Радиотехнические системы ближней навигации метрового диапазона

 

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.

В фазовых пеленгационных системах, использующих импульсные сигналы, их сравнение и обработка выполняются за время приема каж­дого импульса, ввиду чего подобные пеленгаторы (также и амплитуд­ные) получили название моноимпульсных. Особенностью моноим­пульсных (многоканальных) пеленгаторов, использующих парал­лельное сравнение фаз (амплитуд) сигналов (полученных с помощью независимых каналов), является высокая помехозащищенность и, следовательно, перспективность использования для радиопелен­гации.

 

Амплитудный метод

Амплитудные методы радиоуглометрии основаны на использовании зависимости амплитуды или параметров амплитудной модуляции радиосигналов от навигационных параметров. При этом зависимость амплитуды радиосигнала от направления создается за счет диаграммы направленности антенной системы.

В амплитудной углометрии наиболее распространенными для задания и определения направлений в пространстве являются методы минимума, максимума и сравнения амплитуд, который также называют равносигнальным. При этом напряжения отдельных антенн разнесенной антенной системы комбинируются так, чтобы амплитуда, либо глубина амплитудной модуляции результирующего сигнала (до подачи на вход приемника) была функцией пеленга.

 

Метод минимума

Рассмотрим амплитудную пеленгацию по ми­нимуму принимаемых сигналов на примере разнесен­ной антенной системы (рис. 5.3, а, б), состоящей из двух ненаправ­ленных вертикальных вибраторов Α ₁ и Α ₂ , включенных противофазно.

 

 

	Рис.5.3. Пеленгование методом минимума: а – схема включения разнесенных вибраторов; б – схема отсчета пеленга; в – векторная диаграмма сигналов; г – диаграмма направленности в горизонтальной плоскости при различных отношениях d/λ.

 

 

Фаза разностной ЭДС не зависит от пеленга Θ , а ее амплитуда E_mr

 

E_mr =2 E_mh ₁ sin ( π dλ ^-1 sinΘ ),                                  (5.17)

 

где E_m – амплитуда напряженности поля в центре антенной системы, h ₁ –действующая высота вибратора, является периодической функцией пеленга.

Часто отсчет пеленга выполняют относительно плоскости антен­ны – ее базы, и тогда (5.17) примет вид

 

E_mr =2 E_mh ₁ sin ( π dλ ^-1 cosΘ ),                                  (5.18)

 

При малом разносе антенн по сравнению с длиной волны ( d / = λ «1 ) получим

 

E_mr = E_mh _д cosΘ ,                                                    (5.19)

 

где h _д =2π dh ₁ /λ – действующая высота антенной системы, состоящей из двух вибраторов.

Выражения (5.17)...(5.19) определяют характер ДН антенной системы в горизонтальной плоскости, т.е. зависимость амплитуды разностного сигнала от пеленга Θ . Анализируя, в частности, соотно­шение (5.19), можно сделать следующие выводы:

диаграмма направленности антенной системы из двух разне­сенных вертикальных вибраторов (включенных противофазно) при приеме нормально поляризованной волны имеет вид косинусоиды, которая в полярных координатах изображается в виде «восьмерки», ориентированной в горизонтальной плоскости (рис. 5.3, г). При Θ = 90 и 270°  приема (или излучения) нет, максимумы ДН соответ­ствуют 0 и 180°;

фаза ЭДС, наводимой в антенной системе пеленгуемой радио­станцией, изменяется на 180° при переходе через минимальное зна­чение, теоретически равное нулю.

Указанные свойства ДН рассмотренной системы используются для определения пеленга на излучатель по минимуму амплитуды разностного сигнала, фиксируемого при повороте антенной системы. Для определения стороны отклонения излучателя от направления нулевого приема (т.е. ликвидации двузначности оценки радиопе­ленга) используется противофазность измеряемых сигналов при пе­реходе их амплитуды через минимальное значение.

По мере увеличения относительного размера базы антенной системы ее ДН постепенно теряет форму «восьмерки» (рис.5.3, г), а при значениях d / λ ≥ 1 становится многолепестковой, что приво­дит к многозначности отсчета пеленга, хотя при этом и повышается крутизна ДН в направлении минимума приема. Из рассмотрения формы косинусоидальной ДН очевидно, что пеленгование по макси­муму амплитуды разностного сигнала значительно менее точно (чем по минимуму), так как крутизна характеристики направленного излу­чения в районе ее максимума мала. При больших размерах антенны можно получить остронаправленные многолепестковые диаграммы, но при этом пеленгование по максимуму разностного сигнала дает многозначный пеленг. Поэтому метод пеленгации по минимуму ам­плитуды сигналов предполагает обычно использование минимума разностного сигнала.

Для повышения точности и угловой чувствитель­ности пеленгации с использованием метода минимума необходимо повышать крутизну ДН в направлении минимума приема сигналов. Крутизна ДН зависит от относительного размера ба­зы антенны d / λ , увеличение которого ограничивается появлением неоднозначности отсчета пеленга из-за многолепесткового характера ДН.

Таким образом, оценивая достоинства метода радиопеленгации по минимуму излучаемых (принимаемых) сигналов, можно указать его высокую точность и угловую чувствительность при относительно небольших размерах базы радиопеленгационных антенн. Кроме того, можно определить стороны отклонения пеленга от минимума ДН (за счет противофазности сигналов при переходе через минимум приема), что очень важно для осуществле­ния автоматизации процесса радиопеленгования. Недостаток мето­да – отсутствие сигнала на входе приемника угломерной системы в момент отсчета пеленга, что снижает достоверность измерений и исключает возможность передачи по радиоканалу системы допол­нительной информации. Поэтому, кроме пеленгационной направлен­ной антенны, подобные угломерные системы всегда используют до­полнительную ненаправленную антенну, на выходе которой формируется сигнал по­стоянной интенсивности.

Метод максимума

Метод основан на определении макси­мального значения амплитуды результирующего сигнала на выходе антенной системы. Поэтому сигналы разнесенной пары вертикальных вибраторов следует просуммировать, т.е. включить их синфазно (рис. 5.4, а). При пеленговании нормально поляризо­ванной волны на выходе подобной антенной системы получим суммар­ный сигнал, амплитуда которого (см. рис.5.4, б):

 

E_mΣ = 2E_m cos(π dλ ^-1sinΘ ),                                  (5.20)

 

где φ = sin Θ – разность фаз между ЭДС разнесенных антенн.

		Рис.5.4. Пеленгование методом максимума: а – схема включения вибраторов; б – векторная диаграмма сигналов; в – ДН в горизонтальной плоскости.

 

Полученная зависимость амплитуды выходного сигнала антенны от угла Θ изображена в полярных координатах на рис.5.4, в, из ко­торого видно, что в принципе эта зависимость может быть использо­вана для пеленгации объектов по максимуму сигнала, соответствую­щего значению Θ = 0. При этом методика оценки пеленга заключается в повороте ДН и анализе огибающей принимаемого сигнала, в резуль­тате чего фиксируются максимум его амплитуды и соответствующее ему направление на объект. Однако угловая чувствительность и точность пеленгации при использовании зависимости (5.20) будут низкими, так как при малых Θ эта зависимость имеет квадратический характер, а крутизна ДН в области максимума мала и не зависит от соотношения d / λ (хотя и здесь будет наблюдаться многозначность отсчета сигнала при увеличении d / λ ). Поэтому рассмотренная простейшая двухвибраторная система для пеленгации по методу максимума не используется.

Указанные недостатки устраняются при использовании более сложных многовибраторных антенн (рис.5.5) и антенн со сплошным раскрывом, которые позволяют сформировать остронаправленную ДН за счет больших размеров базы и обеспечить при этом однозначность пеленгования, высокую точность и разрешающую способность из­мерения угловых координат.

Таким образом, основными достоинствами метода пеленгации по максимуму амплитуды сигнала являются высокая помехоустой­чивость и точность измерений, что достигается в отличие от метода минимума при больших значениях относительных размеров баз антенных устройств. Поэтому радиопеленгационные системы, осно­ванные на этом методе, обычно работают в метровом диапазоне волн, в котором можно создать весьма остронаправленную ДН. Принципиальным недостатком метода максимума является то, что изменения амплитуды сигнала на выходе антенных устройств не свя­заны со стороной отклонения ДН от направления на пеленгуемую радиостанцию, что затрудняет автоматизацию процессов измерения индикации угловых координат.

 

5.3.3. Метод сравнения (равносигнальный метод)

Пеленгация методом сравнения амплитуд сигналов, принимаемых (излучаемых) отдель­ными антеннами, основана на вычитании сигналов, соответствующих двум ДН, максимумы которых симметрично смещены относительно равносигнального направления на угол Θ ₀ (рис. 5.6).

 

	Рис.5.6. Пеленгование методом сравнения амплитуд

 

 

При смещении пеленгуемого   объекта  относительно  равносигнального  направления амплитуда разностного сигнала на выходе приемника пеленгатора (после узкополосной фильтрации) определяется выражением

 

U_r ( Θ ) = U _{с .тах} [ F ( Θ ₀ + Δ Θ ) – F ( Θ ₀ – Δ Θ )].              (5.21)

 

Эта зависимость линейна при малых углах Δ Θ , равна нулю на равносигнальном направлении и меняет свой знак при изменении стороны отклонения (± Δ Θ )  пе­ленга от равносигнального направления.

Выбирая угол смещения диаграмм Θ ₀ из условий обеспе­чения высокой крутизны ДН в зоне их пересечения, можно получить высокую точность пеленгования.

Хотя по разностному сигналу U_r ( Θ ) достаточно точно фиксиру­ется равносигнальное направление, однако определить отклонение от этого направления еще нельзя, так как   U _{с .тах} - неизвестная величи­на. Поэтому в системах пеленгации, реализующих рассматриваемый метод, используют обычно нормирование сигналов путем образова­ния отношения разностного сигнала U_r ( Θ ) к суммарному U_Σ ( Θ )

,       (5.22)

 

которое может быть принято в качестве пеленгационной характери­стики F _п ( Θ ) при выполнении условий фазирования. Операция деле­ния разностного сигнала на суммарный выполняется в приемном уст­ройстве в результате изменения с помощью АРУ коэффициента уси­ления (обратно пропорционально амплитуде суммарного сигнала).

Точность пеленгования при использовании метода срав­нения можно оценить, используя выражение

,                                           (5.23)

где σ _{F п} - средняя квадратическая погрешность, возникающая из-за флюк­туаций пеленгационной характеристики;  - крутизна пеленгационной характеристики.

Из (5.23) следует, что точность пеленгования возрастает с уве­личением крутизны пересекающихся ДН в равносигнальном направ­лении. Этого можно достичь выбором угла Q₀ смещения ДН относительно равносигнального направления.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: