Доплеровский і квазідоплеровскій пеленгатори.
Доплеровский пеленгатор відноситься до фазовим пеленгатором, які витягують інформацію про направлення поширення електромагнітної хвилі з просторового розташування ліній або поверхонь з однаковою фазою.
Принцип дії такого пеленгатора зводиться до використання обумовленої ефектом Допплера фазової модуляції, що виникає при круговому обертанні прийомної антени. Нагадаємо, що відносне (взаємне) переміщення приймача і передавача призводить до зміни частоти (фази) прийнятих коливань. В цьому випадку частота прийнятих коливань змінюється і відрізняється від частоти передавача.
Нехай ненаправленная в горизонтальній площині приймальня антена (наприклад, вертикальний вібратор) обертається з кутовою частотою Ω по колу радіусом R в поле, створюваному віддаленим передавачем і випромінюючих електромагнітні коливання з кутовою частотою ω.
Обумовлене обертанням антени приріст фази наводимой в ній ЕРС негативно в проміжки часу, коли антена віддаляється від передавача. В цьому випадку проекція вектора швидкості руху антени на лінію OO 'збігається з напрямком поширення радіохвилі (рис. 1). Приріст фази позитивно, коли антена наближається до передавача, і дорівнює нулю, коли антена рухається перпендикулярно напрямку поширення.
Фазу ЕРС, що наводиться в антені, розташованої в центрі кола (точка О), приймемо за початкову (рівну φ 0 = ω t).
При обертанні антени але окружності з центром Про миттєве значення фази наводимой ЕРС відрізняється від початкової на величину
φ = 2 λ π R sin (Ω t + α),
де α - азимут на передавач;
Ωt - поточне значення азимута антени, що обертається. Тоді миттєве значення ЕРС в
E = E m sin ω t + 2 λ π R sin (Ω t + α).
Це означає, що ЕРС в антені змінюється з часом по фазі з частотою Ω. При цьому фаза модулюючого коливання відповідає азимуту на пеленгованого радіостанцію.
Величина φ M = 2π R / λ, яка називається індексом фазової модуляції, характеризує максимальне значення відхилення фази (щодо φ 0), що відбувається при обертанні антени.
Якщо прийняті коливання посилити і подати на фазовий детектор, то при малих значеннях R / λ на виході детектора можна отримати коливання модулирующей частоти Ω, фаза яких відповідає азимуту α на пеленгованого радіостанцію, т. Е.
U c = U m sin (Ω t + α).
Для виявлення фази цих коливань і, отже, визначення азимуту на передавач вони подаються на фазометр, де порівнюються по фазі з опорною напругою. В якості опорного напруги використовується напруга частоти Ω від місцевого генератора
U оп = U mоп sin Ω t,
фаза якого дорівнює нулю в моменти проходження обертається антеною північного напрямку.
На практиці замість обертових антен застосовують системи розташованих по колу нерухомих антен, які будь-яким способом по черзі з частотою Ω підключаються до входу приймача. Такий пеленгатор отримав назву квазідоплеровского пеленгатора.
У квазідоплеровском пеленгаторі коммутірованіе сусідніх антен здійснюється не миттєво, а зі змінними в часі ваговими множниками, наприклад мінливими за лінійним законом. Нехай в початковий момент часу перший АЕ повністю підключений, а другий - повністю відключений від виходу АР. З плином часу ваговий коефіцієнт включення першої антени поступово (в ідеальному випадку - лінійно) зменшується до нуля до моменту повного включення другої антени, що відповідає «плавному» повороту антени в доплеровском пеленгаторі.
У квазідоплеровскіх пеленгаторах з великою базою вжиті заходи для недопущення спотворень форми кривої напруги на виході фазового детектора при великих значеннях R / λ, а також заходи для усунення паразитної фазової модуляції і багатозначності відліку пеленга через мінливість фази поля сигналу. У цих пеленгаторах застосована схема, яка реагує не на абсолютні значення φ фаз ЕРС в окремих антенах, а на різницю фаз Δψ між ЕРС, що наводиться в комутованих антенах і в розташованій в центрі
системи ненаправленої антени, фаза ЕРС якої дорівнює φ 0. Тоді будь-які коливання фази сигналу викличуть однакові зміни фаз
сигналів в комутованій і центральної антенах; різницю фаз Δψ при цьому залишається незмінною.
Мал. 2. Спрощена структурна схема допплерівського автоматичного радіопеленгатора: 1 - електронний комутатор; 2 - центральна антена; 3 - перші змішувачі; 4 - гетеродин; 5 - ППЧ; 6 - другий змішувач; 7 - кварцовий генератор; 8 - фільтр; 9 - третій змішувач; 10 - лінія затримки; 11 - фазовий детектор; 12 - індикатор
Розглянемо структурну схему квазідоплеровского радіопеленгатора (рис. 2). Антенна система радіопеленгатора складається з восьми окремих вібраторів і центральної антени 2. Кожен вібратор з частотою Ω = 2π F черзі комутується за допомогою електронного комутатора 1, керованого n -фазним генератором імпульсів. Керують роботою комутатора імпульси формуються з синусоїдальної напруги частоти Ω, що виробляється генератором опорного напруги. Одночасно опорна напруга надходить на індикатор 12.
Знімається з комутатора фазомодулірованное напруга і сигнал від центральної антени 2 надходять на двухканальную схему, що складається з ідентичних підсилювачів напруги високої частоти і перших змішувачів 3 із загальним гетеродином 4 і підсилювачів напруги проміжної частоти 5.
Напруга проміжної частоти f пч каналу центральної антени і напруга від стабілізованого кварцового генератора 7 коливань частоти f г впливають на змішувач 6, де перетворюються в напругу різницевої частоти f = f пч - f р надходить далі через фільтр 8 на змішувач 9. На змішувач подається також напруга частоти f ПЧ1 зі змішувача каналу фазомодулірованних сигналів. На виході змішувача 9 формується напруга частоти f г2. фаза якого модулювати частотою обертання антени Ω. Ця напруга надходить як безпосередньо, так і через лінію затримки 10 на фазовий детектор 11.
У фазовому детекторі виділяється напруга частоти Ω, фаза якого відповідає азимуту на пеленгованого радіостанцію. Воно надходить на індикатор, де в результаті його взаємодії з опорною напругою реєструється пеленг.
Розглянутий пеленгатор може визначати напрямок на ІРІ будь-яких видів (як модульованих, так і немодульованих). І в разі амплітудної модуляції змінюється величиною буде амплітуда наводимой в антенах ЕРС, що ніяк не вплине на результат. У разі кутовий модуляції нижня частота модулюючого коливання зазвичай більше кутовий частоти обертання антени Ω, що дозволяє при використанні усереднення результатів за кілька періодів зменшити вплив кутовий модуляції на оцінку пеленга.
Для отримання однозначних результатів пеленгования відстань між окремими АЕ має бути менше половини довжини хвилі випромінювання, що приймається, на практиці зазвичай вибирають відстань близько 1/3 мінімально можливої довжини хвилі.
Пеленгатори на основі даного методу придатні в основному для роботи з вузькосмуговим джерел з безперервними видами модуляції, при цьому їх серйозним недоліком є необхідність точного налаштування на несучу частоту сигналу, так як при роботі на схилах частотної характеристики зміни частоти при ЧМ перетворюються в амплітудну модуляцію. Іншим недоліком доплерівського методу є великий час взяття пеленга, так як для визначення пеленга потрібно як мінімум один цикл сканування антен. При типовою частоті обертання 150 Гц один цикл займає приблизно 7 мс.
Структура взаімокорреляціонного пеленгатора приведена на рис. 3.
Мал. 3. Взаімокорреляціонний пеленгатор
Ця структура подібна до схеми фазового пеленгатора і містить двухканальное радіоприймальний пристрій із загальним гетеродином (Г) на обидва канали, вимірювальну лінію затримки (ЛЗ), власне вимірювач, що складається з
перемножителя і інтегратора, систему управління (СУ), синхронно керуючу лініями затримки. У цьому стежить вимірнику сигнали з виходів обох каналів перемножуються, результат перемноження усредняется і управляє затримкою в вимірювальної лінії (ЛЗ), встановлюючи Δτ *, при якому максимізується вихідний ефект вимірювача z (τ). Оцінка Δτ * - це формований схемою вихідний відлік.
На виході вимірювача функції взаємної кореляції включена диференціюються ланцюг d / dt для формування непарної дискримінаційної характеристики.
Напрямок приходу хвилі від джерела випромінювання становить кут φ з нормаллю до бази d = A 1 A 2. Оскільки відстань до джерела випромінювання дуже велика і R 1 ≈ R 2 >> d R. промені, що приходять на кожну антену, приблизно паралельні. При цих умовах в точках 1 і 2 на виходах антен створюються напруги
Отже, для підвищення точності визначення місцезнаходження потрібно збільшувати базу. Але організація роботи вимірювача з дуже великою базою вимагає подолання значних технічних труднощів. Перш за все в такому вимірнику доведеться транслювати сигнали, прийняті віддаленими антенами А 1 і А 2 в точках 1 і 2 на рис. 3 на великі відстані без спотворення фази. Для цієї мети доведеться використовувати широкосмугові лінії передачі (радіо, радіорелейні, волоконно-оптичні). Крім того, з (25) випливає, що навіть при точних вимірах затримки (порівняно малих σ Δτ) хороші вимірювання φ * можна отримати тільки поблизу нормалі до бази, коли cosφ максимальний.
При | φ | → π / 2 вимірювання супроводжуються дуже великими помилками. Тому взаімокорреляціонний вимірювач повинен мати кілька непаралельних баз.
Для продовження скачування необхідно зібрати картинку: