14. Avionica_x aircraft engineering .ppt

Avionics system

1. 1
Variable Resistance Systems
•If the circuit resistance is only intended to be
adjusted in the workshop, a preset device is used.

2. 4
Synchros
A typical synchro has a rotor and three stator coils.
The coils in the stator are at 120 degrees with respect to each other.
This unit acts like 3 control transformers contained in one unit.
•Synchros use 26 V AC or 115 V AC
for excitation of the rotor.
•The excitation makes a magnetic
field in the rotor coil.
•This magnetic field induces a
voltage in the stator coils.
•The voltage in the stator coils
depend on the angle between the
rotor coil and each stator coil.
•When we turn the rotor, the
magnetic field in the stator also
turns and the voltages in the stator
coils change.

3. 6
Direct Torquer Systems

4. 7
In a synchro-servo system the rotor of the synchro receiver gives a signal to a servo
amplifier.
In this system the rotor of the receiver is not connected to a supply source but it
makes a signal from the stator-field in the receiver synchro.
The output signal of the servo amplifier drives a motor.
The motor drives, via a reduction gear, the rotor of the synchro receiver and a load.
Torquer Servo Systems

5. 9
Linear Variable Displacement Transducers (LVDTs), also known as Linear Variable
Differential Transformers (LVDTs) change linear position information into electrical
signals.
An LVDT has
one primary coil,
a linear moveable iron core and
two in serial connected secondary coils
The mechanical input changes the position of the iron core.
The position of the core changes the magnetic coupling between the
primary and the secondary coils.
When the input moves the core in one direction, one of the secondary coils
receives more magnetic flux. This induces a higher voltage in the coil.
The other secondary coil receives less magnetic flux. This induces a lower
voltage. The difference between voltages induced in the secondary stator
coils is proportional to the mechanical position.
Linear Variable Displacement Transducers (LVDTs)

6. 10
Linear Variable Displacement Transducers (LVDTs)

7. 11
Linear Variable Displacement Transducers (LVDTs)

8. 12
Rotary Variable Displacement Transducers (RVDTs), also known as Rotary Variable
Differential Transformers (RVDTs), change angular position information into
electrical signals.
An RVDT has
one primary coil,
a linear moveable iron core and
two in serial connected secondary coils
The difference between voltages induced in the secondary stator coils is
proportional to the rotated angle. This is an AC Ratio Signal.
The difference between rotation directions is that the output-voltage
between R and T is of opposite phase.
The output measured between R and T is an AC-RATIO signal which
represents the rotated angle of the RVDT.
Rotary Variable Displacement Transducers (RVDTs)

9. 13
Rotary Variable Differential Transducers (RVDTs)
Nucleo ferro-
magnetico

10. 14
E-I sensor
With the I bar in a neutral
position:
the air gaps at each end are
equal
the magnetic flux is equal
equal and opposite voltages
are generated in the outer
limbs
the output from the sensor
is zero.

11. 15
E-I sensor
when the I bar moves,
the air gaps become unequal
the reluctance to change
Flux in one limb (with the smaller gap) increases,
flux in other limb decreases.
The induced voltages change
the output voltage is amplified for use in a control
system.

12. 16
AVIONICA
Per avionica si intende l'insieme delle apparecchiature elettroniche impiegate a bordo
di un velivolo; i maggiori componenti dell'avionica sono le apparecchiature di
comunicazione, di navigazione ed i calcolatori di bordo.
La tecnologia digitale ha favorito, negli ultimi anni, lo sviluppo dell’avionica; si è
infatti ottenuta una miniaturizzazione dei circuiti che riescono a lavorare a frequenze
sempre più elevate, nonché il raggruppamento di numerose funzioni all’interno di
un’unica apparecchiatura.
Conseguenza immediata è una elevata riduzione dei pesi e della complessità della
strumentazione installata sul cockpit.

13. 17
COMUNICAZIONI
I piloti hanno necessità di comunicare dal loro velivolo con l'esterno o con altri
velivoli in tutte le fasi della loro missione. I collegamenti tra il velivolo e terra o tra
velivolo e velivolo debbono necessariamente avvenire attraverso radio, sfruttando
quindi un campo elettromagnetico.
CAMPO ELETTROMAGNETICO
Effettuare un collegamento radio significa mettere in contatto, tramite un campo
elettromagnetico, una stazione trasmittente ed una stazione ricevente.
RADIOTRASMETTITORE RADIORICEVITORE
ANTENNA
GENERATORE
CAMPO
ELETTROMAGNETICO
ANTENNACORRENTE
ALTERNATA
H
E
Direzione di propagazione ANTENNA
CAPTATORE
CAMPO
ELETTROMAGNETICO

14. 18
GRANDEZZE CARATTERISTICHE DELLE
ONDE ELETTROMAGNETICHE
AMPIEZZA;
FREQUENZA f ;
LUNGHEZZA D’ONDA λ;
VELOCITA’ DI PROPAGAZIONE
c=300000 km/s;
BANDE DI FREQUENZA

15. 19
BANDE DI FREQUENZA UTILIZZATE
VHF 33-88 MHz per il militare;
VHF 108-156 MHz per il civile;
UHF (zona tra VHF ed UHF) 225-400 MHz per il militare.
PROPRIETA’ DELLE FREQUENZE

16. 20
Antennas
Each piece of equipment must have a specific antenna, and this antenna must be
mounted in a specific location for the most efficient operation

17. 21
Antennas
Each piece of equipment must have a specific antenna, and this antenna must be
mounted in a specific location for the most efficient operation

18. 22
Installation of aircraft antenna systems
There are a variety of radio antennas, each designed for a specific radio and
installation.
Typically the radio antenna must be located on the exterior of the aircraft or located
near the exterior protected by a plastic or non conductive cover.
Antennas which are mounted on the exterior of the aircraft are either the blade (rigid)
or whip (flexible) type.
Flush mounted antennas are located within the aircraft outer cover and produce less
drag than an externally mounted antenna.

19. 29
COMPONENTI DI UN IMPIANTO DI COMUNICAZIONE
MICROFONO: Trasforma segnali audio in elettrici;
IMPIANTO AUDIO: gestisce tutti i segnali audio a bordo del velivolo;
TRASMETTITORE: converte il segnale elettrico da frequenza audio alla frequenza necessaria
per la trasmissione secondo la modalità e la frequenza impostata nel QUADRO DI CONTROLLO
e la invia all‘ANTENNA.
APPARATO TRASMITTENTE
APPARATO RICEVENTE
E’ costituito dagli stessi componenti che funzionano al contrario; fa eccezione il microfono che è
sostituito dalle cuffie.

20. 30
ANTENNE
Il tipo più semplice di antenna è costituito da un conduttore nel quale viene fatta
circolare una corrente alternata; per un funzionamento ottimale l'antenna deve avere
una lunghezza pari alla lunghezza d’onda da trasmettere o ricevere, ma alle basse
frequenze questo può essere proibitivo ed allora si ammettono lunghezze di antenna
pari alla metà o ad un quarto dell’onda, perdendo sempre più di efficienza.
TIPOLOGIE
PROBLEMI:
POSIZIONAMENTO
INTERFERENZA

21. 31
MODULAZIONE DI PORTANTI
Un trasmettitore è un dispositivo in grado di elaborare l'informazione da trasmettere
in modo che essa venga affidata ad un’onda portante di requisiti tali, frequenza e
potenza, da poter essere inviata alle distanze e nelle condizioni volute. Il ricevitore
dovrà essere in grado di eseguire la funzione inversa e riottenere quindi l'informazione
trasmessa.
La necessità di questa trasformazione è legata al fatto che il segnale che si vuole
trasmettere è di frequenza molto bassa: una sua trasmissione diretta avverrebbe
quindi con lunghezze d'onda molto elevate e sarebbero necessarie antenne di
dimensioni inaccettabili; inoltre le onde di bassa frequenza subiscono un'attenuazione
molto forte e richiederebbero potenza di trasmissione elevatissima.
Il processo che appoggia un segnale di bassa frequenza ad uno di alta frequenza si
chiama modulazione
La modulazione può essere effettuata variando l’ampiezza o la frequenza dell’onda
portante.

22. 32
SCHEMA DI UN IMPIANTO RADIOTRASMITTENTE

23. 33
MODULAZIONE D’AMPIEZZA
Il processo di modulazione d’ampiezza consiste nel far si che l’ampiezza della
portante vari con lo stesso ritmo del segnale modulante.

24. 34
100
M
P
A
A

PROFONDITA’ DI MODULAZIONE
La profondità di modulazione è definita come il rapporto tra l’ampiezza del segnale
modulante e l’ampiezza della portante espresso in percentuale.
Profondità di modulazione <100% →FUNZIONAMENTO OTTIMALE
Profondità di modulazione =100% →PORTANTE PIENAMENTE MODULATA
Profondità di modulazione>100% →PERDITA DI INFORMAZIONI (SOVRAMODULAZIONE)
CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO DEL TRASMETTITORE

25. 35
SOVRAMODULAZIONE

26. 36

27. 37
LARGHEZZA DI BANDA
La modulazione in ampiezza di una onda a frequenza f
p
con un segnale a frequenza f
m
genera
un'onda con le frequenze f
p
- f
m
, f
p
e f
p
+ f
m
; in realtà il segnale da trasmettere è sempre un segnale
composto e quindi sarà necessaria una certa larghezza di banda attorno alla frequenza
fondamentale della portante.
ESEMPIO (Trasmissione voce umana)
Per la voce umana si hanno contributi in frequenza significativi da 300 a 3000 Hz;
Una trasmissione a 7MHz richiede quindi una banda di frequenze da 6997 a 7003 kHz.
Nella realtà
si ammette una frequenza massima per la voce di 4500 Hz e quindi la trasmissione deve avvenire
con una larghezza di banda (canale di trasmissione) di 9000 Hz.
Le frequenze utilizzate per la trasmissione devono quindi essere fra loro separate di almeno 9
kHz. Per la trasmissione di musica è necessaria una maggiore larghezza di banda, tra i 10 e i 15
kHz.

28. 38
MODULAZIONE DI FREQUENZA
Nella modulazione di frequenza invece l'ampiezza dell'onda risultante viene
mantenuta costante mentre la sua frequenza viene variata in funzione del segnale da
trasmettere.
Le variazioni di frequenza sono funzione dell’ampiezza del segnale modulante. In
particolare la frequenza dell’onda portante cresce al crescere dell’ampiezza del segnale
modulante, mentre decresce al decrescere dell’ampiezza dello stesso segnale.
PERCENTUALE DI MODULAZIONE
Per le normali trasmissioni radio si è stabilito che la deviazione di frequenza non
superi i 75 kHz;
Un segnale si considera modulato al 100% se la portante assume una deviazione
massima in frequenza di 75 kHz

29. 39

30. 40
Le trasmissioni ad onde medie e basse (MF e LF) sono sempre modulate in ampiezza poiché
esse sono a lunga distanza e quindi, per ridurre interferenze, è bene contenere la larghezza di
banda.
AMPLIFICATORI DI POTENZA
Gli amplificatori di potenza devono essere tali da non deformare il segnale amplificato. Le
potenze dei trasmettitori usati a bordo vanno dalla decina al centinaio di Watt.

31. 41
Single Side Band Transmission
The intelligence of an AM signal is contained solely in the side bands.
Each side band contains all the intelligence needed for communications. Therefore, one
side band and the carrier signal can be eliminated.
This is the principle on which single side band (SSB) communications is based.
Although both side bands are generated within the modulation circuitry of the SSB radio
set, the carrier and one side band are removed before any signal is transmitted.
The side band that is higher in frequency than the carrier is called the upper side band
(USB).
The side band that is lower in frequency than the carrier is called the lower side band
(LSB).

32. 42
Single Side Band Transmission
Either side band can be used for communications as long as both the transmitter and the
receiver are adjusted to the same side band.
The transmission of only one side band leaves open that portion of the RF spectrum
normally occupied by the other side band of an AM signal.
This allows more emitters to be used within a given frequency range.
Single side band transmission is used in applications when it is desired to;
limit size and weight of equipment;
increase effective output without increasing antenna voltage;
operate over long ranges without loss of intelligibility because of selective fading.

33. 43

34. 44
RICEVITORI
I ricevitori devono eseguire le funzioni inverse; a questo scopo è necessario prima di tutto
captare dall'antenna la banda di frequenza di interesse e successivamente da questa ricavare il
segnale utilizzato per la modulazione del segnale trasmesso.
I circuiti rivelatori sono circuiti che entrano in risonanza ad una certa frequenza e quindi sono in
grado di captare dall'antenna segnali anche molto deboli ed inviarli, dopo un’opportuna
amplificazione, al demodulatore.
CARATTERISTICHE DEI RICEVITORI
Sensibilità;Selettività;Stabilità
SENSIBILITA’
La sensibilità deve essere molto alta per poter ricevere segnali anche molto deboli; occorre però
fare attenzione che i segnali da ricevere possono avere intensità talmente bassa da richiedere
un’amplificazione di milioni di volte: amplificazioni di tale tipo rendono sensibili anche i rumori di
fondo presenti in tutti i circuiti elettronici; è necessario quindi che l'amplificazione sia tale da
aumentare il rapporto segnale/rumore il più possibile.

35. 47
VHF Communication

36. 48
HF Communication

37. 49
RADAR
Il radar (Radio Detecting And Range) è un sistema che consente di determinare la
presenza e la posizione di un obiettivo.
Principio Fondamentale di funzionamento
Il principio fondamentale sul quale si basa è la riflessione delle onde radio, emesse da
una stazione di terra, che investono un ostacolo. In questo modo la stazione di terra,
captando le onde riflesse, riesce ad individuare la presenza dell’ostacolo.
Posizione angolare
Se la stazione di terra è dotata di un’antenna direzionale è possibile individuare la
posizione angolare dell’ostacolo rispetto alla stazione di terra.
Calcolo della distanza dell’ostacolo
Calcolando il tempo che l’onda radio impiega per raggiungere l’ostacolo e per tornare
alla stazione di terra è possibile calcolare la distanza tra ostacolo e stazione radar.
Calcolo della velocità relativa tra ostacolo e stazione
Sfruttando l’effetto Doppler sulla frequenza del segnale è possibile determinare la
velocità relativa tra stazione radar e ostacolo.

38. 50
RADAR AD IMPULSI
Poichè la frequenza dell'onda riflessa, a parte scostamenti dovuti all'effetto Doppler, è
identica a quella dell'onda trasmessa, occorre distinguere l'onda inviata da quella
ricevuta e quindi la trasmissione deve avvenire per brevi periodi, ovvero ad impulsi,
ponendo poi l'apparecchiatura in ascolto per un tempo legato alla portata massima
possibile del Radar.
Componenti di un Radar

39. 51
CARATTERISTICHE DELL’ANTENNA
Il trasmettitore irradia periodicamente energia sotto forma di impulsi di microonde di breve
durata;
Numero di impulsi al secondo
Se con R si indica la portata del radar e con c (velocità della luce) la velocità di
propagazione delle onde radar, allora il numero di impulsi al secondo che il radar può
emettere è dato da:
n=c/2R

40. 52
POTENZE E FREQUENZE
Le potenze vanno da qualche Watt per il radar altimetro alle decine di kilowatt per i
potenti radar di terra;
Le frequenze alle quali opera il radar vanno dai 100 ai 1000 MHz.
La direzione del bersaglio è individuata dall’orientamento dell’antenna parabolica per mezzo
dell’angolo di AZIMUT e dell’angolo di ELEVAZIONE
CARATTERISTICHE DELL’ANTENNA

41. 53
CALCOLO DELLA DISTANZA DEL BERSAGLIO
Se c è la velocità della luce, R la distanza del bersaglio e τ il tempo che l’impulso
impiega per raggiungere l’ostacolo e tornare alla stazione, allora la distanza del
bersaglio può essere calcolata come:
r=cτ/2
TIPOLOGIE DI DISPLAY
La presentazione del radar è normalmente su uno schermo circolare il cui centro rappresenta la
posizione della stazione radar e gli ostacoli vengono segnalati con punti di intensità
proporzionale alla potenza dell'eco e la cui posizione identifica sia la direzione che la distanza
dell'ostacolo. Questo vale per i radar che eseguono la ricerca sui 360°;
Si possono anche avere radar con spostamento verticale dell'antenna, o con scansione attorno ad
una certa direzione. Il primo tipo, ruotante attorno ai 360°, è quello normalmente usato nelle
stazioni di terra per il controllo dello spazio aereo; il secondo può essere utilizzato in direzioni
prefissate per ottenere la quota dell'obiettivo; il terzo è usato per esempio nei radar di bordo.
Questi ultimi possono essere utilizzati per l’individuazione di ostacoli fissi o mobili oppure per
rilevazioni meteorologiche.

42. 55
PORTATA (EQUAZIONE DEL RADAR)
Nella progettazione di un RADAR è di fondamentale importanza il calcolo della sua
portata ovvero la massima distanza al quale esso è in grado di individuare un bersaglio.
Fattori che influenzano negativamente la PORTATA
Si deve sottolineare a titolo di premessa che la portata di un radar dipende in primo
luogo dalla presenza di ostacoli interposti tra stazione e bersaglio.
Un altro fattore che influenza la portata di un radar è il rumore che può essere dovuto
a riflessioni del terreno (Clutter), pioggia o grandine, disturbi indotti dal nemico
(velivoli militari) o rumore elettronico che si determina all’ingresso del ricevitore.
IMPORTANTE
Affinchè il segnale di un’eco possa essere individuato è necessario che l’intensità del
segnale d’eco sia maggiore dell’intensità del rumore.

43. 56
PORTATA (EQUAZIONE DEL RADAR)
ENERGIA DI UN’ECO CHE RAGGIUNGE IL RADAR;
Fattori che influenzano l’energia di un’eco
Potenza media delle onde radio irradiate nella direzione del bersaglio;
La frazione di onde elettromagnetiche intercettata dal bersaglio e
reirradiata verso il radar;
La frazione di onde elettromagnetiche intercettata dall’antenna del
radar;
L’intervallo di tempo durante il quale il fascio d’antenna illumina il
bersaglio.

44. 57
2
4
M A
ra
P G
DP
R

2
4
M A
ra
P G
P
R



PORTATA (EQUAZIONE DEL RADAR)
DENSITA’ DI POTENZA EMESSA DAL TRASMETTITORE
La potenza media che il trasmettitore mette a disposizione viene concentrata nel lobo principale
dell’antenna e quindi amplificata di una fattore pari al guadagno dell’antenna stessa (G
a
)
Questa potenza si distribuisce però in modo sferico per cui la densità di potenza a m
2
sarà:
QUANTITA’ DI POTENZA CHE IL BERSAGLIO RIFLETTE NELLA DIREZIONE DEL
RADAR
σ prende il nome di Radar Cross Section e tiene conto di:
Riflettività: percentuale di potenza riflessa;
Area geometrica del bersaglio;
Direttività:Rapporto tra quantità di potenza rinviata nella direzione del radar e la quantità
totale di potenza riflessa.

45. 58
2 4
(4 )
M A
rr
P G
DP
R



2 4
(4 )
M A e
rr
P G A
P
R



DENSITA’ DI POTENZA RIFLESSA DAL BERSAGLIO
Il bersaglio si comporta a questo punto da trasmettitore e quindi la potenza riflessa si distribuirà
anch’essa su una superficie sferica. La densità di potenza riflessa che raggiungerà l’antenna
radar, che si trova a distanza R dal bersaglio, sarà quindi:
POTENZA INTERCETTATA DALL’ANTENNA
Le onde sono tornate dal bersaglio all’antenna del radar; l’antenna ne intercetterà quindi una
frazione che dipende dall’Area Efficace dell’antenna. La potenza intercettata dall’antenna sarà
quindi:

46. 59

47. 60
2 4
1
(4 )
M A e
P G At
E
R



2
4
2 2
(4 )
M e
m
P A t
R
S

 

ENERGIA DELL’ONDA RIFLESSA
Tale energia si calcola moltiplicando la potenza riflessa per il tempo t (Time To Target) per cui
il fascio di onde emesso dall’antenna ha illuminato il bersaglio. Si ha quindi:
IMPORTANTE !!!!!!!
Affinchè il segnale d’eco sia rilevato dall’antenna esso deve avere un valore di energia minimo
E
min
superiore o almeno uguale all’energia media del rumore di fondo S
m
;
Supponendo che, affinchè l’eco possa essere intercettato dall’antenna radar, il rapporto tra E
min

ed S
m
deve essere almeno uguale ad 1, allora la portata del radar è data da:
Dove al posto di G si è sostituito A
e
/λ
2
(legame ricavato sperimentalmente)

48. 61
CONSIDERAZIONI
L’ aumento della potenza media del trasmettitore di un determinato fattore aumenta la portata
solo di un valore pari alla radice quarta di tale fattore;
Diminuendo l’energia media del rumore S
m
di un determinato fattore ha lo stesso effetto che
aumentare la potenza media dello stesso fattore;
Raddoppiando il tempo di permanenza del fascio sul bersaglio, ad esempio rallentando la
scansione dell’antenna, determina lo stesso effetto dovuto al raddoppio della potenza media.
Supponendo di avere un’antenna circolare e di raddoppiarne il diametro, la portata aumenta
di un fattore pari a 2.
PORTATA MINIMA
Oltre ad un valore di portata massima esiste comunque anche un valore di portata minima
legata alla durata della trasmissione: infatti un ostacolo troppo vicino provoca un’eco che
ritorna prima che l'apparecchiatura possa essersi messa in ascolto.

49. 62
TIPOLOGIE DI RADAR
RADAR PRIMARIO
Questa tipologia di radar è installato in stazioni di terra.
Il radar primario consente di individuare un bersaglio ma non da nessuna informazione sul tipo di obiettivo
illuminato; non consente quindi di distinguere ed individuare i velivoli.
RADAR SECONDARIO
Il radar secondario consente di individuare un bersaglio, ed identificarlo .
A tal scopo il velivolo deve essere dotato di un trasponder ovvero di un’apparecchiatura che ricevendo il
segnale radar risponde con un segnale codificato contenente i dati di identificazione del velivolo. Il
trasponder può anche inviare informazioni sulla quota del velivolo.
I radar secondari sono di grande aiuto per il controllo del traffico aereo , soprattutto nei grandi aeroporti ad
elevato traffico in cui è importante un continuo monitoraggio dei velivoli.

50. 63
TIPOLOGIE DI RADAR
RADAR METEREOLOGICO
•Questa tipologia di radar può essere installato sia a terra che a bordo di un
velivolo;
•il principio di funzionamento si basa sul fatto che le gocce d’acqua
riflettono le onde radio.
•In questo modo è quindi possibile individuare con largo anticipo i nuclei di
temporali che rappresentano la più grande insidia metereologica.

51. 64
RADAR METEREOLOGICO
•Caused by the Doppler Effect, the resulting frequency shift represents turbulence which imparted
motion to the droplets.
•The received radar signal actually shifts over a spectrum of frequencies;
•the broader the band, the greater is the turbulence.
•turbulence (magenta-coloured area): the threshold occurs when droplets move at the rate of 5
meters per second.
2
sorg
v f
c f



52. 66
RADAR METEREOLOGICO
•Flat Plate Antenna
•Antenna stabilization
The antenna is capable of scanning a total azimuth of +/- 45° to +/- 90° 20 times per
minute

53. 67
TIPOLOGIE DI RADAR
RADAR ALTIMETRO
•I RADAR ALTIMETRO consentono di misurare la quota di un velivolo
mediante l’emissione verticale di impulsi di onde elettromagnetiche.
•Queste onde vengono riflesse dal terreno e reinviate al radar altimetro di
bordo; calcolando quindi il tempo impiegato dall’onda per raggiungere il
suolo e tornare al velivolo è possibile determinare con estrema precisione la
quota di volo.
•Tali radar sono progettati per quote inferiori ai 5000 piedi.
•La piccola portata del radar associata al fatto che la superficie riflettente è
vasta ed ortogonale al fascio, consente di impiegare potenze limitate.
•Il fascio non è molto stretto. In questo modo è possibile ottenere una lettura
accurata anche per elevati angoli di manovra.

54. 68
RADIOALTIMETRO
Il radioaltimetro fornisce l’altezza di volo di un velivolo.
Il principio di funzionamento è basato, come per il radar, sulla riflessione
delle onde radio; la differenza tra il radioaltimetro ed il radar sta nel fatto
che la trasmissione non avviene ad impulsi (radar), ma è continua.
L’antenna ricevente, diversa dall’antenna trasmittente, riceve sia il segnale
trasmesso che quello riflesso, segnali che hanno frequenze diverse. Dal
confronto tra i due segnali è possibile risalire al tempo percorso dal segnale
per andare e tornare al velivolo e si può quindi valutare la sua distanza dal
terreno.
Il radioaltimetro può funzionare correttamente fino a quote di 4000 ft ed ha
una precisione dell’ordine di un ft.

55. 69
RADIOALTIMETRO
•The transmitter sends a signal that
changes from 4250 MHz to 4350 MHz
and back 100 times per second
•The transmit frequency changes 100
times per second around 100 MHz.
•Between the ground reflected signal and
the actual transmit signal, there is a
frequency difference proportional of the
travel time.
•From the difference in frequency the
system computes the height

56. 71
Ground Proximity Warning System (GPWS)

57. 74
Ground Proximity Warning System (GPWS)

58. 75
EGPWS Terrain Alerting and Display
•The Enhanced Ground Proximity Warning System (EGPWS) incorporates terrain
alerting and display functions.
•These functions use aircraft geographic position, aircraft altitude, and an internal
terrain data base to predict potential conflicts between the aircraft flight path and the
terrain, and to provide graphic displays of the conflicting terrain.
•The Caution and Warning envelopes use the Terrain Clearance Floor as a baseline,
and virtually "look ahead" of the aircraft in a volume which is calculated as a function
of airspeed, roll attitude and flight path angle.

59. 76
EGPWS Terrain Alerting and Display
•If the aircraft penetrates the Caution Envelope boundary, the aural message "Caution
Terrain. Caution Terrain" is generated, and alert discretes are activated for visual
annunciation.
•Simultaneously, the conflicting terrain areas are shown in solid yellow colour on the
Terrain Display.
•If the aircraft penetrates the Warning envelope boundary, the aural message "Terrain
Terrain - Pull Up!" is generated, and alert discretes are activated for visual
annunciation.
•Simultaneously the conflicting terrain areas are shown in solid red colour on the
Terrain Display.

60. 77
•Solid Red Warning Terrain (approximately 30
seconds from impact)
•Solid Yellow Caution Terrain (approximately 60
seconds from impact)
•50% Red Dots More than 2000 feet above
reference altitude
•50% Yellow Dots 1000 to 2000 feet above
reference altitude
•25% Yellow Dots 500 feet below to 1000 feet
above reference altitude
•25% Green Dots 500 feet below to 1000 feet
below reference altitude
•12.5% Green Dots 1000 to 2000 feet below
reference altitude
•Black No close terrain
•Magenta Unknown Terrain
EGPWS Terrain Alerting and Display

61. 79
NAVIGAZIONE
navigazione: operazioni necessarie a conoscere la propria posizione e la
rotta da seguire per giungere alla destinazione voluta.
La posizione sulla superficie terrestre è definita attraverso due coordinate,
coordinate assolute: latitudine e longitudine
coordinate relative: rispetto ad un punto noto (ad esempio in termini
di distanza e angolo rispetto ad un radiofaro).

62. 80
TIPOLOGIE
NAVIGAZIONE AUTONOMA : Il velivolo possiede a bordo tutte le
apparecchiature necessarie a stimare il punto (particolarmente importante in
ambito militare in quanto un velivolo deve essere autonomo in previsione di
assenza di radioassistenze a terra. Inoltre l’emissione di onde radio da parte del
velivolo lo renderebbe identificabile) ;
NAVIGAZIONE RADIOASSISTITA: il sistema di identificazione della
posizione è basato su un certo numero di stazioni di terra o su satelliti, che
trasmettono informazioni per via radio.
IMPORTANTE!!!!!!
La conoscenza accurata della posizione di un velivolo è fondamentale per
un corretto controllo del traffico aereo.

63. 81
RADIOGONIOMETRI E A.D.F.
L'impiego di antenne direzionali installate a bordo consente un rilievo della direzione di
provenienza di emissione radio omnidirezionale da parte di una stazione(NDB Non Directional
Beacons).
ANTENNA DIREZIONALE O A TELAIO
Questa antenna è costituita da un telaio di supporto chiuso che porta un avvolgimento della
lunghezza necessaria; a seconda di come viene disposta entro al flusso elettromagnetico, sente un
segnale forte o debole.
RILEVAMENTI POSSIBILI
1.Un’antenna omnidirezionale ricevente onde elettromagnetiche provenienti da un’antenna
omnidirezionale (radiofaro) consente il riconoscimento della stazione emittente stessa.
2.Un’antenna direzionale ricevente onde elettromagnetiche provenienti da un’antenna
omnidirezionale (radiofaro) consente di individuare la direzione sulla quale si trova la stazione
emittente lasciando però insoluta la posizione della trasmittente rispetto alla stazione ricevente
stessa.
3.Per determinare correttamente la posizione tra radiofaro e velivolo è necessario un secondo
radiofaro.

64. 82

65. 83
RADIOGONIOMETRI
Il radiogoniometro, che in realtà non viene più usato in aeronautica, è costituito da una radio
ricevente generalmente ad onde corte o medie (quindi di lungo raggio) con antenna
direzionale.
•Il segnale radio trasmesso dal radiofaro contiene un segnale audio continuo ben udibile, che
contiene la sigla identificativa del radiofaro stesso.
•Il radiogoniometro ha un utilizzo manuale: l’operatore dirige l’antenna direzionale di modo
da ottenere il segnale audio minimo e a quel punto legge la direzione di provenienza del
segnale rispetto al velivolo.
A.D.F. Automatic Direction Finder
L’ADF si basa sullo stesso principio, viene utilizzata una coppia di antenne,
una direzionale ed una non direzionale, il segnale contenuto nella trasmissione
viene elaborato da un sistema di controllo che orienta l’antenna direzionale
finché il segnale non è al minimo. A quel punto viene letta la direzione.
La portata è compresa tra le 80 e le 200 miglia nautiche.

66. 84
A.D.F. Automatic Direction Finder

67. 85
V.O.R.
Il VOR (VHF Omni Range) è un sistema in grado di fornire l'angolo, rispetto al Nord, della retta
congiungente la stazione di terra con il velivolo, la radiale. Il VOR identifica quindi il semipiano
sul quale si trova il velivolo indipendentemente dalla sua quota, con la risoluzione di un grado.
La funzione principale dell’impianto V.O.R. è quindi quella di consentire al pilota di poter
seguire una retta tracciata sulla carta di navigazione, informandolo se si è spostato sulla destra o
sulla sinistra, formandogli l’angolo che si ha tra la direzione scelta e la prua ed infine se si sta
allontanando o avvicinando ad un punto caratteristico della retta stessa.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Emissione di due segnali;
•segnale direzionale che ruota a 1800 rpm, ovvero 30 Hz;
•impulso omnidirezionale irraggiato nel momento in cui il segnale rotante passa per il
nord
Misurando il ritardo di ricezione fra il segnale isotropo e quello direzionale si ha la misura della
radiale della posizione della stazione ricevente.
In realtà si utilizza un sistema di trasmissione che invia due segnali; il primo avente fase
costante serve da riferimento al secondo che è a fase variabile a seconda della direzione.

68. 86
FREQUENZE E PORTATE
Il V.O.R. è un sistema in VHF frequenze che variano da 108.00 a 117.95 MHz;
La portata va dalle 40 alle 300 miglia nautiche ed è legata alla visibilità del velivolo da parte del
sistema di trasmissione a terra.
DETERMINAZIONE DELLA POSIZIONE DEL VELIVOLO
Per determinare la posizione del velivolo occorrono almeno 2 V.O.R. in modo da poter effettuare
la triangolazione.
In genere però il sistema V.O.R. è associato al sistema D.M.E. che consente di determinare la
posizione del velivolo con un solo V.O.R..

69. 87
D.M.E.
DME (Distance Measuring Equipment, banda UHF tra i 962 e i 1212 MHz)
•Il DME di bordo invia un segnale (serie di impulsi generati con distanze di tempo casuali) che
interroga la stazione a terra, chiamata transponder;
•il transponder risponde con un altro pacchetto di segnali nella stessa sequenza,
•il tempo totale trascorso è usato per calcolare la distanza tra velivolo e stazione.

70. 88
To--------------From

71. 89

72. 90
Omni Bearing Selector
Course Deviation Indicator

73. 91

74. 95
GPS E DGPS
Il sistema GPS (Global Positioning System) e, soprattutto, il DGPS
(Differential GPS) sono attualmente i migliori sistemi di radiolocalizzazione,
sia per precisione che per copertura.
Il GPS, basato sull'impiego di satelliti artificiali, riesce a fornire, con
precisione maggiore di quella di qualsiasi altro sistema attualmente in uso, la
posizione nelle tre dimensioni (latitudine, longitudine e quota) la velocità e
l’ora.
Realizzato e controllato dal Ministero della Difesa degli Stati Uniti, esso
vede ormai moltissime applicazioni civili.
La precisione di tale impianto è dell’ordine dei 10 m e può raggiungere i
10-20 cm nel caso del DGPS

75. 96
SEGMENTI GPS
SEGMENTO SPAZIALE:
24 satelliti su 6 orbite equidistanziate, alla quota di circa 20000 km, con 4 satelliti a 90° per orbita.
Con tale disposizione dei satelliti è possibile vedere da ogni punto della terra dai 5 agli 8 satelliti.

76. 97
SEGMENTI GPS
SEGMENTO TERRESTRE O DI CONTROLLO:
E’ costituito da 5 stazioni in diversi punti del globo e da una stazione principale posta a Colorado
Spring negli USA. Lo scopo di questo sottosistema è quello di verificare il perfetto funzionamento
del segmento spaziale, ricalcolare in continuazione i dati relativi alle effemeridi dei satelliti. La
stazione principale, oltre a coordinare l'attività dell'intero sistema, elabora i dati trasmessi dai
satelliti e può correggerne la traiettoria.
SEGMENTO UTENTE:
E’ costituito da ricevitori passivi che differiscono per il numero di canali ovvero per il numero di
satelliti che possono ricevere contemporaneamente. I più diffusi sono i ricevitori a 12 canali.

77. 98
INFORMAZIONI INVIATE DAL SATELLITE
Ognuno dei satelliti trasmette con continuità un pacchetto di informazioni relative al tempo di
inzio della trasmissione, alla sua posizione, alla identificazione del satellite stesso ed al suo stato
di efficienza.
La trasmissione, contenente informazioni in formato digitale, avviene su portanti a microonde.
Originariamente venivano forniti due servizi diversi:

l’SPS (Standard Positioning Service)
conteneva un segnale intenzionalmente degradato ed era disponibile a tutti;
il PPS (Precise Positioning Service);
consentiva invece una precisione di misura molto più elevata di quella relativa al servizio
SPS ed era riservato ad impieghi militari o impieghi civili particolari autorizzati dal
Governo Americano
Dal 2000 è stato tolto il degrado del segnale PPS e quindi tutti possono usufruire del
servizio ad alta precisione.

78. 99
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTE
Il principio di funzionamento del GPS è basato sulla misura, effettuata nella stazione ricevente,
della distanza dai satelliti e dalla conoscenza della loro posizione.
Rappresenta un sistema di tre equazioni in tre
incognite, le coordinate della stazione ricevente.

79. 100
ERRORI DI TEMPO
Il calcolo della posizione della stazione ricevente è affetta da errori legati al sincronismo degli
orologi e all’ipotesi di costanza di velocità di propagazione.
Si introduce una ulteriore incognita ovvero Δt
err
ovvero l’errore di sincronismo. Per risolvere il
sistema è quindi necessario ricevere non più tre satelliti ma 4.
• un orologio atomico costa 100.000 euro
Errore orologi al quarzo:
T-> 0.00001 s
D-> 300.000 km/s x 0.00001 s = 3 km

80. 101
ERRORI AGGIUNTIVI
DGPS
Il sistema, definito DGPS, si basa, oltre che sulla costellazione di satelliti, su una stazione a terra,
di coordinate note e dotata di ricevente GPS.

Questa stazione è dunque in grado di calcolare l’errore di posizionamento legato al GPS.
Se la ricevente si trova nel raggio di 200 km dalla stazione a terra, allora l’errore del GPS è
proprio quello calcolato dalla stazione a terra. Infatti è presumibile che la stazione e il ricevitori
stiano utilizzando gli stessi satelliti.
Precisione da 1 a 10 m.

81. 102
ATTERRAGGIO STRUMENTALE
ILS
Il sistema di guida all'atterraggio ILS (Instrument Landing System, parte in VHF e
parte in UHF) è un sistema in grado di guidare il pilota nella fase di avvicinamento alla
pista.
STAZIONE DI TERRA:
La stazione di terra emette dei segnali radio che individuano due piani separati,
glideslope e localizer;
L’intersezione di questi due piani individua una retta che rappresenta la traiettoria
corretta di avvicinamento.
GLIDESLOPE:
il glideslope, trasmesso in UHF attorno ai 330 MHz, è un piano inclinato
generalmente tra i 3 e i 6 gradi sull'orizzontale (dipende dalle condizioni geografiche
attorno all’aeroporto), che interseca la pista a 2-300 m dal suo inizio.
LOCALIZER
il localizer, trasmesso in VHF attorno ai 110 MHz, è un piano verticale coincidente
con l'asse di simmetria della pista.

82. 103
ILS
Ognuno dei piani viene individuato grazie ad una coppia di segnali radio costituiti da una
portante modulata con due diverse frequenze, una di 90Hz ed una di 150Hz, che le antenne
irradiano in modo fortemente direzionale secondo direzioni con angolo molto stretto attorno a
sentiero di discesa.

83. 104
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: Localizer

84. 105
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: Glide slop

85. 106

86. 107
MARKER
Lungo il prolungamento dell’asse pista, ossia lungo il piano del localiser, si trovano 2 o 3
marker beacons, ovvero radiofari verticali in VHF a 75 MHz, che avvisano il pilota dello stato
di avvicinamento.
OUTER MARKER: 3-6 MIGLIA DALLA TESTATA PISTA:
SEGNALE ACUSTICO E SPIA BLU.
MIDDLE MARKER: 0.5-0.8 MIGLIA DALLA TESTATA PISTA
SEGNALE ACUSTICO E SPIA AMBRA.
INNER MARKER: 250-1250 PIEDI DALLA TESTATA PISTA
SEGNALE ACUSTICO E SPIA BIANCA.

87. 108
TIPOLOGIE DI SISTEMI ILS
I vari sistemi ILS installati hanno diversi gradi di accuratezza, indicati con
delle categorie che si riferiscono all’altezza e visibilità minime operative:
Il sistema ha alcune limitazioni che consistono nella difficoltà di un corretto
allineamento del fascio di antenna che risente della morfologia del terreno e di
diversi disturbi; inoltre il fascio è molto stretto per cui può essere utilizzato
solo per identificare il sentiero tracciato, ma diventa inutilizzabile per sentieri
di discesa più ripidi o per avvicinamenti brevi o curvilinei.
LIMITAZIONI

88. 109
ATTERRAGGIO STRUMENTALE
MLS
Il sistema MLS (Microwave Landing System) supera gli inconvenienti dell'ILS. Il suo grande
vantaggio è la possibilità data al velivolo di avvicinarsi alla pista con traiettorie differenti,
condizioni specialmente sfruttate da elicotteri e velivoli militari. Inoltre fornisce un’indicazione di
distanza precisa dal punto di atterraggio.
Il sistema è formato dall'insieme
di tre sottosistemi: uno per la
misura di azimut (AZ), uno per
l'elevazione (EL) ed uno per la
distanza (P-DME, Precision DME).

89. 110
MLS – azimut + DME
MLS – elevation
ATTERRAGGIO STRUMENTALE
MLS

90. 111
COPERTURA E PRECISIONE
Il sottosistema azimutale fornisce informazioni analoghe a quelle dell’ILS, ma su un
angolo di apertura di 124 gradi attorno all'asse della pista. Il sottosistema in elevazione
copre un campo di 30 gradi. Il sottosistema per la distanza ha una portata di 20 miglia.
La precisione delle indicazioni di azimut e di elevazione sono dell'ordine di 0.015
gradi, per la distanza di 30 metri.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Considerando l’antenna di azimuth, questa effettua una scansione ripetitiva di andata
(TO SCAN) e una di ritorno (FROM SCAN).
 Il sistema di bordo può calcolare la sua posizione in azimuth basandosi sulla durata
della scansione di andata e di quella di ritorno ricevute.

91. 112

92. 113

93. 114
NAVIGAZIONE AUTONOMA
La navigazione si dice autonoma quanto il velivolo possiede a bordo tutte le apparecchiature
per stabilire il punto, senza l’ausilio di stazioni di terra.
NAVIGAZIONE INERZIALE
La navigazione inerziale consente di stimare velocità e posizionedel velivolo
indipendentemente da qualsiasi aiuto proveniente da terra. Essa è inoltre in grado di
fornire indicazioni all’autopilota e ad altri sistemi di bordo.
Il principio di funzionamento si basa sulla misura di accelerazioni e sulla
conseguente integrazione.
VANTAGGI
Navigazione autonoma;
Non è disturbata da interferenze elettromagnetiche, dalle condizioni
meteorologiche e dalle manovre.
SVANTAGGI
Errore crescente al crescere del tempo di volo;
Elevati costi.

94. 115
NAVIGAZIONE INERZIALE
Equipaggiamento (piattaforma inerziale)
Le principali parti che compongono una piattaforma inerziale sono:
Giroscopi;
Accelerometri;
Calcolatore di navigazione;
Principio di funzionamento
Misurando ed integrando le accelerazioni secondo le due direzioni sopraelencate è
possibile calcolare la distanza percorsa rispetto al punto di partenza e quindi la
posizione in termini di latitudine e longitudine.
•Una piattaforma convenzionale è dotata di due accelerometri uno orientato
secondo la direzione nord-sud, mentre l’altro è orientato secondo la direzione est-
ovest
•Questi accelerometri non sono montati solidali al velivolo, ma possono essere
orientati perché montati su supporti cardanici stabilizzati da giroscopi.