Фазовый метод радиоуглометрии

К фазовым РНС относятся РНУ, использующие для определения пеленга источника радиоизлучения функциональную зависимость между фазой радиосигнала и пеленгом источника радиоизлучения.

В радиопеленгаторе эта зависимость получается естественным путем при приеме сигналов удаленной радиостанции двумя ненаправленными идентичными антеннами А1 и А2, разнесенными одна от другой на расстояние d, называемое базой пеленгатора (рис. 7). Если направление на радиостанцию будет отличаться от опорного направления, за которое примем нормаль к базе системы, на угол Θ, то расстояния от радиостанции до антенн А1 и А2 (соответственно R₁ и R₂) будут изменяться таким образом, что появляется разность хода радиоволн ΔR=R₁-R₂=d sin Θ которая и обусловливает различие фаз сигналов, возбуждаемых полем радиостанции в антеннах А1 и А2. Если фазу колебаний, возбуждаемых в одной из антенн (например, А1), принять за опорную, фаза колебаний в антенне А2 будет отличаться от опорной на величину:

= (1)

где λ — длина волны.

Таким образом, по измеренной разности фаз Δφ можно в соответствии с выражением (1) определить угловое положение пеленгуемой радиостанции Θ по формуле:

(2)

Анализ выражения (1) позволяет выявить основные особенности:

Во-первых, являются «вырожденными» фазовыми разностно-дальномерными системами, у которых фазовым методом измеряется разность расстояний от антенны А1 и А2 до источника излучения радиоволн, зависящая, в свою очередь, от его углового положения в относительно опорного направления. При больших удалениях источника излучения гиперболические линии положения Θ совпадают со своими асимптотами, которые проходят через центр базы антенной системы.

Рис. 7. К принципу фазовой пеленгации

Во-вторых, пеленгационная характеристика, под которой можно понимать зависимость измеряемой разности фаз от углового положения источника излучения Θ, имеет явно выраженный нелинейный характер. Это обстоятельство, в свою очередь, усложняет процедуру обработки результатов измерений и ухудшает точность определения величины Θ. Из этого следует, что максимальная точность достигается в пределах ограниченного сектора относительно опорного направления (области малых углов Θ, когда cos ~1). Эта особенность положена в основу принципа построения так называемых секторных радиопеленгаторов высокой точности. Действительно точность пеленгатора повышается с увеличением размера базы d.

Рис. 8 Пеленгационная характеристика

В-третьих, как следует из выражения (1), однозначное измерение угла Θ может быть достигнуто при ограниченных размерах базы антенны. Это объясняется особенностями фазовых РНУ, у которых пределы однозначного измерения разности фаз Δφ двух колебаний лежат в диапазоне от 0 до 2π. Учитывая, что |sinΘ|≤1, из выражения (1) получаем, что максимальный размер базы, обеспечивающий однозначное измерение угла Θ, равен d_max=λ/2.

Последнее обстоятельство приводит к необходимости принятия специальных мер для обеспечения требуемой точности и однозначности измерения пеленга радиостанции. Эти меры заключаются в использовании дополнительных каналов грубого и точного измерения пеленга, применении секторных режимов работы или их комбинации, что приводят к усложнению конструкции пеленгаторов и повышению их стоимости.

Для ликвидации неоднозначности измерения и обеспечения высокой точности пеленгования используется многошкальный метод построения систем, т. е. антенная система с несколькими базами (рис. 9 а). При этом малая база d_r образует грубую шкалу с однозначным отсчетом угла, а большая база dr_t точную шкалу, но с неоднозначным отсчетом (рис. 9, б). Если точность отсчета по второй шкале недостаточна, добавляют еще одну антенну с еще большей базой dr₂ и т. д. Очевидно, что подобная многошкальная система дает правильный отсчет лишь при условии, что удвоенная максимальная погреш­ность измерения фазы по грубой шкале 26 ф_тах не превышает интервала однозначности 2я точной шкалы.

Рис 9. Многоканальное пеленгование

а – многобазовая антенная система; б- устранение многозначности пеленга

Хотя рассмотренный многошкальный фазовый метод пеленгации и обладает весьма высокой точностью, однако он не обеспечивает угловое разрешение, так как несколько объектов, расположенных на различных направлениях, создадут в антеннах результирующий сигнал, соответствующий некоторому усредненному (ложному) направлению. Для раздельного измерения пеленгов объектов следует использовать антенны с достаточно узкими амплитудными характеристиками направленности.

Доцент военной кафедры А. Каргапольцев