МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Расчёт основных характеристик импульсно-фазовой гиперболической радионавигационной системы ЛОРАН-С и приёмоиндикатора этой системы Мурманск 2008 МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Расчёт основных характеристик импульсно-фазовой гиперболической радионавигационной системы ЛОРАН-С и приёмоиндикатора этой системы Методические указания к изучению дисциплины «Радионавигационные системы» для студентов специальности 200700 «Радиотехника» и курсантов специальности 201300 «Эксплуатация транспортного радиооборудования» Мурманск 2008 УДК ББК Составители: Холодов Геннадий Григорьевич, старший преподаватель кафедры радиотехники и телекоммуникационных систем Мурманского государственного технического университета; Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой 21 апреля 2008 г., протокол №1 Рецензент: Н.В. Калитёнков, к.т.н., доцент, зав. кафедрой РТКС Мурманского государственного технического университета Электронная верстка Мурманский государственный технический университет, 2008 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ......................................................................................................... Цель работы ................................................................................................... Краткие теоретические сведения ................................................................. Исходные данные………………………………………………………….. Ход работы ..................................................................................................... Список литературы ....................................................................................... ВВЕДЕНИЕ В основу работы радионавигационных систем положены свойства радиоволн распространяться в однородной среде с конечной скоростью по кратчайшему пути, то изменение указанных свойств радиоволн в реальных земных условиях приводят к ошибкам измерения навигационных параметров с помощью РНС, а следовательно, и к ошибкам определения места судна. Для правильного конструирования приёмоиндикаторной аппаратуры РНС и её эффективного использования в навигации необходимо знать закономерности распространения радиоволн того частотного диапазона, в котором работает та или иная РНС. Приёмоиндикаторный тракт радионавигационной аппаратуры содержит как линейные, так и нелинейные цепи. Студенты должны рассмотреть фазовые и временные соотношения прохождения трёх типов сигналов: непрерывного колебания, амплитудно-модулированного колебания и радиоимпульса через простейшие линейные цепи. В результате анализа необходимо оценить фазовые и временные сдвиги, возникающие при прохождении сигналов, и предложить наиболее предпочтительные схемы линейных аппаратуры. цепей При приёмоизмерительного рассмотрении цепей тракта с радионавигационной нелинейными активными элементами, используемыми для умножения и деления частоты колебания, а также для смешения колебаний двух частот с целью выделения колебания с разностной частотой, необходимо определить, как изменится фаза и временной эквивалент фазовой задержки в результате проводимых операций. В реальных условиях на входе приёмоизмерительного тракта действуют, помимо полезного сигнала, всякого рода помехи, которые приводят к шумовым ошибкам измерения навигационного параметра. Необходимо рассмотреть воздействие шумов на линейные нелинейные цепи РНС с тем, чтобы научиться находить меры для уменьшения шумовых ошибок в конкретных элементах схемы. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1. Осуществить обзор существующих РНС. 2. Кратко описать работы наземных станций ИФ РНС. 3. Подробно описать принцип работы блок-схемы аналогового приёмоиндикатора в режиме слежения за фазой и огибающей. Кратко осветить процесс автоматического поиска сигналов в шумах и необходимость фазового кодирования радиоимпульсов при пакетных измерениях. 4. По заданным и исходным данным рассчитать и построить графики формы сигналов U = f(t): А). На входе и выходе приёмника формула (2.19), (2.10), (2.21) учебника (1) Е max. и U max. принять равно единице Б). На выходе схемы синхронного детектора. В). На выходе схемы формирования ’’особой точки’’ при двух уровнях слежения 0.3 и 0.5 формула (2.27) . 5. Определить напряженность поля атмосферных шумов в полосе пропускания приёмника рис.1.21,1.22,1.23, формула (1.115) учебника (1). 6. Определить при двух уровнях отсчёта 0,3 и 0.5 допустимые соотношения с/ш на выходе приёмника формулы (1) и (2) приложения, при которых: среднеквадратическая ошибка измерения по фазе ш не превышает 0.05 фазового цикла; среднеквадратическая ошибка измерения по огибающей t0ш не превышает То/2, где То – период высокочастотного заполнения (10 мкс.). 7. Построить график соотношения с/ш на выходе приёмника в зависимости от дальности (рис.2.18, формула (1.106) [1]) . Из графика определить максимальную дальность, соответствующую наименьшему допустимому соотношению с/ш для каждого из уровней отсчёта. 8. Построить графики зависимости шумовых ошибок по фазе и огибающей в зависимости от дальности при двух уровнях (формулы ш, t0ш даны в приложении). Дискретность дальности брать равной 0.2 D max., где D max. определяется в предыдущем пункте. 9. Определить отношения напряженности отраженного от ионосферы сигнала к напряженности поверхностного сигнала. Построить графики зависимости максимальных ошибок слежения за фазой и огибающей р= f (D) tр = f (D) , обусловленных влиянием ионосферного сигнала, при двух уровнях слежения (рис. 2.18, 2.19 учебника 1; формулы р и tр даны в приложении). 10.Вычислить суммарные ошибки отчетов по фазе G и огибающей t0 для двух уровней слежения (формулы в приложении). Построить графики G = f (D), t0 = f (D); отметить на них точки, где Gt0 = 1/6 To. Определить надежность устранения многозначности фазовых измерений параграф 44 учебника (1) формула ( 2.74) и построить график зависимости вероятности устранения многозначности от дальности Р = f (D). 11.При условии, что длина базы ( расстояние между ведущей и ведомой станциями) в = 0.5 D max. , подсчитать значения геометрического фактора в главном направлении рабочей зоны через расстояния 0.2 D max. , формула(1.92) .Подсчитать ошибки определения места фазовым отсчетом при двух уровнях слежения. Построить эскиз рабочей зоны системы, то есть линий постоянных ошибок определения места. На рабочей зоне указать область надежного устранения многозначности фазовых измерений. 12.Определить скорость распространения радиоволн на базе при соотношении участков суша- море- суша 2:4:2 (параграф 11 1) . Оборудование: персональный компьютер с установленными пакетами программ Matlab версии 5.1 или выше (со встроенными приложениями communication and signal processing toolbox) и OrCad 9.1 или выше. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 1. Шумовая ошибка фазовых измерений в радианах (0.01 фаз. цикла = 0.0628 рад.) определяется формулой (2.55) учебника 1. ш 2 где Uш 1 П сс * Т п U m Y (t 0 ) Uш - соотношение шум/сигнал на входе приемника Um n t t 1 tm Y (t 0 ) * e , формула (2.20) учебника 1 ). tm T Tn н - средний период следования импульсов 8 2. Шумовая ошибка измерения разности моментов прихода двух сигналов по огибающей (формула(2.48) учебника 1): 2 t 0ш 2 Uш t0 t0 1,82 2 П сс * Tn 1 Ппр t0 n U m y (t 0 ) tm 3. Ошибка измерения фазы, обусловленная влиянием отраженных сигналов (при задержке отраженного сигнала относительно поверхностного меньше , чем t0 , то есть (tз < t0 ) , оценивается формулой) р 2 y (t 0 t ) y (t 0 ) Eпр Е пов 4. Ошибка слежения по огибающей tр, обусловленная влиянием ионосферного сигнала при t р Епр Е пов у (t 0 t з ) t 0 t з у (t 0 ) t0 t з 5. Геометрический фактор гиперболической РНС (отношение среднеквадратической ошибки определение места М к среднеквадратической ошибки определяется разности расстоянии R ) c одинаковыми базами расположенными под углом 2 относительно друг от друга) в главном направлении [ формула ( 1.92 ) учебника (1) ] . Г R M 2 3 4 1 2 2 Cos 2 R Sin где 1 2 2 Cos Cos D ; R ; = 3000 м. в 2 6. Суммарные ошибки отсчетов по фазе и по огибающей t 0 : ш 2 2 2 t t 0 t 0ш 2 t ; инс 2 2 инс ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ( № - последняя цифра номера зачетной книжки студента) 1.1 Мощность излучения в киловаттах. Ризл. = 1200 + 100 N 1.2 Несущая частота радиоимпульса - 100 кГц. 1.3 Период следования навигационных пакетов из восьми радиоимпульсов в микросекундах. Тп. = 50000 - 3000 N 1.4 Длительность переднего фронта сигнала на входе приемника в микросекундах. tmax вх. = 70 - 3 N 1.5 Эквивалентная полоса пропускания приемника П пр. = 25 кГц . 1.6 Эквивалентная полоса пропускания следящей системы П с.с. = 0.01 Гц. 1.7 Угол между базами в градусах 2 = 160 - 5 N 1.8 Число одноконтурных каскадов приемника m = 2 + ( N / 3 ), где (N / 3 ) - целая часть числа N / 3 . 1.9 Инструментальная ошибка измерения фазы инс. = 0.05 фазового цикла: инструментальная ошибка по огибающей t инс. = 0.5 мкс. 1.10 Уровень атмосферных помех определяется по графикам 1.21, 1.22 , 1.23 учебника (1) . 1.11 Напряженность поля поверхностных и пространственных радиоволн, задержка пространственных волн определяется по графикам 2.18 , 2.19 учебника (1) . 1.12 Район обслуживания РНС по широте и долготе 10 + N 5 20 + N 5 (северная) 25 + N 5 35 + N 5 (западная) ХОД РАБОТЫ Вариант № 7 1.1 Мощность излучения в киловаттах . Ризл = 1200 + 100 N = 1900 кВт 1.2 Несущая частота радиоимпульса - 100 кГц. 1.3 Период следования навигационных пакетов из восьми радиоимпульсов в микросекундах. Тп = 50000 - 3000 N = 29000 мкс 1.4 Длительность переднего фронта сигнала на входе приемника в микросекундах. tmax вх = 70 - 3 N = 49 мкс 1.5 Эквивалентная полоса пропускания приемника П пр = 25 кГц. 1.6 Эквивалентная полоса пропускания следящей системы П с.с = 0.01 Гц. 1.7 Угол между базами в градусах 2 = 160 - 5 N = 125 1.8 Число одноконтурных каскадов приемника m = 2 + ( N / 3 ), где ( N / 3 ) - целая часть числа N / 3 . m=4 1.9 Инструментальная ошибка измерения фазы инс = 0.05 фазового цикла: Инструментальная ошибка по огибающей t инс = 0.5 мкс. 1.10 Уровень атмосферных помех определяется по графикам 1.21, 1.22 , 1.23 учебника (1) . 1.11 Напряженность поля поверхностных и пространственных радиоволн, задержка пространственных волн определяется по графикам 2.18 , 2.19 учебника (1) . 1.12 Район обслуживания РНС по широте и долготе 10 + N 5 20 + N 5 (северная) = 45 55 N 25 + N 5 35 + N 5 (западная) = 60 70 W Введение. Одной из основных задач в судовождении является определение истинного места судна независимо от видимости и состояния моря с любой периодичностью во времени. В настоящее время наиболее полно эта задача решается с помощью наземных и частично спутниковых радионавигационных систем (РНС). Как следствие решения основной задачи РНС позволяют определять абсолютную путевую скорость судна, путевой угол, пройденный путь, время (с точностью до 0,1 мкс), а также обеспечивать диспетчерское управление движением судов в стесненных условиях и на подходах к портам. РНС включают в себя три функционально взаимосвязанных комплекса радиотехнической аппаратуры: 1) передающие станции, устанавливаемые на неподвижных или подвижных точках с известными координатами; 2) приемоиндикаторы, устанавливаемые на судах, военных кораблях и других подвижных объектах и позволяющие по принятым сигналам от передающих станций с помощью вычислителей или специальных карт и таблиц определять необходимые навигационные данные; 3) береговая аппаратура управления передающими станциями. РНС, в отличие от средств радиосвязи, являются измерительными системами. Полезная информация в РНС образуется не в передающем тракте, а в тракте распространения радиоволн благодаря функциональной зависимости параметров электромагнитного поля принимаемых сигналов от координат судна. По существу РНС базируются на свойстве радиоволн распространяться в однородной среде по кратчайшим расстояниям с конечной скоростью (~ 300 м/мкс). Важное значение имеет и свойство интерференции радиоволн, которое обусловливает появление перемежающихся зон максимальной и минимальной интенсивности суммарного поля от двух источников когерентных колебаний. РНС классифицируются по ряду критериев. Один из основных критериев — вид параметра электромагнитного поля, в результате измерения которого выделяется полезная информация о данных, необходимых для навигации судна. Если полезная информация выявляется при измерении величины сдвига временного положения принимаемого радиоимпульса относительно эталонной и общей для береговой и судовой аппаратуры шкалы времени, то РНС относится к временной. Временные РНС, как правило, являются импульсными. В фазовых РНС временное положение сигнала оценивается из фазовых измерений. Особенностью фазовых РНС является то что они позволяют определить запаздывание одного колебания относительно другого лишь в пределах периода. Если мгновенная частота излучаемых колебаний непостоянна и меняется по некоторому закону, тогда по измерениям частоты принимаемого колебания относительно эталонной можно определить расстояние и РНС такого типа следует отнести к частотным. В принципе можно построить и амплитудную РНС, в которой полезная информация о дальности получается при измерении амплитуды электрической составляющей поля. Однако непостоянство величины ослабления сигнала делает такие измерения дальности недостоверными. Амплитудные РНС находят широкое применение в основном для измерения углов между эталонным направлением и направлением на передающую станцию. Второй критерий классификации РНС обусловливается геометрическими величинами, которые измеряются приемоиндикатором: углом, расстоянием, разностью расстояний, линейной комбинацией расстояний. Прежде чем обсуждать это направление классификации РНС, целесообразно привести некоторые понятия и термины из курса общей навигации. Определение места судна в навигации математически решается как задача об отыскании положения точки на земной поверхности или на проекции этой поверхности (на навигационной карте). Как известно, положение точки на поверхности может быть определено пересечением минимум двух линий. Для того чтобы РНС могли способствовать решению задач навигации, они должны давать возможность построить на карте эти две линии положения (ЛП) судна с достаточной точностью. Измеряемыми геометрическими величинами в РНС могут быть углы, расстояния до излучателя, разности расстояний до двух излучателей. Угломерные РНС применяются на сравнительно небольших расстояниях от береговых передающих станций, радиомаяков и имеют недостаточную точность определения места. Дальномерные РНС, несмотря на их преимущество с геометрической точки зрения перед любыми другими системами, пока не нашли широкого применения на морском флоте из-за отсутствия генераторов колебаний — хранителей времени высокой стабильности, которые формируют шкалу времени. Наивысшие точности определения места среди них на средних дальностях дают фазовые радионавигационные системы. Однако фазовые РНС дают многозначные отчеты и зависят от распространения пространственных, отраженных от ионосферы радиоволн. Это ограничивает дальность действия систем ночью до 150—240 миль. Для устранения многозначности фазовых отсчетов излучаются специальные сигналы, а в судовые устройства вводятся дополнительные индикаторные цепи. Поэтому наряду с фазовыми РНС создавались и импульсные, главным достоинством которых является возможность разделения сигналов, распространяющихся поверхностными и пространственными лучами. Такое разделение сигналов позволяет использовать поверхностные радиоимпульсы для точных определений места на значительных удалениях от береговых станций. Использование пространственных радиоимпульсов еще более увеличивает рабочую область РНС для определений места судна с точностью, достаточной при плаваниях в открытом море. Однако импульсные РНС уступают фазовым системам по точности, простоте и быстроте определений места. Стремление увеличить дальность действия РНС при сохранении точности фазовых измерений привело к разработке импульсно-фазовых систем с излучением сигналов в диапазоне длинных радиоволн. Определение места судна в импульсно-фазовых РНС производится путем измерения разности фаз между несущими колебаниями, заполняющими радиоимпульс. Огибающая радиоимпульсов служит для устранения многозначности фазовых измерений. Импульсно-фазовые системы объединяют положительные и исключают отрицательные свойства импульсных и фазовых РНС, работающих в диапазоне длинных и средних волн. Импульсные системы позволяют избавиться от влияния пространственных радиоволн и поэтому обеспечивают перекрытие обширных рабочих зон, но в импульсных системах точность измерения временного положения огибающей радиоимпульсов существенно ниже, чем точность фазовых измерений. Фазовые системы используют непрерывные сигналы и позволяют измерять временное запаздывание сигналов с точностью до сотых долей периодов высокочастотных составляющих этих сигналов, но подвержены сильному влиянию отраженных от ионосферы радиоволн, что практически не позволяет использовать фазовые системы на больших удаленьях ночью. Основные принципы работы длинноволновой импульсно-фазовой системы (ИФРНС) «Лоран-С». Береговые передающие станции ИФ РНС работают группами, образующими единую цепочку. Цепочка состоит из ведущей станции и нескольких ведомых станций (двух—пяти) излучения радиоимпульсов которых строго синхронизированы передачами ведущей станции. Каждая ведомая станция с ведущей образуют пару, которая определяет гиперболические изолинии системы. Длина баз пар станций — от 600 до 800 миль. Такие сравнительно длинные базы обеспечивают хорошие углы пересечения линий положения судна, полученные от разных пар на значительных расстояниях от береговых станций. Ведомые станции принимают радиоимпульсы ведущей станции и используют их для точной синхронизации по частоте и фазе собственных излучаемых радиоимпульсов. Синхронизация ведется как по огибающим, так и по фазе высокочастотных заполнений радиоимпульсов. Сигналы ведомых станций излучаются в определенной очередности, после чего излучает снова ведущая станция и т. д. Каждая из N станций излучает свои сигналы спустя некоторый защитный промежуток времени tзщ после момента приема сигналов станции, которая в за данной очередности излучений является предшествующей. Все цепи системы работают на несущей частоте 100 кГц и отличаются лишь периодами повторения, которые объединяются в четыре группы и обозначаются буквами S, SH, SL, SS. Каждая группа состоит из восьми рекуррентных частот повторения, обозначаемых порядковым номером N от 0 до 7. Численное значение периодов следования в микросекундах определяется: для цепочек, обозначаемых S, — формулой TS= (500 — N)100; для цепочек, обозначаемых SH, — формулой TSH = (600 — N)100; для цепочек, обозначаемых SL, — формулой TSL = (800 —N)100 и для цепочек, обозначаемых SS, — формулой TSS= (1000—N)100. Дальность действия системы зависит от средней мощности излучаемых сигналов, которая равна импульсной мощности сигнала, умноженной на отношение длительности импульса к периоду повторения. Увеличение импульсной мощности ограничивается эффективностью антенн и их электрической прочностью. Увеличение длительности импульса не приводит к желаемому результату, так как в импульсно-фазовой системе используется только начальная часть импульса длительностью 30—40 мкс, которая не подвержена воздействию пространственной волны. И, наконец, увеличение средней мощности можно получить, уменьшая значение Т. Однако величина Т, как указывалось выше, определяет возможность приема сигналов ведущей и ведомых станций без перекрытия их между собой во всей рабочей зоне системы. Поэтому уменьшение значения Т допустимо до определенных значений. В системе «Лоран-С» применен особый способ увеличения средней мощности. Он заключается в том, что. станция излучает не один импульс за период Т, а целую серию, состоящую из восьми импульсов на ведомых станциях и девяти—на ведущей. Девятый импульс излучается для визуального опознавания ведущей станции и для передачи простейших команд ведомым станциям. Длительность каждого импульса 100—120 мкс на уровне 6 дБ, промежуток между импульсами в серии 1000 мкс, т. е. длительность всей серии из восьми импульсов составляет 7000 мкс. Излучения серии («пакета») приводят к техническим усложнениям системы. Основной из причин усложнения является необходимость устранения влияния пространственных радиоволн кратного отражения каждого предыдущего импульса «пакета» на последующий поверхностный импульс в серии. Устранение влияния пространственных волн от предыдущих импульсов на последующие достигается применением фазового кодирования, которое заключается в изменении фазы колебаний высокочастотного заполнения в каждом импульсе серии на 180°. При этом фазирование импульсов четных серий отличается от фазирования нечетных серий и для устранения влияния пространственных волн используется два периода Т повторения серий импульсов. В табл. 1 показано фазовое кодирование, примененное в системе «ЛоранС». Здесь знак « + » условно отвечает фазе несущих колебаний, принятой за 0°, а знак «—» изменению этой фазы на 180°. Таблица 1 Излучения Ведущая Ведомая Импульсы 1 2345678 12345678 Четные серии ++ --+- ++++++--+ Нечетные +--+++++ +-+-++-Фазовое кодирование импульсов в серии устраняет влияние пространственных волн предыдущего импульса в серии на последующий и облегчает автоматическое опознавание ведущей станции и слежение за ней при превышениях уровня шумов над сигналом. В настоящее время осуществляется автоматическое слежение за сигналами ведущей станции до соотношений сигнал/помеха = 1 : 10 (20 дБ) на отсчетном уровне импульсов. При таком высоком уровне шумов визуальное опознавание сигналов станции на экране индикатора невозможно, так как шумы полностью маскируют полезные сигналы. Сигналы «Лоран-С» используются не только для навигации, но и в качестве сигналов точного времени. Принцип работы приемоиндикатора в режиме измерения. Блок-схема приемоиндикатора ИФ РНС в режиме точных измерений Упрощенная блок-схема приемоиндикатора в режиме измерения промежутка времени между моментами прихода сигналов ведущей и одной из ведомых станций. Все элементы приемоиндикатора, осуществляющие фазовое кодирование и поиск, из этой схемы исключены для большей наглядности изложения. С этой же целью — для облегчения понимания основных принципов работы — можно представить, что ведущая и ведомая станции излучают не «пакеты» радиоимпульсов, а одиночные радиоимпульсы. Принимаемые импульсы ведущей и ведомой поступают на фазовый детектор ФД и синхронный детектор СД. Схема СД, не отличается от схемы ФД, только опорное колебание СД сдвинуто по фазе на 90° по отношению к опорному напряжению ФД. Пусть сигналы UA (t) и ив (t) ведущей и ведомой станций на выходе приемника имеют вид: иА (t) = U (t—tA) sin (t—tA) = U (t—tA) sin (t—A); иB (t) = U (t—tB) sin (t—tB) = U (t—tB) sin (wt—A), где tA и tB— моменты прихода сигналов А и В. Эти моменты отсчитываются от момента излучения сигнала ведущей станции А. Функции U (t — tA) и U (t — tB) имеют смысл лишь в пределах длительности импульса и; например, U (t—tA) = 0 при t < tA и t >tA + и. Фазовая автоподстройка опорного генератора сигналами ведущей станции производится следующим образом. Поиск передней части поверхностного сигнала предполагается уже выполненным. Поэтому в схеме должна осуществляться соответствующая коммутация переключателя П в такт приема сигналов береговых станций, а опорные кратковременные стробы временного различителя ВР1 на выходе ФД должны выделять лишь ту часть напряжения рассогласования, которая соответствует передней части поверхностных радиоимпульсов. Отстробированные напряжения передаются на блок фазовой автоподстройки АПФ опорного генератора. В результате фаза 0 опорного генератора изменяется до тех пор, пока не будет отличаться точно на 90° от фазы ВЧ заполнения радиоимпульса и постоянное напряжение на выходе ФД, обусловливаемое поверхностным радиоимпульсом, не станет равным нулю. Таким образом, фаза „ колебания на выходе опорного генератора будет хранить память о фазе ВЧ заполнения, поскольку 0 = А + 90°. Фаза опорного напряжения СД при этом будет точно совпадать с фазой ВЧ заполнения поверхностного радиоимпульса ведущей станции. Поэтому на выходе СД появится видеоимпульс U (t — tA). Он поступает на схему формирования напряжения, имеющего одну «точку» смены знака в пределах переднего фронта радиоимпульса.Пусть эта точка отстоит на интервал t0 от начала импульсов. С выхода схемы формирования особой точки напряжение поступает на временной различитель ВР2 и служит для уточнения временного положения измерительных опорных стробов. Опорные стробы, как видно из блок-схемы, получаются из колебаний опорного генератора, прошедших фазовращатель Фв1 и делитель частоты. На выходе делителя частоты и формируются измерительные стробы ведущего канала. Длительность каждого строба 3—5 мкс, а период повторения Т равен периоду повторения сигналов береговых станций. Если эти стробы не совпадают с особыми точками огибающих радиоимпульсов ведущей станции, на выходе ВР2 появится сигнал рассогласования. Сигналы рассогласования с выхода ВР2 имеют вид кратковременных видеоимпульсов с длительностью, равной длительности опорных стробов. Полярность этих видеоимпульсов определяется стороной отклонения опорных стробов от истинного положения особой точки огибающей. Кратковременные сигналы рассогласования накапливаются в соответствующем RС-фильтре и, после усиления, управляют положением ротора фазовращателя Фв1 до тех пор, пока рассогласование не будет исключено. Временное положение tДЧ опорных стробов с выхода делителя частоты станет совпадать с особой точкой, т. е. tДЧ = tA + t0. При движении судна таким образом будет вестись автоматическое слежение за фазой и огибающей сигналов ведущей станции. Рассмотрим теперь работу измерительного канала ведомой станции. Во время прихода сигналов ведомой станции опорное напряжение на ФД поступает через фазовращатель Фв2. Если на выходе ФД имеется сигнал рассогласования, то этот сигнал после накопления в RC-фильтре и соответствующего усиления приведет во вращение двигатель Дв2. Положение ротора Фв2 будет изменяться до тех пор, пока сигнал рассогласования не станет равным нулю, а фаза колебания ф на выходе фазовращателя не будет отличаться точно на 90° от фазы ВЧ заполнения радиоимпульсов ведомой станции. Таким образом, непрерывное колебание на выходе фазовращателя будет запоминать фазу ВЧ заполнения сигналов ведомой станции, т. е. ф = В + 90°. Как видно из блок-схемы, при этом ФВ2 покажет разность фаз = В — А между ВЧ заполнениями радиоимпульсов ведущей и ведомой станций. Фазовый отсчет индицируется на части барабанного счетчика, обозначенной на блок-схеме словом «Точно». Фазовый отсчет определяется в пределах периода ВЧ заполнения, равного 10 мкс. После отработки Фв2 опорное колебание на СД будет совпадать по фазе с ВЧ заполнением радиоимпульсов ведомой станции. На выходе СД будут появляться видеоимпульсы, повторяющие огибающую U (t— tB) радиоимпульсов ведомых станций. Эти видеоимпульсы, аналогично сигналам ведущей станции, поступают на схему формирования напряжения с одной переменной знака в особой точке в пределах фронта радиоимпульсов и затем на ВР. Опорные стробы наВР2 теперь поступают с выхода схемы управляемой задержки. Схема управляемой задержки позволяет получить измерительные стробы, задержанные относительно измерительных стробов ведущей станции. Величина задержки может изменяться. Существует несколько разновидностей схем управляемой задержки. Варианты таких схем рассматривались б первом разделе. Если измерительные стробы ведомого канала не совпадают с особыми точками огибающих сигналов ведомых станций, то появляющийся на выходе ВР2 сигнал рассогласования изменит управляемую задержку до необходимого значения. Временное положение tспз опорных стробов на выходе схемы переменной задержки будет совпадать с особой точкой сигналов ведомой станции, т. е. tспз = tB + t0. Отсчетное устройство схемы переменной задержки укажет значение промежутка tмежду моментами появления стробов с выхода ДЧ и стробов с выхода схемы переменной задержки t = tспз — tдч = tВ—tA. Отсчет по огибающей индицируется на части барабанного счетчика, обозначенной на блок-схеме словом «Грубо». Счетчик имеет декадную оцифровку, причем каждая единица крайнего правого барабана счетчика огибающей соответствует десяти микросекундам. Обе части барабанного счетчика дают единый однозначный отсчет разности запаздывания поверхностных сигналов ведомой станции по отношению к сигналам ведущей станции. Однозначность фазовых измерений в импульснофазовой системе обеспечивается, если ошибка отсчетов огибающей не будет превышать половины периода Т высокочастотного заполнения, т. е. t0 < T1/2 = 5 мкс. Реальная схема приемоиндикатора в режиме измерений имеет также устройство, осуществляющее фазовое кодирование опорных напряжений фазового и синхронного детекторов по закону фазового кода пакетов радиоимпульсов ведущей и ведомой станций. Расчетная часть. По заданным и исходным данным рассчитать и построить графики форм сигналов U=f(t): a) на входе приемника. Emax и Umax принять равным единице; Огибающая излучаемых (и принимаемых) сигналов хорошо аппроксимируется экспоненциально-степенной функцией второй степени: 2 t 1 t tmax bx E (t ) E max e t max bx ; где Emax — амплитуда импульса; Огибающая u(t) сигналов на выходе приемника может также аппроксимироваться экспоненциально-степенной функцией: n t t n u(t ) U max e e t m ; tm n где Umax — амплитуда импульса; tm — промежуток времени от начала импульса до его максимума; п — параметр аппроксимации; Если приемник содержит т каскадов с одиночными контурами и имеет полосу пропускания Ппр на уровне 0,7, то параметры аппроксимации можно найти из формул: m 1 )tmax вх ; q 4 m 1 ; n 3 7 q q t max bx П 0, 7 ; tm =(1,075+e-1.26q+0,06 где q — безразмерный коэффициент; q 49 10 6 25 103 1,225 ; 4 4 1 n 3 4,4 7 1,225 tm =(1,075+e-1,261,225+0,06 4 1 )4910-6 =75,1410-6 с 1,225 Принимая Emax и Umax равными единице, можем построить графики огибающих сигналов на входе и выходе приемника рис.1. С графика снимем значения времен, при которых огибающая достигает уровней 0,3 и 0,5: при уровне слежения 0,3: to=32 мкс при уровне слежения 0,5: to=41 мкс b) на выходе схемы синхронного детектора; На выходе синхронного детектора сигнал будет иметь вид огибающей высокочастотного сигнала на выходе приемника: u D (t ) n t Д tm t u(t ) , где tД – постоянная дифференцирования RC-цепочки t tm (tД имеет порядок 2 мкс) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 UD( t ) 0.02 0 2 10 5 4 10 5 6 10 5 8 10 5 4 4 4 4 4 1 10 1.2 10 1.4 10 1.6 10 1.8 10 0.04 0.06 0.08 0.1 0 t 5 20 10 c) на выходе схемы формирования «особой точки» при двух уровнях слежения 0,3 и 0,5 С выхода детектора видеоимпульс с огибающей подается на схему формирования напряжения, имеющего одну смену знака в пределах фронта радиоимпульса. Существует несколько методов формирования такого напряжения. Наиболее широко применяются методы, эквивалентные следующему: видеоимпульс дифференцируется, усиливается и из получаемого напряжения вычитается недифференцированный видеосигнал. Форму сигнала на выходе схемы формирования особой точки можно пронаблюдать построив график функции: u1 t t m t0 t u(t ) ; t t m t0 На рисунке 1 приведены графики сигналов для двух уровней слежения 0,3 и 0,5. E(t), U(t), U1(t) 1,5 E(t) U(t) 1 U1(t) 0,3 U1(t) 0,5 0,5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Время t, мкс -0,5 -1 -1,5 Рис. 1. Графики огибающих сигналов на входе/выходе приемника и на выходе схемы формирования особой точки при уровнях слежения 0,3 и 0,5. Определить напряжённость поля атмосферных шумов в полосе пропускания приёмника. Зона уверенного приема радиоволн зависит от интенсивности сигналов и от уровня атмосферных шумов. Атмосферные шумы создаются в основном грозовыми разрядами. Уровень атмосферных шумов зависит от географического расположения приемного пункта, сезона года и времени суток. Максимальные значения шумов имеют место в тропиках, где грозовая деятельность наиболее интенсивна. В ночное время уровень шумов также значительно больше, чем днем, ввиду лучших условий распространения радиошумов ночью. Атмосферные шумы характеризуются быстрыми флюктуациями с большим динамическим диапазоном. Однако среднее за несколько минут значение интенсивности шумов остается практически постоянным в течение данного часа. Эффективное значение помех Е в полосе пропускания приемника связано с коэффициентом Fа соотношением: E=Fa-95,5+20 lg f +10 lg Ппр ; где f — несущая частота, МГц. Зная свои координаты определим величину атмосферных помех Fа на частоте 1МГц по рис. 1.21. учебника [1]. Затем по рис. 1.22. того же учебника найдем величину атмосферных помех на частоте 100 кГц. Подставив значения в формулу получим: E=115-95,5+20 lg 0,1+10 lg 25103=43,48 дб ; Величина напряженности поля помех выражаются в децибелах относительно уровня 1 мкВ/м. Определить при двух уровнях отчёта 0,3 и 0,5 допустимые соотношения с/ш на выходе приёмника. Шумовая ошибка фазовых измерений в радианах определяется формулой: ш 2 Uш 1 П СС Т П ; Uc y (t 0 ) n t0 1 tto где y (t0 ) e m ; tm Uс Выразим отсюда отношение сигнал/шум и рассчитаем его при ш Uш =0,314 рад. (0,05 фазового цикла) для каждого из уровней слежения: Uc Uш 2 П СС Т П y (t 0 ) ш ; при уровне слежения 0,3: to=32 мкс 32 1 32 y (t 0 ) e 75,14 75,14 4, 4 2 29 10 3 0,01 Uc 0,292 8 0,292 ; 0,131 17,65 дб Uш 0,314 при уровне слежения 0,5: to=41 мкс 41 1 41 y (t0 ) e 75.14 75,14 4.4 2 29 10 3 0,01 Uc 0,514 8 0,514 ; 0,075 22,5 дб Uш 0,314 Шумовая ошибка измерения разности моментов прихода двух сигналов по огибающей определяется формулой: 2 t 1,82 Т Uш t0 t ош 2 ПСС П 1 0 П ПР t0 ; Uc y t0 8 tm n Uс Выразим отношение сигнал/шум и рассчитаем его при toш 5 10 6 мкс Uш 2 (половина периода высокочастотного заполнения) для каждого из уровней слежения: 2 Uc Uш t t 1,82 Т 2 0 П СС П 1 0 П ПР t0 y t0 8 tm n при уровне слежения 0,3: to=32 мкс t ош 2 ; 2 2 32 10 6 29 10 3 32 1,82 2 0,01 1 25 103 32 10 6 0,131 8 Uc 75,14 4,4 0,175 15,14 дб 6 Uш 5 10 при уровне слежения 0,5: to=41 мкс 2 2 41 10 6 29 10 3 41 1,82 2 0,01 1 25 103 41 10 6 0,075 8 Uc 75,14 4,4 0,119 18,5 дб 6 Uш 5 10 Построить график соотношения с/ш на входе приёмника в зависимости от дальности. Из графика определить максимальную дальность, соответствующую наименьшему допустимому соотношения для каждого с/ш для каждого из уровней отсчёта. Дальность приема поверхностных сигналов РНС «Лоран-С» зависит главным образом от излучаемой мощности радиоимпульсов, уровня помех в точке приема, ширины полосы пропускания приемника судовой аппаратуры системы и подстилающей поверхности на трассе распространения радиоволн. Для построения графика сигнал/шум на входе приемника воспользуемся рисунком 2.18. учебника [1]. Возьмем из графики зависимость напряженности поля поверхностных волн при излучаемой мощности 100кВт и пересчитаем его применительно к заданной мощности по формуле: Ex Eo Px ; Po Затем зная значение напряжённости поля атмосферных шумов в полосе пропускания приёмника (вычисленного в пункте 2.5) определим отношение сигнал/шум. Результаты расчетов приведены в таблице 1. Таблица 1. Дальност Eпр ь, 100кВт, мили дб 0 100 200 82 400 68 600 57 800 49 1000 41 1200 33 1400 26 1600 20 1800 12 Eпр 100кВт, В/м 0,1 0,013 2,5110-3 7,0810-04 2,8210-04 1,1210-04 4,4710-05 2,0010-05 1,0010-05 3,9810-06 Eпр 1900кВт, В/м 0,436 0,055 0,011 3,0910-03 1,2310-03 4,8910-04 1,9510-04 8,710-05 4,3610-05 1,7410-05 Eпр Eс/Eш, Eс/Eш, 1900кВт, дб отношение дб 111,27 69,31 2920,78 93,27 51,31 367,63 79,27 37,31 73,35 68,27 26,31 20,67 60,27 18,31 8,23 52,27 10,31 3,28 44,27 2,31 1,30 37,27 -4,69 0,58 31,27 -10,69 0,29 24,27 -18,69 0,12 2000 1,7810-06 5 7,7510-06 16,27 -25,69 0,05 Из графика (рис. 2.) определим максимальную дальность, соответствующую наименьшему допустимому уровню соотношения сигнал/шум для каждого из уровней слежения. при уровне слежения 0,3: Uc 0,175 15,14 дб Uш Dmax – из графика равно 1710 миль при уровне слежения 0,5: Uc 0,119 18,5 дб Uш Dmax – из графика равно 1790 миль Ec/Eш дб 80 60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 -20 мили -40 Рис. 2. График соотношения сигнал/шум на входе приёмника в зависимости Построить график зависимости шумовых ошибок по фазе и огибающей в зависимости от дальности при двух уровнях отсчёта. Измерения фазы ВЧ заполнения фронта радиоимпульсов производятся с помощью фазового детектора ФД с последующим стробированием полезного сигнала рассогласования с помощью временного дискриминатора. Шумовая ошибка фазовых измерений в радианах можно выразить формулой: ш 2 где Т Н Uш 1 П СС Т Н ; Uс y (t 0 ) ТП - средний период следования импульсов; 8 Шумовая ошибка измерения разности моментов прихода двух сигналов по огибающей определяется формулой: 2 t ош t 1,82 Uш t0 2 ПСС TH 1 0 П ПР t0 Uc y t0 tm n 2 ; Произведем расчет шумовых ошибок для каждого из уровней слежения. Рассчитанные значения приведены в таблице 2. Дальность ш , рад ш , рад toш , мкс мили при уровне при уровне 0,5 при уровне 0,3 0,3 -5 -6 0 0,0003 1,4110 8,0310 200 0,0024 1,1210-4 6,3810-5 -4 -4 400 0,012 5,61510 3,210 600 0,042 1,99210-3 1,1310-3 -3 -3 800 0,11 5,00410 2,8510 -3 1000 0,013 0,27 7,1610 1200 0,032 0,018 0,67 1400 0,071 0,04 1,49 1600 0,141 0,08 2,99 1800 0,354 0,202 7,51 2000 0,793 0,451 16,82 Таблица 2. toш , мкс при уровне 0,5 0,0002 0,0016 0,0082 0,029 0,073 0,18 0,46 1,03 2,05 5,14 11,51 Графические зависимости изображены на рисунках 3, 4. ошибка по фазе, рад 0,9 0,8 Ошибка измерений по фазe при 0,3 0,7 Ошибка измерений по фазe при 0,5 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 мили Рис. 3. График зависимости шумовых ошибок по фазе в зависимости от дальности при двух уровнях слежения. ошибка по огибающей, мкс 18 16 Ошибка измерений по огибающей 0,3 14 Ошибка измерений по огибающей 0,5 12 10 8 6 4 2 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 мили Рис. 4. График зависимости шумовых ошибок по огибающей в зависимости от дальности при двух уровнях слежения. Определить отношение напряженности отраженного от ионосферы сигнала к напряженности поверхностного сигнала. Построить графики зависимости максимальных ошибок слежения за фазой p= f(D) и огибающей tp= f(D), обусловленных влиянием ионосферного сигнала, при двух уровнях слежения. Отношение напряженности отраженного от ионосферы сигнала к напряженности поверхностного сигнала определим воспользовавшись рисунком 2.18 учебника [1]. Зависимость максимальных ошибок слежения за фазой p f (D) и огибающей t p f ( D ) , обусловленных влиянием ионосферного сигнала выражаются следующими формулами: p 2 y t0 t з E np ; y t0 E пов t p Eпр Eпов t0 t з t0 t з ; t0 t0 t з где tз – задержка пространственных сигналов по отношению к поверхностным (рис. 2.19. учебника [1].) Ошибка измерения фазы и огибающей появляется при задержке отраженного сигнала относительно поверхностного меньше, чем tз то есть при tз < tо. Судя по графику (рис. 2.19. учебника [1].) в данном случае ошибка имеет место быть при уровне слежения 0,5 начиная с дистанции 850 миль т.к. в остальных случаях не выполняется выше сказанное условие. Данные расчетов приведены в таблице 4. Дальност Eпов ь 100кВт, мили дб 1000 1200 1400 1600 1800 2000 42 37 31 24 16,5 9 tз, мкс 39 38,1 38,1 38,1 38,1 38,1 Таблица 4. Eпр/Eпов, Eпр/Eпов, p= f(D), tp= f(D), мкс дб отношен рад при уровне ие при уровне 0,5 0,5 -1 0,8913 0,031 8,0810-5 -4 0,6310 0,024 6,4110-5 -5 -5 0,5623 0,026 6,7810 -5 -4 0,6310 0,027 7,210 -5 -3,5 0,6683 0,027 7,210 -5 -4 0,6310 0,024 6,4110 Графики приведены на рис. 5, 6. ошибка фазы, рад 9,00E-05 8,00E-05 7,00E-05 6,00E-05 5,00E-05 4,00E-05 3,00E-05 2,00E-05 1,00E-05 0,00E+00 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 мили Рис. 5. График зависимости максимальных ошибок слежения за фазой p= f(D), обусловленных влиянием ионосферного сигнала, при уровне слежения 0,5. ошибка огибающей, мкс 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 мили Рис. 6. График зависимости максимальных ошибок слежения за огибающей tp=f(D), обусловленных влиянием ионосферного сигнала, при уровне слежения 0,5. Вычислить суммарные ошибки отсчетов по фазе и огибающей to для двух уровней слежения. Построить графики =f(D), to=f(D); 1 6 отметить на них точки, где to= To. Определить надежность устранения многозначности фазовых измерений и построить график зависимости вероятности устранения многозначности от дальности P=f(D). Суммарные ошибки отсчетов по фазе и огибающей to определяются выражениями: 2ш p 2 инс 2 ; to t20ш t p 2 tинс 2 ; где инс – инструментальная ошибка изменения фазы равна 0,05 фазового цикла; tинс – инструментальная ошибка изменения по огибающей равна 0,5 мкс; Расчеты приведены в таблицах 5, 6. Дальн. ш , рад мили при уровне 0,3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 1,4110-5 1,1210-4 5,61510-4 1,99210-3 5,00410-3 0,013 0,032 0,071 0,141 0,354 0,793 Дальн. toш , мкс мили при уровне 0,3 0 200 400 600 800 1000 0,0003 0,0024 0,012 0,042 0,11 0,27 ш , рад при уровне 0,5 8,0310-6 6,3810-5 3,210-4 1,1310-3 2,8510-3 7,1610-3 0,018 0,04 0,08 0,202 0,451 toш , мкс при уровне 0,5 0,0002 0,0016 0,0082 0,029 0,073 0,18 p= f(D), рад при уровне 0,5 0,000000 0,000000 0,000000 0,000000 0,000000 8,0810-5 6,4110-5 6,7810-5 7,210-5 7,210-5 6,4110-5 tp= f(D), мкс при уровне 0,5 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,031 , рад при уровне 0,3 0,3115 0,31150002 0,311500507 0,311506388 0,311540303 0,311754205 0,313100465 0,31944072 0,342020339 0,443843848 0,853094052 Таблица 5. , рад при уровне 0,5 to , мкс при уровне 0,3 0,3115 0,311500007 0,311500164 0,311502062 0,311513007 0,311582063 0,312017424 0,314084657 0,321666474 0,359574757 0,548261012 Таблица 6. to , мкс при уровне 0,5 0,00029948 0,002378855 0,011922515 0,042302679 0,106259525 0,266911859 0,000204424 0,001623789 0,008138225 0,02887551 0,072532003 0,182575119 1200 1400 1600 1800 2000 0,67 1,49 2,99 7,51 16,82 0,46 1,03 2,05 5,14 11,51 0,024 0,026 0,027 0,027 0,024 0,670452278 1,500955687 2,994800318 6,704522778 16,8409998 0,458467244 1,02483338 2,044413597 4,576552213 11,49558047 Графики приведены на рис.7, 8. суммарные ошибки по фазе, рад 0,9 Суммарные ошибки по фазе 0,3 0,8 0,7 Суммарные ошибки по фазе 0,5 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 мили Рис. 7. График суммарных ошибки отсчетов по фазе для двух уровней слежения. суммарные ошибки по огибающей, мкс 18 16 14 12 10 Суммарные ошибки по огиб. 0,3 Суммарные ошибки по огиб. 0,5 8 6 4 2 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 мили Рис. 8. График суммарных ошибок отсчетов по огибающей to для двух уровней слежения. Определить надежность устранения многозначности фазовых измерений P=f(D) можно по формуле: T 0 P ( D ) 2 Ф 2 t 2 0 где T0 – период высокочастотного заполнения равен 10 мкс Рассчитанные данные помещены в таблицу 7. График изображен на рис. 9. to , мкс при уровне 0,3 0,00029948 0,002378855 0,011922515 0,042302679 0,106259525 0,266911859 0,670452278 1,500955687 2,994800318 6,704522778 16,8409998 Дальность мили 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 to , мкс при уровне 0,5. 0,000204424 0,001623789 0,008138225 0,02887551 0,072532003 0,182575119 0,458467244 1,02483338 2,044413597 4,576552213 11,49558047 P(D) 0,3 1 1 1 1 1 1 1 0,98384 0,79282 0,43182 0,18022 P(D) 1,2 P(D) 0,3 1 P(D) 0,5 Таблица 7. P(D) 0,5 1 1 1 1 1 1 0,99998 0,99440 0,87216 0,51700 0,22150 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 мили Рис. 9. График зависимости вероятности устранения многозначности. Подсчитать значения геометрического фактора в главном направлении рабочей зоны. Подсчитать ошибки определения места фазовым отсчетам при двух уровнях слежения. Построить зависимость рабочей зоны системы. На рабочей зоне указать область надежного устранения многозначности фазовых измерений. Рабочей зоной РНС называется область земной поверхности, в пределах которой обеспечивается определения места по сигналам РНС со среднеквадратической ошибкой, не превышающей заданного значения. Геометрический фактор – это коэффициент, зависящий только от взаимного расположения подвижного объекта и береговой станции, а также от вида РНС. Для РНС с наземными станциями геометрический фактор может быть определен по правилам анализа, исходя из простейших геометрических соотношений. Г R 3 m 2 4 1 p 2 2 p Cos 2 R sin 1 p 2 2 pCos p Cos ; где p D ; R ; 3000 м при b=0,5Dmax; 700 для каждого из b 2 уровней слежения. Рис. 10. Графики зависимости геометрического фактора в главном направлении от дальности (красная линия – уровень слежения 0.3, синяя линия – уровень слежения 0.5). Протабулируем значения геометрического фактора с шагом 0.2 Dmax ìèëü . Для уровня слежения 0.3 шаг равен 0.2 Dmax 0.2 1790 358 миль . Для уровня слежения 0.5 шаг равен 0.2 Dmax 0.2 1940 388 ìèëü . Если определять значения геометрического фактора в дискретных точках с шагом, кратным Dmax, учитывая максимальную дальность для каждого уровня слежения, то эти значения для разных уровней слежения окажутся одинаковы, поэтому рассчитаем значения геометрического фактора только для одного уровня слежения в пяти точка 0.2 Dmax, 0.4 Dmax, 0.6 Dmax , 0.8 Dmax , Dmax и приведем два эскиза рабочей зоны, так как для каждого из двух уровней слежения существует максимальная дальность действия, а следовательно, своя длина базы (т.е. в каждом случае ведомые станции расположены на разных расстояниях от ведущей). ÃR 0.2 Dmax 1.03 ÃR 0.4 Dmax 1.48 ÃR 0.6 Dmax 2.37 ÃR 0.8 Dmax 3.75 ÃR Dmax 5.62 Для построения рабочей зоны РНС необходимо определить все точки, где геометрический фактор постоянен. Это можно сделать с помощью следующих простых геометрических выводов. Рис. 11. К определению геометрического фактора РНС. Обозначим D и по теореме косинусов найдем: b R1 D2 b2 2 D b cos b 1 2 2 cos R2 D2 b2 2 D b cos2 b 1 2 2 cos2 b 2 R1 D2 2 D R1 cos 1 2 b 2 R2 D2 2 D R2 cos 2 2 R1 D2 b 2 cos 1 2 D R1 2 R2 D2 b 2 2 D R2 sin 1 1 cos2 1 2 cos 2 sin 2 1 cos2 2 Таким образом, выражение для геометрического фактора разностнодальномерной РНС зависит только от D и α: ÃR , D 1 2 1 2 2 sin 2 1 1 sin2 1 sin2 2 2 2 Используя простые тригонометрические формулы приведем данное 4 2 cos2 1 2 cos2 2 выражение к виду ÃR , D . sin 1 1 cos 2 sin 2 1 cos 1 Произведем построение изолиний геометрического фактора (линии, на которых ÃR const ) с помощью программы приведенной в приложении 1. Текст программы написан автором данной работы в среде Matlab 6.5, используя алгоритм односторонней итерации для нахождения решения уравнения D f , ÃR const , т.к. геометрический фактор является монотонно возрастающей функцией. Данная программа производит построение рабочей зоны разностно-дальномерной РНС по следующим заданным исходным данным: пять значений геометрического фактора GAll, максимальная дальность Dmax, половина угла между базами beta, точность по углу Step и точность по дальности delta. Рис. 12. Эскиз рабочей зона РНС с указанием значений геометрического фактора для уровня слежения 0.3. Рис. 13. Эскиз рабочей зона РНС с указанием значений геометрического фактора для уровня слежения 0.5. Определить скорость распространения радиоволн на базе соотношений участков суша – море – суша 2:4:2. На смешанных трассах распространения радиоволн расчет рабочей скорости выполняется графически. Вся трасса распространения радиоволн разбивается на отдельные участки (в нашем случае в соотношении 2:4:2). Определим соотношения суша – море – суша 2:4:2 для максимальной дальности Dmax = 1600 миль в километрах и дополнительную фазу для каждой дистанции по рисунку 1.13 учебника [1]: суша – 400 км (D)=40 море – 800 км (D)=58 суша – 400 км (D)=44 так как отношение суша – море – суша симметричное то эквивалентное значение дополнительной фазы будет равно: доп э = ++ ; доп э = 40+58+44=142 Скорость распространения радиоволн находим по формуле: VФ Va Va ДОП Э ; r 360 где Va – скорость распространения радиоволн в однородной атмосфере равная 299694 км/с VФ 299694 299649 3 142 299472 км/с 1600 360 Список литературы 1. Быков В.И., Никитенко Ю.И. «Судовые радионавигационные устройства» М., «Транспорт», 1976. 2. Быков В.И., Никитенко Ю.И., «Импульснофазовые радионавигационные системы в судовождении» 2-е изд. – М., «Транспорт», 1985.
