Фазовый разностно-дальномерный метод.

Определение разности расстояния фазовым методом осуществляется путем измерения разности фаз двух непрерывных когерентных колебаний, создаваемых в точке приема двумя РНТ.

Фазовые сдвиги измеряются на несущих частотах, на частоте биений сигналов и частоте сравнения.

Рис.11.13. Семейство линий равных разностей расстояний.

Радиостанции А и В – разнесены на расстояние d_ав (база систем). Работают радиостанции в режиме непрерывного излучения и обеспечивают раздельный прием сигналов одинаковой частоты. Радиостанция А-ведущая, радиостанция В-ведомая, которая синхронизируется радиостанцией А, обеспечивающей согласованные режимы излучения по частоте и фазе.

Сигналы в точке М (без учета помех) можно представить в виде:

U _А(t) = U_А cos(ω_о t – ω_о τ_А – φ_АО);

U_В (t)=U_В cos(ω_о t– ω *(d_АВ / c ) – ω_о τ_В – φ_В.О. );

Где U_A и U_В – амплитуды сигналов р/ст. А и В,

ω₀ = 2πf₀ - несущая частота,

d_АВ /с - постоянная задержки сигнала ведомой р/ст. В;

τ_А = D_А /с;

τ_В = D_В /с;

φ_АО и φ_В.О. начальные фазы излучаемых колебаний.

При измерении на частоте сравнения разность фаз сигналов, выделяемых в бортовом индикаторе имеет вид: Δφ = φ_А – φ_В

Каждому измеренному значению разности фаз Δφ_АВ соответствует определенная разность расстояний.

Δ D = D_В– D_А = (Δφ_АВ – φ_! )λ_ср / 2π

Как видно из этих выражений в фазовых РСДН не обеспечивается однозначность фазовых измерений ( поскольку фазометры измеряют фазу в пределах 2π. Семейство ЛРРР, которым соответствуют значение параметра Δφ_АВ кратные 2π (п =0,2..) делит всю рабочую зону фазовой системы на зоны, называемые фазовыми дорожками.

В пределах каждой дорожки фазометр дает однозначный отсчет.

При ∆φ_АВ = 2π получим максимальное значение разности расстояний ΔD_max. = λ_ср.

Ширина фазовой дорожки d_ср

d_ср= ΔD_max / 2sin(φ / 2) = λ_ср / 2sin / 2

Ширина фазовой дорожки на базе, где φ = π, d_ф.о. = λ_ср / 2. Тогда число фазовых дорожек, укладывающихся на базе определяется соотношением

N_АВ = d_АВ /d_ф.о. = 2 d_АВ / λ_ср

Полученные формулы используют для расчета масштабной сетки ЛРРР, соответствующей характеристикам конкретной РСДН. Сетка наносится на специальную навигационную карту.

При реализации рассмотренного метода в конкретных РСДН необходимо обеспечить раздельный прием сигналов наземных радиостанций, а также осуществить разрешение многозначности фазовых сдвигов.

В фазовых РСДН используют частотный и временной методы разделения каналов наземных радиостанций.

При частотном методе сигналы излучаются на различных несущих частотах или могут передаваться в виде разностных колебаний 2-х некогерентных несущих. (РСДН типа Дека работают на частоте 70…130 кГц и обеспечивают дальность ≥ 1500 км).

При временном методе временная селекция сигналов осуществляется в основном привязкой начала цикла излучения радиостанции к системе единого времени.

Радионавигационная система «Омега»

В 1954г в Англии – спроектирована система «Делрак» и её усовершенствованный вариант «ОМЕГА» (США).

Наземная часть системы «Омега» состоит из 8 ^и опорных радиостанций, излучающих синфазные колебания на частоте ƒ= 10 -14 кГц.

Для точных навигационных определений используется ƒ_о =10,2 кГц (излучаемая всеми радиостанциями), на которой измеряются разности фаз.

Кроме того, излучаются дополнительные частоты ƒ =13,6 и 11,33 кГц, используемые для устранения многозначности определения разности расстояния.

Излучение каждой радиостанции строго регламентировано во времени и по частоте что, помимо решения основной задачи временного разделения каналов, исключает взаимные помехи по соседним частотным каналам.Полный цикл излучения сигналов радиостанциями Т_ц = 10с. Длительность посылки сигналов каждой радиостанции =1сек, определена форматом сигнала, а интервал между соседними посылками равен 0,2 сек. Работа каждой радиостанции синхронизирована всемирным координированным временем (ИТС) и корректируется по международному стандарту времени UT -2.

Все радиостанции работают независимо (нет ведущих и ведомых), обеспечивая в то же время получения когерентных колебаний в пункте приема. В бортовом приемника сигналы наземных радиостанций принимаются в заданной временной последовательности и запоминаются в отдельных каналах схемы «Памяти» на время периода излучения.

Выбирая любую пару каналов «памяти» индикатора, можно измерить разность фаз 2^х колебаний (φ_АВ ) и таким образом определить разность расстояний до 2-х наземных радиостанций.

Для измерения фазовых сдвигов используются полученные соотношения. Для определения место положения ВС- необходимо измерить разности расстояния не менее чем по 2-м парам радиостанций.

При этом ВС будет находится в точке пересечения двух изолиний (двух ЛРРР).

Все восемь радиостанций «Омега» расположены на расстояниях 9-11 тыс.км. друг от друга.

Нормы параметров.

Частотный диапазон = 10-14 кГц

Количество частотных каналов -3 (1канал=10,2; 2канал = 13,5; 3канал =11,33 кГц)

максимальная дальность ≥ 9000 км.

Погрешность не более 1, 85 км днем и 3,7 км- ночью.

мощность излучения ≥ 10квт

Начало 1 цикла р/станции А точно совпадает с началом суток по Гринвичу.

Длительность сигнала на каждой частоте ƒ =1сек.

Стабильность частоты ƒ _{эталон генер}. =10^-11- 10^-12

Импульсно – фазовые разностно-дальномерные системы.

В импульсно-фазовых системах относительное запаздывание определяется на основании данных об одновременно измеренных ∆ τ и ∆φ .

Количественные соотношения, полученные для фазовых и импульсных систем, в основном справедливы и для импульсно-фазовых систем.

К импульсно-фазовым РСДН относятся системы «Лоран-С» и « Чайка», работающие на ƒ_о = 100-120 кГц и обеспечивающие дальность ≥ 2500 км.

Наземные радиостанции образуют цепочки, состоящие из 4-8 р/станций.

Система «Лоран – С»

- излучаемая мощность ≥ 4 Мвт

- длительность импульса 135 мкс

- стабильность частоты ƒ _{синхронизатора} 10^-10 - 10^-11

- несущая частота ƒ 100кГц

-количество частотно-кодовых каналов -24, отличающихся периодами следования пачек импульсов Т_сл.п. Имеются 3 группы периодов следования, соответствующие частотам:

- медленно специальный SS -10 Гц,

- медленно низкий SL -12,5 Гц,

- медленно-высокий SH =16,66 Гц

и восемь порядковых номеров периодов следования.

Максимальная дальность на поверхностой волне днем ≥ 2200км,

ночью ≥ 1800км

-погрешность определения – не хуже 0,6 км – при измерениях фазы несущей частоты.

Вопросы для самоконтроля.

1.На чем основан фазовый метод радиодальнометрии.

2. На чем основан частотный метод радиодальнометрии.

3. На чем основан временной метод радиодальнометрии.

4. На чем основан разностно-дальномерный метод.

5.Какие методы измерений используются в разностно-дальномерных системах.

6.Что такое фазовая дорожка.

7.Что такое частота биений.

8.Что такое фазовая система типа М.

9. Что такое фазовая система типа Н.

10.На чем основан импульсный метод разностно-дальномерной системы.

11. Назначение РСДН «Omega».

12. Принцип действия РСДН «Omega».

13. Информативный параметр РСДН «Omega».

14. Принцип действия дальномера.

15. Какой метод измерения заложен в принцип действия дальномера.

14. Назначение схемы временной селекции в СД.

15. Информативный параметр ДМЕ.

16. Назначение РВ.

17. Принцип действия РВ.

18. Информативный параметр РВ.

19.Информативный параметр РЛС при определении дальности до объекта.

20. Схема частотного дальномера.

Рекомендуемая литература.

1. Учебное пособие. Основы радионавигации. Составитель Алексеев Н.Ю. Академия ГА, 2006г.

2. Беляевский Л.С., Новиков В.С., Оленюк П.В. Основы радионавигации. Учебник для вузов. М.: Транспорт, 2003г.

3. Беляевский Л.С., Новиков В.С., Оленюк П.В. Основы радионавигации. М.: Транспорт, 1992г.