4.4. Амплитудные методы радиопеленгации

Различают следующие амплитудные методы пеленгации: метод максимума, метод минимума, равносигнальный метод и метод сравнения.

При пеленгации по первому методу о направлении на цель судят по направлению максимума пеленгационной характеристики (рис. 4.8) в момент, когда амплитуда сигнала пеленгуемой цели достигает наибольшей величины. Это означает, что пеленг цели отсчитывается в тот момент когда направление максимума пеленгационной характеристики совпадает с направлением на цель.

Рис. 4.8. Пеленгация методом максимума

Основными достоинствами метода максимума являются простота пеленгации и возможность пеленгации при наиболее благоприятном отношении сигнал/помеха, поскольку пеленг отсчитывается в момент максимума сигнала.

Благодаря этим достоинствам, данный метод получил широкое распространение в практике радиолокации, особенно в радиолокаторах, работающих в режиме обзора.

В простейшем случае пеленгация методом максимума может быть осуществлена следующим образом.

Пусть антенна радиолокационной станции вращается в горизонтальной плоскости. Тогда сигнал пеленгуемой цели на экране индикатора типа А будет непрерывно изменяться. В момент, когда сигнал достигнет максимальной величины, оператор отсчитывает значение азимута цели по азимутальному прибору, указывающему угловое положение антенны. Упрощенная блок-схема приемной части такой станции представлена на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Блок-схема приемной части радиолокационной станции с индикатором типа А при пеленгации по методу максимума: Пр - приемник, ГР - генератор развертки, АзП - азимутальный прибор

В более совершенных радиолокационных станциях с узкой пеленгационной характеристикой вместо индикатора типа А применяется обычно индикатор кругового обзора. Упрощенная блок-схема приемной части такой станции представлена на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Блок-схема приемной части радиолокационной станции с индикатором кругового обзора: Пр - приемник, ГР - генератор развертки

Линия развертки индикатора кругового обзора вращается синхронно с антенной.

Азимут цели определяется по угловому положению яркостной отметки на экране индикатора.

В радиолокационных станциях с секторным обзором обычно применяется индикатор типа В. Упрощенная блок-схема приемной части такой станции представлена на рис. 4.11. Разумеется, что в этом случае линия развертки индикатора должна перемещаться вдоль оси азимута синхронно с качанием антенны. В представленной блок-схеме синхронность обеспечивается вращением потенциометра в цепи развертки индикатора от механизма вращения антенны.

Рис. 4.11. Блок-схема приемной части радиолокационной станции с индикатором типа В: Пр - приемник, ГР - генератор развертки

Азимут цели определяется по положению яркостной отметки на экране индикатора относительно линии нулевого азимута.

Следует иметь в виду, что приведенные примеры являются основными способами реализации метода максимума. Однако они не исчерпывают всего их разнообразия.

При пеленгации по методу минимума о направлении на цель судят по направлению минимума пеленгационной характеристики (рис. 4.12) в момент, когда амплитуда сигнала пеленгуемой цели достигает наименьшей величины. Это означает, что пеленг отсчитывается в тот момент, когда направление минимума пеленгационной характеристики совпадает с направлением на цель.

Рис. 4.12. Пеленгация методом минимума

Пеленгационная характеристика с резко выраженным минимумом может быть получена путем противофазного включения двух антенн.

Действительно, при противофазном включении двух одинаковых антенн согласно выражению (4.19)

Поэтому пеленгационная характеристика будет иметь вид

Для иллюстрации на рис. 4.13 представлена пеленгационная характеристика для случая, когда f_а(α) = cos 3α и Заметим, что пеленгационная характеристика всегда оказывается вписанной в диаграмму направленности антенны.

Рис. 4.13. Пеленгационная характеристика при противофазном включении двух антенн (^d/_λ = 1)

Если обе антенны являются не только приемными, но и передающими, то пеленгационная характеристика примет вид

Основным достоинством метода минимума является более высокая точность пеленгации по сравнению с методом максимума, так как в области нулевого сигнала крутизна пеленгационной характеристики может быть значительно выше, чем в области максимального сигнала. Поэтому этот метод получил широкое распространение в практике навигации как метод, позволяющий сравнительно простыми средствами осуществить пеленгацию с приемлемой точностью. Однако в практике радиолокации метод минимума используется крайне редко в силу того, что при совмещении направления минимума с направлением на цель отраженный сигнал исчезает, что нарушает возможность дальнометрии.

В простейшем случае пеленгация методом минимума осуществляется следующим образом.

Оператор перемещает пеленгационную характеристику путем, например, вращения антенной системы до тех пор, пока сигнал пеленгуемой цели на индикаторе типа А не окажется равным нулю. В этот момент оператор отсчитывает значение азимута цели по азимутальному прибору, указывающему угловое положение антенной системы. Блок-схема такого радиопеленгатора не отличается от блок-схемы, представленной на рис. 4.9.

При пеленгации равносигнальным методом о направлении на цель судят по направлению линии равных сигналов (рис. 4.14) в момент, когда амплитуды сигналов пеленгуемой цели, соответствующие каждой из характеристик, равны между собой. Это означает, что пеленг цели отсчитывается в тот момент, когда равносигнальное направление совпадает с направлением на цель.

Рис. 4.14. Пеленгация равносигнальным методом

Основными достоинствами равносигнального метода пеленгации являются более высокая точность, чем при методе максимума, и возможность определения стороны отклонения цели от равносигнального направления. Поэтому равносигнальный метод пеленгации имеет широкое распространение в практике радиолокации как в режиме ручного, так и в режиме автоматического сопровождения по направлению.

В простейшем случае пеленгация равносигнальным методом может быть осуществлена следующим образам.

Пусть антенная система состоит из двух одинаковых антенн (рис. 4.15) и направления максимумов их диаграмм направленности расходятся под некоторым углом 2α₀ (рис. 4.14). Отраженные от пеленгуемой цели сигналы принимаются по очереди, то на одну, то на другую антенну. Антенны переключаются специальным входным переключателем.

Рис. 4.15. Блок-схема приемной части радиолокационной станции при пеленгации равносигнальным методом: Пр - приемник, ГР - генератор развертки

Раздельное наблюдение импульсов, принимаемых на первую и вторую антенны, можно выполнить различными путями в том числе и путем смещения одного из импульсов на экране индикатора типа А вдоль линии развертки. Для этого при помощи переключателя в цепь развертки периодически вводится дополнительное постоянное напряжение (рис. 4.15). Разумеется, что этот переключатель должен работать синхронно с входным. Оператор, поворачивая антенную систему в плоскости пеленгации, добивается такого ее положения, при котором указанные импульсы на индикаторе будут равны между собой. В этот момент оператор отсчитывает пеленг цели по прибору, указывающему угловое положение антенной системы.

Можно для определения положения цели относительно равносигнального направления применить так называемый дифференциальный индикатор, упрощенная схема которого изображена на рис. 4.16.

Рис. 4.16. Упрощенная схема дифференциального индикатора

Работа такого индикатора сводится к следующему. Пусть, например, цель находится левее равносигнального направления, тогда импульсы на выходе приемника при приеме на первую антенну будут иметь большую амплитуду, нем при приеме на вторую антенну. Графики напряжений, соответствующие этому случаю, представлены на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Графики напряжений, поясняющие работу дифференциального индикатора

Как видим, напряжение на выходе пикового детектора и напряжение на нагрузочном сопротивлении усилителя постоянного тока при переключении антенн будут меняться. Поэтому напряжения на конденсаторах С₁ и С₂ не будут равны между собой, вследствие чего напряжение на конденсаторе С₃ не будет равно нулю и пятно на экране электронно-лучевой трубки окажется смещенным относительно визирной нити, расположенной в центре экрана. Индикатор можно включить так, чтобы при положении цели левее равносигнального направления пятно смещалось влево и, наоборот, когда цель находится правее равносигнального направления, пятно смещалось вправо. Если цель находится на равносигнальном направлении, то амплитудная модуляция, вызванная переключением антенн, будет отсутствовать. В этом случае напряжение на конденсаторе С₃ будет равно нулю, и пятно окажется в центре экрана индикатора.

В рассматриваемой схеме вместо электронно-лучевой трубки можно включить стрелочный прибор постоянного тока с нулем посередине шкалы. В этом случае стрелка прибора будет отклоняться в ту же сторону относительно нулевого положения, в какую будет отклоняться направление на цель относительно равносигнального направления.

Можно напряжение с конденсатора С₃ после необходимого усиления подать на электромотор механизма вращения антенной системы, чем будет обеспечено автоматическое сопровождение цели по направлению.

При пеленгации методом сравнения о направлении на цель судят по величине отношения амплитуд двух принимаемых сигналов, соответствующих Двум пересекающимся пеленгационным характеристикам (рис. 4.18).

Рис. 4.18. Пеленгация методом сравнения

Пусть пеленгационные характеристики идентичны, а угол между направлением на цель и равносигнальным направлением равен α.

Тогда

Поэтому

Измерив это отношение, можно при известных пеленгационных характеристиках определить пеленг цели. Отношение ^U₁/_U2 может быть измерено при помощи электронно-лучевой трубки, стрелочного прибора логометрического типа и т. п.

Блок-схема одного из вариантов двухканального радиопеленгатора, реализующего рассматриваемый метод, представлена на рис. 4.19.

Рис. 4.19. Блок-схема двухканального радиопеленгатора при пеленгации методом сравнения

Величина отклонения штриха на экране электронно-лучевой трубки, возникающего под воздействием видеоимпульсов, зависит от направления на цель. Если

то угол отклонения штриха будет

Характерной особенностью данного метода пеленгации в отличие от ранее рассмотренных амплитудных методов является то, что здесь пеленгация осуществляется при неподвижных пеленгационных характеристиках. Эта особенность снимает ограничение минимального времени пеленгации. В принципе данный метод позволяет выполнить даже одноимпульсную пеленгацию цели.

Для пеленгации методом сравнения может быть использован и одноканальный приемник. В качестве примера такого варианта может служить уже рассмотренная схема, представленная на рис. 4.16. Только в этом случае напряжения с конденсаторов С₁ и С₂ необходимо подать на индикатор логометрического типа.

Следует, однако, иметь в виду, что при таком варианте одноканального пеленгатора одноимпульсная пеленгация невозможна, так как минимальное время пеленгации будет равно периоду переключения пеленгационных характеристик.