CC BY
63
Секция « Техническая эксплуатация электросистем и авионика »
УДК 621.396.932.1
А. А. Щербинин Научный руководитель - В. М. Мусонов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОГРЕШНОСТИ ФАЗОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ АЗИМУТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ VOR
Информативным параметром азимутальной системы VOR является фазовый сдвиг между напряжениями опорной и переменной фазы на частоте 30 Гц. Рассмотрены амплитудно-фазовая, низкочастотная и высокочастотная погрешности.
Полное выражение для погрешности местоопреде-ления азимутально-дальномерной системы имеет вид
Абсолютная погрешность измерения дальности (2gd) в обычных условиях эксплуатации обычно не превышает 0,4... 0,5 км. Точность измерения азимута определяется погрешностью ба и зависит от дальности D0 до радиомаяка. В системе VOR/DME азимутальная погрешность является определяющей при определении навигационных параметров воздушных судов, поэтому зачастую выражение для полной погрешности местоопределения приводят в упрощенном виде
с = £?<j<v (2)
В частности, при ба = 1° и дальности D0 = 1 км получим с & &еи, Таким образом, для повышения точности местоопределения ВС требуется повышение точности измерения азимутальной (фазовой) составляющей навигационных параметров.
Погрешности измерения разности фаз фазометри-ческой аппаратуры обстоятельно исследованы российскими специалистами [1; 2] Они определяются рядом общих метрологических факторов и специфических, присущих конкретной фазометрической аппаратуре.
В бортовом измерителе азимута Курс-МП70 [3] используется измеритель фазы компенсационного типа, в котором применяются электромеханические фазовращатели. Погрешность индикации канала VOR (2б) составляет 1о. Альтернативным вариантом такому измерителю может служить электронный фазометр с аналоговым, или цифровым выходом. Метод электронного измерения азимута нашел применение в зарубежной радиостанции ближней связи Icom IC-A23, которая помимо функций радиосвязи имеет функцию навигации азимутального канала VOR. Некоторые варианты построения электронных измерителей разности фаз рассмотрены в [4, 5]. Из них наиболее широкое распространение получили цифровые фазометры с промежуточным преобразованием измеряемой разности фаз во временной интервал. Рассмотрим некоторые погрешности, присущие таким измерителям. К ним относятся амплитудно-фазовая, низкочастотная и высокочастотная погрешности.
Амплитудно-фазовая погрешность, обусловлена смещением уровня перехода через нуль гармонического сигнала. В качестве устройств, фиксирующих
момент перехода через нуль исследуемого сигнала, служат усилители-ограничители (УО) и компараторы напряжения. Фазовая погрешность смещения нуль-перехода напряжения Пвх на ДП : Дф0 = агс5т(Ди/ивх). Аналогичная погрешность смещения при фазе сигнала 180о: Дф180 = - агс8т(Ди/ивх). Фиксируя переходы через нуль гармонического сигнала в положительном и отрицательном направлении, удается скомпенсировать амплитудно-фазовую погрешность.
В общем случае напряжения на входах измерителя разности фаз могут изменяться в достаточно больших пределах. Например, на один вход поступает напряжение Пвх1=10 мВ, а на второй - Пвх2 = 10 В. Прежде, чем подать эти сигналы на компаратор, их нужно привести к одному уровню. Это накладывает высокие требования к фазочастотным характеристикам и идентичности входных УО. Если в одном канале УО фаза сдвигается на величину а во втором на у2, то погрешность составит Ду = у2. Наряду с этим, следует учитывать взаимную связь между каналами через источники питания и электромагнитные поля. С учетом изложенного, амплитудно-фазовая погрешность примет вид
Аф = VI- У2+ к [( Ди1/¿иж; (4)
где ф - значение фазового сдвига между сигналами, а к - коэффициент связи.
Для снижения фазового сдвига следует выполнять УО с идентичными амплитудно-фазовыми характеристиками и стремиться свести к минимуму паразитные связи между ними. Коэффициент связи к должен иметь значения, не превышающие 0,01 % при уровнях входных напряжений, различающихся на 30 дБ.
Низкочастотная погрешность преобразования обусловлена некратностью времени измерения и периода измеряемого сигнала. Для ее минимизации требуется, чтобы время измерения равнялось целому числу периодов сигнала N. Учитывая, что за время измерения должно поступать количество счетных импульсов, равное п = 36-10", то в приборе следует использовать генератор с ФАПЧ, частота которого подстраивается под измерительный интервал, обеспечивающий требуемое значение п.
Высокочастотная погрешность связана с дискретным характером преобразования временного интервала в цифровой код. При плавном изменении разности фаз показания цифрового прибора меняются дискретно в пределах единицы младшего разряда. Как было отмечено, в фазометрах с времяимпульсным преобра-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
зованием измерение проводится за некоторое, целое число периодов измеряемого сигнала N. В двухполу-периодном фазометре за время измерения преобразуются в цифровой код 2 N временных интервалов с периодом следования, равным удвоенной частоте входного сигнала. При этом среднеквадратическое значение высокочастотной погрешности составит [1]
■ Л4 VгЙШ
где пп - общее число импульсов в «пачке»; а 9 - время измерения.
Как показали расчеты данную погрешность при правильном выборе частоты квантования можно снизить до 0,01о.
Библиографические ссылки
1. Смирнов. П. Т. Цифровые фазометры. Л. : Энергия, 1974. 144 с.
2. Чмых М. К. Цифровая фазометрия. М. : Радио и связь, 1993. 184 с.
3. Авиационная радионавигация : справочник / А. А. Сосновский, И. А. Хаймович, Э. А. Лутин, И. Б. Максимов ; под ред. А. А. Сосновского. М. : Транспорт, 1990. 264 с.
4. Мусонов В. М., Чижиков В. А. Электрорадио-измерения ; СибГА У. Красноярск, 2005, 256 с.
5. Мусонов В. М., Щербинин А. А. Разработка стенда фазоизмерителя азимутального канала VOR // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы V Науч.-практ. конф. творческой молодежи ; СибГАУ. Красноярск, 2011.
© Щербинин А. А., 2012
