CC BY
35
УДК 621.396.663 О.И. Гасанов
ЮМСШФЖАЦИЯ АНОМАЛЬНЫХ ОШИБОК АЭРЩРОМЕПЬЖ КЕАЗВДОШШРОБСИЖ АВТОМАТИЧЕСКИХ РАДИ€»1ЖЛЕНГАТОР У®
Рассмотрена классификация аномальных ошибок аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов.
Рост интенсивности воздушного движения приводит к ужесточению требований к точностным характеристикам навигационного оборудования, в том числе и радиопеленгаторов, что вызывает необходимость разработки новых и модернизации используемых средств радионавигации. Для повышения точностных характеристик аэродромного радиотехнического оборудования, необходимо исследование такой мало изученной проблемы как причины возникновения аномальных ошибок, в частности аномальных ошибок квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов (АРП). Аномальными называются ошибки, выходящие за пределы трехкратной величины среднеквадратической погрешности пеленгования.
Следует отметить, что в литературе отсутствует анализ и классификация причин возникновения аномальных ошибок АРП. Так, настоящее время, согласно ГОСТ 23100-78 «Радиопеленгаторы автоматические. Методы летных испытаний» при проведении летных испытаний АРП, разрешается отбрасывать одно из пятидесяти измерений. Это говорит о том, что, в среднем, одно из 50 измерений пеленга является аномальным. Анализ материалов многочисленных испытаний радиопеленгаторов, проведенных в ОАО НИИ "Сапфир", позволил выявить причины возникновения аномальных ошибок и провести их классификацию, которая представлена на рисунке 1.
Следует отметить, что при размещении радиопеленгатора на позиции часто не удается обеспечить соблюдение всех требований по его размещению относительно других средств радионавигации и местных предметов. Особенно это касается аэропортов, расположенных в горных районах и в местностях со сложным рельефом. Из-за чего, в фазовых АРП, часто возникают аномальные ошибки, вызванные наличием мощных отраженных сигналов и минимумов в диаграмме направленности антенной системы (АС).
Рис. 1. Сбои пеленга, вызванные наличием отраженных сигналов
Появление отраженного сигнала приводит к тому, что на вход радиоприемного устройства АРП попадает сигнал, являющийся суммой сигнала с воздушного судна и одного или нескольких отраженных сигналов. Такое суммирование приводит к искажению фазы основного сигнала и, как следствие, возникновению ошибки пеленгования. Величина такой ошибки зависит от многих параметров, таких как: уровень отраженного сигнала, его поляризация, угол и коэффициент отражения и т.д. На рисунке 1 показан пример появления отраженного сигнала, приводящего к возникновению аномальной ошибки пеленгования.
На рисунке N - направление на север, угол а - истинный пеленг на воздушное судно, в - пеленг на местный предмет, от которого происходит отражение сигнала, у - измеренное значение пеленга, 8 - ошибка пеленгования, вызванная наличием отраженного сигнала.
Наличие подстилающей поверхности (земли), взаимовлияние вибраторов и некоторые другие причины приводят к возникновению интерференционных минимумов в результирующей диаграмме направленности АС АРП. При попадании воздушного судна (ВС) в зону интерференционного минимума сигнал с его бортовой антенны не принимается антенной системой радиопеленгатора.
Если при этом ВС и АС АРП не находятся в зоне интерференционного минимума местного предмета, то АРП будет пеленговать отраженный сигнал, что приводит к появлению значительных ошибок пеленгования.
Рисунок 2 поясняет причину возникновения аномальной ошибки из-за наличия интерференционных минимумов АС. В этом случае ВС может быть видено из точки размещения АС АРП невооруженным глазом, хотя АРП будет давать ошибку до 180°
Рис 2. Появление ошибок пеленгования из-за интерференционных минимумов диаграммы направленности АС
При проведении государственных испытаний АРП «Пихта - 1А» (1988 год г. Кишинев) установлено, что при пеленговании бортовой радиостанции вертолета около 30% отсчетов пеленга были аномальными. Это объясняется тем, что при радиообмене с экипажем вертолетов на излучаемый вертолетом сигнал накладывается паразитная частотная модуляция, вызванная отражением излучаемого сигнала от винта вертолета (винтовой эффект). Изменение частоты пеленгуемого сигнала при неизменной частоте опорного сигнала влияет на точность работы фазового детектора, что, в свою очередь, отражается на точности определения пеленга на источник радиоизлучения.
Возникновение ошибки обусловлено следующими причинами. При последовательном подключении вибраторов АС в момент включения к-го вибратора АС с выхода радиоприемного устройства поступает сигнал
Sf/lJ = Asin(a>0t- (pk -A(p) (1)
где: А- амплитуда сигнала; coo - частота сигнала;
(р k - фаза сигнала, зависящая от номера вибратора АС, взаимного расположения пеленгуемого источника и АС;
/
Лср - фазовая ошибка, вызванная наличием ЧМ; t - текущее время.
Значения фаз срк определяются следующим выражением:
<Р ^Mcos^cos^-2^-1)) k=l,...,N (2)
К 1 N
Фазовая ошибка Лср будет определяться следующим выражением: Лср = ycos(Qtk-a) k=l,...,N (3)
где: у- индекс девиации фазы пеленгуемого ЧМ сигнала; Q - частота модуляции;
tk - момент времени, соответствующий включению k-го вибратора антенной системы; а - начальная фаза.
В частном случае, когда ЧМ вызвана вращением лопастей винта вертолета, для первой гармоники модулирующего сигнала справедливо:
ÍJ оМ (4)
где: со - частота вращения винта; М- число лопастей.
Если ЧМ пеленгуемого сигнала отсутствует, т.е. щ = 0, то с выхода радиоприемного устройства имеем сигнал
Sk(t) = A sin (со 0t - фкУ) (5)
2 t¡R 2я(к — \) где срк = —zosp cos(0--—-)
В АРП фазы фк выделяются фазовым детектором, а угол пеленга 0 определяется как начальная фаза огибающей сигнала относительно опорного сигнала соответствующего нулевому пеленгу.
2п{к -1)
(Ро = cos-—--(6)
Если в пеленгуемом сигнале присутствует ЧМ, то на выходе фазового детектора образуется сумма сигналов
2 7tR п 2ж(к-Х). .
Фк =(Рк +А(Рк =——cos/3cos(0----) + ycos(Cltk -а) (7)
Á Jy
в связи с чем измеренная начальная фаза суммарного сигнала будет отличаться от огибающей сигнала срк на величину AG, которая является ошибкой измерения пеленга при
наличии ЧМ. Величина ошибки Д9 зависит от большого числа параметров (Я,Р,9,а). При равенстве модулирующей частоты Q и частоты коммутации вибраторов антенной системы в АРП будет наблюдаться стационарная ошибка, при неточном же совпадении частот AG изменяется со временем. Экспериментально установлено, что ошибка пеленгования вызванная винтовым эффектом может достигать 300.
При работе передатчиков часто наблюдается явление перемодуляции ВЧ сигнала в моменты пиковых значений модулирующего речевого сигнала (глубина модуляции в современных радиостанциях составляет 80-100%, а для радиостанций боле раннего выпуска - 20-80%), а также появление разрывов в сигнале при работе системы автоматической регулировки глубины модуляции. Измерения показали, что длительность разрывов может достигать 0,5 с.
В моменты перемодуляции в высокочастотном сигнале (ВЧ) сигнале будут наблюдаться скачки фазы, что приводит к возникновению ошибки пеленгования. При пеленговании существующими радиопеленгаторами амплитудно-модулированного (АМ)
сигнала, наличие разрывов в ВЧ сигнале приводит к ухудшению точности пеленгования, а иногда и к появлению аномальной ошибки. Исследования влияния речевой модуляции на ВЧ сигнал показывают, что часто появляются разрывы с длительностью 2 мс. Причиной пропадания сигнала являются переходные процессы, происходящие в радиоприемном устройстве (РПУ) АРП, охваченном петлей автоматической регулировки усиления (АРУ), при появлении ВЧ сигнала. Работа системы АРУ приводит к появлению переходных процессов, с наличием одного или нескольких перерегулирований.
На рисунке 3 приведена осциллограмма переходного процесса на выходе радиостанции «Баклан-5».
Рис. 3. Осциллограмма переходного процесса на выходе радиостанции «Баклан-5».
Цена деления шкалы 0,1 с. (режим приема)
Применение пороговых схем обнаружения сигнала часто приводит к неверному обнаружению (пропуску сигнала, либо к обнаружению помехи). В связи с этим, в АРП последнего поколения применяются фазовые методы обнаружения пеленгационного сигнала.
Одним из существенных факторов, влияющих на точность пеленгования, является неточность установки АС АРП (отклонение АС от вертикали и неправильная ее ориентация на север). Поэтому размещение АРП на подвижных объектах приводит к появлению значительных ошибок пеленгования. Сказанное особенно актуально для судовых АРП, которые должны обеспечивать работоспособность и точность пеленгования при качке судна, как по крену, так и по дифференту.
К аномальным ошибкам приводят также несовершенство алгоритмов восстановления фазовой неоднозначности на выходе фазового детектора и вычисления пеленга.
Источником аномальных ошибок служат также инструментальные погрешности, связанные с неидентичностью фазовой характеристики вибраторов АС АРП, неправильной ориентацией антенной системы, ошибками при процессе электронной фазировки и юстировки антенной системы.
В навигации почти исключительное применение находят карты Меркатора, которые относится к разряду цилиндрических проекций и является равноугольной и локсодромической, т. е. линия курса самолета изображается на карте прямой линией. В то же время известно, что электромагнитные волны распространяются между двумя точками на земной поверхности по кратчайшему пути, которая как известно, является ортодромией или дугой большого круга.
На Меркаторской же проекции прямой между двумя точками соответствует локсодромия. Таким образом, между дугой большого круга и локсодромией появляется ошибка, называемая ортодромической поправкой, величина которой тем больше, чем ближе к полюсам земли расположены АРП или ВС и может достигать 50.
Кроме этого, на работу радиопеленгаторов влияют процессы, происходящие в земной коре (землетрясения) и в ионосфере (полярные сияния, молнии и т.д.). Влияние этих процессов на работу АРП объясняется появлением мощных электромагнитных полей, сопровождающих указанные явления.
Рис 4. Классификация аномальных ошибок.
Библиографический список:
1. Асланов Г.К., Абдуллаев Р.А., Гуфельд И.Л. Применение АРП и АРПС для оценки сейсмоопасности. Тезисы докладов второго международного симпозиума по проблемам рационального природопользования и обеспечения безопасности жизнедеятельности «Мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций», ДГТУ, г. Махачкала, 1997г.
2. Ковальчук Я.М., Третьяков Г.Н. Влияние многолучевости на характеристики пеленгатора / Многопозиционные радиосистемы. /Московский институт радиотехники, электроники и автоматики. - М., 1991..
3. Саидов А.С., Тагилаев А.Р., Алиев Н.М., Асланов Г.К. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. Москва, Радио и связь, 1997 г.
O.I. Gasanov.
CLASSIFICATION OF ANOMALOUS ERRORS OF THE AERODROME QUASI-DOPPLER AUTOMATIC RADIO DIRECTION FINDERS.
Classification of anomalous errors of the aerodrome quasi-Doppler automatic radio direction finders has been studied.
Гасанов Омар Исрапилович (р. 1951) ОАО НИИ «САПФИР», ведущий инженер, старший преподаватель кафедры ЭМПТ Дагестанского государственного технического университета. Окончил Дагестанский государственный технический университет (2004) Область научных исследований: средства связи, навигация, моделирование систем Автор 8 работ
