Фазові кутові моноімпульсні системи

Фазові кутові моноімпульсні системи

1. Фазовий кутовий пеленгатор

У оглядових моноімпульсних системах із фазовою пеленгацiєю напрямок на ціль визначається порівнянням фаз сигналів, прийнятих двома рознесеними на відстань l антенами А₁ і А₂ (рис. 1). Оскільки відстань від цілі до антен значно більше базової відстані l між антенами, то прийняті від відповідача сигнали практично однакові за амплітудою, але різняться за фазою на Дш. Різниця фаз Дш визначається різницею відстаней DS від цілі до антен А₁ і А₂, де розмір DS є, у свою чергу, функцією кутового відхилення цілі Dj_Ц від РСН

.

Отже

, (1)

де l – довжина хвилі сигналу відповіді.

Оскільки кути Dj_Ц зазвичай не перевищують двох-трьох градусів, то .

Звідси

або в градусах

.

На рис. 2 показані графіки цієї залежності для чотирьох випадків, коли відносні значення антенної бази l/l дорівнюють 5, 10, 20 і 40. Крутизна відповідних характеристик, тобто

дорівнює, відповідно, 31, 62, 124 і 248.

Таким чином, чим більше відносне рознесення антен А₁ і А₂, тим із більшою точністю можна визначати кутове положення цілі відносно РСН антени.

Здобуття інформації, яка міститься у різниці фаз прийнятих сигналів, провадиться за допомогою найпростішого кутового дискримінатора – фазового детектора (ФД). Якщо характеристика ФД описується виразом

,

де U – відносне значення амплітуди сигналу на його виході, а Dy – різниця фаз сигналів, що надходять до ФД, то вираз (1) прийме вигляд

. (2)

Звідси

. (3)

Відповідні графіки для чотирьох співвідношень l/l наведені на рис. 3.

Однозначне визначення Dj_Ц у функції амплітуди сигналу U на виході ФД можливе лише в тому випадку, коли різниця фаз сигналів Dy лежить у межах ±90^°. Таким чином граничні однозначні значення кутів Dj^°_{Ц ГРАН} будуть згідно з рівнянням (1) визначатися виразом

.

Для зазначених вище співвідношень l/l (5, 10, 20 і 40) граничні значення кутових відхилень Dj^°_{Ц ГРАН}, що можуть бути визначені за допомогою фазового пеленгатора і ФД, складуть, відповідно, ±2,68^°, ±1,48^°, ±0,72^° і ±0,36^°, але з огляду на значне падіння на ділянках 0,8 < U_ВІДН < 0,9 і – 0,9 < U_ВІДН < – 0,8 (рис. 3) крутизни характеристик U_ВІДН = f(Dj_Ц) реальні граничні значення Dj_Ц орієнтовно дорівнюватимуть ±1,64^°; ±0,41^° і ±0,21^°.

Розглянемо деякі питання практичної реалізації фазових пеленгаторів.

У фазовому пеленгаторі антенна система має сформувати дві ідентичні ДН, рівносигнальні напрямки яких строго паралельні, а фазові центри рознесені на відстань l відносно один одного. Ширина ДН кожної з антен A₁ і A₂ згідно з рекомендаціями ICAO не повинна перевищувати 3^°. Ця вимога обумовлена необхідністю зменшення кількості ПС, що одночасно потрапляють у промінь антени, тобто відповідають одночасно на запити, передані ВРЛ. Крім того, з вузькими ДН антен радіолокаторів поліпшуються енергетичні показники їхніх передавачів.

У фазових пеленгаторах ДН можуть формуватися дзеркальними антенами або антенними ґратками. У випадку застосування дзеркальних антен виконати таку антену з одним відбивачем і двома рознесеними на достатньо велику відстань опромінювачами неможливо. Сформовані такою антеною ДН виявляються неідентичними, а РСН – непаралельними. Отже, антенна система такого пеленгатора повинна складатися з двох самостійних дзеркальних антен, розміщених на обертовій балці і рознесених, як мінімум, на відстань поземного розкриву (діаметра) їхніх дзеркал.

Поземний розкрив дзеркала кожної з антен може бути визначений із таких міркувань.

Ширина ДН параболічних антен на рівні половинної потужності (Dj^°_А) в градусах визначається за формулою

,

де R – радіус розкриву антени; l – довжина хвилі; f – фокусна відстань параболічного дзеркала; a=0,5 для площини Е, яка збігається з площиною поляризації випромінюваної або прийнятої хвилі, і а=0,2 для площини Н, перпендикулярної до площини Е.

Для ВРЛ, які задовольняють вимоги ICAO, сигнали відповіді передаються на частоті 1090 МГц із прямовисною поляризацією. Отже, обраний коефіцієнт а дорівнює 0,2, а l=27,5 см. З практичних міркувань для отримання задовільної форми ДН краще використовувати довгофокусні антени. Тому обираємо f = 3 м. Тоді для Dj_А°=2,5° отримуємо радіус R = 3,7 м, тобто відстань l між антенами А₁ і А₂ буде не меншою 7,4 м. За графіками на рис. 10 і за формулою (3), у якій значення U обирається 0,9, визначаємо граничне значення кутової поправки Dj°_{ц ГРАН} однозначного визначення азимутального положення цілі. Отримуємо

Якщо ширина ДН °, сигнал відповіді може прийти під будь-яким кутом у межах цієї діаграми, але такий обмежений діапазон визначення азимута цілі є неприпустимим.

У тих випадках, коли як фазовий кутовий пеленгатор використовуються антенні ґратки, поземний розмір однієї антени за тих самих вихідних вимог до ДН і рівня бокових пелюсток може становити 5…8,5 м. Для граничного випадку, коли поземний розмір антенних ґраток дорівнює 5 м, діапазон однозначного визначення азимута цілі буде дещо більшим , але і він є неприпустимим.

Зазначений вище головний недолік фазового пеленгатора, а також деякі інші недоліки, як наприклад, конструкційні труднощі реалізації двоантенної системи, вимоги високої фазової стабільності каналів, відсутність єдиного каналу відповідей, за яким приймається додаткова інформація, труднощі в реалізації систем придушення сигналів бокових пелюсток ДН антен за запитом і відповіддю та ін. призвели до того, що на цей час у вторинних оглядових радіолокаторах фазовий принцип побудови пеленгаторів не використовується. Це саме зауваження стосується і комбінованих кутових пеленгаторів.