Технические характеристики VOR-85

Маркерные радиомаяки

Маркерный радиоприемник

 

Маркерный радиоприемник построен по классической супергетеродинной схеме без усилителя высокой частоты.

Сигнал с частотой 75 МГц поступает на входной фильтр (ПФ), представляющий собой четырехрезонаторный полосовой фильтр. На вход фильтра в режиме контроля приемника подается также немодулированный сигнал частотой 75 МГц с контрольного гетеродина (КГЕТ). С выхода фильтра сигнал поступает на смеситель (СМ), собранный на полевом транзисторе. Туда же поступает сигнал частотой 64 МГц с гетеродина (ГЕТ). В результате взаимодействия сигналов на нагрузке смесителя выделяется сигнал промежуточной частоты 10, 7 МГц, который усиливается в усилителе промежуточной частоты (УПЧ), детектируется (АД) и поступает в усилитель низкой частоты (УНЧ) блока низкой частоты. В блоке низкой частоты сигнал преобразуется, усиливается и выделяются соответствующие сигналы с помощью фильтров 400, 1300 и 3000 Гц (ПФ). В зависимости от частоты модулирующего сигнала включается та или иная спусковая схема, состоящая из детектора, триггера Шмитта и ключевого устройства, которая включает индикаторные табло соответствующего радиомаяка и звонок. Звонок включается схемой включения звонка (СВЗ). Тональный сигнал усиливается в телефонном канале (УНЧ ТФ) и поступает в СПУ.

 

 

Функциональная схема РПМ-70

 

Система навигации VOR-85

 Назначение, решаемые задачи

 

Изделие VOR-85 предназначено для приема сигналов радиомаяков ближней навигации системы VOR, маршрутных и посадочных маркерных маяков и определения и выдачи магнитного азимута воздушного судна относительно радиомаяка VOR, сигналов опознавания наземных маяков VOR и маркерных радиомаяков, момента пролета маршрутных и посадочных маркерных радиомаяков на устройства индикации и другим потребителям. В изделии VOR-85 предусмотрена установка заданной линии пути при полете на радиомаяк.

Аппаратура работает в следующих режимах:

«Работа» - прием сигналов азимутального (VOR) и маркерного радиомаяков определение значения азимута, момента пролета маршрутных и посадочных радиомаяков, выделение сигналов опознавания навигационных и маркерных радиомаяков;

«Контроль» - поэтапная проверка работоспособности блока по заданной программе, включая в себя формирование контрольной выходной информации.

 

 

Состав изделия VOR-85

 

Состав изделия VOR-85 приведен в таблице 2.10.

Таблица 2.10

 

Название	Тип (кол-во)	Назначение
Блок радиоприемный	БРП (1 шт.*)	Работа в составе комплекса стандартного цифрового пилотажно-навигационного оборудования, прием сигналов азимутального и маркерного маяков, определения по ним азимута летательного аппарата, момента пролета маркерных радиомаяков, прием звуковых сигналов опознавания, а также выдачи этой информации на индикацию и в систему автоматического управления полетом.
Пульт управления ILS/VOR	ПУ (1 шт.)	Выбор частоты настройки и заданного азимута, а также управления режимами работы блока радиоприемного VOR-85.
Антенна навигационная	АУ-003М (2 шт.)	Прием ВЧ сигналов азимутальных радиомаяков типа VOR.
Устройство питания антенны	УПА (1 шт.)	Подача напряжения питания на антенну АУ-003М, контроль потребляемого ею тока, формирование сигнала «Исправность АФУ» и передача ВЧ сигнала в составе фидерного тракта от антенны к блоку радиоприемному.
Делитель мощности	ВО-029 (1 шт.)	Деление (сложение) мощности в приемных каналах метрового диапазона радиоволн.
Антенна маркерная	АБ-045 (1 шт.)	Прием ВЧ сигналов горизонтальной поляризации наземных маркерных радиомаяков.

* – в зависимости от комплектации в состав VOR-85 может входить один или два БРП.

 

 

Технические характеристики VOR-85

Основные эксплуатационно-технические характеристики аппаратуры VOR-85 приведены в табл. 2.11.

 

Таблица 2.11.

 

1. Диапазон рабочих частот, МГц: канал VOR …..………………………………… канал РПМ ……….…………………………….	108.00-117.95 75
2. Чувствительность, мкВ: не хуже канал VOR ……………………………………... канал РПМ* …………………………………….	3 140–180/1100 – 1900
3. Количество фиксированных каналов: канал VOR …………………………………….. канал РПМ **.…………………………………	160 3
4. Частота модуляции сигнала МРМ: «Дальний», Гц ………………………………………... «Средний», Гц ………………………………………... «Ближний», Гц ………………………………………..	400 1300 3000
5. Погрешность измерения азимута, град.: не более ….	0, 5
6. Значение в режиме «Контроль», град.: ………………	180±2
7. Температура окружающей среды, ° С ……….............	от -40 до +70
8. Относительная влажность при температуре 40°С, %	90
9. Атмосферное давление, мм рт. ст. …………………..	90
10. Масса комплекта, кг не более ……………………...	5
11. Потребляемая мощность по сети 115 В 400 Гц, ВА не более ………………………………………………….	30

* – чувствительность маркерного радиоприемника в режимах «Маршрут» и «Посадка».

** – каналы маркерного радиоприемника, различаются частотами модуляции принимаемых сигналов.

 

Структурная схема

 

Основным блоком изделия VOR-85 является блок радиоприемный. Блок радиоприемный VOR-85 (БРП) предназначен для работы в составе комплекса стандартного цифрового пилотажно-навигационного оборудования, определения и выдачи:

азимута самолета относительно магнитного меридиана, проходящего через радиомаяк VOR;

сигналов опознавания радиомаяков VOR и маркерных радиомаяков;

 моментов пролета маркерных радиомаяков.

Выходная информация блока используется комплексом для автоматизации процесса управления летательным аппаратом.

Для выполнения поставленных задач в состав блока входят модули, которые осуществляют прием высокочастотных сигналов с антенны VOR, аналого-цифровое преобразование выделенных низкочастотных составляющих, их обработку и формирование выходной информации заданного формата, а также модули, образующие тракт выделения информации из сигналов с антенны маркерной.

Кроме этого, часть элементов используется для организации встроенного контроля работоспособности блока. Обработка информации, контроль и управление работой осуществляется с помощью встроенного специализированного цифрового вычислительного устройства (СЦВУ), выполненного на базе микропроцессорного набора микросхем.

Блок состоит из восьми модулей, выполняющих следующие функции:

высокочастотный курсовой (ВЧ-К) – прием, фильтрацию, усиление и детектирование ВЧ сигналов, поступающих от антенны VOR (наименование модуля объясняется тем, что модуль заимствуется из изделия ILS-85), формирование контрольных ВЧ сигналов VOR;

синтезатор частот курсовой (СЧ-К) – перестраиваемый гетеродин с цифровым управлением;

высокочастотный маркерный (ВЧ-М) – прием, фильтрацию, усиление и детектирование ВЧ сигналов, поступающих от маркерной антенны, формирование контрольных ВЧ сигналов МРП;

телефонного и маркерного каналов (ТМК) – усиление телефонных сигналов и сигналов опознавания маяков VOR и МРМ, формирование сигналов контрольных и индикации пролета МРМ; формирование сигналов управления и исправности;

аналого-цифровой преобразователь посадочный навигационный (АЦПН) – выделение НЧ сигналов опорной и переменной фаз, их преобразование в цифровой код, формирование контрольных НЧ сигналов VOR;

специализированное цифровое вычислительное устройство (СЦВУ) – выполнение программы, записанной в ПЗУ;

цифрового обмена (ЦО) – прием и передача биполярного кода, которым осуществляется информационный обмен с внешними системами; формирование и прием управляющих сигналов;

вторичного электропитания (ВЭП) – преобразование напряжения сети 115 В 400 Гц в стабилизированные постоянные напряжения +20, ±15, +5 В, используемые для питания всех модулей блока.

Для организации взаимодействия, управления и контроля модули СЦВУ, цифрового обмена, АЦП навигационного, телефонного и маркерного каналов связаны между собой общей шестнадцатиразрядной шиной.

Структурная схема БРП представлена на рис. 2.54.

 

 

Рис. 2. 54. Структурная схема VOR-85

 

Блок работает в одном из двух режимов: «Работа» или «Контроль».

Режим «Работа». В режиме «Работа» ВЧ сигнал от антенны VOR через выходной соединитель поступает на вход перестраиваемого преселектора модуля ВЧ-К, последний является супергетеродинным приемником с одним преобразователем частоты. Преселектор управляется пятиразрядным двоичным кодом. В качестве гетеродина используется синтезатор частот курсовой (СЧК), перестраиваемый одиннадцатиразрядным двоичным кодом. Коды управления преселектора и синтезатора формируются в модуле цифрового обмена (ЦО).

Продетектированные сигналы НЧК1 и НЧК2 с выхода модуля ВЧ-К поступают соответственно на устройство выделения и аналого-цифрового преобразования НЧ сигналов VOR, входящего в состав модуля АЦПН и на вход усилителя сигналов телефонных и опознавания маяков VOR, находящегося в модуле ТМК. В модуле АЦПН сигнал НЧК1 подвергается частотной демодуляции, предварительной фильтрации и аналого-цифровому преобразованию, в результате чего формируются последовательности кодированных выборок сигналов постоянной и переменной фаз, которые через буферный регистр по общей шине подаются для обработки в СЦВУ.

С выхода модуля ТМК сигналы опознавания радиомаяков VOR поступают в самолетные системы внутренней связи.

В СЦВУ программа обработки азимутальной информации состоит в узкополосной цифровой фильтрации квадратурных составляющих выборок сигналов опорной и переменной фаз с последующим вычислением разности фаз указанных сигналов. Помимо этого, программно осуществляется дешифрация управляющей информации, принимаемой от других систем, а также формирование выходной информации и кодов управления преселектором и синтезатором.

Помимо формирования информации об азимуте, БРП выполняет также функции маркерного приемника. Для этого сигнал от антенны РПМ через внешний соединитель подается на вход модуля ВЧ-М, который представляет собой приемник прямого усиления с переключаемым значением коэффициента усиления (сигналом «Чувствительность РПМ») для обеспечения работы приемника с трассовыми и посадочными маркерными радиомаяками. С выхода буферного усилителя ВЧ-М продетектированный сигнал НЧМ поступает в модуль ТМК. В блоке предусмотрена возможность отключения выходных сигналов РПМ путем коммутации программного контакта «Запрет РПМ» на выходном соединителе на корпус. С этой целью сигнал НЧМ поступает на вход предварительного усилителя, выполняющего одновременно роль ключа, с выхода которого сигнал поступает на усилитель телефонных сигналов опознавания МРМ и на устройство формирования сигналов индикации МРМ. Последнее включает в себя полосовые фильтры на частоты 400, 1300 и 3000 Гц, три ключевых схемы для формирования сигналов «Инд. 400», «Инд. 1300» и «Инд. 3000», а также формирователь трехразрядного кода пролета МРМ, поступающего по общей шине в СЦВУ.

Обмен блока с внешними системами осуществляется биполярным 32-разрядным последовательным кодом.

В приемнике имеются два независимых выхода биполярного кода, два входа биполярного кода, а также входы для приема потенциальных сигналов управления – «Выбор входа», переключающий входы биполярного кода, а также «Контроль» - для включения режима контроля работоспособности. Кроме того, на этом соединителе задействованы три программных контакта для кодирования номера комплекта при использовании в комплексе нескольких однотипных блоков. Все указанные сигналы выделены на рабочую часть блочного соединителя из модуля ЦО.

Режим «Контроль». В режиме «Контроль» предусмотрено два подрежима: «Тест-контроль» и «Контроль в работе».

Переход в подрежим «Тест-контроль» осуществляется по команде во входной служебной информации, поступающей на вход 1 или 2 модуля ЦО, либо потенциальным сигналом «Контроль». Для проверки всего тракта приема и обработки как сигналов VOR, так и МРМ, в блоке предусмотрена разветвленная система автоматического встроенного контроля на основе аппаратных и программных средств. В этом подрежиме происходит поэтапная проверка работоспособности блока по заданной программе, которая включает в себя формирование контрольной выходной информации. Выполняются этапы:

самоконтроль СЦВУ;

проверка 0° без телефона;

проверка (180±2)° с телефоном.

Длительность выполнения каждого этапа составляет 2 секунды.

Формирователь контрольных НЧ сигналов VOR, расположенный в модуле ЦО генерирует суммарный низкочастотный сигнал, поступающий в модули АЦП и ТМК. В этих модулях вырабатываются команды («НЧ контр.» и «Вкл. ПЧ») которые используются в модуле ВЧ-К для формирования имитационного сигнала маяка VOR с заданным значением азимута. Последний подается на антенный вход приемника VOR и обрабатывается также, как и рабочий сигнал в режиме «Работа». Оценка работоспособности всего тракта происходит в СЦВУ путем сравнения полученного значения азимута с заданным.

Аналогичным образом происходит проверка и РПМ. НЧ контрольный сигнал МРМ, сформированный в модуле ТМК, поступает в модуль ВЧ-М, где с помощью генератора на 75 МГц образуется имитационный сигнал МРМ, подаваемый на антенный вход РПМ. последовательно формируется сигнал с различной частотой модуляции, а результат обработки сравнивается с эталоном в СЦВУ.

Кроме проверки сквозных трактов приемника VOR и РПМ ВЧ модули ВЧ-К, ВЧ-М и СЧК содержат устройства контроля, формирующие сигналы готовности. В блок также поступает сигнал «Исправность АФУ», свидетельствующий об исправности антенно-фидерного тракта.

В случае успешного прохождения всех этапов «Тест-контроля», наличия сигналов готовности, в выходном слове передается контрольное значение азимута 180°, сигнал исправности, на выходе одновременно присутствуют разовые сигналы, свидетельствующие о моменте пролета всех трех МРМ, телефонный сигнал.

В режиме «Работа» предусмотрен постоянно действующий автоматический контроль работоспособности блока. Контроль работоспособности блока в режиме «Работа» производится по сигналам маяков VOR программными средствами. Осуществляется анализ интервала поступления входной управляющей информации, вычисление азимута, анализ готовности блока и антенно-фидерной системы.

В случае отказа БРП в режиме «Работа», при переключении частоты настройки выполняется подрежим «Контроль в работе». В подрежиме «Контроль в работе» осуществляется вычисление азимута по контрольному сигналу 0° и проведение проверок, аналогичных второму этапу подрежима «Тест-контроль». Подрежим выполняется до тех пор, пока не исчезнет отказ или не будет отключен неисправный блок. При исчезновении отказа произойдет переход в режим «Работа» в течении 1 секунды.

 

Система типа VOR

 

Как уже отмечалось, в зарубежных СБН метрового диапазона типа VOR используется фазовый метод измерения азимута. При этом носителем информации может быть как фаза огибающей амплитудно-модулированных колебаний (системы типа М), так и фаза высокочастотного несущего колебания (системы типа Н).

       В системах типа М функциональная зависимость фазы огибающей амплитудно-модулированного колебания от направления излучения создается путем вращения слабонаправленной ДН антенной системы радиомаяка. Обычно используют антенны с ДН типа «кардиоида».

       В системах типа Н функциональная зависимость фазы высокочастотного несущего колебания от направления излучения создается путем вращения по окружности определенного радиуса ненаправленной антенны. При этом используется эффект Доплера, вследствие чего подобные системы также называют доплеровскими.

       Рассмотрим более подробно принцип создания функциональной зависимости между фазой огибающей амплитудно-модулированного колебания и направлением излучения на примере всенаправленного радиомаяка типа VOR.

       Пусть ДН передающей антенны радиомаяка в горизонтальной плоскости имеет вид кардиоиды (рис.7.1) и описывается выражением

 

F( Θ ) = 1 + cosΘ   ,                                          (7.1)

 

где Θ – угол, отсчитываемый от максимума ДН..

           

 

       Пусть передатчик радиомаяка вырабатывает непрерывные немодулированные высокочастотные колебания вида

 

u ( t ) = U_m cos w ₀ t,

где U_m – амплитуда колебаний поля; w ₀ – несущая частота, которые излучаются с помощью антенны, имеющей ДН вида (7.1)

       Тогда при неподвижной ДН на борту ЛА, имеющего азимут Q ₀, будут приниматься колебания вида

 

u _пр (t) = K F( Q ₀ )u(t) = KU_m (1 + cos Q ₀ ) cos w ₀ t,

где К - коэффициент пропорциональности.

       Если вращать ДН антенны против часовой стрелки с частотой W, то угловое положение радиостанции относительно максимума ДН будет изменяться во времени по закону

 

Q ( t ) = W t + Q ₀.

 

       Если считать, что в момент t =0 ДН совпадала направлением максимального приема с опорным направлением (направлением северного меридиана), то на вход приемного устройства с антенной системы будет поступать напряжение

 

u _пр (t) = U_m [1 + cos ( W t + Q ₀ )] cos w ₀ t,                      (7.2)

 

       Как видно из выражения (7.2) при вращении ДН сигнал, поступающий от антенны приемного устройства, становится амплитудно-модулированным. Причиной появления амплитудной модуляции является вращение ДН радиомаяка. Огибающая этого АМ колебания

 

u _нч (t) = U_m cos ( W t + Q ₀ ),                                   (7.3)

 

содержит в значении текущей фазы

 

j _с ( t ) = W t + Q ₀                                                 (7.3)

информацию об азимуте (пеленге) ЛА. Для выделения этой информации в приемном устройстве необходимо иметь опорное колебание

 

u ₀ ( t ) = U_{m 0} cos W t,

несущее информацию о мгновенном положении ДН, т.е. имеющее текущую фазу, связанную с положением максимума ДН в данный момент времени

 

  j ₀ ( t ) = W t.                                      (7.4)

       При наличии опорного колебания информация об азимуте ЛА может быть выделена с помощью фазометра, измеряющего разность фаз между огибающей АМ-сигнала (7.3) и опорным колебанием (7.4)

 

D j = j _с ( t ) – j ₀ ( t ) = Q ₀.

 

Опорный сигнал передается радиомаяком по отдельному каналу связи, причем на той же частоте w ₀, что и азимутальный. Разделение этих сигналов на приемной стороне происходит методом частотной селекции продетектированного по амплитуде комбинированного сигнала. Такая возможность появляется при использовании для передачи опорного сигнала двойной частотной модуляции.

Упрощенная структурная схема радиомаяка типа VOR представлена на рис.7.2.

 

 

       Высокочастотные колебания передатчика ПРД разделяются делителем мощности (ДМ) на два канала. Часть мощности поступает во вращающуюся азимутальную антенну А1 с ДН типа «кардиоида» и излучается, образуя азимутальный сигнал переменной фазы (7.2).

       Колебания, поступающие в модулируемый усилитель высокой частоты (МУВЧ), модулируются в нем по амплитуде частотно-модулируемыми поднесущими колебаниями, поступающими из оптико-механического модулятора (ОММ). Эти колебания излучаются ненаправленной антенной А2, образуя опорный сигнал. При этом частота модуляции (вращения) азимутальной антенны составляет 30 Гц, частота поднесущих колебаний – 9950 Гц.

       Вместо вращающейся антенны для получения сигнала переменной фазы могут использоваться неподвижные антенны, запитываемые через гониометрическое устройство для получения электронного вращения ДН.

       Упрощенная структурная схема бортового приемного устройства представлена на рис.7.3.

 

 

 

 

Антенна А принимает азимутальный и опорный сигналы одновременно. С учетом того, что эти сигналы формируются одним передатчиком и излучаются антеннами, имеющими общий фазовый центр, они являются когерентными и на выходе антенны А получается суммарное колебание вида

 

. (7.5)

       Спектр такого колебания имеет две дополнительные боковые составляющие, расположенные симметрично по обе стороны от несущей частоты ω ₀ на расстоянии Ω .

       После преобразования этого сигнала в приемном устройстве, усиления его и детектирования амплитудным детектором получается огибающая суммарного сигнала, содержащая азимутальный и опорный сигналы вида

 

,        (7.6)

 

где U_{m 1} и U_{m 2}  – соответственно амплитуды составляющих полного сигнала.

       Азимутальный и опорный сигналы из их смеси (7.60 модно выделить путем частотной селекции. С этой целью с выхода приемника ПРМ сигнал подается на два полосовых фильтра.

       В фильтре, настроенном на частоту Ω (f=30 Гц), выделяется азимутальный сигнал или сигнал переменной фазы, а в фильтре, настроенном на поднесущую частоту Ω _п (f=9960 Гц), выделится частотно-модулированное поднесущее колебание. Опорное колебание выделяется после частотного детектирования поднесущего колебания в частотном детекторе.

       Таким образом, в результате преобразований получены азимутальный сигнал  и опорный сигнал , разность фаз которых равна азимуту ЛА Θ ₀. Эта разность фаз измеряется фазометром ФМ, в котором в качестве чувствительного элемента используется фазовый детектор. Напряжение на выходе ФД

 

U _фд = К_фдU_mcos∆ φ ,

 

где К_фд – коэффициент передачи фазового детектора, содержит информацию об измеряемой разности фаз входных напряжений ∆ φ , и, следовательно, азимуте ЛА

 

 

Система типа DVOR

Система типа DVOR основана на использовании эффекта Доплера, который вызывает фазовую модуляцию сигналов, принимаемых от вращающейся ненаправленной антенны радиомаяка. При этом фаза огибающей модуляции сигналов зависит от направления на источник излучения - радиомаяк. В простейшем случае передающая антенна радиомаяка представляет собой ненаправленный в горизонтальной плоскости вибратор А1, который перемещается по окружности радиуса R с частотой W (рис.7.4). Так как антенна при этом то приближается к приемнику, то удаляется от него, возникает эффект Доплера, вызывающий пространственно-фазовую модуляцию принимаемого сигнала.

 

На рис.7.4 показаны центральная антенна радиомаяка А2, расположенная в начале координат, и вращающаяся антенна А1 на расстоянии R  от центральной антенны под углом a к начальной линии отсчета. Сигналы от антенн А1 и А2 принимаются в точке расположения ЛА с азимутом Q ₀. Антенна А1 вращается по окружности радиуса R с угловой скоростью W =2π n, где n – частота вращения антенны. Линейная скорость вращения антенны V = W R.

       Тогда радиальная составляющая скорости по направлению Q ₀

 

V_r = W sin ( a – Q ₀ ).                                   (7.7)

 

Текущее значение азимута антенны А1 a = W t. Когда t =0 и a =0, антенна находится на начальной линии отсчета. Подставив в формулу (7.7) величины V и a , получим

 

V_r = W R sin ( W t – Q ₀ ).                              (7.8)

 

В этих условиях при приеме колебаний от вращающейся антенны А1 в точке приема возникает доплеровский сдвиг частоты F _д = V_r /λ . С учетом формулы (7.8) получим

 

F _д = W R sin ( W t – Q ₀ )/λ .                                      (7.9)

 

       Обозначим F _{д m} = W R /λ , тогда 

 

F _д = F _{д m} sin ( W t – Q ₀ ).                                    (7.10)

 

       Из выражения (7.100 видно, что доплеровская частота F _д , полученная в результате вращения антенны А1, связана с азимутом ЛА Q ₀. принимая такой сигнал на самолете, можно выделить напряжение вида

 

u_A = U_Am cos ( W t – Q ₀ ) ,     

 

фаза которого зависит от азимута.

       Используя центральную антенну А2, можно передать на борт опорное напряжение вида u _о = U _{о m} cos W t, фаза которого не зависит от азимута, и, сопоставив фазы этих сигналов между собой, определить азимут Q ₀.

    Формат сигнала доплеровского радиомаяка DVOR выбирают одинаковым с форматом сигнала радиомаяка VOR, чтобы иметь возможность приема этих сигналов с помощью однотипной бортовой аппаратуры без какой-либо доработки или замены, с той лишь разницей, что азимутальный сигнал DVOR передается по частотно-модулированному каналу, а опорный сигнал передается по амплитудно-модулированному каналу.

       Основное достоинство доплеровских радиомаяков по сравнению с обычными состоит в высокой эффективности подавления влияния переотражений сигналов от местных предметов на точность работы, в результате чего точность повышается примерно в 10 раз.

Радиопеленгаторы

Все радиоугломерные (радиопеленгациоиные) методы и системы можно подразделить на фазовые, амплитудные и комбинированные. В свою очередь комби­нированные методы радиопеленгации разделяют на ам­плитудно-фазовые (т.е. сочетающие свойства амплитудных и фазо­вых методов), частотные (использующие эффект Доплера) и им­пульсные (временные). Кроме того, в зависимости от особенностей применения и комплектации угломерные радиосистемы образуют две группы: радиопеленгаторные и радиомаячные.

Радиопеленгаторная система состоит из источника радиоволн – передатчика (радиомаяка) с ненаправленным или слабонаправленным излучением и радиопеленгатора – приемного устройства, служащего для опре­деления направления на источник радиоизлучения с помощью пеленгационных антенн. Радиопеленгаторы могут устанавливаться на земле для определения направления на бортовой радиопередатчик или на подвижном объекте (ЛА)для определения направления на радиостанцию, установленную на зем­ле в точке с известными координатами. В последнем случае в качестве излучателей используют передатчики специальных навигационных радиостанций, называемых приводными радиостанциями.

Оба типа радиопеленгаторных систем широко используются в авиации. Пеленгование ЛА с помощью наземных радиопеленгаторов позволяет осуществлять диспетчерский контроль за воздушным движением в районе аэродрома. Пеленгование наземных радиостан­ций с помощью бортовых радиопеленгаторов (радиокомпасов) обес­печивает управление полетом на радиостанцию и от нее в любом заданном направлении, а также оценку местонахождения ЛА.

Радиомаячная угломерная система состоит из наземного радио­маяка и бортового приемоиндикатора. Антенные системы радиопеленгаторов всегда обладают направленными свойствами, в то время, как антенные системы радиомаяков могут иметь как направленное, так и ненаправленное излучение.

Угломерный радиомаяк – это передающее радионавигационное устройство, создающее в пространстве определенные линии поло­жения (обычно линии равных пеленгов) с помощью радиопеленгационных антенн.  С использованием бортового приемоиндикатора определяется линия положения, на которой находится подвижный объект.

Угломерные радиомаяки формируют линии положения во всех направлениях (всенаправленные РМ), либо в определенном секторе (секторные радиомаяки). Иногда радиомаяк служит для задания лишь одного (основного) направления, и на выходе приемоиндикатора в этом случае вырабатывается сигнал, указываю­щий отклонение от основного направления.

По назначению применяемые в воздушной радионавигации радимаяки и радиопеленгаторы можно разделить на маркерные, курсовые, глиссадные и приводные.

Всенаправленные и секторные радиомаяки используются для обеспечения воздушного движения в зонах аэродромов и на воздушных трассах. Однонаправленные РМ нашли широкое применение в радиотех­нических системах посадки самолетов для указания траектории, по которой должен двигаться самолет при заходе на посадку.

Фазовый метод

 

Рассмотрим радиопеленгование объекта фазовым методом в горизонтальной плоскости при использовании двух идентичных ненаправлен­ных антенн А₁ и   А₂ (рис.5.2), разнесенных на расстояние d . Если принять за начало отсчета фаз сигналов центр базы антенной системы, то разность фаз этих сигналов при неподвижных антеннах Δ φ = 2 π dsinΘ / λ . При вращении одной из них вокруг неподвижной второй с угловой скоростью Ω разность фаз

 

Δ φ = 2 π dcos ( Ω t – Θ )/ λ      .                                     (5.10)

 

 

 

 

Если подавать сравниваемые сигналы с выхода приемника на фазометр, чувствительным элемен­том которого является фазовый детектор, то напряжение на его выходе

 

U _ф.д = k _ф.д U_m ² cos ( 2 π d sinΘ / λ ),                          (5.11 )

где U _т – амплитуда сигнала на входе детектора; k _ф.д – масштабный коэф­фициент преобразования сигналов фазовым детектором.

Поскольку изменение амплиту­ды принимаемых сигналов неиз­вестно, то для получения достовер­ной информации об угле при­хода сигнала его амплитуду огра­ничивают, либо применяют эффек­тивную АРУ. Кроме того, со sΔ φ – функция четная, а поэтому знак напряжения на выходе фазового детектора не зависит от стороны отклонения антенной системы от направления на объект. Для ликви­дации этого недостатка в один из приемных каналов вводят фазосдвигающую цепь на 90°.

В связи с указанными дополнительными преобразованиями сигналов соотношение (5.11) примет вид

 

U _ф.д = U ₀ sin ( 2 π d sinΘ / λ ),                                   (5.12)

 

где U ₀ – нормированная амплитуда.

При малых значениях углов Θ зависимость U _ф.д ( Θ ) имеет прибли­женно линейный характер:

U _ф.д ≈ U ₀ 2 π d / λ ,                                                   (5.13)

 

и при изменении стороны отклонения меняет знак (полярность). Зависимость относительного значения напряжения рассогласова­ния U _ф.д / U ₀ от угла Θ (угла рассогласования относительно равносигнального направления) носит название пеленгационной харак­теристики угломерной системы

 

F _п ( Θ ) = U _ф.д / U ₀ = 2 π d Θ / λ ,                                (5.14)

 

Производная от F _п ( Θ ) при Θ → 0 называется крутизной пеленга­ционной характеристики или чувствительностью пеленгования:

 

.                         (5.15)

 

Чем больше крутизна пеленгационной характеристики, тем мень­ше угол нечувствительности σ _θ (средняя квадратическая погреш­ность) при заданном уровне шума σ _ш (нормированного относитель­но сигнала U ₀ ), тем выше пеленгационная чувствительность си­стемы.

Переходя от соотношения (5.13) к оценке взаимосвязи линейного приращения сигнала и измеряемого пеленга и усредняя полученные результаты, найдем среднюю квадратичную погрешность пеленго­вания

 

σ _θ =1/ S _θ Q ,                                                           (5.16)

 

где Q = U ₀ / U _ш – отношение сигнал/шум по напряжению на входе фазо­метра.

Полученное соотношение приближенное, так как справедливо при условии, что фазовый детектор не ухудшает соотношения сигнал/по­меха в полосе выходного фильтра нижних частот, а коэффициент пе­редачи k _ф.д одинаков как для сигнала, так и для помехи.

Таким образом, из формул (5.13)...(5.16) можно сделать вывод, что чувствительность и точность пеленгования растут с уве­личением отношения d /λ .

Однако с ростом размера d базы, как было показано в формуле (5.8), возникает многозначность отсчета пеленга. Для ее ликвидации и обеспечения высокой точности пеленгования используется много­шкальный метод построения систем, т.е. антенная система с несколь­кими базами. При этом малая база образует грубую шкалу с однозначным отсчетом угла, а большая база – точную шкалу, но с неоднозначным отсчетом. Если точность отсчета по второй шкале недостаточна, добавляют еще одну антенну с еще большей базой и т. д. Очевидно, что подобная многошкаль­ная система (в принципе не отличающаяся от многошкального из­мерения дальности) дает правильный отсчет лишь при условии, что удвоенная максимальная погрешность измерения фазы по грубой шкале не превышает интервала однозначности 2π точной шкалы.

Хотя рассмотренный, многошкальный фазовый метод пеленгации и обладает весьма высокой точностью, однако он не обеспечивает угловое разрешение, так как несколько объектов, расположенных на различных направлениях, создадут в антеннах результирующий сигнал, соответствующий некоторому усредненному (ложному) на­правлению.

Для раздельного измерения пеленгов объектов следует использовать антенны с достаточно узкими амплитудными характери­стиками направленности.

1234Следующая ⇒

Поделиться: