Фазовые дальномерные РСДН

Принцип действия фазовой дальномерной системы. Предположим, что ОС (одна из которых показана на рис. 9.2) непрерывно излучают навигационный сигнал в виде немодулированных колебаний частоты . Источником сигнала служит высокостабильный эталонный генератор ЭГ, а требуемая мощность обеспечивается усилителем УМ. Принятый потребителем П сигнал поступает на УРЧ, а с него – на измеритель фаз ИФ. В качестве опорных используются колебания, вырабатываемые генератором ОГ. Сигнал ОГ должен быть когерентным с излучаемым ОС навигационным сигналом. Предположим далее, что фазовая скорость распространения радиоволн постоянная, а доплеровский сдвиг частоты отсутствует.

Рис. 9.2. Структурная схема аппаратуры опорной станции и потребителя фазовой дальномерной системы

Тогда в некоторый момент на ИФ поступает сигнал ОС

, (9.6)

где – начальная фаза; – сдвиг сигнала по фазе в цепях приемника, а . Фаза навигационного сигнала в ИФ сравнивается с фазой опорного сигнала

. (9.7)

Измеренная разность фаз

. (9.8)

Информация о дальности до ОС заключена в первой составляющей . Остальные составляющие должны быть известны и учтены при измерении. При выполнении этого требования и основное уравнение фазового дальномера принимает вид

. (9.9)

Для уменьшения погрешности определения дальности при заданном значении погрешности необходимо уменьшать масштабный коэффициент, т.е. работать на возможно более высоких несущих частотах. Однако при больших возникает многозначность отсчета фазы, когда

, (9.10)

где – неизвестное целое число, а – показания измерителя фаз (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Связь дальности и измеряемого фазового сдвига в фазовой дальномерной системе

Разрешение многозначности. Определение основано в фазовых РСДН на многошкальном методе, при котором формируется грубая шкала на разностной частоте и используется однозначная, но не очень точная, информация о местоположении от системы счисления координат потребителя.

Система счисления находит положение точки П (рис. 9.4,а) с СКП . Положение точки П в зоне неопределенности системы счисления, равной , уточняется по результатам измерений фазы на разностной частоте , где и – близкие к друг другу частоты опорных станций. Если измерить фазы навигационных сигналов с частотами и и образовать разность и , то

. (9.11)

Рис. 9.4. Диаграммы измерения дальности потребителя на грубой (а), средней (б) и

точной (в) шкалах

Формирование равносильно измерению фазы на низкой частоте , на которой интервал однозначного измерения фазы, а СКП измерения . Входящее в (9.10) неизвестное число определяется как , где – дальность, найденная по системе счисления.

Для сопряжения шкалы, формируемой системой счисления с более точной шкалой (рис. 9.4,б), организованной на частоте , т.е. для предотвращения потери информации о дальности (о числе ) при переходе на более точную (но неоднозначную) шкалу, необходимо выполнить условие

, (9.12)

где – погрешность системы счисления, а – коэффициент запаса. Коэффициент запаса должен лежать в пределах 4,4…5,3. По найденному можно найти значение разностной частоты .

Затем дальность уточняют по точной шкале (рис. 9.4,в), формируемой на несущей шкале . При этом условие сопряжения шкал принимает вид , где – интервал однозначного измерения дальности на частоте . Если это условие не выполняется, то используется промежуточная шкала на разностной частоте , где – дополнительная несущая частота ОС ().

Принцип действия дальномерного варианта систем типа Omega. Стандартная система Omega состоит из восьми ОС (, , , , , , и ), рабочая зона которых перекрывает практически всю поверхность Земли. Дальность действия ОС составляет 9…10 тыс. км. Каждая из ОС в известный момент времени начинает передачу сигналов на частотах 10,2; 11,3 и 13,6 кГц. Частота =10,2 кГц служит для точного определения местоположения (км). На разностных частотах кГц и кГц устраняется многозначность отсчета (км и км).

В аппаратуре потребителя (рис. 9.5) поочередно принимаемые навигационные сигналы ОС поступают с антенно-фидерного устройства АФУ на три идентичных, но настроенных на разные частоты канала К1…К3 (на схеме раскрыт только канал К1). После усиления в УРЧ, амплитудного ограничения и узкополосной фильтрации навигационный сигнал подается на измеритель фаз ИФ, где его фаза сравнивается с фазой опорного сигнала, вырабатываемого генератором ОГ. Генератор ОГ служит для получения всех частот и синхросигналов, необходимых для работы аппаратуры потребителя, и строится на основе рубидиевого стандарта частоты (в квазидальномерной аппаратуре может использоваться генератор с кварцевой стабилизацией). Результаты измерения разности фаз сигналов всех ОС относительно опорного сигнала поступают в ЭВМ (специализированный процессор), которая выдает на индикатор И и внешние системы ВС результат расчета местоположения потребителя. В ЭВМ производится также счисление пути по информации о скорости и курсе потребителя, а полученные данные используются вместе с вычисленными разностями фаз и для разрешения многозначности. В ЭВМ могут включаться и отдельные элементы ИФ. В блоке памяти ЭВМ хранятся данные о координатах всех ОС и поправки на непостоянство фазовой скорости распространения радиоволн.

Рис. 9.5. Структурная схема аппаратуры потребителя системы «Omega»