Фазовый радиомаяк
Упрощённая структурная схема фазового радиопеленгатора приведена на рис. 16,а.
а) |
б) |
Рисунок 16 Фазовый радиопеленгатор
Принимаемые
антеннами
и
высокочастотные колебания усиливаются
в усилителях высокой частоты (
)
и поступают на измеритель разности фаз
(
).
Разность фаз сигналов (
)
зависит от углового положения базы
антенной системы относительно источника
излучения. Источник излучения находится
в точке
(рис. 16, б).
Расстояние
от антенны
до
равно
,
а от антенны
до
–
.
Разность фаз сигналов, принятых антеннами
и
,
равна
|
(33) |
,где
|
(34) |
,
.Отсюда
|
(35) |
,
|
(36) |
;
.Тогда
|
(37) |
,
|
(38) |
.Поэтому
|
(39) |
,
|
(40) |
.
Если
разностная фаза измеряется с ошибкой
то,
раскладывая уравнение (40) в ряд Тейлора,
учитывая, что
,
ограничиваясь первыми членами разложения,
получим ошибку угловой координаты
|
(41) |
.
Для
повышения точности определения a
следует
увеличивать отношение
,
что
возможно либо за счёт увеличения базы
антенной системы
,
либо за счёт уменьшения длины волны-
.
Возможно
и одновременное увеличение
при уменьшении
.
Наибольшая
точность достигается при
,
т. е. при поворотной (подвижной) антенной
системе, когда база перпендикулярна
направлению на радиостанцию.
В фазовых радиопеленгаторах, как и в фазовых дальномерах, увеличение точности сопровождается неоднозначностью отсчёта, появляющейся при . Для устранения неоднозначности можно использовать две пары антенн с разными базами. Система с малой базой, т. е. с малым отношением , обеспечивает грубый, но однозначный отсчёт. Система с большой базой служит для уточнения угловой координаты. Зона однозначного отсчёта точного канала должна быть больше ошибки грубого канала. В силу необходимости большого разноса антенн и снабжения их устройством для поворота, фазовые радиопеленгаторы применяются в наземных станциях определения координат ЛА. В наземных условиях можно получить на волнах сантиметрового или дециметрового диапазона точность порядка единиц или даже долей угловых минут.
Амплитудные радиопеленгаторы
В амплитудных пеленгаторах используется зависимость амплитуды принимаемого сигнала от направления. Для создания этой зависимости служат направленные антенны. В амплитудных пеленгаторах угловые координаты определяются с помощью методов максимума, минимума и равносигнального.
Упрощённая схема пеленгатора, работающего по методу максимума, приведена на рис. 17.
Рисунок 17 Схема пеленгатора, работающего по методу максимума
Сигнал,
принятый антенной (
),
усиливается и преобразуется в приёмнике
(
).
Индикатор (
)
позволяет определить значение напряжения
на выходе приёмника. Поворачивая антенну
и наблюдая за показаниями индикатора,
добиваются совмещения оси диаграммы
направленности антенны
с направлением на радиостанцию. В этом
случае показания индикатора (
)
максимальны (отсюда и название метода).
Угол поворота антенны соответствует
измеряемой угловой координате и
отсчитывается по лимбу. В момент отсчёта
угол рассогласования
равен нулю.
Главное достоинство пеленгаторов, использующих метод максимума, заключается в том, что угол определяется при максимальном принимаемом сигнале. Благодаря этому возрастает дальность действия и помехоустойчивость пеленгаторов. Точность пеленгования зависит от ширины диаграммы направленности. Крутизна диаграммы в направлении оси антенной системы невелика. Точность отсчёта составляет
|
(42) |
.
где
– ширина диаграммы направленности.
Для уменьшения следует применять большие антенны или уменьшать длину волны. Для антенн с параболическим рефлектором
|
(43) |
,
где
– диаметр рефлектора.
Для бортовых устройств всегда ограничен, поэтому приемлемая точность достигается только на волнах сантиметрового или миллиметрового диапазона. Амплитудные пеленгаторы, использующие метод максимума, широко применяются, например, в радиотехнических устройствах, где уровень принимаемого сигнала очень мал. При установке таких устройств на Земле возможно увеличение размеров антенн и достижение точностей порядка долей угловых минут.
Схема пеленгатора, использующего метод минимума, аналогична рассмотренной, только ДНА пеленгатора имеет резко выраженный минимум. Поворачивая антенну, по минимальному сигналу определяется направление прихода радиоволн. Диаграмму направленности с резко выраженными минимумами имеет рамочная антенна (рис. 18).
а) |
б) |
Рисунок 18 Диаграмма направленности рамочной антенны
Рамочная
антенна может применяться на любых
частотах, причём геометрические размеры
рамки сравнительно невелики. Из-за
большой крутизны ДНА в области минимума
пеленгатор обладает высокой точностью.
Однако точность пеленгатора значительно
снижается из-за влияния помех. На рис.
18, б
показано
изменение мощности сигнала (
)
на выходе приёмника в зависимости от
угла рассогласования
(сплошная
линия). Пунктирной линией показана
мощность помех (
).
При уменьшении
cигнaл на выxoдe пpиëмникa yмeньшaeтcя дo тex
пop, пoкa не будет
вынoлнeнo
paвeнcтвo
.
В этот мoмeнт cигнaл пpoпaдaeт и пpи дaльнeйшeм
вpaщeнии aнтeнны oтcyтcтвyeт вплоть дo угла
.
Угoл (нaзывaeтcя yглoм мoлчaния) oпpeдeляeт точность пеленгатopa. Пoгpeшнocть oпpeдeлeния yглoвoй кoopдинaты
|
(44) |
,
пoэтoмy тaкиe пeлeнгaтopы пpимeняютcя там, где ypoвeнь cигнaлa намного вышe ypoвня пoмex.
Диaгpaммa
нaпpaвлeннocти aнтeнны пeлeнгaтopa, иcнoльзyющeгo
равносигнальный
метод cocтoит
из двyx пepeceкaющиxcя лeпecткoв
и
(рис. 19).
Рисунок 19 Равносигнальный метод
Нaпpaвлeниe
пepeceчeния coвпaдaeт c ocью антенной cиcтeмы
пе-лeнгaтopa. Наличии угла paccoглacoвaния
амплитуды cигнaлoв, вocпpинимaeмыx aнтeннaми
и
,
paзныe. Paвeнcтвo амплитуд cooтвeт-cтвyeт
paвeнcтвy cигнaлoв (paвнocигнaльный метод),
пpинимaeмыx
пo ле-нecткaм
и
,
cлeдoвaтeльнo, и нyлeвoмy значению угла
paccoглacoвaния
.
Paвнocигнaльный мeтoд coвмeщaeт дocтoинcтвa
методов минимума и мaкcимyмa. Oн oблaдaeт
дocтaтoчнoй тoчнocтью, пocкoлькy угловая
кoopдинaтa oпpeдeляeтcя на кpyтoм участке
диaгpaммы. Пpи oпpeдeлeнии угла пpинимaeмый
cигнaл близoк к мaкcимaльнoмy и влияние
пoмex невeликo. Oбычнo лeнecтки
и
пересекаются на ypoвнe
oт макcимyмa. Toчнocть зaвиcит oт шиpины
диaгpaммы нaпpaвлeннocти:
|
(45) |
.
Hecмoтpя на меньшую завиcимocть oт , чем в методе максимума, наибoлee цeлecooбpaзны caнтимeтpoвыe и миллимeтpoвыe вoлны.