Файл: Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие.pdf

ния, больше мощности, которая излучалась бы в любом направлении изотропной антенной при той же общей излучаемой мощности. Коэффициент направленности можно найти по формуле

где Р — общая излучаемая мощность, Етах — напряженность элект­ рического поля в направлении максимального излучения на рас­ стоянии D от источника излучения; А — эффективная площадь антенны и Я — длина радиоволны. Ширину диаграммы направлен­ ности характеризуют углом а на диаграмме, внутри которого на­ пряженность поля не менее 0,71Етах. Для полуволнового вибратора

Рис . 83

G = 1,64 и ос = 90° (см. рис. 83, б). Для антенн, имеющих узкую диаграмму направленности, G достигает нескольких тысяч. В об­ щем случае, чем меньше ширина диаграммы направленности, тем больше плотность энергии при одной и той же мощности излучения и, следовательно, тем большую дальность имеет радиостанция.

Для измерения углов амплитудным методом одним из важнейших требований является узкая диаграмма направленности антенны в горизонтальной (для измерения азимута) или в вертикальной (для измерения угла наклона) плоскостях. В этом случае обеспечи­ вается высокая разрешающая способность станции по направлению и более высокая точность измерения углов. Узконаправленное излу­ чение важно также для наземных радиодальномеров, так как в этом случае обеспечивается большая дальность действия дальномера и уменьшается влияние на точность измерения отраженных от под­ стилающей поверхности колебаний. Узконаправленное излучение выгодно и для радиовысотомеров, применяемых при аэрофотосъемке, так как при этом отражение происходит от меньшего участка земной поверхности. В самолетных радиогеодезических системах, использу­ емых для плановой привязки аэрофотоснимков, наоборот, выгоднее применять широконаправленное излучение, при котором обеспе­ чивается возможность засечки самолета на значительном простран­ стве, без переориентирования антенн наземных станций.

157

Одиночный элементарный излучатель как самостоятельную ан­ тенну в радиолокации применяют сравнительно редко из-за значи­ тельной ширины диаграммы направленности, а также вследствие двусторонней направленности излучения. Для получения одно­ сторонней направленности с узкой диаграммой применяют более сложные антенны: многовибраторные, рупорные, щелевые и др. В радиолокации диаграммы направленности антенн часто имеют сложную многолепестковую форму (рис. 84). При приближенных расчетах аппроксимируют основной лепесток диаграммы косинусо­ идой с уравнением

Р и с . 84

Для ультракоротких дециметровых и сантиметровых волн в гео­ дезических радиодальномерах часто применяют антенны с полувол­ новым вибратором в качестве первичного источника излучения и параболическим отражателем. Ширина диаграммы направленно­ сти такой антенны определяется по формуле

где а — размер рефлектора (диаметр выхода). Для этого же диапа­ зона волн применяют рупорные антенны с прямоугольным сечением, ширина диаграммы направленности которых в плоскости электри­ ческого вектора равна

правления на объект называют пеленгационной характеристикой. В случае, если используются направленные свойства только прием­ ной антенны (например, при пеленгации излучающего объекта), пеленгационная характеристика будет одинаковой с диаграммой направленности этой антенны. В случае использования при пелен­ гации как приемной, так и передающей антенн (при пассивном отра­ жателе) пеленгационная характеристика Е (Ѳ) будет

158

как на прием, так на передачу, что является наиболее распростра­

рамочная антенна вследствие простоты конструкции при выражен­ ном направленном действии. Рамочная антенна состоит из провода, намотанного на каркас, имеющий форму прямоугольной или круг­

Рис . 85

по линии Ох02 антенны, создаваемое источником излучения S, удаленным от середины рамки на расстояние D, будет

где I = AC = BD — ширина рамки. Так как напряжения по сто­ ронам рамки направлены навстречу друг другу, то результирующее напряжение между точками а и с будет равно их разности, т. е.

159

ции. Если рамка перпендикулярна направлению, то cos ф = 0 и, следовательно, е = 0. При ф = 0 получим максимальное напряжение. Поворачивая антенну, можно добиться минимального или макси­ мального напряжения, чем будет зафиксировано направление на станцию S относительно направления рамки. Рассмотренная зави­ симость направления от ориентирования рамочной антенны и со­ ставляет сущность амплитудного метода радиопеленгации.

Аналогичный принцип можно положить также в основу фазового и частотного методов измерения углов. Пусть в точке S (см. рис. 85, а) находится передатчик, излучающий по направлению приемной станции непрерывные гармонические колебания (для фазового ме­ тода) или те же колебания, но модулированные по частоте (для ча­ стотного метода). Если на приемной станции поместить две парал­ лельные антенны, разнесенные на расстояние I (аналогично сторонам AB и CD на рис. 85, а), то разность фаз (или частот) принятых этими антеннами колебаний будет зависеть от направления плоскости, в которой расположены антенны, относительно направления на точку S. Поворачивая Эту плоскость до тех пор, пока разность фаз (или частота биений) будет сведена к нулю, можно по угломерному устройству зафиксировать направление с. приемной станции на точку S. Измерив таким же способом направление на другую точку S2 и взяв разность этих направлений, найдем величину соответству­ ющего угла.

§22. Р А Д И О Э Л Е К Т Р О Н Н Ы Е МЕТОДЫ

ИЗ М Е Р Е Н И Я У Г Л О В

Измерение углов с помощью радиоэлектронных средств произ­ водят амплитудным или фазовым методом. Различают четыре вари­ анта амплитудного метода, а именно: метод максимума, метод мини­ мума, равносигнальный метод и метод сравнения.

Радиопеленгация по максимуму сводится к нахождению такого положения антенны, при котором амплитуда отраженного от объекта сигнала будет наибольшей. При этом положении направление на объект будет совпадать с направлением линии максимума пеленгационной характеристики (рис. 86, а). Для достижения этого ан­ тенну вращают в заданном секторе при помощи механизма поиска. В момент, когда величина принятого сигнала будет максимальной, отсчитывают значение азимута объекта по угломерному устройству, регистрирующему угол поворота антенны. На рис. 87 показана упрощенная блок-схема приемной части такой станции. Индика­ тором при методе максимума служит обычно экран электронно-луче­ вой трубки (рис. 88, а), на котором фиксируется как зондирующий импульс 1, так и отраженный 2. Критерием совмещения линии мак­ симума пеленгационной характеристики с направлением на объект является наибольшая амплитуда отраженного импульса. Применяют

160

также индикатор кругового обзора. Азимут объекта в этом случае определяют по угловому положению отметки объекта на экране индикатора в момент наибольшей яркости этой отметки (рис. 88, б). Ошибка измерения угла по методу максимума составляет около 0,1—0,25 ширины диаграммы пеленгационной характеристики, т. е. лежит в пределах 3—5°. Метод максимума применяется главным образом для определения азимута в станциях дальнего обнаружения метрового диапазона.

Радиопеленгация по методу минимума сигнала заключается в совмещении направления минимума пеленгационной характери­ стики, изображенной на рис. 86, б с направлением на объект. Это произойдет в тот момент, когда амплитуда отраженного сигнала будет наименьшей (при наличии помех) или будет равна нулю. Блоксхема радиопеленгатора, построенного по способу минимума, не •отличается от блок-схемы, показанной на рис. 87. Измерение угла по методу минимума может быть выполнено точнее, чем по методу максимума, так как при одном и том же отклонении направления приращение амплитуды сигнала в области минимума будет больше, -чем в области максимума. Радиопеленгация по методу минимума применяется главным образом в радионавигации.

При равносигнальном методе радиопеленгации направление на объект совмещают с направлением линии пересечения двух одина­ ковых перекрывающихся диаграмм направленности (см. рис. 86, в). Совмещение происходит в момент, когда амплитуды отраженного сигнала, принимаемого каждой из двух антенн, будут одинаковыми. Равносигнальный метод позволяет измерить углы с ошибками от нескольких минут до 0,5°, т. е. точнее, чем по методу максимума или минимума. Повышение точности происходит как за счет исполь­ зования участка диаграммы направленности с большей крутизной, чем при методе максимума, так и за счет большей величины сиг­ нала, чем при методе минимума. Равносигнальный метод находит применение в радиолокации для измерения азимута и угла наклона. Недостатками этого метода являются как более сложное устройство станции, так и меньшая дальность действия, чем при методе макси­ мума, так как при равносигнальном методе максимум диаграммы направленности не используется.

Наиболее общим из амплитудных методов радиопеленгации яв­ ляется метод сравнения, при котором направление на объект опреде­ ляется величиной отношения амплитуд отраженного сигнала, при­ нимаемого на две разнесенные антенны. Общая пеленгационная ха­ рактеристика станции в этом методе имеет вид двух одинаковых перекрывающихся лепестков, так же как и в равносигнальном методе (см. рис. 86, г). Напряженности сигнала ех и е2 , принятые по ка­ ждому из каналов, можно выразить в функции угла а между на­ правлением на объект и равносигнальньш направлением

162