Фазовые методы пеленгования

Фазовые методы пеленгования

 В фазовых системах пеленгования для определения направления α измеряется разность фаз сигналов, принимаемых от цели в двух точках, разнесенных на расстояние b (база):

 ,    (10.4)

где α − угол между нормалью к базе и направлением на цель.

    Разность фаз − периодическая функция, поэтому для однозначного и точного определении угловой координаты α необходимо использовать многошкальную (многобазовую) антенную систему (рис. 10.5). Малая база bг обеспечивает грубый однозначный отсчет, большая база bт — заданную точность измерений, а средняя база bс (их может быть несколько) служит для исключения неоднозначности точной шкалы.

Грубая база, на которой можно обеспечить однозначное измерение разности фаз, а отсюда и однозначное определение угловой координаты, равна длине волны λ. Обычно не удается разместить две антенны на столь малом расстоянии. Поэтому размещают по обе стороны от опорной антенны две антенны, образующие достаточно большие базы b1 и b2, причем разность этих баз выбирают равной грубой базе, т.е.  .  Обычным образом измеряют ∆φ1 и ∆φ2  и получают  ∆φГ =  ∆φ2 − ∆φ1, что равносильно измерению разности фаз по грубой базе.

Для представления данных измерений в цифровой форме используются цифровые фазометры с предварительным преобразованием разности фаз сравниваемых сигналов во временной интервал, как и при измерении фазовым методом дальности. Для этого сигналы подвергают глубокому ограничению и дифференцированию. Временной интервал между полученными после дифференцирования сравниваемых сигналов короткими импульсами, пропорциональный разности фаз, заполняется счетными импульсами. Полученные в счетчике числа после раскрытия неоднозначности позволяют выполнить определение  угловой координаты. Чтобы сделать заполняемый счетными импульсами временной интервал достаточно большим, измеряемая разность фаз переносится, в результате преобразования частоты сравниваемых сигналов с использованием напряжения общего гетеродина, на колебания низкой частоты.

Многошкальные фазовые пеленгаторы даже в неоптимальном исполнении позволяют получать очень высокую точность измерений при больших базах. Однако рассмотренные системы не обладают угловым разрешением и имеют сравнительно небольшую дальность действия, поскольку используют ненаправленные или слабонаправленные антенны, диаграммы направленности которых перекрывают зону обзора. Существует способ, позволяющий обеспечить разрешение по направлению и повысить дальность действия, а также значительно снизить неоднозначность измерений благодаря использованию в многошкальной фазовой системе поворотных остронаправленных антенн, диаграммы направленности которых непрерывно сопровождают цель. Для сопровождения обычно используется специальный следящий измеритель малой точности, который автоматически следит за целью по направлению, а антенны многошкальной системы повторяют его повороты с помощью сельсинно-следящей системы. Благодаря использованию направленных антенн обеспечивается пространственная селекция сигналов и повышается дальность действия. Кроме того, неоднозначность точного отсчета углов фазовым пеленгатором сохраняется только в пределах ширины диаграммы направленности вращающихся антенн . Для определения размеров грубой базы в этом случае вместо формулы (10.4) следует пользоваться соотношением

 ,    (10.5)

где d — диаметр поворотных антенн, который обычно значительно больше длины волны. Поэтому требуемое число баз (шкал) в фазовых пеленгаторах со следящими антеннами меньше, чем при использовании слабонаправленных антенн.

Оптимальная обработка сигнала, принимаемого многобазовой антенной системой с данного направления, сводится к компенсации фазовых сдвигов, отсчитываемых относительно середины базы, и суммированию. При суммировании таких сигналов, синфазных после компенсации фазовых сдвигов, на выходе оптимального пространственного фильтра получаем напряжение максимально возможной амплитуды. Хотя сигналы точной и средней баз могут дать частые максимумы на нескольких направлениях (где разность фаз отличается от направления настройки на целое число 2π), сигналы грубой базы имеют единственный максимум, в результате чего главный максимум суммы, превышающий все остальные, соответствует истинному направлению приема. Таким образом, оптимальная многобазовая система пеленгования проявляет себя как амплитудная.

В фазовых многошкальных системах пеленгования оптимальность нарушается. Во-первых, вместо фазирования и суммирования всех сигналов раздельно измеряют разность фаз принимаемых по каждой базе сигналов, а затем результаты измерений объединяют для раскрытия неоднозначности. При таком способе измерения требование большого отношения сигнал/шум должно быть выполнено не для совокупного принимаемого сигнала, как при оптимальном приеме, а для частных сигналов по каждой базе. Чувствительность приемного устройства снижается. Во-вторых, отказываются от симметричной антенной системы, используя в качестве опорного сигнал общей для всех баз опорной антенны 0, при сохранении размеров баз (рис. 10.5). Антенная система упрощается, а несимметричность функции раскрыва при раздельном измерении по каждой базе существенной роли не играет.

Для измерения обеих угловых координат используют две многобазовые антенные системы, расположенные под прямым углом, у которых опорная антенна общая.

В отличие от оптимальной в фазовой системе минимальная среднеквадратическая погрешность измерений ограничена энергией частного сигнала данной базы (или инструментальной погрешностью фазометра), а не энергией совокупного сигнала всей антенны.