РАДИОПЕЛЕНГАТОР
RADIO DIRECTION-FINDER

Предлагаемое изобретение относится к радионавигационным устройствам и может быть использовано для установки на летательный аппарат поиска и обнаружения поисковых маяков.
Известен радиопеленгатор, содержащий «n» направленных антенн с перекрывающимися диаграммами направленности, расположенных по окружности и подключенных к коммутатору, который на первом этапе обеспечивает круговое сканирование для получения первоначальной информации о пеленге источника излучения, а затем сканирование двух антенн, находящихся в секторе полученного пеленга. В этом режиме измерение точного пеленга обеспечивается измерением дифференциальной фазы сигнала с помощью частотного и синхронного детекторов подключенных к выходу приемника (А.С. №102935 М. кл. G01S - 08).
Однако указанный радиопеленгатор практически может быть реализован только в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) и поэтому обеспечить измерение пеленга поисковых маяков, работающих в диапазоне ультракоротких волн (УКВ), не сможет. В этом диапазоне размеры направленных антенн очень велики и не позволят установить пеленгатор на летательном аппарате.
Кроме того, известен радиопеленгатор SAR - DF 517 (каталог фирмы «BECKER» Руководство DV 77513.03, 2005 год, приложение 1), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий антенный блок из «n» ненаправленных антенн УКВ диапазона, расположенных по кругу и подключенных к коммутатору, обеспечивающему их круговое сканирование. Выход коммутатора подключен к входу приемника, выход приемника соединен с частотным детектором, выход которого соединен с фазовращателем, а фазовращатель с входом селективного фильтра, настроенного на частоту «F» полного цикла коммутации, выход фильтра соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого соединен с генератором опорного напряжения, работающим на частоте коммутации «F». Информация о пеленге в диапазоне 0-360° содержится в фазовом сдвиге колебаний, поступающих на первый вход синхронного детектора, и снимается на индикатор пеленга с его выхода. Этот пеленгатор относится к классу доплеровских и получил широкое применение для решения задач навигации летательных аппаратов при обнаружении поисковых маяков (Астафьев Г.П., Шебшаевич B.C., Юрков Ю.А. «Радионавигационные устройства и системы», М., Сов. Радио, 1958 г.).
Однако указанный пеленгатор обладает невысокой точностью измерения пеленга - ±5° в секторе направления на поисковый маяк. Главной причиной этого является ограниченный размер антенн, которые можно установить на летательный аппарат.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение точности измерения пеленга в секторе направления на поисковый маяк.
Поставленная задача достигается тем, что в известное устройство радиопеленгатор SAR - DF 517, содержащее антенный блок кругового сканирования, соединенный с коммутатором, выход которого соединен с входом приемника, а выход приемника соединен с частотным детектором, соединенным с фазовращателем, а фазовращатель - с входом селективного фильтра, выход фильтра соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого соединен с генератором опорного напряжения соединенного с коммутатором, выход синхронного детектора соединен с индикатором пеленга, введены таймер переключения двух баз и блок анализа однозначности пеленга, а антенный блок составлен из четырех ненаправленных антенн, образующих две взаимно перпендикулярные базы секторного сканирования, выход синхронного детектора соединен с первым входом блока анализа однозначности пеленга, второй вход которого соединен через таймер переключения двух баз с коммутатором, выход блока анализа однозначности пеленга соединен с индикатором пеленга.
На Фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого радиопеленгатора; на Фиг.2 приведены осциллограммы напряжений в основных элементах структурной схемы, на Фиг.3 представлены квадранты фазовых соотношений измерительной и дополнительной антенных баз.
Предлагаемое устройство (Фиг.1) содержит антенный блок 1, состоящий из четырех ненаправленных антенн, образующих взаимно перпендикулярные базы, одна из которых измерительная, а другая дополнительная для исключения неоднозначности измерений. Антенны соединены с электронным коммутатором 2, выход которого подключен к входу приемника 3, выход приемника соединен с частотным детектором 4, выход которого соединен с фазовращателем 5, а фазовращатель - с входом селективного фильтра 6, настроенного на частоту «F» полного цикла коммутации, выход фильтра соединен с первым входом синхронного детектора 7, второй вход которого соединен с генератором опорного напряжения 8, работающим на частоте коммутации «F». Выход синхронного детектора, содержащего информацию о пеленге θ, соединен с блоком анализа однозначности пеленга 9. Таймер переключения двух баз 10 подключен к управляющему входу коммутатора и к блоку анализа однозначности пеленга. Информация о пеленге поступает из блока анализа однозначности пеленга к индикатору пеленга 11.
Устройство работает следующим образом. Таймер, через коммутатор, в начальном режиме поиска маяка, периодически подключает приемник к измерительной и дополнительной антенным базам. В каждом из этих режимов коммутатор сигналом опорного генератора (Фиг.2а) переключает антенны каждой из баз, обеспечивая на входе частотного детектора пачки сигналов маяка (Фиг.2б) с разностью фаз между каждой из пачек определяемой формулой 1. Выходной сигнал частотного детектора в виде разнополярных видеоимпульсов (Фиг.2в), пропорциональных по величине и фазе относительно опорного сигнала, поступает через фазовращатель и селективный фильтр в виде синусоиды (Фиг.2г) к синхронному детектору. Фазовращатель обеспечивает компенсацию фазовых сдвигов сигнала коммутации «F» в канале приемника, обеспечивая тем самым максимальный коэффициент передачи синхронного детектора. Блок анализа однозначности пеленга работает на основе алгоритма, вытекающего из сравнений полярностей выходных сигналов детектора в каждом из четырех квадрантов измерительной и дополнительной антенных баз, приведенных на Фиг.3. На Фиг.3 измерительная база совпадает с осью 90-270°, дополнительная база - с осью 0-180°. Расчетные значения разности фаз, соответствующие пеленгам в секторе 360° для измерительной и дополнительной баз, представлены в таблице 1 при d=0,3 м и λ=1,875 м.
Таблица 1
θ°
0
30
90
120
180
210
270
300
360
Δφ°
0
29
58
38
0
-29
-58
-38
0
измерительная
Δφ°
-58
-38
0
28
58
38
0
-28
-58
дополнительная
Используя эти данные, рассмотрим алгоритм исключения неоднозначности.
Если пеленгуемый источник находится в квадранте 1, то для измерительной базы пеленг дает знак «+», а для дополнительной «-». Если источник сигнала находится в квадранте 2, то измерительная база дает «+» и дополнительная «+». В третьем квадранте соответственно «-», «+», а в четвертом «-» и «-». Таким образом, сравнивая полярности сигналов, полученных от двух баз, блок анализа однозначности пеленга, по данным, приведенным в Таблице 2, определяет истинное значение пеленга во всем 360° секторе.
Таблица 2
Квадрант
I 0-90°
II 90-180°
III 180-270°
IV 270-360°
Измерительная
+
+
-
-
Дополнительная
-
+
+
-
Увеличение точности происходит за счет увеличения реальной измерительной базы d.
Реальная измерительная база при круговом сканировании определяется расстоянием между двумя соседними антеннами, расположенными по кругу, а при секторном сканировании расстоянием между двумя противоположными антеннами, равным диаметру круга при круговом сканировании.
<mrow><mfrac><mi>d</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>d</mi><mrow><mn>2</mn><mi>λ</mi></mrow></mfrac></mrow>
Для прототипа: девиация фазы Δφ, приведенная к 1° пеленга для круговой решетки с радиусом
и длиной волны λ, равна
- взято из источника (Астафьев Г.П., Шебшаевич B.C., Юрков Ю.А. «Радионавигационные устройства и системы», М., Сов. Радио, 1958 г.).
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>ϕ</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mfrac><mi>d</mi><mi>λ</mi></mfrac><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mi>θ</mi></mrow>
Для предлагаемого изобретения:
- (формула 1) взято из источника (Сивере А.П. «Основы космической радиоэлектроники», М., Сов. Радио, 1969 год).
1
<mrow><mi>Δ</mi><mi>ϕ</mi><mo>=</mo><mn>360</mn><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><mn>0,25</mn></mrow><mrow><mn>0,75</mn></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mn>0,017</mn><mo>=</mo><msup><mn>2</mn><mi>o</mi></msup></mrow>
<mrow><mfrac><mn>2</mn><mrow><mn>0.16</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>12,5</mn></mrow>
Для примера возьмем d=0,25 м, длину волны λ=0,75 м при θ=1°, получаем Δφ=0,16°,
, т.е. увеличение потенциальной точности
.
Из этого можно сделать следующий вывод: при одинаковой погрешности в измерении разности фаз, главной составляющей которой для пеленгатора является многолучевое распространение сигнала маяка, вызванного переотражениями от земли и мешающих объектов, предлагаемый радиопеленгатор будет иметь ошибку в измерении пеленга, более чем в 10 раз меньшую.