2.4.2 Автоматические радиопеленгаторы

Автоматические радиопеленгаторы (АРП) предназначены для определения пеленга на воздушное судно относительно места установки антенны радиопеленгатора по сигналам бортовых радиостанций ОВЧ диапазона.

При помощи АРП могут решаться следующие задачи:

- Определение пеленгов ВС при отказе основных угломерных систем;

- Контроль положения ВС при его заходе на посадку (при отказе или отсутствии инструментальных систем посадки);

- Опознавание ВС при использовании обзорных РЛС в пассивном режиме.

Известные АРП построены на основе фазового метода радиоуглометрии с использованием эффекта Доплера и амплитудного метода сравнения.

2.4.2.1 Автоматический квазидоплеровский радиопеленгатор

Схема АРП, реализующего фазовый метод радиоуглометрии с использованием эффекта Доплера, приведена на рис.2.44.

Антенная система АРП состоит из неподвижной антенны А₂ и, вращающейся вокруг неё по окружности радиуса r, антенны А₁. Так как антенна А₁ при вращении циклически приближается и удаляется от источника радиоизлучения, то возникает эффект Доплера, вызывающий фазовую модуляцию принимаемого сигнала. Принятые сигналы несущей бортовой ОВЧ радиостанции после усиления и преобразования на промежуточную частоту поступают на фазовый детектор (ФД), где выделяется низкочастотное колебание Ω~, несущее в своей фазе информацию об угле пеленга. Для отсчёта пеленга относительно северного направления меридиана в схему введён генератор опорного напряжения Ω_оп.

Р ис.2.44. Структура фазового радиопеленгатора с использованием эффекта Доплера

Отсчет фазометра ФМ дает непосредственно значение пеленга радиостанции относительно северного направления меридиана, проведенного через точку А₂.

При расположении пеленгуемого объекта точно в северном на правлении от пеленгатора, фазы низкочастотных сигналов опорного U_оп и информационного V~ совпадают.

П ри больших размерах радиуса r механическое вращение антенны А₁ с угловой скоростью Ω становится затруднительным. Поэтому вместо вращаемой антенны А₁ на практике используется система неподвижных антенн, расположенных по окружности того же радиуса r, подключаемых поочередно к входу приемника с помощью механического или электронного коммутатора (рис.2.45). Кроме того, для уменьшения влияния на точность пеленгования неидентичности характеристик приёмников Прм1 и Прм2, в практических конструкциях используют один приёмник совместно с устройством частотного уплотнения сигналов от антенн А₁ и А₂.

Рис.2.45. Структура антенны А₁, выполненной в виде кольцевой решётки

Фазовые радиопеленгаторы доплеровского типа обладают повышенной угловой чувствительностью, помехоустойчивостью по отношению к мешающим отражениям от местных предметов и относительно высокой точностью.

Недостатком метода является невозможность одновременного измерения пеленга более чем по одному объекту на одной частоте.

Рассмотренный принцип построения реализован в радиопеленгаторах АРП-75, АРП-80, «Платан», АРП-95.

2.4.2.2 Автоматические радиокомпасы [8]

Автоматический радиокомпас (АРК) - это бортовое радиопеленгаторное устройство, предназначенное для определения курсового угла радиостанции (КУР) с целью привода ВС в точку установки радиоориентира. АРК может также использоваться для грубого определения места ВС.

В составе навигационных комплексов ВС применяются АРК, построенные на основе амплитудных и фазовых методов радиоуглометрии.

А мплитудный метод используется в АРК ранних выпусков. КУР в таких АРК определяется параметрами амплитудной модуляции напряжения, получаемого при синфазном суммировании сигналов, принятых направленной и ненаправленной антеннами.

Рис.2.46. Упрощённая структурная схема амплитудного следящего АРК

В амплитудном АРК (рис.2.46.) в качестве направленной антенны используется система, состоящая из двух взаимно перпендикулярных обмоток рамочной антенны и гониометра. Гониометр представляет собой устройство, состоящее из пары взаимно перпендикулярных неподвижных и одной подвижной катушки. Диаграмма направленности антенны такой конструкции соответствует диаграмме обычной рамочной антенны (рис. 2.47,а), её ориентация в пространстве изменяется поворотом подвижной катушки гониометра.

Сигнал приводной радиостанции, принятый антенной А1, подвергается балансной амплитудной модуляции НЧ напряжением от генератора опорного напряжения (ГОН) и подаётся на сумматор, где складывается с сигналом, принятым ненаправленной антенной (ННА).

В результате взаимодействия двух сигналов в сумматоре образуется амплитудно-модулированный сигнал (рис. 2.47,б.).

Наличие амплитудной модуляции свидетельствует о том, что направление прихода радиосигнала не соответствует направлению нулевого приёма рамочной антенны (2.47,а). Фаза модулирующего напряжения свидетельствует о стороне отклонения приходящего сигнала относительно направления на приводную радиостанцию.

Амплитудно-модулированный сигнал, у которого глубина модуляции зависит от направления на приводную радиостанцию, а фаза огибающей – от стороны отклонения, обрабатывается в приёмнике и поступает в следящую систему. Исполнительным элементом следящей системы является двигатель, вращающий подвижную катушку гониометра.

Р ис.2.47. Диаграммы направленности антенн АРК и выходной сигнал сумматора

При повороте катушки на угол φ_р сигнал с направленной антенны становится нулевым (рамка нулевым направлением приёма сориентирована на приводную радиостанцию). Подвижная катушка гониометра связана с индикатором КУР, расположенным на приборной панели пилота.

При изменении положения ВС следящая система поворачивает катушку гониометра до направления нулевого приёма и, таким образом, автоматически следит за направлением прихода сигнала от пеленгуемой радиостанции.

Амплитудный метод радиоуглометрии реализован в АРК-11, АРК-15.

В фазовом АРК (рис.2.48.) структура входных цепей подобна амплитудному АРП, а информация, заключённая в амплитуде напряжения с гониометра, переводится в фазовый сдвиг результирующего сигнала. Сигнал на входе приемника АРК образуется, при сложении напряжений с ненаправленной антенны ННА и с гониометра, промодулированного в балансном модуляторе (БМ) прямоугольным сигналом (меандром) генератора опорного напряжения ГОН S(t).

После линейной части приемника сигнал промежуточной частоты с ФМ поступает на амплитудный ограничитель АО, снимающий амплитудную модуляцию из-за помех и несбалансированности каналов.

Импульсный фазовый детектор ИФД преобразует фазовую модуляцию сигнала в широтно-импульсную модуляцию с помощью напряжения с опорного генератора ОГ.

Сигнал, выделенный фильтром нижних частот ФНЧ, подается на синхронный детектор СД, где перемножается с меандром, снимаемым с ГОН. Полученный сигнал постоянного тока U_упр, параметры которого определяются фазовым сдвигом φ_р, преобразуется в напряжение 400 Гц, управляющее электродвигателем ЭД. (рис.2.49)

Замкнутая следящая система АРК приходит в состояние равновесия при нулевом управляющем напряжении, что возможно при повороте ротора гониометра на угол φ_р = КУР. При этом напряжение на выходе БМ равно нулю и фазовая модуляция отсутствует.

Р ис.2.48. Фазовый следящий АРК

Рис. 2.49. Сигналы фазового АРК