СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ НА РИДИОМАЯК. РАДИОКОМПАС. ДВУХЧАСТОТНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ДАЛЬНОМЕР
METHOD OF IDENTIFICATION OF DIRECTION TOWARDS RADIO BEACON STATION, RADIO COMPASS, DOUBLE FREQUENCY RANGE FINDER

Группа изобретений относится к навигационным системам и комплексам.
Для того чтобы, например, привести корабль в место назначения (к радиомаяку), необходимо определять, по крайней мере, направление на радиомаяк, например, амплитудным методом пеленгации [1, Справочник по основам радиолокационной техники. Под редакцией В.В. Дружинина. Военное издательство, М., 1967].
О других методах, кроме как по компасу или звездам, привода средств передвижения к месту назначения мало что известно.
Целью изобретения является расширение ассортимента радиокомпасов.
Поставленная цель достигается за счет реализации радиокомпасов с использованием определения рассогласования продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк.
1
2
1
2
Определяют направление на радиомаяк посредством излучения в сторону радиомаяка и переизлучения им электромагнитной энергии обратно следующим образом. Из двух точек радиокомпаса (как выполнен, смотри ниже), с базовым L расстоянием между точками, на радиомаяк излучают два непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), с близкими частотами f и f НЛЧМ сигнала и одинаковыми его частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые: принимают на радиомаяке, усиливают по мощности и переизлучают в сторону радиокомпаса, где их перемножают с излученными НЛЧМ сигналами и выделяют сигналы: Fpi=2DiFmdfm/C-2Vif/C и Fpj=2DjFmdfm/C-2Vif/C,
3
3
где Di и Dj - расстояние между антеннами радиокомпаса и антенной радиомаяка, перемещающегося со скоростью Vi, C - скорость света, а затем, после перемножения сигналов с частотами Fpi и Fpj, выделяют разностный сигнал частотой f=Fpi-Fpj, величина которой, при совпадении линии расположения антенн радиокомпаса с направлением на радиомаяк, или перпендикуляра, восстановленного из середины линии расположения антенн радиокомпаса, с направлением на радиомаяк, независимо от расстояния между радиокомпасом и радиомаяком, является конкретной и позволяет утверждать, что при обнаружении на радиокомпасе сигнала частотой f, направление на радиомаяк определено.
Радиокомпас содержит радиомаяк и двухчастотный частотный дальномер (как выполнен, смотри ниже), с двумя приемо-передающими антеннами, установленными на базовом L расстоянии между собой, выходы фильтров разностных частот ФРЧ-1 и ФРЧ-2 которого, через последовательно соединенные пятый смеситель и узкополосный полосовой фильтр (УПФ), подключены к схеме включения сигнализации. А радиомаяк выполнен в виде антенны, вход которой, работающий на прием, через последовательно соединенные полосовой фильтр и усилитель мощности, подключен к выходу антенны, работающему на передачу.
Двухчастотный частотный дальномер содержит генератор (Г-1), смеситель (СМ-1), фильтр разностной частоты (ФРЧ-1) и приемо-передающую антенну (антенну), а также: вторую антенну; Г-2; Г-3; СМ-2; СМ-3; СМ-4; ФРЧ-2; ФРЧ-3; ФРЧ-4; два усилителя мощности и последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого через Г-1 подключен к входам СМ-3 и СМ-4, а выход Г-2, через последовательно соединенные второй вход СМ-3, ФРЧ-3, СМ-1 подключен к входу ФРЧ-1, так же, как и выход Г-3, через последовательно соединенные второй вход СМ-4, ФРЧ-4, СМ-2 подключен к входу ФРЧ-2, а также выходы ФРЧ-3 и ФРЧ-4, соответственно, через первый и второй усилители мощности подключены к входам соответственно первой и второй антенн, работающим на передачу, а входы антенн, работающие на прием, подключены к вторым входам соответственно СМ-1 и СМ-2.
Рассмотрим, в том числе на примерах, работу радиокомпаса.
1
2
1
2
1
2
<mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>149990</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>5</mn><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>5,1</mn><mtext> </mtext><mi>М</mi><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>/</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow><mo>−</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>15</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>/</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow><mo>=</mo><mn>25498200</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>ц</mi><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mtext>F</mtext><mtext>2</mtext></msub><mo>=</mo><mrow><mrow><mtext>2</mtext><mo>×</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>149990 м</mtext><mo>+</mo><mtext>20 м</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mtext>5</mtext><mo>×</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mtext>3</mtext></msup><mo>×</mo><mtext>5</mtext><mtext>,1</mtext><mo>×</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mtext>6</mtext></msup></mrow><mo>/</mo><mrow><mtext>3</mtext><mo>×</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mtext>8</mtext></msup></mrow></mrow><mo>−</mo><mrow><mrow><mtext>2</mtext><mo>×</mo><mtext>1</mtext><mtext>,1</mtext><mo>×</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mtext>9</mtext></msup><mo>×</mo><mtext>15</mtext></mrow><mo>/</mo><mrow><mtext>3</mtext><mo>×</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mtext>8</mtext></msup></mrow></mrow><mo>=</mo><mtext>25501590 Гц</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>14990</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>−</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>=</mo><mn>25482200</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow />
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>14990</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>+</mo><mn>20</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>−</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>=</mo><mn>2551590</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>149990</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>5</mn><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>5,1</mn><mtext> </mtext><mi>М</mi><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>/</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow><mo>−</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>15</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>1</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow><mo>=</mo><mn>25498200</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>ц</mi><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>149990</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>−</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn><mo>×</mo><mn>1</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>=</mo><mn>254981900</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>14990</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>−</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn><mo>×</mo><mn>1</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>=</mo><mn>2548200</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>14990</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>−</mo><mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn><mo>×</mo><mn>1</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup></mrow></mrow><mo>=</mo><mn>2548190</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
Пусть со стороны радиокомпаса, выполненного на базе двухчастотного частотного дальномера (ДЧД) с двумя приемо-передающими антеннами (антеннами), установленными на продольной оси корабля (или на поперечной), на расстоянии L=20 м друг от друга и плывущего со скоростью Vi=15 м/с, в сторону находящегося на расстоянии 149990 или 14990 м от него радиомаяка, излучают НЛЧМ-1 и НЛЧМ-2 сигналы с частотами f=1 и f=1,1 ГГц, частотой модуляции Fm=5 кГц и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, формируемые ДЧД, в котором счетчик импульсов все время подсчитывает импульсы генератора импульсов. При этом на выходе ЦАП формируется пилообразное напряжение с частотой повторения Fm=5 кГц, которое подают на варикап генератора Г-1. При этом на выходе Г-1 формируется сигнал частотой f и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, который поступает на первые входы СМ-3 и СМ-4, на вторые входы которых подают с Г-2 и Г-3, соответственно, сигналы частотой fx и fz. При этом на выходах СМ-3 и СМ-4 и соответственно ФРЧ-3 и ФРЧ-4 формируются сигналы частотой f=f-fx=1 ГГц и f=f-fz=1,1 ГГц, которые, соответственно, первым и вторым усилителями мощности усиливаются и через первую и вторую антенны передаются на радиомаяк. Где принимаются его приемо-передающей антенной, выделяются полосовым фильтром, усиливаются по мощности и через выход антенны, работающий на передачу, переизлучаются на корабль. Где принимаются первой и второй приемо-передающими антеннами ДЧД и поступают на СМ-1 и СМ-2 ДЧД, перемножаются в нем с, соответственно, излученными НЛЧМ-1 и НЛЧМ-2 сигналами, поступающими на вторые входы СМ-1 и СМ-2 с выходов ФРЧ-3 и ФРЧ-4. После перемножения НЛЧМ сигналов на выходах СМ-1 и СМ-2 и соответственно выходах ФРЧ-1 и ФРЧ-2 формируются, при расположении антенн ДЧД на продольной оси корабля, совпадающей точно с направлением на радиомаяк, сигналы с частотой Fpi=2DiFmdfm/C-f2Vi/C и Fpj=2DjFmdfm/C-f2Vi/C,
, или
,
, или, при расположении антенн ДЧД на поперечной оси корабля, продольная ось которого совпадает точно с направлением на радиомаяк, с, примерно, частотами
, или
,
,
величина которых является функцией расстояния между кораблем и радиомаяком.
<mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>F</mi><mn>2</mn></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>f</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>F</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>3390</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mi>f</mi><mn>3</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>10</mn><mtext> </mtext><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
Сигналы частотой
,
,
,
и
,
,
,
выделяются ФРЧ-1 и ФРЧ-2 и перемножаются в СМ-5. А далее разностные сигналы частотой
или
выделяются УПФ радиокомпаса с целью оповещения об определении направления на радиомаяк через схему включения сигнализации.