Литература / Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы (1990)

2 sin aM(sin ф,/2) (sin ф2/2)

Это соотношение можно упростить для основных областей (/ и II на рис. 10.7) рабочей зоны системы, где угол ам представляют через углы ф1 и ф2, которые делятся касательными к гиперболам в точке М пополам.

2 sin —-—-(sin фх/2) (sin ф2/2)

„ч/ sin2 ф j/2 + sin2 ф2/2

где К =-----f——---------------------------

— табулированный коэффициент, на основе которого стро­ ят линии равной точности, например линию, ограни­ чивающую рабочую зону системы в соответствии с урав­ нением Кр = arm/(cat).

Рабочая зона разностно-дальномерной системы имеет сложную конфигурацию, определяемую геометрическим фактором системы (размещением станций).

§ 10.5. ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ФАКТОРА РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ И УСЛОВИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН НА ТОЧНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА

При построении рабочих зон РНС вводят геометрический фактор системы Г, связывающий точность местоопределения с видом системы и взаимным расположением станций и объекта. По существу вопрос о влиянии геометрического фактора на погрешность местоопределения рассматривался в § 10.4, здесь же уточним лишь некоторые формулировки.

При определении границ рабочих зон РНС использо­ валась формула (10.8). С учетом выражения (10.1) можно привести ее к виду

240

поскольку при равноточных измерениях радионавигацион­ ного параметра р Gn=Gp/gi, ol2 = ap/g2.

Из формулы (10.18) получим общее выражение для геометрического фактора РНС

являющегося отношением погрешности определения место­ положения к погрешности измерения РНП. Из (10.19) следует, что линии равной точности, использованные ранее для определения рабочих зон РНС, являются линиями постоянного геометрического фактора. Следовательно, вы­ ражение (10.19) может быть использовано для построения линий равной точности, в частности для определения границ рабочих зон.

Для дальномерной РНС градиент gD=l. Следова­

Для разностно-дальномерной системы gD(i = 2sin\|//2 и

1 1

(10.22)

2sinaM sin2v|/,/2 sin2v|/2/2'

Анализ приведенных формул позволяет выбрать наибо­ лее рациональное расположение станций системы (геомет­ рию системы) для обслуживания заданного района, напри­ мер района интенсивного мореплавания. Для этого станции системы нужно расположить так, чтобы интересующий район находился в области наименьших значений Г.

В заключение отметим, что коэффициенты Ка и Кр, использованные при определении границ рабочих зон угломерной и разностно-дальномерной систем, являются геометрическим фактором соответствующей системы на границе ее рабочей зоны.

При выборе или создании РНС для того или иного типа объектов и района обслуживания должны учитываться особенности распространения радиоволн.

241

Как отмечалось, в РНС с наземным базированием для точного местоопределения используют поверхностные вол­ ны, имеющие более стабильные параметры, чем простран­ ственные, отраженные от ионосферы. Однако скорость распространения радиоволн над подстилающей поверх­ ностью отличается от скорости распространения в одно­ родной атмосфере, что может оказывать существенное влияние на точность местоопределения, особенно в систе­ мах дальней радионавигации. Прогнозирование скорости распространения и введение соответствующих поправок затруднено при неоднородности подстилающей поверх­ ности на трассе распространения. В этом случае приходится определять поправки для отдельных участков трассы, после

и атмосферы наблюдается зависимость фазовой скорости распространения от частоты (дисперсия скорости распрост­ ранения). Поэтому при составлении навигационных карт импульсных РНС учитывают усредненное по всем частотам спектра сигнала значение скорости распространения радио­ волн, называемое групповой скоростью ггр.

На положение фазового фронта поверхностных радио­ волн, а следовательно, и па точность местоопределения также влияют локальные неоднородности подстилающей поверхности вблизи точки приема радиосигнала (горы, холмы, береговая линия, линии электропередачи). Учесть их влияние можно лишь калибровкой системы непосред­ ственно в месте приема.

В глобальных РНС наземного базирования, работаю­ щих в мириаметровом диапазоне радиоволн (СДВ), пог­ решности измерения РНП связаны с сезонными и суточ­ ными изменениями фазы колебаний принимаемых радио­ сигналов, зависящими от высоты Солнца вдоль трассы распространения. Прогнозировать поправки можно лишь для регулярной составляющей этих изменений. Предсказать воздействие случайных ионосферных возмущений заранее невозможно. Однако, учитывая значительную корреляцию изменений условий распространения в этом диапазоне радиоволн на ближайших расстояниях (над морем до нескольких сотен километров), можно оперативно вводить поправки, вычисляемые на контрольных пунктах и сооб­ щаемые по каналу связи потребителю. Используются также способы автоматического ввода поправок непосред­ ственно при определении местоположения объекта.

242

Укажите основные способы уменьшения методических и ин­ струментальных погрешностей радиотехнических измери­ телей.

Какими показателями характеризуется точность измерения

РИП?

Как связана погрешность определения поверхностей (линий) положения с погрешностью измерения РНП?

Что такое радиальная погрешность определения местопо­ ложения?

Почему эллипс погрешностей является более полной ста­ тистической характеристикой точности местоопределения по сравнению с радиальной погрешностью?

Из каких условий находят границы рабочей зоны РИС? Что такое геометрический фактор РИС и какое практическое значение он имеет?

Какое влияние на точность РНС наземного базирования оказывают условия распространения радиоволн?

ГЛАВА 11

ПОИСК СИГНАЛОВ В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ И РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

§ 11.1. ПОИСК СИГНАЛОВ ПО УГЛОВЫМ КООРДИНАТАМ, ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ

Поиск сигналов в радиолокационных и радионавигацион­

и скорости объектов. Для РНС обычно заранее известно расположение опорных станций (радиомаяков) системы,

ли сигнал того или иного маяка, в результате поиск сводится к грубому измерению РНП. Эта особенность отличает поиск сигналов в РНС от поиска сигналов радиолокационной цели, о наличии которой в зоне обзора в большинстве практических случаев заранее не известно. В связи с этим целесообразно сначала рассмотреть более общий случай РЛС, осуществляющей поиск сигнала в ра­ бочей зоне, называемой в радиолокации зоной или сек­ тором обзора.

Размеры рабочей зоны определяются предельными

24’-

места (рмиа—рмаас) и радиальной скорости (ИгмннИгмаас). Протяженность каждого из этих интервалов удобно пред­ ставить числом содержащихся в нем элементов разрешения

цели в каждом из элементов разрешения, причем последовательность проверки задается методом (про­ граммой) обзора, выбор которого зависит от назначения РЛС. Станции обнаружения работают в режиме не­ прерывного обзора, в процессе которого производится не только обнаружение, но и измерение координат обнаруженных целей. В станциях точного измерения координат обзор прекращается при обнаружении цели, после чего станция переводится в режим точного измерения координат цели.

При выборе способа обзора РЛС учитывают размеры се рабочей зоны, определяемые координаты и точность их измерения, разрешающую способность станции по дальности, скорости и угловым координатам, требуемое время обзора рабочей зоны, вероятность появления цели в различных участках рабочей зоны, затраты при тех­ нической реализации того или иного способа, его эксп­ луатационную надежность.

Основными параметрами, характеризующими эффек­ тивность выбранного метода обзора, являются среднее время до обнаружения цели и среднее время между соседними ложными обнаружениями (средняя частота лож­ ных тревог).

параллельном способе достигается существенным усложне­

244

нием оборудования, поэтому при допустимом увеличении времени обзора рабочей зоны РЛС используют и более простые в реализации методы последовательного и парал­ лельно-последовательного обзора.

Обзор рабочей зоны по дальности Рмин — -0ма1С проис­ ходит в процессе распространения сигнала до цели и обратно. При расположении цели на максимальной дальности Лмажс время от излучения до приема отраженного сигнала Трмажс = 2Лмажс/с. За это время происходит про­ смотр всех элементов разрешения по дальности при определенном положении ДНА станции. Обработка сигна­ лов, соответствующих всем ND элементам разрешения, за время тПмажс требует создания сложной Ар-канальной системы обработки, что не всегда целесообразно, поэтому чаще используют значительно меньшее число каналов обработки k<ND. Такая параллельно-последовательная обработка сигналов связана с энергетическими потерями, поскольку время накопления в каждом из к перестраива­ емых каналов уменьшается в NDjk раз по сравнению с временем накопления в каналах при одновременной обработке в ND каналах. Таким образом, снижение аппаратурных затрат приводит к ухудшению качественных показателей системы, и при ее проектировании задача

дим, если ширина спектра сигнала А/, меньше диапазона возможных изменений доплеровского смещения частоты:

При этом в системе обработки сигнала должно быть предусмотрено Nv=(FVmK-FyMm)lt^FVMm частотных кана­ лов (фильтров) (при одновременной обработке) или один перестраиваемый в диапазоне FVMm — F¥M!tlLS. фильтр с по­ лосой пропускания не более заданного разрешаемого интервала по частоте А£Кмин (при последовательной обра­ ботке). Последовательный обзор по скорости также связан с энергетическими потерями и может быть использован при сильных сигналах, например в системах с активным ответом.

или параллельно-последовательным. При параллельном обзоре РЛС должна иметь Аа(1 = АаАр угловых каналов,

245

т. е. TV,р-лучевую ДНА, перекрывающую всю зону обзора с соответствующим числом приемных каналов. Если заданный сектор обзора не очень широк, то при излучении может быть использована однолучевая ДНА, перекрывающая весь сектор.

Если заданы широкий сектор обзора и высокая разрешающая способность по угловым координатам, то число лучей и каналов обработки становится слишком большим, а система—трудноосуществимой. В этом случае применяют последовательный одноканальный (или парал­ лельно-последовательный) метод обзора со сканированием (развертыванием) луча по всей зоне обзора. Последователь­ ный обзор проще и дешевле реализуется, однако не всегда приемлем из-за низкой скорости поступления информации, поскольку скорость обзора ограничена временем Трмажс = = 2Лма1С/с, в течение которого ДНА должна быть направле­ на на объект для того, чтобы принять хотя бы один отраженный целью сигнал. Таким образом, время одно­

Для обнаружения слабых сигналов (например, от целей, расположенных на расстояниях, близких к £>макс) требуется их накопление, что ведет к снижению скорости обзора. Если в импульсной РЛС для обнаружения цели необходимо накопление N импульсов, то время обзора возрастает в N раз, поскольку период повторения излуча­ емых импульсов Тп задан условием однозначного изме­ рения дальности Тп>тПмагс.

Эти ограничения могут быть ослаблены при переходе от равномерного обзора к программируемому на основе априорных данных (например, о вероятности появления цели на том или ином направлении) или к адаптивному. При адаптивном последовательном обзоре на основе результатов анализа на предшествующих этапах изменяется очередность, время анализа различных элементов рабочей зоны или энергия, излучаемая в том или другом направле­ нии. Управление параметрами обзора осуществляется спе­ циальным устройством анализа, выявляющим направления наиболее вероятного наличия цели.

При параллельном обзоре адаптация сводится к авто­ матическому увеличению энергии излучения РЛС, если при работе в нормальном (дежурном) режиме появилось подозрение на наличие цели в рабочей зоне РЛС.

246

§ 11.2. МЕТОДЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ОБЗОРА ПРОСТРАНСТВА

Наиболее часто в РЛС используют последовательный одноканальный обзор, при котором единственная ДНА отклоняется в пределах заданного сектора (зоны) обзора. Такое отклонение (сканирование) ДНА определяет методы обзора пространства. Во многих РЛС измерение координат осуществляется непосредственно в процессе обзора, поэто­ му выбор способа и параметров обзора связан с основными тактическими и техническими характеристиками системы.

Время обзора заданного сектора, являющееся основным параметром в режиме поиска цели, связано с дальностью действия, точностью и разрешающей способностью систе­ мы. Действительно, обеспечение большой дальности дейст­ вия при ограничении энергии излучаемого сигнала и чув­ ствительности приемного устройства возможно лишь за счет сужения ДНА. Повышение угловой разрешающей способности и точности системы также связано с примене­ нием узких диаграмм, а сужение ДНА приводит к увеличе­ нию времени То, необходимого для обзора заданного

«а и рА. При Дам„н«ал, Армии»рл запишем формулу (11.1) в виде

Если для надежного обнаружения, а также для определения

ва, получившие наибольшее распространение: круговой, секторный, винтовой, спиральный и конический. Методы обзора в двух плоскостях иногда называют растровыми.

247

Рис. 11.2

Подставив в последнее выражение значение £la^.aAF„/N, получим

При более узкой ДНА время обзора еще больше. Таким образом, при узких диаграммах и достаточно большом секторе обзора информация о цели поступает с большой дискретностью, что приводит к ряду недостат­ ков, в первую очередь к снижению точности определения параметров движения цели.

Спиральный метод обзора. Этот метод обзора, так же как и винтовой, представляет собой комбинацию вращения диаграммы с одновременным изменением угла у между осью вращения и осью диаграммы (рис. 11.2). Различие заключается в значении угла у: при винтовом обзоре у >45°, при спиральном обзоре у <45°.

Пусть 0а=0р = 0—сектор обзора в горизонтальной и вертикальной плоскостях; Па—угловая скорость враще­ ния вдоль витка спирали; Пр—угловая скорость отклоне­ ния от оси вращения.

Считая перекрытие витков спирали двойным, запишем

Ттсп=27г©/(рАПа).

Угловую скорость вращения Па находят так же, как и при круговом обзоре, но для диаграммы, спроецирован­ ной па плоскость вращения,

250