Методы измерения угловых координат
Угловые координаты цели измеряются с помощью анализа амплитудных или фазовых соотношений в приходящих сигналах.
Амплитудные методы измерения угловых координат
Амплитудные методы используют зависимость амплитуды приходящего (отраженного) сигнала от направления его прихода.
Различают методы:
-
выделение максимума сигнала;
-
выделение минимума сигнала;
-
сравнение амплитуд сигналов (равносигнальный метод).
Метод максимума заключается в перемещении антенной системы с узкой диаграммой направленности в определенных секторах ожидания цели или же по кругу. В момент, когда амплитуда принимаемого сигнала достигнет максимального значения, по положению оси антенны производят отсчет угловой координаты. Зависимость амплитуды принимаемого сигнала от угла поворота антенны, а следовательно, от углового положения цели, называется пеленгационной характеристикой.
Uвых
Uмин
Uмакс
мин
ц
Рис.7. Пеленгационная характеристика (метод максимума)
Крутизна пеленгационной характеристики в точке отсчета пеленга определяет пеленгационную чувствительность и, следова-тельно, точность измерения.
Численно пеленгационную чувствительность можно представить в виде минимального угла различимости мин (ошибка пеленгования), при которой изменение амплитуды полученного сигнала Uмин может быть однозначно выделено (рис.7).
Достоинства метода – простота пеленгатора, связанная с наилучшим соотношением сигнал / шум при отсчете пеленга в момент приема максимальной амплитуды сигнала.
Недостаток – весьма низкая точность, связанная с «размыто-стью» максимума, равной примерно ¼ ширины луча. В связи с этим метод применяется обычно в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн (10 см и короче), где применяются антенны с весьма узким лучом.
При применении метода минимума используется вращающая-ся антенна с двухлепестковой или многолепестковой диаграммой направленности, например, рамка. Антенна вращается с опреде-ленной, достаточно стабильной скоростью. Время от начальной точки отсчета до полного пропадания ответного сигнала (антенна направлена минимумом на цель) пропорционально угловой координате цели.
Достоинства метода состоят в относительной простоте пеленгации и достаточно высокой точности отсчета по сравнению с методом максимума, так как крутизна сигнала в области нуля значительно выше, чем в максимуме.
К недостаткам метода относятся:
-
невозможность наблюдения сигнала и оценки его характеристик в момент пеленгации;
-
сильное влияние шумов на точность определения пеленга.
Наличие шумов при отсчете пеленга приводит к появлению зоны неопределенности из-за того, что сигнал пропадает в шумах раньше, чем его амплитуда становится равной нулю (рис.8).
Точность
метода можно повысить, применяя
попеременное вращение антенны в разные
стороны и усредняя полученное значение
пеленга:
Uсигн
Направление минимума
Уровень помех (шума)
1 ц 2
Рис.8 Пеленгационная характеристика (метод минимума)
Метод минимума нашел широкое применение в радионави-гации, где полезный сигнал обычно достаточно мощный и во много раз превышает шумы.
При определении угловых координат методом сравнения используются две одинаковые, раздвинутые между собой диаграммы направленности, реализованные одной неподвижной антенной системой. Сигналы, полученные каждой из диаграмм направленности, сравниваются между собой в схеме вычитания.
В случае, когда направление на цель совпадает с осью симметрии диаграмм, принятые сигналы оказываются равными по величине. Направление, вдоль которого наблюдается нулевая разность сигналов, называется равносигнальной зоной.
Частным случаем метода сравнения является равносигнальный метод, который отличается от вышеописанного тем, что вместо неподвижной антенной системы применяется сканирующая антенна. Сигнал рассогласования входных сигналов управляет антенной системой, подстраивающейся в направлении цели таким образом, что на выходе приемного устройства получаются равные по величине сигналы.
Метод сравнения примерно в 10 раз точнее метода максимума в связи с использованием пеленгационной характеристики с большой крутизной и отличается от метода минимума значительно лучшим соотношением сигнал / шум.
Недостатком метода является бóльшая сложность аппаратуры и меньшая, чем у метода максимума, дальность действия, так как пеленг отсчитывается не при максимальных значениях амплитуд приходящих сигналов.
Фазовые методы измерения угловых координат
При фазовом методе пеленгации аппаратурой анализируются фазовые соотношения сигналов, поступающих одновременно на разнесенные в пространстве антенные системы.
= 0
d
A2 d A1
Рис.9 Фазовый метод пеленгации
Разность
фаз сигналов ,
принимаемых антеннами А1
и А2,
пропорциональна разности расстояний
до объекта от антенн А1
и А2,
т.е. величине
,
где d – разнос антенн в пространстве (база антенн) (рис.9).
Для
малых углов
и
Измерив
разность фаз
,
можно определить направление прихода
сигнала от объекта относительно
перпендикуляра к середине базы. Измеряется
обычно с помощью фазового детектора.
Для обеспечения постоянного фазового
соотношения между сигналами антенн
используется один гетеродин для обоих
приемных каналов. Для исключения влияния
амплитуды сигнала на точность измерения
применяется усиление сигналов с глубоким
ограничением их по амплитуде.
Фазовый детектор производит перемножение сигналов, поступающих с усилителей промежуточной частоты каждого из приемников, и выделяет постоянную составляющую.
Знак выходного напряжения будет определять сторону отклонения объекта от перпендикуляра к базе, а его амплитуда – величину этого отклонения.
Крутизна
пеленгационной характеристики на
равносигналь-ном направлении 
.
Для
повышения пеленгационной чувствительности
(точности измерения направления),
необходимо увеличение относительного
размера базы
,
которое возможно либо за счет увеличения
расстояния между приемными антеннами,
либо за счет укорочения длины волны
(увеличения частоты работы системы).
Достоинства фазового метода – принципиальная возможность более точного измерения координат.
Недостатки – ошибки пеленгации при нарушении фазовых сдвигов в приемных каналах, большая сложность антенных систем, неоднозначность измерений.