Угломерные системы ближней навигации МВ диапазона

11.3. УГЛОМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ БЛИЖНЕЙ НАВИГАЦИИ МВ ДИАПАЗОНА 11.3.1. Общие сведения о системе VOR VOR (англ. Very high friquency Omni directional radio Range) – предназначена для измерения азимута ВС относительно РМ и рекомендована ICAO для гражданской авиации. В VOR используется фазовый метод измерения азимута. Носителем информации может быть фаза огибающей АМ колебаний (системы типа М), или фаза ВЧ несущего колебания (системы типа Н). В системах типа М зависимость фазы огибающей АМ колебания от направления излучения создается путем вращения слабонаправленной (типа «кардиоида») ДН антенной системы РМ (стандартный VOR). В системах типа Н зависимость фазы ВЧ несущего колебания от направления излучения создается путем вращения по окружности ненаправленной антенны (доплеровский DVOR). Для работы системы VOR выделен диапазон частот 108… 117,975МГц, в котором РМ излучают сигналы на одной из 160 несущих частот с шагом 50 кГц. 11.3.2. Формирование навигационной информации в системе VOR АМ сигнал, в котором информация об азимуте заключена в фазе огибающей, создается при использовании антенной системы, состоящей из ненаправленной антенны А1 с ДН вида F1(α)=1 и направленной антенны А2 с ДН вида F2(α)=cosα, вращающейся в горизонтальной плоскости с частотой Fвр=30 Гц . В любом азимутальном направлении значение ДН антенны А2 характеризуется величиной F2      cos      Поля, создаваемые антеннами e1  t   E m 1 cos  0 t e2  t   Em 2 cos      cos 0 t Em1  Em 2 Суммарное поле радиомаяка  Em 2 cos       e  t  e1  t   e2  t   E m 1  1   cos 0 t Em 1     вр t - текущее положение ДН антенны А2   e  t   Em1  1  mc cos  вр t    cos 0 t Сигнал, принимаемый бортовым приемником   uпрм  t  U m  1  mc cos  вр t    cos 0 t После усиления и детектирования  uc  t  U mc cos  вр t    Фаза этого сигнала содержит информацию об азимуте самолета  c  вр t   Для выделения этой информации необходимо иметь опорное колебание, несущее информацию о мгновенном положении ДН вращающейся антенны Ωврt . Эта информация должна быть заложена в фазе опорного колебания uоп  t  U m оп cos  вр t текущее значение которой соответствует антенны в момент времени t  оп  t   вр t угловому положению ДН Тогда при известной фазе опорного колебания азимут определяется как разность фаз опорного и азимутального сигналов    оп  t    с  t  Возникает проблема: как передать расходовать частотный ресурс системы. опорный сигнал и не Опорный сигнал формируется и передается РМ по отдельному каналу. Для сокращения частотных каналов опорный сигнал передают на той же несущей частоте, что и азимутальный, но используют другой вид модуляции. Разделение азимутального и опорного сигналов по каналам происходит на приемной стороне методом частотной селекции продетектированного по амплитуде комбинированного сигнала. Такая возможность появляется при использовании для передачи опорного сигнала двойной амплитудно-частотной модуляции. Кроме этого, радиомаяк излучает позывные, и через его передатчик возможна передача речевых сигналов. Линейный спектр полного сигнала радиомаяка Спектр полного сигнала радиомаяка содержит: несущие колебания (f0); две боковые частоты (f0 ± 30 Гц); две боковые полосы частот (f0 ± 3000 Гц) - несущая, модулированная по амплитуде речевыми сигналами, передаваемыми через РМ; две боковые частоты (f0 ± 1020 Гц) - несущая, модулированная по амплитуде сигналами кода Морзе позывных РМ; две боковые полосы частот [f0 ± (9960 ± 480) Гц] - несущие колебания, модулированные по амплитуде поднесущей 9960 Гц, которая, в свою очередь, модулирована по частоте. 11.3.3. Упрощенная структурная схема системы VOR ДМ – делитель мощности БУА – блок управления антенной (вращением ее ДН) МП – модулятор поднесущей МВЧ – модулятор высокочакстотный ФМ - фазометр (1) - совокупность ВЧ сигнала, амплитудно-модулированного сигналом поднесущей, в свою очередь частотно-модулированной опорным сигналом. В сигнале также присутствует амплитудная модуляция сигналом переменной фазы (азимутальным сигналом). (2) на выходе фильтра Ф2 – сигнал поднесущей частоты, частотномодулированной опорным сигналом . (3) на выходе ЧД – опорный сигнал . (4) на выходе фильтра Ф1 – сигнал переменной фазы . Эффект вращения ДН может достигаться при применении двух взаимно перпендикулярных антенн с ДН в виде восьмерки, запитываемых балансно-модулированными колебаниями со сдвигом по фазе огибающей модуляции на 90. Для формирования сигнала с двойной амплитудно-частотной модуляцией выбирают колебания, частота которых намного больше частоты вращения ДН, но гораздо меньше частоты несущих колебаний, и используют эти колебания в качестве вспомогательных. Вспомогательные колебания называются поднесущей, для которой должно выполнятся условие Ω<<Ωп<<ω0 , где Ωп – частота поднесущих колебаний. Для системы VOR FП = 9960 Гц. В модуляторе поднесущей (МП) осуществляется частотная модуляция поднесущей опорными колебаниями частотой FОП =30 Гц с девиацией частоты ΔFП = 480 Гц. В модуляторе высокочастотном (МВЧ) ВЧ колебания модулируются по амплитуде напряжением поднесущей. В результате антенна А1 создает поле с напряженностью     П e1  t   E m 1  1  m П cos   П t  cos  вр t   cos 0 t     вр    П  вр - коэффициент ЧМ На выходе приемной антенны получаем суммарный сигнал     П u  t  U  m  1  mc cos  вр t    m П cos   П t  cos  вр t   cos  0 t     вр     Амплитудно-частотный спектр: а) принятого сигнала; б) огибающей принятого сигнала После преобразования суммарного сигнала в ПРМ, его усиления и детектирования амплитудным детектором выделяется огибающая, содержащая азимутальный и опорный сигналы вида    П uог  t  U m 2 cos  вр t    U m 1 cos   П t  cos  вр t     вр     Азимутальный и опорный сигналы можно выделить путем частотной селекции. Для этой цели с выхода ПРМ сигнал подается на два фильтра Ф1 и Ф2. В фильтре Ф1 (f=30 Гц), выделяется азимутальный сигнал (сигнал переменной фазы) uc  t  U m 2 cos   вр t    В фильтре Ф2 (f=9960 Гц), выделяется частотно-модулированное поднесущее колебание. После симметричного ограничения в усилителеограничителе в частотном детекторе (ЧД) выделяется опорное колебание uОП  t  U mОП cos  вр t Азимутальное и опорное напряжение подаются на фазовый детектор ФД. Разница фаз между напряжениями на входе   t   ОП  t    С  t   На выходе ФД получаем U ФД U mФД sin  Таким образом, напряжение на выходе ФД содержит информацию о разности фаз азимутального и опорного сигналов, которая зависит от азимута.