتی کاهش یافته است. اگر در پرواز IFR از GPS تأییدشده استفاده می‌کنید، می‌توان فاصله GPS را به‌عنوان جایگزین DME به‌کار برد.

مثال: در یک تقرب ILS اگر فاصله DME تا نقطه آغاز تقرب نهایی (FAF – Final Approach Fix) برابر ۵ مایل از آنتن باشد و شما ۲ مایل با FAF فاصله داشته باشید،    GPS DME نیز فاصله ۲ مایل تا FAF را نمایش می‌دهد.