Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теоретические основы радиолокации и радионавигации. Учебное пособие.pdf
борт ЛА в течение времени того же облучения через РУ, ДВП и опорную ДН. В остальном взаимодействие наземного и бортового оборудования в направленном режиме не отличается от всенаправленного режима.
2.2. РАЗНОСТНО-ДАЛЬНОМЕРНЫЕ
РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2.2.1. Общие сведения о разностно-дальномерных системах
Разностно-дальномерными называются такие РНС (РД РНС), работа
которых основана на измерении разностей расстояний от ЛА до пар наземных станций с известными координатами. Разностно-дальномерные системы (РДС) используются для определения МП ЛА в основном при полётах
на большие расстояния и относятся к системам дальней навигации.
Определение МП ЛА с помо
щью РДС сводится к измерению относительного запаздывания радиосигналов, излучаемых как минимум тремя
наземными станциями с известными координатами, расположенными в
точках
станция
А, В и С (рис. 2.9). Одна из станций является ведущей (например,
А), а две другие – ведомыми (станции В и С). В общем случае на-
земные станции образуют цепочки. Ведущая станция синхронизирует работу ведомых станций, обеспечивая согласованные режимы излучения
по времени и частоте всех станций данной цепочки. Линиями положения
в РДС являются линии равных разностей расстояний (ЛРРР), например
ΔД = Д
– ДА = const (рис. 2.9), которые при определении МП ЛА на плос-
В
кости имеют вид плоских гипербол. Точка пересечения двух ЛРРР (точ-
М на рис. 2.9), в фокусах которых расположены ведомые наземные
ка
станции, и определяет МП ЛА.
Рис. 2.9. Определение МП ЛА в РДС
81
По сигналам наземных станций на объекте измеряются или интервал
времени Δτ между моментами прихода радиоимпульсов (в импульсных
системах), или разность фаз Δϕ электромагнитных колебаний (в фазовых
системах) для каждой пары станций. Значения параметров Δτ и Δϕ пропорциональны разности наклонных дальностей: Δτ
Δτ
∼ ΔДAC = ДC – ДA, ΔϕAB ∼ ΔДAB, ΔϕAC ∼ ΔДAC, где ДA, ДB, ДC – наклон-
AC
ные дальности от точки
М до соответствующих РНТ (рис. 2.9).
∼ ΔДAB = ДB – ДA,
АВ
По типу измеряемого (информативного) параметра радиосигнала
РДС подразделяются на фазовые, импульсные (временные), импульснофазовые и частотные.
В импульсно-фазовых РДС относительное запаздывание радиосигналов определяется на основании данных об измеренных значениях Δτ и Δϕ.
Достоинствами РДС являются: высокая точность определения
МП ЛА, не зависящая от времени полёта; больша
я дальность действия;
неограниченная пропускная способность; скрытность работы ввиду отсутствия на борту ЛА передатчика; отсутствие ограничений по высотности для объектов, использующих околоземное пространство.
Практическое применение нашли следующие типы РДС: импульсные – Меридиан, Loran-A (40-е и 50-е годы XX века); импульснофазовые – «Тропик-2» (РСДН 3/10, РСДН-5, РСДН-3, РСДН-4) или более
позднее название «Чайка»,
Loran-C (стационарные), «Тропик-2П» (РСДН-10),
Loran-D (мобильные); фазовые – «Альфа» (РСДН-20), Omega; многочас-
тотные – «Марс-75», «Лена».
2.2.2. Фазовые разностно-дальномерные системы
Современные фазовые РДС (ФРДС) работают, как правило, в диапазоне ОНЧ на несущих частотах 10...14 кГц и в диапазоне НЧ на несущих
частотах 70...190, 126...233 кГц и реже в диапазоне СЧ на частоте 420 кГц.
Определение разности расстояний осуществляется путём измерения
разности фаз двух непрерывных или квазинепрерывных когерентных колебаний, принятых в точке
в радионавигационных точках (РНТ)
известное расстояние
М от двух наземных станций, расположенных
А и В, разнесённых между собой на
d
, называемое базой системы (см. рис. 2.9). Изме-
B
рение фазовых сдвигов выполняется на несущих (высоких) частотах.
При этом масштаб, в котором задаются сетки ЛРРР, определяется, как
правило, частотой, на которой производятся измерения. Поэтому различают фазовые разностно-дальномерные системы с заданием сеток линий
положения на несущей частоте, на приведённой частоте сравнения,
на частоте би
ений и на комбинационных частотах.
Для измерения разности фаз принимаемых сигналов используются
фазометры различных типов.
82
Если сигналы обеих станций могут быть раздельно приняты и пода-
λ
ны на фазометр, то измеряемая разность фаз имеет значение
Δϕ = ϕ
ВМ
– ϕАМ = ω
0 (ДВ
– ДА) /
с, (2.1)
а каждому измеренному значению разности фаз соответствует определённая разность расстояний
р
c
ДДД
=−=Δ
АВ
ω
0
0
.
ϕΔ
=ϕΔ
(2.2)
2
π
Раздельный приём сигналов от нескольких станций может быть
обеспечен работой на разных частотах или поочерёдным включением во
времени.
В свою очередь каждому значению разности расстояний
соответствует своя гипербола. Из выражения (2.1) сле-
const)ДД( =−
АВ
дует, что однозначно измеряемая разность расстояний ΔД
при Δϕ = 2π и равна λ
.
0
получается
одн
Множеству возможных значений разностей расстояний соответствует семейство гипербол (ЛРРР) с фокусами в точках
При значениях ΔД
> ΔД
р
Δϕ будет больше 2π, и показания фазо-
одн
А и В (см. рис. 2.9).
метра будут повторяться. Линии положения, для которых разность фаз Δϕ
между принятыми сигналами от двух наземных станций кратна 2π, раз-
граничивают рабочую область системы на зоны однозначного отсчёта или
фазовые дорожки. Ширина фазовой дорожки представляет собой наикратчайшее расстояние между двумя ЛРРР, для которых Δϕ = 2π. В пр
е-
делах каждой дорожки фазометр даёт однозначный отсчёт.
ЛРРР наносят на специальную навигационную карту. При этом ЛРРР
оцифровывают через равные интервалы разности фаз в пределах 0...2π
(0...360°). Получив отсчёт разности фаз, отыскивают на карте соответствующую ему линию положения. При необходимости прибегают к интерполяции, выбирая ЛРРР. МП ЛА оп
ределяют по пересечению двух ЛРРР, т.е.
после выполнения измерений по сигналам двух пар наземных станций.
Основным недостатком ФРДС является неоднозначность отсчётов,
которая устраняется либо путём счёта полных циклов приращения разности фаз принимаемых колебаний (метод привязки), либо многошкальным
методом, когда создаются дополнительные сетки ЛРРР при использовании вспо
могательных частот сравнения.
2.2.3. Импульсные разностно-дальномерные системы
Приёмная аппаратура импульсных РДС определяет в точке приёма
разности расстояний до двух наземных станций с известными координатами путём измерения интервала времени между моментами прихода от
них радиоимпульсов.
83
Импульсные РДС состоят из не менее двух пар наземных станций и
−=Δ
−=Δ
БПИ. Две пары наземных импульсных станций РДС могут работать или
независимо одна от другой, или синхронно. В первом случае РДС называют системами с независимыми базами, а во втором – с синхронизированными (согласованными) базами. В системе с синхронизированными
базами наземное о
дущей станции
борудование в простейшем случае состоит из одной ве-
А и двух ведомых станций В и С (см. рис. 2.9). Все стан-
ции работают на одной несущей частоте.
В случае использования РДС с независимыми базами пары наземных
станций объединяются в цепочки (до восьми станций). В цепочке одна и
та же станция может одновременно являться ведущей для одной пары и
ведомой для другой. С этой целью устанавливаются два передатчика, которые г
енерируют радиоимпульсы двух независимых частот повторения,
излучаемых одной антенной. Сигналы различных пар станций отличаются
несущей частотой
f
и частотой повторения Fп.
0
По принятым сигналам наземных станций в устройстве обработки ЛА, находящегося в точке
тервалы
τΔ
и
АВ
τΔ между моментами прихода радиоволн для каждой
АС
пары станций, которые пропорциональны разности наклонных дальностей:
=τΔ
АB
М (см. рис. 2.9), измеряются временные ин-
ДДД
АBАB
,
cc
=τΔ
AC
ДДД
АCAC
.
cc
Однозначность между Δτ и ΔД достигается за счёт согласованности
излучения радиоимпульсов ведомых станций
щей станции
А.
В, С по отношению к веду-
Синхронизация ведомых станций в РДС с согласованными базами
череспериодная: чётными импульсами ведущей станции
например, ведомая станция
В, а нечётными – станция С. Поэтому частота
А управляется,
следования импульсов ведущей станции вдвое выше, чем у ведомых. Чтобы отличить импульсы ведущей станции от импульсов ведомых станций,
чётные импульсы ведущей станции излучаются сдвоенными. Станции работают в последовательности
А–С, А–В и т.д. Достоинствами систем с
синхронизированными базами являются: быстрота определения МП ЛА и
возможность автоматизации одновременного отсчёта по двум базам.
Ввиду импульсного характера излучения в импульсных РДС достаточно просто решается задача разделения сигнала ведущей и ведомых
станций, а также задача разрешения многозначности измерений.
Основным недостатком импульсных РДС является низкая то
чность
измерения временных интервалов по сравнению с другими типами РДС.
Основными импульсными РДС являются «Лоран-А» (США), «Меридиан» (СССР-Россия) и «ДЖИ» (Англия).
84
2.2.4. Импульсно-фазовые разностно-дальномерные системы
В импульсно-фазовых РДС (ИФ РДС) одновременно используются
временной и фазовый методы измерения. Заключается это в определении
разности расстояний до двух наземных станций путём измерения интервала времени между моментами прихода радиоимпульсов от наземных
станций и измерения разности фаз высокочастотного заполнения этих импульсов. При этом импульсный метод используется для грубого оп
ределения ЛП и устранения многозначности отсчётов, а фазовый – для определения ЛП с высокой точностью.
Основа системы – цепочка из трёх-пяти станций, которые работают
на одной несущей частоте (или на частотах, кратных некоторой основной
частоте
ω ). Одна из этих станций называется ведущей, остальные – ве-
0
домыми. Ведущая и ведомые станции ИФ РДС излучают периодические
импульсные когерентные сигналы. Сигналы ведомых станций излучаются
в определённой последовательности. Синхронизация сигналов ведомых
станций, как по моментам излучения, так и по фазе их высокочастотного
заполнения осуществляется по сигналам ведущей станции. Фаза высокочастотного заполнения рад
иоимпульсов жёстко связана с их огибающими.
Примерами ИФ РДС являются системы типа «Лоран-С» (США) и
«Чайка» (Тропик-2 или 2П-Россия). Система «Лоран-С» работает на частоте 100 кГц. Зоны действия цепочек перекрывают основные трансокеанические маршруты, а также прибрежные районы ряда стран Европы,
Азии и Северной Америки. Основные ТТХ системы «Л
оран-С»: дальность
действия в дневное время суток 2600 км, а в ночное – 1800 км; точность
измерения временных интервалов 2
нии положения при углах базы, близких к 90
σ
= 0,8 мкс; точность определения ли-
t
°, составляет 0,6 км. База сис-
темы равна 960...1300 км.
85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
За более чем пятидесятилетнюю историю радиолокации её развитие
прошло от простейших станций до современных радиолокационных систем. В настоящее время радиолокация бурно развивается как за рубежом,
так и в России.
Проблемы и перспективы развития отечественной и зарубежной радиолокации:
– повышение информативности зондирующих сигналов и извлече-
ние максимума информации из эхосигналов, например пр
и переотражении от цели возникают дополнительные модуляционные частоты в спектре сигнала, при анализе которых можно определить тип цели;
– использование адаптивных радиолокационных систем, особенно
в условиях мощной помеховой обстановки;
– повышение уровня автоматизации и обработки радиолокационной информации за счёт внедрения средств АСУ, а также использования
новейшей элементной базы;
– внедр
ение новейших достижений науки и техники при разработке
средств отображения информации (цветность, индикаторы телевизионного типа и т.п.);
– повышение живучести и помехозащищённости за счёт примене-
ния двухпозиционных и многопозиционных РЛС;
– дальнейшее развитие составляющих элементов РЛС:
• антенн (снижение уровня боковых лепестков с 20...30 до 40...50 дБ);
• использование модульной конструкции приёмников, передатчи-
ков и других элементов;
• улучшение эксплуатационных характеристик;
• снижение материальных затрат при создании РЛС;
• внедрение автоматизированных средств контроля.
В настоящее время радиолокационные системы широко применяют-
ся как в мирных, так и в военных целях.
Современные наземные РЛС позволяют управлять воздушным движением летательных аппаратов гражданской авиации. В свою очередь,
бортовые РЛС позволяют решать такие народно-хозяйственные задачи,
как картографирование местности, определение ледовой обстановки, ведение г
еологических изысканий, составление карт растительности и
снежного покрова, обнаружение малоразмерных объектов, нефтяных пятен на море и т.п.
Ведение современных боевых действий нельзя представить без при-
менения радиолокационных систем.
86
Радиолокационные системы Военно-Морских Сил решают задачи
управления как действиями отдельных кораблей, так и их тактических соединений; обнаружения и определения координат воздушных и надводных целей; наведения оружия.
Появление в ряде государств ракет различного назначения привело к
необходимости использования в ПРО радиолокационных систем, предназначенных для обнаружения баллистических ракет на больших рас
стоя-
ниях; целеуказания и наведения.
87
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дудник, П. И. Авиационные радиолокационные устройства /
П. И. Дудник, Ю. И. Чересов ; под ред. П. И. Дудника. – М. : ВВИА, 1986. –
534 с.
Финкельштейн, М. И. Основы радиолокации / М. И. Финкель-
2.
штейн. – М. : Радио и связь, 1983. – 386 с.
Информационные технологии в радиотехнических системах /
3.
В. А. Васин [и др.] ; под. ред. И. Б. Федорова. – 2-е изд. – М. : МГТУ
им. Н. Э. Баумана, 2004. – 768 с.
Ярлыков, М. С. Статистическая теория радионавигации /
4.
М. С. Ярлыков. – М. : Радио и связь, 1985. – 344 с.
Белавин, О. В. Основы радионавигации : учебное пособие для
5.
вузов / О. В. Белавин. – М. : Сов. радио, 1977. – 320 с.
Владинов, В. Л. Средства и системы радионавигационного обес-
6.
печения летательных аппаратов / В. Л. Владинов, В. В. Ковалев, Н. Н. Хмуров. – М. : Военное издательство, 1990. – 472 с.
Вакин, С. А. Основы радиопротиводействия и радиотехнической
7.
разведки / С. А. Вакин, Л. Н. Шустов. – М. : Сов. радио, 1968.
Максимов, М. В. Защита от радиопомех / М. В. Максимов. – М. :
8.
Сов. радио, 1976. – 495 с.
Иванов, А. В. Синтез алгоритмов обработки информации в ра-
9.
диоэлектронных комплексах : учебное пособие для вузов / А. В. Иванов,
С. Н. Данилов, А. П. Пудовкин. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ»,
2012. – 80 с.
ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под
10.
ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. – 3-е изд., перераб. – М. : Радиотехника, 2005. – 688 с.
88
Учебное электронное издание
ДАНИЛОВ Станислав Николаевич
ИВАНОВ Александр Васильевич
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
РАДИОЛОКАЦИИ
И РАДИОНАВИГАЦИИ
Учебное пособие
Редактор Л. В. Комбарова
Инженер по компьютерному макетированию М. Н. Рыжкова
ISBN 978-5-8265-1693-5
Подписано к использованию 26.04.2017.
Тираж 50 шт. Заказ № 147
Издательско-полиграфический центр
ФГБОУ ВО «ТГТУ»
392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14.
Тел./факс (4752) 63-81-08, 63-81-33.
E-mail: izdatelstvo@admin.tstu.ru
89