книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

При сравнении систем с активной и пассивной ретрансляци­ ей сигналов необходимо учитывать ряд других факторов. Поми­ мо тепловых шумов, следует учитывать помехи от посторонних мощных источников излучения, например, от радиолокационных станций сантиметрового диапазона [27]. Так как зона действия спутника охватывает значительную часть земной поверхности, число размещенных на ней мешающих станций может оказать­ ся весьма большим. Эти станции находятся вне контроля и не позволяют реализовать основное преимущество систем с актив­ ной ретрансляцией, заключающееся в малых мощностях назем­ ных установок. В системах с пассивной ретрансляцией приме­ няются более мощные передатчики и влияние указанных помех будет незначительным.

Важными показателями являются пропускная способность систем, их надежность и долговечность. Большей пропускной способностью обладают пассивные системы со сферическим от­ ражателем, который позволяет осуществлять связь практически во всем диапазоне частот, используемых для космической связи, и разместить в диапазоне очень большое число каналов. Это объясняется тем, что отражающая поверхность шара существен­ но не зависит от частоты. Она станет частотно-зависимой в том случае, когда диаметр шара соизмерим с длиной волны. При. dm = 30 м указанное обстоятельство соответствует смещению, нижней границы диапазона в область коротких волн.

Верхняя граница будет определяться неоднородностями по­ верхности, допущенными при изготовлении шара. Если макси­ мальная частота равна 10 Ггц, то допустимые неоднородности должны быть значительно меньше 3 см, чтобы избежать фазо­ вых и многолучевых искажений.

Плоский отражатель является узкополосным и обеспечивает меньшую пропускную способность.

В отношении надежности и долговечности преимущество за пассивными системами, так как наличие активных элементов на спутнике понижает надежность.

Возможность связи на большие расстояния

По мере освоения космического пространства возникнет не­ обходимость обеспечения связи с космическими кораблями при полете на другие планеты и звезды. Рассмотрим необходимые для этого энергетические условия.

Из (9.57), (9.58) и (9.61) имеем

480

Первое из полученных выражений определяет потребную мощность бортового передатчика, второе —• диаметр на­

на применение систем стабили­ зации космических объектов, что позволит устанавливать на них направленные антенны.

Необходимо иметь в виду, что возможность увеличения мощ­ ности бортового передатчика ограничивается допустимым весом источников питания — химических, тепловых, или ядерных. Сов­ ременные химические источники питания имеют небольшую ем­ кость на единицу веса (около 100 вт час^кг). Тепловые источни­ ки в форме солнечных батарей в настоящее время позволяют получить мощность до 2,2 вт на 1 кг веса при сроке службы до 10 лет. Ядерные источники находятся в начальной стадии раз­ вития. Для кораблей, совершающих межпланетные полеты, они являются перспективными.

ГЛАВА X

ОСОБЕННОСТИ АВИАЦИОННЫХ СВЯЗНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ АВИАЦИОННЫХ СВЯЗНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ

Авиационные связные радиостанции можно разделить на две основные группы: самолетные (бортовые) и аэродромные (на­ земные). Радиостанции каждой группы в свою очередь могут быть разделены на ультракрротковолновые и коротковолновые.

Ультракоротковолновые радиостанции применяются для обеспечения связи в пределах прямой видимости* (десятки или сотни километров) при взлете и посадке самолетов, при управ­ лении самолетами в строю, при наведении самолетов на цель и т. п. Радиостанции этого диапазона устанавливаются на всех самолетах.

Коротковолновые радиостанции применяются для обеспече­ ния связи на большие расстояния (сотни и тысячи километров). Они устанавливаются, как правило, на самолетах-бомбардиров­ щиках и служат для дальней связи самолета с землей.

Самолетные радиостанции при связи самолета с землей вза­ имодействуют с аэродромными радиостанциями соответствую­ щего диапазона с целью обеспечения двусторонней связи меж­ ду самолетом и аэродромом.

Кроме того, аэродромные радиостанции применяются для обеспечения связи между наземными пунктами. При этом даль­ ность связи зависит в основном от мощности передатчика и от чувствительности приемника, а для УКВ радиостанций, кроме того, от высоты поднятия антенн [формула (9.40)]. Как прави­ ло, дальность связи между наземными пунктами на УКВ состав­ ляет десятки километров, а на КВ — сотни и тысячи километ­ ров. Обычные аэродромные радиостанции являются однока­ нальными.

'Для передачи между наземными пунктами одновременно нескольких сообщений используются ультракоротковолновые многоканальные радиостанции. Помимо большой пропускной способности, эти радиостанции благодаря применению направ­ ленных антенн обеспечивают высокую скрытность связи.

* Об использований ультракоротких волн для связи на большие рассто­ яния см. гл. IX, § 3.

Войсковые многоканальные радиостанции обычно устанав­ ливаются на грузовых автомобилях и являются достаточно мо­ бильными, благодаря чему имеется возможность быстро орга­ низовать связь в нужном направлении, восстановить прерван­ ную связь. Указанное качество особенно важно в условиях тер­ моядерной войны, когда стационарные линии связи будут под­ вергаться сильным повреждениям. С этой точки зрения много­ канальные радиорелейные линии связи имеют несомненное пре­ имущество перед проводными линиями связи.

Кроме перечисленных радиостанций, в ВВС имеются ава­ рийные радиостанции, которые входят в состав самолетного связного оборудования и используются членами экипажа для подачи сигналов бедствия с места вынужденного приземления. Аварийные радиостанции работают в ультракоротковолновом, в коротковолновом или в средневолновом диапазонах — на од­ ной частоте или на нескольких частотах. Эти радиостанции име­ ют малые габариты и вес, просты в эксплуатации, поэтому они могут быть приведены в действие с любого места вынужденно­ го приземления.

К связным устройствам относятся также самолетные пере­ говорные устройства (СПУ), которые используются для внутрисамолетной связи между членами экипажа многоместных са­ молетов. При этом связь осуществляется через внутрисамолетную телефонную сеть.

Впоследние годы уделяется большое внимание разработке

иприменению автоматизированных систем управления войска­ ми [1], [2], [3], которые позволяют быстро собрать, обработать и передать на командный пункт необходимые данные о боевой обстановке. В авиации автоматизированные системы использу­

ются для управления движением самолетов и для разведки. Автоматизация сводится к тому, что значительная часть инфор­ мации собирается, кодируется, передается и принимается при минимальном участии пилота, либо вовсе без участия пилота. Это облегчает его работу и позволяет сосредоточить внимание на слежении за целью, ведении огня и т. п.

Для решения различных задач по сбору, обработке и хране­ нию информации о своих войсках и войсках противника, по про­ гнозированию боевых действий и определению оптимального варианта использования различных боевых средств в автомати­ зированных системах управления применяются вычислительные машины — бортовые и наземные.

В таких системах управления большую роль играют авто­ матизированные системы радиосвязи, называемые системами передачи данных, с помощью которых передается информация, вводимая в вычислительные машины для расчетов, и результа­ ты расчета.

В системах передачи данных информация передается обычно

484

дискретными сигналами в виде кодовых комбинаций. Такая связь называется кодовой или цифровой.

Некоторые особенности построения автоматизированных си­ стем радиосвязи рассматриваются в § 5 настоящей главы.

Устройства селективного вызова, о которых упоминалось в § 4, гл. III, также служат целям автоматизации радиосвязи. В последнее время такие устройства находят все более широкое применение на международных авиалиниях для избирательного автоматизированного . вызова самолетов с наземного пункта связи.

Устройства селективного вызова включают самолетную ра­ диостанцию для приема лишь тех сообщений, которые адресо­ ваны данному самолету. Они избавляют экипаж самолета от необходимости прослушивания всех не относящихся к данному самолету сообщений, передаваемых по каналу связи, благода­ ря чему снижается утомляемость экипажа.

В устройствах селективного вызова предусматривается так­ же возможность группового или циркулярного (общего) вызо­ ва самолетов, находящихся в зоне действия данной наземной радиостанции.

§ 2. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДОВ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ АВИАЦИОННЫХ СВЯЗНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ

Радиостанции с непосредственной стабилизацией частоты

Методы стабилизации частоты, применяемые в авиационных связных радиостанциях, можно разделить на две большие груп­ пы. К первой группе относятся методы непосредственной стаби­ лизации, ко второй — методы стабилизации с использованием систем автоматической подстройки частоты (АПЧ).

При первом методе осуществляется стабилизация частоты непосредственно задающего генератора. При втором методе задающий генератор сам по себе имеет сравнительно низкую стабильность частоты; для стабилизации частоты задающего генератора при этом применяется система АПЧ, подстраиваю­ щая эту частоту к высокостабильной опорной частоте.

К методам непосредственной стабилизации частоты относят­ ся различные методы бескварцевой и кварцевой стабилизации.

При бескварцевой стабилизации стабильность частоты полу­ чается сравнительно невысокой. Повышение стабильности ча­ стоты достигается за счет использования высококачественных деталей в задающем генераторе, стабилизации его режима, термостатирования элементов колебательного контура. Установка частоты в этом случае производится по шкале. Для уменьшения суммарного отклонения рабочей частоты необходимо обеспечить высокую точность установки частоты задающего генератора пе­ редатчика и гетеродина приемника. С этой целью в радиостан­

485

циях с бескварцевой стабилизацией часто применяются кварце­ вые калибраторы, представляющие собой генераторы высокостабильных частот, позволяющие проверить точность установки некоторых или всех частот связи. Указанные меры обес­ печивают достаточно высокую стабильность частоты при бес­ кварцевой стабилизации, примерно 10-4 для самолетных радио­ станций. Однако их применение связано с существенным услож­ нением конструкции радиостанции и ее эксплуатации.

Лучшие результаты удается получить при кварцевой стаби­ лизации частоты. В настоящее время находят применение два метода кварцевой стабилизации: стабилизация индивидуальны-

ми кварцами и стабилизация большого числа частот (сетки ча­ стот) малым числом кварцев.

При первом методе стабилизация каждой частоты осущест­ вляется отдельными кварцами. При этом используется одна из известных схем кварцевых автогенераторов, в которой смена частот достигается сменой кварцев. Такие схемы изучаются в курсе радиопередающих устройств и здесь не рассматриваются.

Подробнее остановимся на методе стабилизации сетки ча­ стот малым числом кварцев. Сетка стабильных частот может быть образована с помощью гак называемых интерполяцион­ ных схем. В простейшей интерполяционной схеме, изображен­ ной на рис. 10.1, колебания стабилизированных кварцем частот /о и f 1 поступают на смеситель. На выходе смесителя создают­

где а и Ь — номера гармоник частот fi и f0 соответственно.

В зависимости от числа используемых гармоник частот fi и. /о и от соотношения между этими частотами общее количество рабочих частот в сетке будет различным. Для примера на рис. 10.2 показана сетка частот, образующаяся при использова­

в сетке значительно больше числа кварцев. В случае, представ­ ленном на рис. 10.2, частоты неравномерно расположены на оси частот. Однако подбором соотношения между /у и' f0 можно по­ лучить равномерную сетку частот в заданном диапазоне.

486

Стабильность рабочей частоты определяется стабильностью частот fi и /о. Предположим, что используются первые гармо­ ники частот f 1 и f0. Тогда рабочая частота будет равна f — ft + + /о, а максимальное значение относительной нестабильности этой частоты определится следующим образом:

Обозначим

( 10.2)

и назовем число /г интерполяционным числом. Тогда

Из рис. 10.2 видно, что интервал между соседними частота­ ми, т. е. разнос частот, равен f0. В интерполяционных схемах частота f0 должна быть много ниже частоты /\, так как только в этом случае интервал между соседними гармониками часто­ ты fi будет заполнен большим числом гармоник частоты f0 и, следовательно, можно будет получить большое число частот в сетке. Поэтому всегда /г> 1. При этом формула (10.3) примет вид

тельных нестабильностей частот /у и fo. Это объясняется тем, что влияние нестабильности частоты fo на стабильность рабо­ чей частоты ослабляется в п раз.

При большом интерполяционном числе п относительная не­ стабильность рабочей частоты в основном будет определяться нестабильностью частоты В этом случае для получения вы­ сокой стабильности рабочей частоты достаточно обеспечить вы­ сокую стабильность частоты f u стабильность же частоты' f0 мо­

Выше указывалось, что для получения густой сетки рабочих частот интерполяционное число п следует брать большим. Его следует брать большим также и для .уменьшения влияния не­ стабильности частоты fo.

Однако при увеличении п осложняется возможность подав­ ления побочных'комбинационных частот. В самом деле, в анод­

487

обходимо обеспечить подавление ближайших побочных частот, прежде всего частот/у и / у - f 2/у). Но обеспечить подавление указанных частот тем легче, чем больше будет относительная расстройка между нужной и побочной частотами, т. е. чем боль­

динированием

бования с помощью простейшей интерполяционной схемы, изо­ браженной на рис. 10.1, не удается. Поэтому практическое при­ менение находят более сложные интерполяционные схемы с мно­ гократным гетеродинированием.

Принцип построения такой схемы иллюстрируется на рис. 10.3. В качестве.примера на этом рисунке указаны конкрет­ ные значения частот, совсем не обязательные для всех интерпо­ ляционных схем.

В режиме передачи (рис. 10.3,а) на первый смеситель посту­ пают колебания частоты /о — 3,5 Мгц и частоты /у, имеющей 10 дискретных значений через 0,1 Мгц в пределах 8—8,9 Мгц. На выходе первого смесителя с помощью фильтров выделяются 10 частот, лежащих в пределах 4,5—5,4 Мгц. Колебания этих ча­ стот, а также колебания частоты f2 поступают на второй смеси­ тель. Частота f2 имеет 10 дискретных .значений через 1 Мгц в пределах 45—36 Мгц,. поэтому на выходе второго смесителя

488

можно выделить 10-10 = 100 частот, лежащих в пределах 40,5—30,6 Мгц. Колебания указанных ста частот, а также ча­ стоты f 3, имеющей в диапазоне Д = 180—370 Мгц 20 дискрет­ ных значений, поступают на третий смеситель. В результате на выходе третьего смесителя, т. е. на выходе передатчика, обра­ зуется сетка 10- 10-20=2000 частот через 0,1 Мгц в диапазо­ не 210,6—410,5 Мгц.

При приеме порядок прохождения частот будет обратным по сравнению с передачей: на вход поступают частоты 210,6—410,5 Мгц, на выходе образуется третья промежуточная частота / пчд = 3,5 Мгц. Генератор частоты f0 = 3,5 Мгц при приеме выключается.

В целях уменьшения веса и габаритов радиостанции многие элементы можно использовать как в режиме передачи, так и в режиме приема. Такими элементами являются датчики частот через 0,1; 1 и 10 Мгц. Кроме того, можно объединить фильт­ ры передатчика с усилителями промежуточных частот прием­ ника.

В рассмотренной схеме радиостанции отношение смешивае­ мых частот, т. е. интерполяционное число, не превышает 10— 12, поэтому подавление побочных частот будет сравнительно эф­ фективным. Однако обеспечить требуемое подавление побочных частот порядка 60—80 дб все же трудно. Для удовлетворения этих требований приходится применять перестраиваемые в диа­ пазоне многоконтурные фильтры на выходе смесителей. С этой же целью иногда применяются компенсационные схемы. При­ менение указанных мер связано с усложнением конструкции радиостанции, построенной по интерполяционной схеме с мно­ гократным гетеродинированием.

Радиостанции с применением частотной АПЧ

В основе принципа действия систем АПЧ лежит сравнение регулируемого пар.аметра с эталонным, т.' е. сравнение частоты плавного генератора с опорной частотой эталонного кварцевого генератора. Блок-схема 'системы АПЧ представлена на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Блок-схема системы АПЧ

Напряжения регулируемой частоты плавного генератора ПГ fnг и опорной чцстоты датчика опорных частот ДОЧ / 0п посту­ пают на детектор, вырабатывающий управляющее напряжение, величина которого пропорциональна разности частот

4 8 9