Сущность основных методов радиоуглометрии
Амплитудные методы радиоуглометрии
Направление в пространстве задается с помощью углов (азимута и места). Углы в амплитудных системах радионавигации находят путем измерения с помощью приемоиндикатора амплитуды или параметров амплитудной модуляции сигналов, поступающих с выхода антенн.
Направления (углы) в амплитудных РНУ и С могут задаваться или определяться тремя методами: максимума, минимума и сравнения принимаемых сигналов. Рассмотрим сущность указанных методов.
Метод максимума
В РПС, реализующих метод максимума, РП имеют антенну с остронаправленной ДН G(q) (рис. 4). Направление на передатчик фиксируется в тот момент времени, когда напряжение UС(q) на выходе антенны достигает максимальной величины. Это происходит тогда, когда максимум ДН совпадает с направлением на передатчик.
Рис. 4 Метод максимума
В РМ направление по максимуму задается путем ориентации ДН в пространстве таким образом, чтобы максимум излучения совпадал с заданным направлением.
Величина угла qНЧ, в пределах которого изменение ориентации ДН антенны относительно направления на пеленгуемую радиостанцию (РМ) не может быть обнаружено из-за ограниченной чувствительности измерителя амплитуды сигнала, называется углом нечувствительности (НЧ) системы (рис. 4). Этот угол будет тем меньше, чем уже ДН. На рис.4а DGНЧ - изменение значения ДН, характеризующее конечную чувствительность измерителя.
Достоинствами метода максимума являются: большая дальность действия и сравнительно высокая помехоустойчивость ввиду узкой ДН, обеспечивающей хорошую пространственную селекцию сигналов; возможность передачи и приема дополнительных сигналов при пеленгации. Основные недостатки метода: независимость изменения амплитуды сигнала на выходе антенн от стороны отклонения ДН от направления на пеленгуемую радиостанцию (РМ), что затрудняет процесс автоматизации измерения и индикации угловых координат; низкая угловая чувствительность (сравнительно большой угол нечувствительности qНЧ) из-за слабого изменения функции G(q) вблизи максимума ДН (угла q0); большие требуемые размеры антенн, необходимые для получения узкой ДН.
Метод минимума
Определение направления на источник радиоизлучения и задание направления в пространстве методом минимума осуществляется в РПС и РМС с помощью антенны с двух- и более лепестковой ДН, имеющей острый минимум, угловое положение которого характеризуется углом q0 относительно опорного направления (рис.5). Направление на источник радиоизлучения фиксируется в момент времени, когда амплитуда сигнала на выходе антенны будет минимальной. Поскольку минимум в многолепестковой ДН более ярко выражен, чем максимум, т.е. одинаковым угловым отклонениям Dq относительно q0, методу минимума соответствует существенно большие изменения напряжения DUС, чем методу максимума, то угол нечувствительности qНЧ в данном методе будет существенно меньшим. Следовательно, точность пеленгации будет существенно большей.
Рис.5 Метод минимума
В РМ, работающих по этому методу, минимум излучения либо постоянно ориентирован в заданном направлении, либо вращается с определенной угловой скоростью.
Основными достоинствами метода радиопеленгации по минимуму принимаемых (излучаемых) сигналов являются:
1) сравнительно высокие угловая чувствительность и точность пеленгования при относительно небольших размерах антенн по сравнению с методом максимума;
2) возможность определения стороны отклонения пеленга от минимума ДН для некоторых типов антенн (за счет противофазности сигналов при переходе через минимум приема), что весьма важно для автоматизации процесса пеленгования.
Недостатки метода:
1) отсутствие сигнала на входе приемника РП в момент отсчета пеленга, что снижает достоверность измерений и исключает возможность передачи по радиоканалу РПС дополнительной информации;
2) небольшая дальность действия;
3) снижение точности пеленгования при действии помех, т.к. в этом случае минимум сигнала становится неярко выраженным.
Метод сравнения
В авиационных РПС, реализующих метод сравнения, антенная система РП обычно состоит из двух антенн, образующих пересекающиеся лучи ДН. Можно также образовать пересекающиеся лучи ДН с помощью одной антенны, которая периодически изменяет положение ДН относительно заданного направления (рис.6, в, лучи 1 и 2).
Рис. 6. Метод сравнения
В некоторых РП изменение положения результирующей ДН осуществляется путем электронного управления распределением электромагнитного поля неподвижной антенны. При данном методе пеленг определяется путем сравнения выходных сигналов РП, принимаемых по первому G1(q) и второму G2(q) лучам ДН.
Разновидностями метода сравнения являются равносигнальный метод и метод минимума глубины амплитудной модуляции. При пеленгации по равносигнальному методу пеленг отсчитывается в момент времени, соответствующий равенству сигналов на выходе РП, принятых по обоим лучам ДН антенной системы.
При методе минимума глубины амплитудной модуляции в РП автоматически изменяется пространственная ориентация лучей ДН антенной системы G(q) относительно равносигнального направления с частотой коммутации FК=1/ТК, где ТК - период коммутации. В результате этого на выходе приемника образуется амплитудно-модулированный (АМ) сигнал (рис. 6). Коэффициент АМ этого сигнала зависит от угла отклонения Dq равносигнального направления (РСН) ДН от направления на источник радиоволн. Этот метод широко применяется в современных АРК.
В радиомаяках для создания РСН также используются два пересекающихся луча ДН, которые ориентированы в пространстве таким образом, чтобы в заданном направлении напряженности полей, создаваемые обоими лучами, были одинаковыми. Для различения сигналов одного луча ДН от другого эти сигналы модулируются разными низкочастотными модулирующими сигналами или манипулируются разными знаками Морзе.
РПС, основанные на методе сравнения амплитуд сигналов, могут быть одноканальными (последовательными) или многоканальными (параллельными). В одноканальном пеленгаторе сигналы принимаются поочередно от двух различных лучей ДН, благодаря чему используется один приемный канал. Достоинством такого РП является простота аппаратуры, а недостатком - модуляционные погрешности, вызываемые изменением интенсивности сигнала в различные полупериоды коммутации. Особенно существенны эти погрешности в импульсных РП.
В многоканальных РП одновременно сравниваются сигналы на выходах независимых приемных каналов. Поэтому любое изменение интенсивности принимаемого сигнала в одинаковой степени проявляется во всех каналах и помехоустойчивость системы повышается. Такие системы весьма перспективны при построении моноимпульсных РП. В то же время создание высокочастотных многоканальных систем сравнения технически трудно из-за сложности аппаратуры, высоких требований к идентичности каналов и стабильности их характеристик.
Из проведенного анализа вытекают следующие достоинства рассмотренного метода:
1) высокие точность и угловая чувствительность;
2) однозначное определение стороны и величины отклонения источника радиоизлучений от заданного направления, что позволяет осуществить автоматизацию процесса пеленгации;
3) большая дальность действия;
4) лучшая, чем в ранее рассмотренных случаях, помехоустойчивость.
К недостатку данного метода относится сложность его аппаратурной реализации.