5.3. Формирование навигационной информации в сбн

Определение МЛА — по сетке линий положения (ЛП) — радиальных линий (линий равных азимутов) и окружностей (линий равных дальностей), в точке пересечения которых находится искомое МЛА (см. табл. 1.1). Третья координата определяется высотомером, не входящим в состав СБН.

Специфика ЛП отражается на точностных характеристиках СБН. Угол пересечения ЛП равен 90°, т. е. точность определения МЛА не зависит от азимута ЛА. Расхождение линий равных азимутов с увеличением расстояния до РМ приводит к росту линейной погрешности ΔЛП= DtgΔA, где ΔA — погрешность определения азимута.

Особенность определения МЛА — возможность решения навигационной задачи на плоскости, так как обычно расстояние до РМ намного превышает высоту полета. На удалении 100 км от РНТ (РМ) при высоте полета 10 км погрешность вследствие замены наклонной дальности, измеряемой СБН, ее проекцией на горизонтальную плоскость не превышает 1%.

Навигационная информация формируется с помощью наземных РМ, метод работы которых зависит от канала СБН и типа РМ.

Канал азимута СБН строят на основе либо временного, либо фазового метода. АРМ формирует азимутальный сигнал, информативный параметр которого зависит от азимута точки приема. Момент начала отсчета азимута в БА определяется по опорному сигналу, который передается с РМ. Информация об азимуте заключена в сдвиге принятого сигнала относительно опорного по времени (временной метод) или по фазе (фазовый метод). Временной метод используется в отечественных СБН, фазовый — в зарубежных. В системе VOR/DME, в зависимости от структуры излучаемого АРМ сигнала, различают стандартный VOR, доплеровский VOR (DVOR) и прецизионный доплеровский VOR (PDVOR).

Канал дальности всех СБН основан на принципе «запрос-ответ», что способствует увеличению дальности действия, но приводит к ограничению пропускной способности.

5.4. Принцип действия канала азимута сбн

Принцип действия стандартного VOR (рис. 5.4) основан на формировании амплитудно-модулированного (AM) сигнала, в котором информация об азимуте заключена в фазе огибающей.

Ан­тенна АРМ создает ДН, имеющую форму окружности со смещенным центром и вращающуюся с частотой F_ВР=30Гц. Вращение ДН приводит к амплитудной модуляции принимаемого сигнала с той же частотой F_ВР. В точке с произвольным азимутом А фаза огибающей принимаемого AM сигнала запаздывает относительно фазы AM сигнала, принимаемого в северном направлении, на ψ_А = Ω_BР t_a. В бортовой аппаратуре VOR необходимо выделить из принятого сигнала низкочастотное напряжение, фаза которого зависит от азимута (азимутальный сигнал), и сравнить его фазу с некоторой постоянной фазой опорного сигнала, передаваемого АРМ. Эти функции выполняют схемы выделения соответствующих сигналов СВАС и СВОС совместно с измерителем фазы ИФ (рис. 5.4, г).

Рис. 5.4. Канал азимута системы VOR/DME: а – ДН антенн АРМ; б и в –

огибающие сигналов, принимаемых в точках 1 и 2 (модуляция поднесущими колебаниями не показана), г – упрощенная структурная схема бортовой

аппаратуры, д – спектр принимаемого сигнала

Радиомаяк излучает сигналы центрального вибратора с неподвижной ДН – U_ЦВ и сигналы излучателя с вращающейся ДН – U_ВР:

U_ЦВ = U_m [0,5 + m_П· sin(ω_П t – m_ЧМ·cos Ω_BР t )] sin ω₀ t

U_ВР = U_m [0,5 + m·sin(Ω_BР t – A)] sin ω₀ t

Азимутальный сигнал u_А представляет собой выделенное из огибающей принимаемого AM сигнала синусоидальное напряжение с частотой F_ВР=30 Гц. Этот сигнал принято называть сигналом переменной фазы, так как его фаза численно равна азимуту точки приема.

Опорный сигнал, излучаемый АРМ, представляет собой частотно-модулированные (ЧМ) поднесущие колебания со средней частотой f_П = 9960 Гц. Модулирующим напряжением служит сиг­нал опорной фазы u₀, имеющий частоту 30 Гц и фазу, равную фазе сигнала и_А при А=0. Поднесущими ЧМ колеба­ниями модулируют по амплитуде колебания несущей частоты АРМ.

Принимаемый сигнал на Л А с азимутом А записывается в виде: U = U_ЦВ + U_ВР, или

U = U_m [1 + msin(Ω_BР t – A) + m_П sin(ω_П t – m_ЧМ cos Ω_BР t )] sin ω₀ t,

где m и m_П – коэффициенты глубины AM, создаваемой соответственно вращением ДН и при модуляции поднесущими колебаниями; m_ЧМ – индекс частотной модуляции. Спектр этого сигна­ла показан на рис. 5.4, д.

Структурная схема БА (рис. 5.5) содержит два включенных после Прм фильтра. Фильтр Ф-1 выделяет сигнал переменной фазы u_А, который после усилителя У подается на фазовый дискриминатор ФД — чувствительный элемент следящего измерителя фазы ИФ. Фильтр Ф-2 выделяет опорный сигнал, который проходит усилитель-ограничитель УО, срезающий паразитную AM, и подается на частотный детектор ЧД, где выделяется сигнал опорной фазы и₀. В фазовращателе ФВ фаза сигнала и₀ изменяется на Ψ_ФВ, а затем сдвигается на 90°.

Фазовый дискриминатор выделяет сигнал ошибки

ΔU_ФД = U_ФД cos(ψ_А—ψ_ФВ— 0,5π) = U_ФД sin(ψ_А—ψ_ФВ).

Под действием сигнала ошибки электродвигатель ЭД поворачивает ротор ФВ до тех пор, пока не будет выполнено условие ψ_ФВ = ψ_А. По углу поворота ротора ФВ можно определить фазу ψ_А, численно равную азимуту точки приема. Преобразователь Пр служит для питания ЭД от сети 400 Гц.

Принцип действия доплеровского VOR (рис. 5.6) основан на формиро­вании ЧМ сигнала с центральной часто­той f_П=9960 Гц, в фазе модулирующего колебания которого содержится информация об азимуте точки приема. Сигнал опорной фазы передается с помощью амплитудной модуляции. Наилучшими параметрами обладают двухполосный DVOR и прецизионный DVOR (PDVOR).

Двухполосный DVOR имеет антенную систему (рис. 5.6, а), которая состоит, например, из 50 вибраторов (В₁,…, В₅₀), размещенных равномер­но по окружности радиусом R. Противоположные вибраторы, например В₁ и В₂₆, питают токами с частотами f*_а,6 = f₀ ± f_П, где f₀ — несущая частота. Поочередное (с помощью коммутатора) подключение пар вибраторов к источникам высокой частоты имитирует их вращение по окружности (В_А и В_Б на рис. 5.6, б). Принимаемые на ЛА колебания из-за доплеровского сдвига F_Д имеют частоты f_а,6 = f₀ ± f_п ± F_д sin > (Ω_врt - A), т. е. промодулированы по частоте с девиацией Δf_д = Ω_BРR/λ₀, где λ₀ = C/f₀. Центральный вибратор ЦВ излучает AM колебания е_ц = E_мц(1 + m·sin Ω_BРt) cosω₀ t. В результате суммирования полей центрального и «вращающихся» вибраторов в точке приема образуется сигнал

е = E_мц{1 + msin Ω_bрt + m_пcos[ω_П t — m_чм cos(Ω_вр t -A)]} cos ω₀ t,

по структуре идентичный сигналу стандартного VOR с той только разницей, что информация об азимуте заключена в фазе ЧМ колебания, а сигнал опорной фазы передается посредством AM. Индекс частотной модуляции m_чм = 2πR/λ_н. Для обработки такого сигнала пригоден обычный приемник VOR, на частотном детекторе которого (см. рис. 5.5) выделяется азимутальный сигнал, а через фильтр Ф-1 проходит сигнал опорной фазы. Главное достоинство DVOR — меньшая, чем в VOR, зависимость точности от рельефа мест­ности.

Прецизионный DVОR позволяет практически полностью исключить влияние рельефа местности на точность канала азимута. В радиомаяках PDVOR информация об азимуте передается так же, как и в DVOR, а для передачи сигнала опорной фазы служит поднесущая частота f_ПО = 6500 Гц, мо­дулируемая по частоте.

Преимущества PDVOR могут быть реализованы только при специальном приемнике. При обычном приемнике точность определения азимута по сигналам PDVOR и DVOR одинаковая. В спектре сигнала PDVOR сохранены составляющие, соответствующие опорному сигналу DVOR.