Глава 22 импульсные радионавигационные системы
22.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ РНС
Импульсными радионавигационными системами называются такие системы, работа которых основана на использовании зависимости между временем распространения радиоволн и навигационным параметром:
x = f (t) (22.1)
Вид функциональной зависимости определяется конкретным типом системы.
В качестве измеряемого навигационного параметра х могут использоваться расстояния (дистанции), разности расстояний, направления (пеленг, курсовой угол).
В основе классификации импульсных РНС лежит вид измеряемого навигационного параметра, по которому они разделяются на следующие типы:
— дальномерные (стадиометрические);
— разностно-дальномерные (гиперболические);
— комбинированные (например, угломерно-дальномерные и др.).
Навигационные измерения в импульсных системах осуществляются путем измерения временного интервала между двумя радиосигналами, огибающие которых имеют форму импульса.
Радиоимпульсы, как известно, представляют собой высокочастотные электромагнитные колебания вида:
(22.2)
где U (t) — огибающая радиоимпульса, которая представляет собой линию, соединяющую вершины высокочастотных колебаний (рис. 22.1);
—
несущая
круговая частота колебаний.
Рис. 22.1. Виды
характерных точек радиоимпульса
Огибающая обычно изменяется по определенному закону. Например, для одной из типовых импульсных РНС принята огибающая, подчиняющаяся функции
(22.3)
где
— длительность импульса па пулевом
уровне (
90—
120 мкс);
t — текущее время в пределах импульса, определяемое соотношением 0 < t < .
Очевидно, что при измерениях временного интервала между импульсами, имеющими сравнительно большую длительность, необходимо условиться, между какими точками огибающих производить эти измерения. Стабильность этих точек на огибающей (они называются характерными точками — х.т.) существенно влияет на точность измерений. Неустойчивость формы импульса вызывает изменение в положении характерных точек, что приводит к появлению погрешности в измеренном временном интервале.
Поэтому в качестве характерных выбирают такие точки, которые являются наиболее устойчивыми в импульсе. В современной радионавигационной аппаратуре реализовано несколько вариантов. В некоторых случаях используется точка, соответствующая максимуму импульса или энергетической его середине (х.т. 1 на рис. 22.1). Временной интервал tизм при этом измеряется между максимумами импульсов 1 и 2 (рис. 22.2, а).
Рис. 22.2. Измеряемые временные интервалы:
а — между максимумами огибающих; б — между передними фронтами
Несмотря на очевидную простоту данного варианта, он обладает тем существенным недостатком, что амплитуды сигналов подвержены значительным изменениям из-за влияния условий распространения радиоволн, различного удаления от наземных станций и других причин. Положение характерной точки вследствие этих факторов может хаотически изменяться, что в свою очередь приводит к большим погрешностям измеряемого временного интервала. Поэтому такие измерения производятся на этапе грубых, предварительных измерений. Значительно более высокой стабильностью обладают характерные точки, выбранные на переднем фронте огибающих радиоимпульса (х.т. 2 и х.т. 3 на рис. 22.1). Это объясняется тем, что отраженные от атмосферы сигналы, приходящие с некоторым запаздыванием относительно поверхностного сигнала, искажают преимущественно вторую половину импульса, оставляя без воздействия его передний фронт.
Поэтому в импульсных приёмоиндикаторах временной интервал чаще всего измеряется между характерными точками, лежащими на переднем фронте огибающей (см. рис. 22.2, б)
Это либо точки перегиба переднего фронта (х.т. 2 на рис. 22.1), либо другая точка, несколько смещенная относительно точки перегиба (х.т. 3 на рис. 22.1).
Импульсные радионавигационные устройства и системы являются средствами как ближней, так и дальней навигации.
В системах ближней навигации используются сверхвысокие частоты (сантиметрового и дециметрового диапазона), которые распространяются, как известно, в пределах прямой геометрической видимости, т. е. на расстояниях, ограниченных взаимной видимостью передающих и приемных антенн.
Системы дальней навигации являются преимущественно разностно-дальномерными РНС и используют радиоволны средневолнового и длинноволнового диапазонов с длиной волны от 200 до 3000 м.
На частотах ниже 100 кГц ( >3000 м) импульсные методы измерений не используются, так как на этих частотах формирование импульсов с нужными характеристиками (длительностью, формой огибающей) становится затруднительным.