Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Принцип действия канала азимута (КА), реализующего импульсный метод. Азимутальный радиомаяк (АРМ) формирует две ДНА в горизонтальной плоскости (рис. 5.9,а). Рис. 5.9. Диаграммы направленности антенн АРМ (а) и сигналы канала азимута, реализующего импульсный метод (б,в) Диаграмма ДН1 состоит из двух узких (около 4') лепестков и вращается с частотой (2„=100 об/мин (600'/с) . В пределах этой ДНА изучаются непрерывные немодулированные колебания. Диаграмма ДН2 имеет в горизонтальной плоскости форму, близкую к окружности.
С помощью ДН2 излучается опорный сигнал, представляющий собой две кодиро- 112 ванные последовательности импульсов. Эти импульсы вырабатывает датчик, связанный с осью вращения антенны, создающей ДН1, и в соответствии с числом импульсов, приходящихся на один оборот ДН!, они называются олорными сигнолаии 35 (<<35») и 36 («36>>), В момент, когда ось симметрии лепестков ДН! совпадает с северным направлением меридиана, импульсы обеих послеловательностей совпадают, что служит сигналом начала отсчета времени (северный сигнал СС) при определении азимута. Импульсы «36»следуют через каждые 1О' оборота ДН! .
Когда ДН! проходит через точку приема, на выходе приемника образуется азимутальный сигнал (АС), форма которого повторяет форму ДН!. Интервал времени <„, начало которого соответствует моменту прохождения минимума ДН1 через северное направление, а конец— средней точке азимутального сигнала, содержит информацию об азимуте и точки приема: г, =аlйм. Для повышения точности отсчет времени <, про>пводят по азимутальному импульсу (АИ), который соответствует той точке среза азимутального сигнала, где крутизна огибающей максимальна.
Возникающая при этом систематическая погрешность <!а, компенсируется при определении азимута. Основное овнение импульсного канала азимута имеет вид а=й,„<, =Мг„ где М вЂ” масштабный коэффициент. Сигналы и инимаемые от АРМ Опорные сигналы «35»и «36» представляют собой колоколообразные импульсы длительностью 5,5 мкс, следующие с частотой повторения 58,3 («35») и 60 Гц («36»). Импульсы в целях повышения помехоустойчивости излучаются парами с кодовым интервалом между импульсами одной пары, составляющим несколько десятков микросекунд.
Форма азимутального сигнала (см. рис. 5.9,в) зависит от ДНА. Каждый АРМ работает на определенном частопю-кодовом канале, т.е. отличается выделенной для него несущей частотой и заданным кодовым интервалом. Несущие частоты АРМ сосредоточены в полосе частот, шириной примерно в 60МГц с средней частотой около 900МГц. Высокое значение несущей частоты облегчает построение антенн с узкой ДНА. Точность ими льсного канала азим та. Главный источник погрешностей здесь — сигналы, отраженные от различных объектов (например, от объекта О на рис.
5.10,а). Искажения результатов измерений вызывают те отраженные сигналы, которые создают мешающее напряжение У , по времени совпадающее со срезом первого импульса азимутального сигнала АС (рис. 5.10,6). Такая ситуация возможна для объ- 113 ектов, азимут которых полежит в пределах и-0,5<14, < а„< а+0,5<ряд, где <ро, — суммарная ширина двух лепестков ДН, .
Рис. 5.10. Положение ЛА и отражателя О в пределах диаграммы направленности А!гМ (а) и результат и<перферснции азимутального и отраженною сигналов (б) при равенстве их фаз Погрешность измерения азимута при частоте вращения ДН1, равной йм, и длительности среза импульса АС, равной т,, составляет Ьа = й„т, (оУ ! 0,9У„), (5.3) где АУ вЂ” приращения напряжения АС в точке отсчета г„из-за отраженного сигнала; ӄ— амплитуда АС. Как следует из (5,3), для повышения точности следует уменьшать скорость вращения ДН1 и увеличивать крутизну среза импульса о, =0,9У„/т,. Уменьшение й„приводит к снижению темпа поступления информации и к возможности существенного изменения азимута ЛА за один оборот ДН1.
Повышение крутизны Я, достигается сужением ДН1, при атом также уменьшается вероятность одновременного появления отражающего сигнал объекта и ЛА в пределах ДН1. С учетом всех дестабилизирующих факторов точность импульсною азимутального канала соответствует 20, = 0,25'. Ст ная схема и свого изме ителя азим показана на рис. 5.11.
Поступающие с декодирующего устройсзва приемника импуль- зс сы «35» и «Зб» подаются на кон.зе" ху сч< сп зу трельное устройство (КУ), которое ли в момент их совпадения устанавливает счетчик Сч! на нуль и разгсчи счз сп зу решает прохождение на него счет- ных импульсов от генератора Рис. 5П1. Стру""урная схема цифрового 1-СчН. Счетчик Сч! подсчитывает измерителя азимута РСБН число импульсов за время 144 гн =10'вайо и через каждый интервал времени, соответствующий 1О', выдает импульс на счетчик Сч2.
Азимутальный импульс АИ закрывает контрольное устройство и разрешает перепись содержимого счетчиков через схемы переписи (СП) в запоминающие устройства (ЗУ). С этих устройств снимается код азимута, так как при известном периоде Т счетных импульсов их число М является мерой азимута а = й, Т,„У,„. Счетчик Сч1 выполняет функцию точного измерения азимута, а Сч2 — грубого. Принцип действия стандартного канала азимута с фазовым методом измерении. Антенная система АРМ (рис. 5.12,а) имеет в горизонтальной плоскости ДНА, форма которой близка к окружности со смещенными относительно АРМ центром. Рнс. 5.12.
Диаграмма направленности антенны фазового АРМ (а); азвмугальпые сигналы, принимаемые в точках! и 2 (б); спектр принимаемого сигнала (в) н структурная схема аппаратуры потребителя (г) Вращение этой диаграммы с угловой скоростью й„= 30 об/с приводит к амплитудной модуляции (АМ) принимаемого сигнала частотой Р' =30 Гц(рис. 5.12,6). В точке с произвольным азимутом а фаза огибающей принимаемого АМ азимутального сигнала Еы запаздывает относительно фазы АМ сигнала, принимаемого в северном направлении (точка 1), на <р„=й„г„, где г, =а/ь), — время, необходимое для поворота ДН на угол а . Основное уравнение РНУ, реализующего фазовый метод, определенияюимута, имеет вид ~а = 1~„.~ (5.4) Измерив фазу огибающей принимаемого сигнала р„, можно непосредственно определить азимут а точки приема.
Из (5.4) следует, что о, =о„, т.е. погрешность определения азимута а численно равна погрешности измерения фазы о игнал п инятый от АРМ в точке с азимутом а, содержит две составляющие: азимутальный и опорный сигналы. Азнмутальный сигнал, как указывалось выше, — колебания несущей частоты, модулированные по амплитуде, огибающая которых меняется с частотой вращения ДНА и имеет фазу ды =у„, численно равную азимуту а.Опорный сигнал, необходимый для измерения фазы, представляет собой частотно- модулированные (ЧМ) поднесущие колебания со средней частотой У'„м10 кГц. Модулирующим напряжением служит сигнал частоты 30 Гц с постоянной фазой, соответствующей фазе сигнала, принимаемого в северном направлении от АРМ.
Таким образом, сигнал АРМ в точке с азимутом а имеет вид е(да)=Е„,~1+та(п(й,„г-а)+т„з)п(вз„г-тв„созй, 1)1з1пмвг, (5.5) где Е„, — амплитуда сигнала; т и т „— коэффициенты глубины АМ азимутальным и опорным сигналами; те„— индекс фазовой модуляции ЧМ-сигнала. Оба сигнала передаются на одной несущей частоте (108 — 118 Мгц) и разделяются после детектирования в приемнике по своим частотам (30 Гц и 1О кГц). Спектральный состав принимаемого сигнала показан на (рис. 5.12,в). Точность азового канала азу та.
Погрешность рассматриваемого канала зависит в основном от изменения фазы азимутального сигнала при его интерференции с сигналами, отраженными от окружающих АРМ объектов. Если предположить наличие только одного такого объ- 11В екта с комплексным коэффициентом отражения К, = К, ехр( — Лр, ), где К„„«1, то, применяя формулу (5.5) к прямому и отраженному сигналам и выполняя соответствующие преобразования, можно найти погрешность определения азимута (в радианах) Ьа=К, соз(езрт-<р )з1п((а-ар)-ззррт), где т — запаздывание отраженного сигнала относительно прямого; ар— азимут отражающего объекта.
Максимальное значение этой погрешности )Ьа~ =К, . Если, например, К, =0,1, то Рза~ =5,63', что не удовлетворяет существующим требованиям к средствам навигации. С ная схема изме ягеля ази а В бортовой аппаратуре ЛА (рис. 5.12,г) продетектнрованный сигнал АРМ (5.5) с приемника (Прм) разделяется фильтрами ФЗО и Ф10, настроенными соответственно на частоты Р;, и У'„. Из опорного сигнала после частотного детектора (ЧД) выделяется сигнал с постоянной фазой частоты Р,р, который поступает на измеритель фазы (ИФ), куда подается также азимутальный сигнал, той же частоты.
Принцип действии фазового канала азнмуга с доплеровскнм АРМ. Основная задача, которая была успешно решена при создании доплеровского АРМ, заключалась в повышении точности фазового канала азимута при сохранении той бортовой аппаратуры, которая применяется в стандартном фазовом канале азимута. Решение этой задачи потребовало усложнения антенной системы АРМ. Антенная система опле овского АРМ (рис. 5.13,а) состоит из большого числа внбраторов (В,)(например, из 50), размещенных по окружности с радиусом г = 2,5Х, где Х вЂ” длина волны несущего колебания Рнс.
5.13. Антенная система доплеровского АРМ (а) н эквивалентная ей антенная система с вращающимися вибраторами В, и Ве (б), а также изменение полнесущей частоты снгналон, принимаемых в точках! н 2 (в) 117 (А 2,5-2,8 м). На противоположные вибраторы, например Вр и Взь подаются от передатчика токи с частотами Др+!'„(В~) и гр — ~„(Взр), где Г„м!0 кГц — поднесущая частота. Поочередное подключение вибраторов электронным коммутатором к источнику высокочастотных колебаний (передатчику) имитирует их вращение по окружности (В, и Ве на рис.
5.13,6) с частотой Р;р =30 Гц. Рнс 5 14 векторные анаграммы опле овский с нг частоты пРнпоясняющнефсрмнрование ннмаемого на ЛА сигнала возникает азнмутального сигнала при вращении вибраторов, в чем можно убедиться, рассматривая рнс. 5. ! 4. Применительно к внбратору В, имеем, что при азимуте а и текущем направлении на вибратор О радиальная скорость вращения Р„вибратора В, равна Ряп(й г-а), так как О=й г. Наличие радиальной скорости приводит к появлению доплеровского сдвига частоты. С учетом и =гзмг получим Р'„=-К„IХ=-(гlХ)й и!п(й г-а).
Принимаемый на ЛА сигнал В, при В» г, где  — расстояние от АРМ до ЛА, имеет частоту Г'; = Гр+(/„— 4!'з!п(й„р-а)~, те. приобретает модуляцию частоты Г'„с девиацией частоты аГ" = гй /Х. Частота ЧМ соответствует частоте вращения вибратора й,, а фаза — азимуту ЛА. Используя подобный подход к сигналу вибратора Вн не трудно убедиться, что частота сигнала, принимаемая от этого вибратора, Д =Д~-~у'„-Ьуз!п(й г-а)) . Таким образом с помощью вибраторов В, и Вь формируется спектр, состоящий из несущей частоты и двух боковых полос, соответствующих поднесущей частоте, модулированной частотой й, причем фаза модуляции зависит от азимута а .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
