4.2. Фазовые методы радиопеленгации

При фазовых методах радиопеленгации о пеленге цели судят по разности фаз напряжений двух разнесенных в пространстве приемных антенн.

Пусть, например, пеленгуемая цель находится в точке М (рис. 4.1), а приемные антенны - в точках А и В.

Рис. 4.1. Фазовый метод пеленгации (цель на плоскости)

Тогда разность фаз принимаемых колебаний будет равна

где R₁ - расстояние между точками А и М;

R₂ - расстояние между точками В и М.

Так как обычно R₁ >> d и R₂ >> d, то

где d - база радиопеленгатора, а α - угол между нормалью к базе и направлением на цель.

Измерив при помощи фазометра сдвиг фаз φ, можно определить пеленг точки М относительно нормали к базе как

Если пеленгуемая цель находится в пространстве (рис. 4.2), то разность фаз принимаемых колебаний в точках А и В будет

где β - угол места цели.

Рис. 4.2. Фазовый метод пеленгации (цель в пространстве)

В этом случае для определения азимута и угла места необходимо дополнительно измерить разность фаз в двух других точках, например в точках A и С, расположенных на прямой, перпендикулярной к AB,

Азимут и угол места пеленгуемой цели находятся при совместном решении уравнений (4.14) и (4.15).

На рис. 4.3 представлена упрощенная блок-схема двухканального фазового радиопеленгатора, предназначенного для определения одной угловой координаты. Такой радиопеленгатор позволяет выдать пеленг цели через время, определяемое длительностью переходных процессов в усилителях приемника и инерционностью фазометра. В принципе такой пеленгатор допускает одноимпульсную пеленгацию, что особенно важно для случая, когда время пеленгации ограничено.

Рис. 4.3. Блок-схема фазового радиопеленгатора: УВЧ₁ и УВЧ₂ - усилители высокой частоты, См₁ и См₂ - смесители, Г - гетеродин, УПЧ₁ и УПЧ₂ - усилители промежуточной частоты, Ф - фазометр

Рассмотрим теперь факторы, определяющие точность фазовых радиопеленгаторов.

Если величины λ и d известны точно, то единственным источником ошибок пеленга будут ошибки, возникающие при измерении разности фаз. Из формулы (4.13) следует, что ошибка пеленга

где Δφ - ошибка разности фаз.

Переходя к средним квадратическим ошибкам разности фаз σ_φ и пеленга σ_α, получим

Как видим, точность пеленгации зависит от точности измерения разности фаз принимаемых колебаний, величины отношения ^d/_λ и угла α. Наибольшая точность пеленгации при прочих равных условиях будет при α = 0, т. е. в направлении, перпендикулярном к направлению базы. При увеличении угла α точность пеленгации будет ухудшаться. Поэтому фазовые радиопеленгаторы имеют ограниченный рабочий сектор, ширина которого определяется допустимым ухудшением точности на его границе по сравнению с точностью при α = 0. Если требуется обеспечить пеленгацию в пределах 360°, то необходимо либо выполнить пеленгатор с поворотной базой, либо иметь несколько баз с различными направлениями.

Из выражения (4.16) видно также, что точность пеленгации тем выше, чем больше отношение Однако не следует упускать из виду, что однозначное определение разности фаз принимаемых колебаний возможно только в пределах 2π. Поэтому при как это следует из выражения (4.12), возникает неоднозначность пеленгации. Для иллюстрации сказанного на рис. 4.4 представлен ряд зон однозначного определения пеленга при

Рис. 4.4. Зоны однозначного определения пеленга

Неоднозначность пеленгации может быть устранена путем применения направленных приемных антенн, ширина диаграммы направленности которых не превышает ширины зоны однозначности. В случае невозможности применения направленных антенн неоднозначность пеленгации можно устранить путем использования двух или более баз различной величины, причем возможные ошибки пеленгации на малой базе не должны превосходить ширины зоны однозначности большой базы. В противном случае возможны грубые ошибки из-за неправильного определения зоны однозначного пеленгования.

Ошибки разности фаз зависят от стабильности фазовых характеристик антенно-фидерного и приемного устройств, а также от точности фазометра. Последняя, в свою очередь, зависит от типа фазометра и величины отношения сигнал/помеха. Предельное значение точности будет определяться величиной флюктуаций разности фаз, вызванных напряжением помех.

Можно показать, что в случае, когда помеха представляет собой белый шум, а мощность сигнала значительно превышает мощность шума, плотность вероятности случайных ошибок разности фаз достаточно точно описывается нормальным законом распределения со среднеквадратическим отклонением

где Р_с - мощность сигнала,

Р_ш - мощность шума.