книги из ГПНТБ / Шебшаевич В.С. Радиотехнические методы и средства контроля траекторий искусственных спутников Земли и космических ракет
.pdf-21 -
зометриче ских не годов *.
Рассмотрим особенности устройства и работы фазовых радиопеленгаторов* пред
назначенных для - радтконтроля траектории
-ИСЗ?^
Выбор р|бочей водны имеет существен но©:' .значение для обеспечения точности и чувствительности устройства* Орбиты спут ников расположены над ионосферой. При прохождении радиосигналов через ионизиро ванные слои.может возникнуть искривление траектории. Для уменьшения влияния ионо сферы рабочую частоту следует увеличи вать. Повышение частоты .полезно и в инте ресах уменьшения размеров и веса передат чика на'Ш З. При увеличении, частоты раз меры антенной системы наземной станции также сокращаются. Однако, имеются фак торы, ограничивающие- повышение частоты.
Прежде всего по соображениям получения
достаточного входного сигнала площадь антенны не может быть меньше определенно го размера, так как повышать входной
сигнал целесообразнее увеличением площа
ди антенны, а не увеличением мощности
^Имеется в виду система "Мшитрэк".разрабо тайная по проекту "Авангард"/ ь / .
22 -
передатчика на ЙСЗ. Но при некотором размере антенны дальнейшее уменьшение рабочей волны приведет к сужению диаг раммы направленности^ что фактически уже не повышая точность пеленгования, затруд нит поиск и сопровождение сигналов. Су щественным ограничением в повышении ра бочей Частоты является верхний предел рабочих частот полупроводниковых прибо ров.
Шенно ввиду этих ограничений в рассматриваемой системе была выбрана частота IG8 Мгц, хотя по соображ ение снижения ибно еферных ошибок значение
частоты следовало бы повысить в несколь
ко р а з.
При пространственной пеленгации
определяются углы, характеризующие ориен тировку линии радиовизирования относи
тельно начальных плоскостей.
В принципе достаточно измерить два
угла* В горизонтальной системе коорди нат этими углами будут азимут А и высо
та |
Н , Возможен й другой |
способ отсче |
|||
т а . |
Например, |
фиксируя прямоугольную |
|||
координатную |
систему |
ОХУ? (рис.ч)* |
|||
можно замерять углы |
6 1 и |
в г , |
задающие |
||
положение плоскостей |
Pf и |
Р |
, Пересе - |
||
кающихся п о л и н и й радиОвизирорания OS
S г
- 24
Такой способ удобен, если применяются однокоординатные пеленгаторы и отсчет пеленгов ведется во. взаимно перпендику лярных плоскостях - ХС2 (угол В1 ) и У01 (угол Вг ) .
Однако при радиоконтроле в конечном ечете интересуют три координаты и лучше всего - три декартовых координаты. Вви
ду этого |
представляется целесообразным |
||
задавать |
положение |
линии радиовизирова |
|
ния ОS |
не углами |
В1 и В2 |
(р и с.1 ), а |
направляющими косинусами этой линии : |
|||
CosdjCosf, C o sT |
* Удобство |
такого спо |
|
соба состоит в том, что при дополнитель ном измерении расстояния до ИСЗ (линия О S - ? ) можно сразу же получить зна чения составляющих по всем трем коорди натным осям.
Оказывается, что значения направля ющих косинусов непосредственно получают-? ся при фазовой пеленгации. В самом деле, . представим себе, что одна пара антенн
пеленгатора расположена по оси |
ОХ. Тог |
||
да разность фаз |
колебаний, |
наведен |
|
ных в |
этой паре антенн волной, |
приходя- , |
|
щей в |
плоскости Р2 , |
будет пропорциональ |
|
на косинусу угла oi |
, составленного ли |
||
- 25
нией распространения с антенной базой i
где Я - длина волны, а д£, - база,.. Аналогично этому для второй пары антенн, размещенных по оси ОУ , разность фаз ко лебаний ^ , вызванных той же волной , но фиксируемой в плоскости P j, будет пропорциональна косинусу угла / , сос тавленного направлением распространения и второй' базой :
с 6 >
Из выражений (5 ) и (б ) следует,
что
( 7 )
( 8 )
Третий направляющий косинус, харак теризующий положение линии радиовизиро вания относительно оси ОВ { C o s f ) y на ходится из соотношения :
Cos |
C 0i‘oi-Cos2f l . С9 ) |
26 -
Рассмотрим особенности антенной сис темы. При фазовой пеленгаций выигрыш в точности отсчета связан с проигрышем в его однозначности. Соотношение между ве личинами базы cL f длины волны Л , фазо вой ошибки л (р и ошибки пеленгования а 8
находится путем дифференцирования обеих,
частей выражения типа ( 7 ) 5
2 л : с /S in в ■й ^ |
^ |
С другой стороны число зон неоднознач ности /г связано с длиной волны и базой
соотношением Л ,
2 U
|
|
|
|
i n ) |
Пусть конструкция антенны должна до |
||||
пускать пеленгование е точностью до |
|
|||
Л 6 = ± 2 0 " |
при углах 6 * |
30 -90°, |
при |
|
чем ошибка фазового |
отсчета |
д ^ = - |
i ox) |
|
Учитывая, что длина |
волны |
Л® 2 ,7 8 |
м |
|
( f * 108 |
Мгц), в соответствии с (1 0 ), |
|||
получим следующую величину базы, обеспе чивающую данную точность :
|
г,? 8 .Ш .б О |
Т-х |
2.3,1¥. 5ih30°-20 ~ У ’ |
------- —L-------:— |
' Ниже о б о с н о в ы в а е т с я вы бор п а р а м е т р о в а н т е н н ы т и п а ’’М и н и т р з к " .
|
|
- 2 7 |
- |
|
С другой стороны для однозначного от |
||||
счета требуется |
база |
( I I ) |
всего |
|
d < |
h Я |
.{■2,78 |
1,39м. |
|
2 |
|
2 |
||
Видно, что база, удовлетворяющая требо |
||||
ванию точности, |
более чем в 100 раз пре |
|||
вышает базу,.допустимую по условиям од |
||||
нозначности |
отсчета. |
Это приводит к не |
||
обходимости устранения возникающей не- ■однозкачности.
В фазометрических пеленгаторах рас сматриваемо го типа неоднозначность уст раняется путем изменения длины базовой линии, что достигается одновременным использованием нескольких антенн с раз личным их разносом.
Следует отметить,.что за счет исполь зования предварительной информации не определенность отсчета'может уменьшать ся. Такая априорная информация вводится при сужении до известных размеров рабо чих секторов пеленгования. Так, если
вести пеленгование не во |
всей полусфере, |
|
а в ее 'некоторой части, |
то в рабочий |
|
сектор попадут не все дорожки фазового |
||
поля, а |
лишь некоторая их часть. Зная |
|
заранее |
пределы рабочего |
сектора, при |
- 28 -
Пеленговании можно не упитывать те фазо вые дорожки* которые не попали в этот сектор.
При последовательном прохождении ЙСЗ над контрольным пунктом спутник бу дет наблюдаться под различными углами. Ввиду этого желательно располагать боль шим сектором обзора. Однако иметь такой сектор в обеих плоскостях пеленгования необязательно. Важно лишь, чтобы сектор пеленгования был большим в плоскости,
перпендикулярной направлению полета спут ника, В плоскости же полета обзор может быть малым. Удовлетворяющая этому требо ванию характеристика направленности ан тенны ’имеет вид узкого барьера, - установ ленного поперек пути ИСЗ.
Для спутников с малым наклонением (близких к экваториальным - как первые американские ИСЗ) этот барьер располага ют по меридиану. Для спутников с накло нением, близким к 90°(полярные ЙСЗ), та кой барьер ориентируют по параллели.
Пусть станция предназначена для наб людения за спутниками с малым наклонени ем и имеет сектора обзора : в направлении север-юг 120°(по 60° в обе стороны
Типе первых американских ИСЗ.
- 29 -
от зенита) и в направлении запад-восток 10°(по 5й в обе стороны от зенита). Таким
образом координата ^ |
(рис.1) |
может |
ле |
жать в пределах £ 60° |
и координата |
j3 - |
|
- в пределах £ 5 ° /б /. |
|
|
|
Как указывалось выше, две |
вэаш но- |
||
перпендикулярные базы d ^ * |
159 м* |
и |
|
dJ3t « 159 м обеспечат в пределах обоих секторов обзора пеленгование с точностью
Ac(f=&ft <±20"
При устранении неоднозначности для перекрытия сектора в 10° потребуется иметь вторую базу d fie с-размерами :
d
|
0,5-1,78 |
15? 9 м . |
|
Sill-5 9 |
0/087 |
||
|
Такал база на границе сектора допускает пеленгование с погрешностью t
2, |
?8 -1-60 |
. |
^ |
± |
i,? ’ |
т .е . обеспечивает устранение неоднознач ности, поскольку ширина зоны однознач
ного отсчета по |
точной базе |
d |
равна; |
_ к - 360 |
0,78-360 |
_ |
,, 5 |
* в'~ 2*d$in85 * |
6,28- т 0,996 " |
' ' |
|
- 30 -
Для перекрытия второго сектора в 12$Р требуется иметь базу г
rj _ М А - 0 & 2 J 6 ; , .
. . . UcCs ~~ Sin. 60° ~ 0,866 ~ 1>0м-
При использовании такой база на границе этого сектора будет обеспечена точн беш
2,78-1-60
A оС *2 3,1b-1,6-SmJO0 = ± 3 3 ,г ' ;
Так как ширина зоны однозначного отсче та по точной базе d oCt составляет здесь
Х'320 |
2,78 >360 |
2Ж - 3in30° ~ 6}28,169 ■0,5 |
|
т .е . величину одного |
порядка с погреш |
ность» пеленгования по второй базе*.целе сообразно для увеличения надежности пре дусмотреть измерения еще по одной базе ^осз с размерами d £ f > d ^ 3> d Лг д Ради удобства этой базе можно придать разш р базы d/2 .
Таким образом для точного и одно значного пеленгования по координат# оС требуется иметь три базы и для пеленго вания по координате f - две базы.