Учет особенностей импульсно-фазовых разностно-дальномерных РСДН

Опорные станции каждого РНУ - ведущая и ведомая - расположены на расстоянии Б (база РНУ) друг от друга и могут синхронизироваться со шкалой времени системы либо самостоятельно (при наличии на всех ОС эталонных опорных генераторов), либо использовать синхронизацию шкал только на ведущей ОС. В последнем случае ведомая ОС ретранслирует сигнал ведущей с известной задержкой t ₃.

Минимальное значение задержки t ₃ Б/с.

Ширина фазовых дорожек в пределах которых разность фаз сигналов ОС зависит от угла под которым «видна» база Б из пункта нахождения потребителя

и достигает минимального значения на базе РНУ, где = 180°:

Число фазовых дорожек

Навигационный сигнал содержит последовательность («пачку») из восьми когерентных импульсов, что позволяет увеличить отношение сигнал-шум в п = 8 раз и повысить точность измерения.

Многозначность фазовых измерений устраняется с помощью грубой шкалы дальностей, формируемой при измерении по огибающей принимаемого сигнала, на которой погрешность составляет

где - сдвиг переднего фронта импульса, по положению которого измеряется дальность (разность дальностей); S _ф - крутизна переднего фронта; - длительность фронта ( 60 мкс); U _mc, и U _п - напряжения сигнала и помехи; q - отношение сигнала к шуму по мощности.

АЗИМУТАЛЬНО-ДАЛЬНОМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ БЛИЖНЕЙ НАВИГАЦИИ

Справочный материал

Радиосистемы ближней навигации предназначены для определения местоположения ЛА путем измерения азимута и дальности этого ЛА относительно радиомаяка (РМ), работающего в УКВ диапазоне радиоволн.

Предельная дальность действия систем - дальность прямой видимости

где R _3.эф - эффективный радиус Земли; Huh - высота полета ЛА и подъема антенны РМ над земной поверхностью. Все величины в этой формуле выражены в километрах.

Эффективный радиус Земли определяется из соотношения

где R ₃ = 6370 км - радиус Земли; dn / dH - коэффициент преломления радиоволн в среде распространения.

Для стандартной атмосферы R _3.эф ⁼ 8500 км дальность прямой видимости:

СКП местоопределения

где  и  - СКП измерения азимута (в радианах) и дальности; R - расстояние от РМ до ЛА. Погрешности и обратно пропорциональны где q - отношение сигнал/шум по мощности. Если на максимальной дальности R _mах значение q = q _min,то при работе система в режиме «запрос - ответ»:

Канал дальности

Измерение дальности R производится по задержке t_R =2 R /с сигнала, где с - скорость распространения радиоволн.

Сигнал - импульсный (последовательность импульсов длительностью  следующих с периодом Т _п „). Однозначность дальнометрии обеспечивается при Т _п t_Rmax ^, где R _mах - максимальная дальность дальнометрии.

Режим работы - активный с активным ответом («запрос - ответ»). Ответчик - дальномерный радиомаяк (ДРМ), который задерживает принятый сигнал ЛА на время аппаратурной задержки t _aз, которое учитывается при измерении дальности. Для исключения синхронных помех ДРМ запирается на время t _защ после приема каждого импульса запроса.

Пропускная способность N _ла- число ЛА, обслуживаемых ДРМ в единицу времени при достаточной мощности передатчика определяется как

где k _отв - коэффициент ответов ДРМ на запросы ЛА (отношение числа ответов к числу запросов).

Поиск ответного сигнала ДРМ в бортовой аппаратуре РСБН начинается с дальности R ₀=0,5 с t _аз. В каждом периоде повторения T _п (в каждом N -мтакте) задержка поискового импульса (контрольного строба) дискретно увеличивается на  Число требуемых для поиска тактов

Скорость поиска V _пд = dt ₃/ dt определяется из соотношения

где п - число импульсов, необходимое для обнаружения сигнала ДРМ. Время поиска Т _пд = t_R / V _пд- N_TT _п.

Погрешность дискретизации (дискретности отсчета дальности) -следствие измерения интервала t_R путем определения числа счетных импульсов N _СЧ, заполняющих этот интервал (t_R = N _СЧГ_СЧ). Величина погрешности  = 0,5 с T _СЧ, где Т _СЧ- период следования счетных импульсов. Соответствующая СКП измерения дальности

Импульсный канал азимута

Измерение азимута  импульсным методом происходит путем измерения времени запаздывания  принятого на ЛА импульса (азимутальный сигнал) от направленной вращающейся антенны азимутального радиомаяка (АРМ) относительно северного направления:

где - угловая скорость вращения антенны ( =100 об/мин = 600^o/с).

Метод используется в системах типа РСБН.

Сигналы, принимаемые на ЛА, - азимутальный сигнал (АС) и опорный сигнал (ОС) формируются антеннами АРМ. Для излучения АС служит вращающаяся антенна с двумя узкими примыкающими друг к другу лепестками Диаграммы направленности ДН-1, излучающая немодулированные колебания. Вторая ненаправленная антенна АРМ излучает две последовательности импульсов, содержащие 35 и 36 импульсов на один оборот ДН-1. Последовательности «35» и «36» совпадают, когда минимум ДН-1 направлен на север. В этот момент на ЛА формируется опорный северный сигнал.

Азимутальный сигнал по форме повторяет форму ДН-1 и представляет собой два примыкающих друг к другу импульса. Азимут отсчитывается по точке отсчета ТО на заднем фронте - срезе первого импульса, что сопровождается систематической погрешностью = 1^o.

Длительность каждого из двух импульсов АС определяется как

где  - ширина лепестка ДН1 по мощности на уровне 0,5.

Величина рассчитывается как где d _a - раскрыв апертуры антенны в соответствующей плоскости.

Погрешность из-за влияния отражений сигналов АРМ местным объектом (МО)

где S_c - крутизна среза импульса АС; - приращение напряжения АС из-за отраженного от МО сигнала в точке отсчета азимута ТО.

Разрядность кода азимута определяется: динамическим диапазоном измеряемой величины А:

При d, выраженном в децибелах, число разрядов  или 6 dB/разряд.

Фазовый канал азимута

Измерение азимута производится фазовым методом по фазовому сдвигу  азимутального сигнала, фаза которого зависит от азимута  точки приема, относительно опорного сигнала (сигнала постоянной фазы):

Сигнал, принимаемый на ЛА, формируется АРМ. Опорный сигнал формируется ненаправленной антенной АРМ и представляет собой сигнал, фаза которого соответствует фазе сигнала на ЛА, расположенном, например, в северном направлении от АРМ. Сигнал переменной фазы формируется либо с помощью вращающейся с угловой скоростью  ДНА (система типа «стандартный VOR»), либо путем имитации вращения антенны по окружности радиуса  (система типа DVOR или система с доплеровским АРМ). Принимаемые сигналы в обоих случаях идентичны.

При доплеровском АРМ азимутальный сигнал передается с фазовой модуляцией, параметры которой закладываются при имитации вращения антенны. Индекс модуляции

а девиация частоты

Потенциальная точность измерения азимута

где q - отношение сигнал/шум по мощности при оптимальной обработке сигнала.

Погрешность из-за влияния сигнала, отраженного от местного объекта с коэффициентом отражения k _отрв стандартном канале VOR

в канале с доплеровским радиомаяком

РАДИОПЕЛЕНГАТОРЫ

Справочный материал

Радиопеленгаторы (РП) - угломерные РНУ, состоящие из приемного устройства и специальной антенной системы, позволяющей найти направление прихода радиоволны. Совместно работающие РП образуют угломерную РНС, служащую для определения местоположения излучающего радиосигнал объекта. Линейная погрешность РП (погрешность линии положения)

где R - расстояние пеленгуемого объекта от РП; - СКП РП в радианах.

Погрешность местоопределения угломерной РНС, состоящей из РП-1 и РП-2:

где - угол пересечения линий положения РП-1 и РП-2, а расстояния и погрешности с индексами 1 и 2 соответствуют дальностям пеленгуемого объекта от этих пеленгаторов и их СКП в радианах.

Наземные амплитудные РП (АРП)

Антенная система АРП состоит обычно из двух H -образных антенн, одна из которых ориентирована в направлении «север-юг», а вторая - «запад-восток». При отношении базы антенны d к длине волны <0,5 ДНА имеет форму «восьмерки» и описывается выражением

где  - азимут пеленгуемого объекта (отсчитывается от перпендикуляра к центру базы d антенны).

Пеленгационная чувствительность АРП при азимуте

Информативный параметр АРП - отношение амплитуд напряжений, выдаваемых антеннами:

Погрешность из-за неидентичности коэффициентов передачи k ₁ и k ₂каналов обработки сигналов в двухканальных амплитудных РП

где g = k ₁/ k ₂.

Допустимое значение g при заданной погрешности  может быть рассчитано по соотношению

Погрешность антенного эффекта  вызываемая ненаправленным приемом направленных антенн, определяется как

где U _а.эф и U _а - амплитуды сигналов, создаваемых антенным эффектом и направленной антенной соответственно.

Погрешность разноса  при больших d /

Погрешность  вызываемая отраженным от местного объекта (МО) с коэффициентам отражения k _отр,может быть найдена из соотношения (см. раздел 5.1):

где  - разность азимутов пеленгуемого объекта и МО.

Фазовый доплеровский радиопеленгатор (ДРП)

Антенная система ДРП состоит из п _вненаправленных неподвижных вибраторов, расположенных по окружности радиуса r. Вибраторы поочередно подключаются к приемнику с целью имитации вращения вибратора по окружности с частотой F _вp=30 Гц. В результате на входе приемника формируется модулированный по фазе доплеровский сигнал, содержащий информацию о направлении прихода сигнала от пеленгуемого объекта.

Информативный параметр ДРП - фаза доплеровского сигнала, численно равная азимуту ЛА.

Основные параметры ДРП:

индекс фазовой модуляции  рад;

расстояние между соседними по окружности вибраторами

число вибраторов антенной системы  которое должно быть достаточно велико для имитации плавного вращения вибратора по окружности радиуса r.

Автоматический радиокомпас (АРК)

Антенна АРК - неподвижная система из двух взаимно перпендикулярных рамочных антенн (рамок), одна из которых ориентирована по продольной оси ЛА. Гониометр - устройство, позволяющее исключить необходимость поворота рамочных антенн при пеленгации источника сигнала - передающей радиостанции (PC). Гониометр состоит из двух взаимно перпендикулярных статорных сатушек (Ст), внутри которых находится подвижная роторная катушка - ротор Рт). Статоры гониометра связаны с соответствующими рамками АРК и имитируют электромагнитное поле PC внутри гониометра, а сигнал Рт зависит от курсового угла пеленгуемой радиостанции (КУР) (см. рис. 6.6 [1]).

Информативный параметр v зависит от типа АРК. В амплитудных АРК это - глубина амплитудной модуляции т входного сигнала приемника АРК, пропорциональная углу = - КУР, где угол поворота плоскости Рт гониометра относительно плоскости статора Ст-2. При =0 глубина модуляции т =0. В фазовом АРК с амплитудной модуляцией (AM) информативный параметр - фазовый сдвиг AM сигнала на входе приемника АРК, пропорциональный КУР, а в фазовом АРК с фазовой модуляцией - фазовый сдвиг также зависящий от КУР.

Поляризационная погрешность АРК - следствие присутствия в принимаемой радиоволне горизонтальной составляющей электромагнитного поля:

где - угол наклона вектора поляризации Е к плоскости распространения радиоволны; - угол отклонения фронта волны относительно вертикали.

При известных значениях амплитуд U_mr и U _mвсоответственно горизонтальной и вертикальной составляющих поля Е для расчета  ожно воспользоваться соотношением

Погрешность радиодевиации  вызываемая наличием переизлучателей (ПИ) сигналов пеленгуемой радиостанции (РС) (конструктивных элементов ЛА в том числе антенн бортовых РЭУ):

где E _пи и E _рc - амплитуды напряженности полей, создаваемых соответственно ПИ и PC; - разность курсовых угловРС и ПИ.

Погрешность из-за крена ЛА, вызывающего наклон рамок и появление чувствительности к горизонтальной составляющей поля принимаемого сигнала. Погрешность обычно не превышает 1° при крене ЛА до 15°.