Научная статья на тему 'Реализация метода уточнений в устранении неоднозначности фазовых измерений'

Реализация метода уточнений в устранении неоднозначности фазовых измерений Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
166
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФАЗА / PHASE / УСТРАНЕНИЕ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ / REMOVES PHASE AMBIGUITY / АНТЕННАЯ БАЗА / BASE OF ANTENNAS / ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР / PHASE DETECTOR

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Губаренко Михаил Андреевич

Для обработки принятого антеннами сигнала использование одной малой базы позволяет однозначно вычислить фазу лишь при длине базы меньшей, половины длины волны. В статье рассмотрен алгоритм устранения неоднозначности при использовании второй и третьей базы, большего интервала неоднозначности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Губаренко Михаил Андреевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Реализация метода уточнений в устранении неоднозначности фазовых измерений»

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

The method implementation clarifications to remove the ambiguity

of phase measurements Gubarenko M.

Реализация метода уточнений в устранении неоднозначности

фазовых измерений Губаренко М. А.

Губаренко Михаил Андреевич / Gubarenko Mikhail - аспирант, кафедра средства связи и информационной безопасности, радиотехнический факультет, Омский государственный технический университет, г. Омск

Аннотация: для обработки принятого антеннами сигнала использование одной малой базы позволяет однозначно вычислить фазу лишь при длине базы меньшей, половины длины волны. В статье рассмотрен алгоритм устранения неоднозначности при использовании второй и третьей базы, большего интервала неоднозначности.

Abstract: antenna detect phase of accepted signal one small base with length more then half of wavelength determines phase ambiguity. Using two and three bases, which are more than phase ambiguity removes phase ambiguity. This algorithm implemented in this article.

Ключевые слова: фаза, устранение неоднозначности, антенная база, фазовый пеленгатор.

Keywords: phase, removes phase ambiguity, base of antennas, phase detector.

Информация о направлении прихода к пеленгатору излученной волны содержится в положении ее фазового фронта [5, 80]. Будем считать, среда распространения радиоволн является однородной, тогда нормаль к фазовому фронту совпадает с направлением на источник излучения.

Для определения пространственного положения фазового фронта в специализированном программном пакете реализован метод уточнений. Будем считать, что пеленгуемая цель движется в открытом пространстве на достаточно большом расстоянии таком, что приходящий фазовый фронт можно считать плоским [6, 32]. Сигнал принимается разнесенными в пространстве антеннами, образующими

антенную базу B. Задача метода уточнений заключается в восстановлении угла прихода фазового фронта по регистрируемым антенной базой разностям фаз [7, 18].

Будем использовать слабонаправленные антенны. Их недостатком являются слишком высокие требования к мощности входного сигнала, что уменьшает дальность действия пеленгатора. Этот недостаток устраняется тем, что в открытом пространстве волна приходит напрямую от источника, а не переотражается от других объектов, поэтому является достаточно мощной.

Достоинством слабонаправленных антенн является их быстродействие. Возможность провести измерение разности фаз за несколько микросекунд позволяет выполнить серию из 20 измерений. Усреднение результатов снижает ошибку в приемном тракте пеленгатора [8, 32].

Возможность пеленгования в широком диапазоне [-45°, 45°] также обусловлена использованием слабонаправленных антенн.

Каждый приемный тракт рассматриваемого фазового пеленгатора содержит две антенны, разнесенные в пространстве на расстояние l, определяющее базу, а также устройства для усиления принятых сигналов и измерения разности фаз между ними [9, 11].

Увеличение антенной базы повышает точность определения угла [1, 11]. Однако при I большей XI2 в фазовых измерениях появляется неоднозначность [2, 24]. В специализированном программном пакете [3, 34] найдена зависимость разности фаз, регистрируемой на антеннах первой, второй и третьей баз, от угла прихода волны. Для длины волны 0.028 т выбрана первая база , равная 0.011 т. Эта база

меньше X12, поэтому на ней проведен однозначный отсчет разности фаз. Линия 1 на рис. 1 иллюстрирует значения зафиксированной разности фаз на базе при изменении угла прихода волны от —45 до +45 градусов. Одному значению фазы соответствует одно значение угла, поэтому отсчет является однозначным.

В реальных условиях среда распространения радиоволн и приемно-усилительные тракты не идеальны. Могут быть организованы внешние помехи, из-за которых отсчет на малой базе окажется не точным [1, 15].

600 560 520 480 440 400 360 320 280 240 200 160 120 80 40 0 -40 -80 -120 -160 -200 -240 -280 -320 -360 -400 -440 -480 -520 -560 -600

2а¥1з1|П051 fazi ид1а рас1еша

..........

^ 1

; ;.> з

г

У

-50

-40

-30

-20

-10 0

а!рИа, дгас!

10

20

30

40

50

Рис. 1. Зависимость фазы от угла падения

Вследствие этого в состав пеленгатора включена большая база 0.022 т. Её

длина больше X12, поэтому хотя бы один период принимаемой волны может быть утрачен. Для его восстановления реализован метод уточнений [1, 16], основанный на включении в состав пеленгатора грубого измерителя с базой I, обеспечивающего однозначный, но не достаточно точный пеленг в заданном секторе углов и измерителя с базой /2, дающего уточнение пеленга.

Предположим, что ошибки фазовых измерений отсутствуют. На базе 1Х производится однозначный отсчет

O l •

^ = 2л —sina

Я

Полная разность фаз на неоднозначной базе /2

Ф2 = <р2 + 2л к2 — 2л ^ sin а (2)

Здесь < л, к - число полных периодов разности фаз Ф2, утраченных при

измерениях. Линия 2 на рис. 1 показывает значения (р2 при изменении угла падения.

При угле в 23° произошло переключение считывания фазы на следующий период. Утраченный период находим из выражений (1) и (2):

ко —

r I л <Plf

\ J

(3)

Аналогично вычислено количество периодов для третьей базы /3 = 0.033 т. На

рис. 1 линия 3 изображает фазу в том виде, в котором она была принята антеннами, а линия 1 - полную фазу, восстановленную методом уточнений (3). Добиться однозначного отсчета фазы, без потери периода неоднозначности возможно и на второй и на третьей базах. Но тогда нужно было бы ограничиться углом обзора пеленгатора в 22° и 15° соответственно.

В целом точность фазовых пеленгаторов определяется двумя параметрами: СКО ошибки пеленгования (потенциальная точность), при условии, что неоднозначность пеленгования правильно разрешена, и вероятностью правильного разрешения неоднозначности. Под потенциальной понимается точность, которая определяется внутренними шумами приемных устройств и искажениями фазового фронта радиоволн на трассе распространения. Эта точность является предельной для фазового пеленгатора при данных условиях приема.

Включение в состав пеленгатора малой (меньше X / 2) базы приводит к потере части информации о пеленге, так как эта база служит для определения грубого пеленга, а остальные для более точного, хотя и неоднозначного пеленга. Однако в целом, как показали расчеты для углов падения от —45 ° до +45 °, пеленгатор оказывается способным принимать сигнал на больших углах падения, а за счет малых баз оказывается более точным, чем при использовании только больших баз.

Литература

1. Денисов В. П., Дубинин Д. В. Фазовые радиопеленгаторы. Томск: издательство ТГУ, 2002, 251 с.

2. Белов В. И. Теория фазовых измерительных систем Томск: издательство ТГУ, 2007, 148 с.

3. Дьяконов В. П. Matlab 7, R2006, R2007. М.: ДМК, 2008, 768 с.

4. Дащенко А. Ф. МайаЬ в инженерных и научных расчетах. Одесса: Астропринт, 2003, 214 с.

5. Губаренко М. А. - Расчет цифрового КИХ фильтра // Научная перспектива 2014. № 7. 80-81 с.

6. Губаренко М. А. - Верификация цифрового КИХ фильтра // Проблемы современной науки и образования 2014. № 3, 32-33 с.

7. Губаренко М. А. - Реализация метода суммирования косинусоид // Вестник науки и образования 2015. № 10, 32-34 с.

8. Губаренко М. А. Реализация оптимального алгоритма устранения неоднозначности фазовых измерений // Международный научно-исследовательский журнал 2015. № 3, 11-13 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.