Фазовые РНС, в свою очередь, подразделяются в зависимости от вида разделения (селекции) сигналов на РНС с частотной (каждая станция имеет собственную несущую частоту) и на РНС с временно´й (все станции работают на одной и той же частоте, но в определенной последовательности) селекциями сигналов.

В гиперболических РНС изолинией является гипербола, в фокусах которой расположены береговые радиостанции (рис. 22.1).

Рис. 22.1. Изолиния гиперболической РНС
Для всех точек гиперболы разность сферических расстояний
D = DA − DБ = const	(22.1)

Расстояние между фокусами называется базой. Изолиния перпендикулярная базе в ее середине (ΔD = 0) называется нормалью.

Гипербола является кривой, симметричной относительно базы и нормали. Поэтому одной и той же разности расстояний соответствуют 2 ветви гиперболы, то есть имеется неоднозначность в определении изолинии, которая различается с помощью счисления (рис. 22.1). Точность линии положения гиперболической РНС зависит от положения наблюдателя (судна) относительно нормали и базы. Если судно находится на продолжении базы (т. С1 или т. С2), то линию положения получить невозможно. Когда же судно находится на нормали к базе (т. С3 или С4), точность линии положения будет выше, чем в других направлениях. Наибольшая точность линии положения будет при нахождении судна на базе (т. С5 или т. С6).

22.2. Определение места судна с помощью фазовой РНС средней дальности

22.2.1. Фазовый метод радионавигационных определений

Этот метод разработан и применен еще в СССР (Л.И. Мандельштам, Н.Д. Папалекси, Е.Я. Щеголев) и основан на принципе измерения расстояния (D) или разности расстояний ( D) путем измерения фазовых углов электромагнитных колебаний (ЭМК), прошедших эти расстояния.

Физическую сущность этого метода рассмотрим на примере одного из его вариантов – способ измерения расстояний с хранением начальной фазы (рис. 22.2).

Рис. 22.2. Блок-схема фазовой РНС

В этом способе на одном конце измеряемого расстояния (опорная станция РНС) излучаются непрерывные колебания с угловой частотой ωσ. На другом конце (судно) эти колебания принимаются и сравниваются по фазе с колебаниями опорного генератора, имеющих угловую частоту ω0.

Фаза опорного генератора выразится соотношением:

Ф0 = ω0 · t + φ0

(22.2)

где Ф0 – полный фазовый угол ЭМК опорного генератора за время t; φ0 – начальная фаза ЭМК опорного генератора;

ω0 – угловая частота колебаний опорного генератора.

А для фазы принятых электромагнитных колебаний можно записать:

(22.3)

где φσ – начальная фаза ЭМК берегового излучателя;

υФ – средняя фазовая скорость радиоволн (для данной линии связи).

Измеренная фазометром разность фаз колебаний (ψ) будет:

(22.4)

Если выполнить условия: ω0 = ωσ = ω и φ0 = φσ, то

(22.5)

откуда.

(22.6)

где λС – длина волны ЭМК, соответствующая угловой частоте ω.

Выражение (22.4), непосредственно связывающее измеряемое расстояние с показаниями фазометра, и есть суть фазового метода.

Длина волны, на которой производится измерение (сравнение фаз), называется длиной волны

сравнения (λС), а соответствующая ей частота – частотой сравнения (fС).
Из выражения (22.6) следует, что если измеряемое расстояние больше длины волны сравнения, то ψ
> 2π и фазометр покажет лишь остаточный фазовый угол
φ = ψ − 2π · N	(22.7)
где N – число полных фазовых циклов.
Подставляя значение ψ из выражения (22.7) в выражение (22.6) получаем:
	(22.8)

Следовательно, при D > λ С, отсчет фазометра не дает однозначного определения измеряемого расстояния, а отвечает ряду значений D, отличающихся одно от другого на длину волны сравнения и для исключения этой неоднозначности требуются дополнительные измерения.

Неоднозначность результатов измерений разрешается одним из двух основных способов:

1.→ непрерывным наблюдением за изменениями разности фазовых углов;

2.→ введением дополнительных масштабов измерения.

Первый способ требует знания расстояния, соответствующего начальному моменту наблюдения. Последующее непрерывное наблюдение за изменением остаточного фазового угла φ, то есть фиксация приращения расстояния или разности расстояний дает возможность однозначно определять линию положения на моменты отсчетов.

Второй способ заключается в том, что измерения производятся на нескольких частотах.

22.2.2. Принцип работы фазовых РНС

Фазовыми радионавигационными системами называются такие РНС, с помощью которых место судна определяется путем измерения разности фаз, одновременно излучаемых электромагнитных колебаний. В такой РНС используется свойство радиоволн изменять свой фазовый угол по мере удаления от станции излучения.

В общем случае изменение фазового угла зависит от пройденного радиоволной расстояния, то есть изменение фазового угла является функцией расстояния

Ф = f (D)

(22.9)

Следовательно, если известно изменение фазового угла на каком-то расстоянии, то возможно определить и само расстояние, проходимое радиоволной от места ее излучения до точки приема. Так, если в т. О (рис. 22.3) излучаются незатухающие колебания, то видно, что фазовому углу Ф в точке приема М соответствует расстояние D = ОМ.

Рис. 22.3. Изменение фазового угла радиоволны

Зависимость между фазовым углом Ф и расстоянием D определяется формулой:

(22.10)

или

Ф = Nθ + ψ

(22.11)

где θ – целый фазовый цикл (ф.ц.) пропорциональный расстоянию, на котором укладывается одна

длина волны (λ);

N – целое число фазовых циклов;

ψ – доля фазового цикла или конечный фазовый цикл.

Таким образом, при известной длине волны, произведя отсчет целых фазовых циклов (Nθ) и измерив конечный фазовый цикл (ψ), определяется фазовый угол (Ф), а затем и расстояние (D) по формуле:

(22.12)

Из формулы видно, что расстояние D может быть определено в любой момент по мере удаления (приближения) судна от (к) станции излучения, если на судне будет производиться подсчет целых фазовых циклов (θ) и измеряться конечный фазовый цикл (ψ), то есть если будет определяться в нужный момент фазовый угол (Ф).

Фазовые РНС предназначены для определения места судна с достаточно высокой точностью. К фазовым РНС относятся РНС «Декка», «РСВТ», которые являются разностнодальномерными гиперболическими РНС.

Рис. 22.4. Принцип определения места судна по фазовой РНС

Принцип работы этих РНС (рис. 22.4) состоит в том, что береговые станции (ведущая – ВЩ → т. А и ведомые – ВМ → т. В и т. С) согласованно излучают радиоволны строго стабилизированных частот, которые принимаются на судне как разность фазовых углов ведущей (ВЩ) и каждой ведомой (ВМ) станций. По измеренным разностям фаз определяются им соответствующие гиперболы, в точке пересечения которых (т. М0) и будет обсервованное место судна.

Судну в т. М0 расстояниям DA, DB, DC соответствуют фазовые углы ФA, ФB, ФC. Тогда разности фаз Ф1 = ФA – ФB будет соответствовать разность расстояний D1 = DA – DB, по которой определяется 1-я гипербола I–I, как линия положения, а по разности фаз Ф2 = ФA – ФC – разность расстояний D2 = DA – DC и 2-я гипербола II–II. В точке пересечения гипербол I–I и II–II (т. М0) и будет находиться обсервованное место судна.

22.2.3. Определение места судна по фазовым РНС

Измерение навигационного параметра фазовых РНС производится с помощью судовых приемоиндикаторов ПИ (РНС «РСВТ» – «КПФ-1,2», РНС «Декка» – «Пирс-1,2»), которые имеют шкалы грубого (ГО) и точного (ТО) отсчетов разности фаз ведущей и ведомых станций. Один полный оборот стрелки шкалы ТО соответствует изменению показаний шкалы ГО на 1. Таким образом, если на шкале ГО будет установлен отсчет, соответствующий Nθ, то для снятия значения навигационного параметра нужно снять со шкалы ГО значение «грубой дорожки» (Nθ), а со шкалы ТО – значение «точной дорожки» (ψ).

То есть, для определения места судна при использовании фазовых РНС необходимо, прежде всего, найти номер «грубой дорожки», а затем по показаниям шкалы ТО, отыскать внутри опознанной дорожки соответствующую ψ гиперболу, на которой (на момент снятия отсчета) находится судно.

Если же судовой ПИ фазовой РНС не включен постоянно, то номер «грубой дорожки» (зеленая – 20, красная – 14) определяется с помощью радионавигационной карты (рис. 22.5) нанесением на нее счислимой точки (т. С) с путево й кар ты по φC, λC на время замера навигационного параметра. Определенные таким образом номера (20 и 14) грубых дорожек устанавливаются по шкалам грубого отсчета вручную.

Рис. 22.5. Проведение линий положения на РНК фазовой РНС «РСВТ»

При необходимости, снятые со шкал значения навигационных параметров исправляются соответствующими поправками.

На рис. 22.5 показано определение места судна по фазовой РНС «РСВТ» по снятым с приемоиндикатора значениям навигационных параметров:

•красная – 14, 452

•зеленая – 20, 354 (14 и 20 – со шкал ГО, 452 и 354 – со шкал ТО).

Обсервованное место судна (т. М) получено с помощью РНК «РСВТ».

Фазовая РНС «Декка» имеет несколько цепочек. Каждая цепочка (рис. 22.6) состоит из 3-х пар станций. Ведущая станция (ВЩ) является общей для всех пар и располагается в центре. Ведомые (ВМ) станции – расположены в вершинах приблизительно равностороннего треугольника. С помощью каждой пары определяется одна гипербола (линия положения) на карте.

Рис. 22.6. Цепочка фазовой РНС

На судне сигналы ВЩ и 3 -х ВМ станций принимают с помощью специального 4-х канального приемоиндикатора (ПИ), имеющего 3 точных (по числу пар станций) фазометра и один «грубый» фазометр для опознавания дорожек, общий для всех пар станций. Каждый из фазометров «точных» дорожек имеет буквенную шкалу зон, разбитую от А до J, и шкалу долей «точной» дорожки.

Установка литер зоны и номера дорожки производится вручную. Указатель долей «точной» дорожки работает автоматически от фазометра.