книги / Физические основы получения информации

этого на внутреннюю ось подвеса гироскопа устанавливают электродвигатель (датчик момента) 4, который воздействует на гирокамеру 1 гироскопа таким образом, что прецессия его про­ исходит в ту же сторону и с той же скоростью, что и вращение Земли относительно вертикали. При абсолютном равенстве ука­ занных скоростей вращения главная ось гироскопа не отстает от установленного в начальный момент направления относительно земных ориентиров и не опережает его.

ГПК является ортодромическим курсовым прибором. Ос­ новной его недостаток - отклонение угловой скорости прецес­ сии гироскопа под действием момента двигателя азимутальной системы коррекции и возмущающих моментов составляющей угловой скорости вращения Земли по вертикальной оси, обу­ словленное случайными моментами от дебаланса гироскопа и моментами сил трения. В результате этого гироскоп отклоняется от первоначального положения, т.е. такой прибор не может ори­ ентироваться самостоятельно по странам света, поэтому его и назвали полукомпасом.

Раньше, при полете, наблюдая за показаниями ГПК, лет­ чик обычно время от времени поправлял их, подстраивая под показания магнитного компаса. Подобная подстройка (коррек­ ция) в настоящее время в большинстве случаев производится автоматически. В этом случае прибор называется дистанцион­ ным гиромагнитным компасом и представляет собой комбина­ цию гирополу ком паса и магнитного компаса. Магнитный дат­ чик, гироскоп и указатель курса связаны в единую систему дис­ танционной связью. В этой системе поправки в показания гиро­ скопа от магнитного датчика могут вноситься не только перио­ дически, но и непрерывно.

Кроме магнитных компасов в качестве чувствительного элемента системы коррекции используются индукционные маг­ нитные датчики, которые более чувствительны, не имеют под­ вижных элементов, а следовательно, и ошибок от увлечения жидкостью, от застоя из-за трения; не подвержены влиянию ус­ корений, обладают малыми размерами.

31

угол отклонения рамки пропорционален гироскопическому мо­ менту, а следовательно, угловой скорости со^ и может служить

мерой угловой скорости вращения объекта.

Таков принцип работы ДУС при упрощенном рассмотре­ нии. В действительности же в динамике гироскопа проявляются и инерционные свойства, процесс установления гироскопа со­ провождается колебаниями рамки.

С целью улучшения динамических свойств системы ДУС снабжается гасителем колебаний - демпфером 3.

Для съема показаний прибора по угловой скорости вра­ щения летательного аппарата в гиродатчике установлен элек­ трический датчик угла 4.

3. РА ДИ ОТЕХ НИ ЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ САМ ОЛЕТОВ

3.1. Автоматический радиокомпас

АРК предназначен для определения курсового угла при­ водной или широковещательной радиостанции, т.е. угла между продольной осью самолета и направлением на передающую ра­ диостанцию. Пеленгация наземных радиостанций осуществля­ ется в интересах навигации, т.е. определения местоположения самолета в полете и вывода его на аэродром посадки по привод­ ным радиостанциям. АРК представляет собой амплитудно­ фазовый пеленгатор, в котором информация о величине угла рассогласования заключена в амплитуде принимаемого сигнала, а о знаке угла - в его фазе.

Антенной направленного действия в радиокомпасе служит рамочная антенна, представляющая собой катушку, в которой переменные магнитные поля радиоволн наводят электриче­ ские токи.

Для того чтобы магнитные силовые линии радиоволн на­ вели токи в катушке рамочной антенны, необходимо, чтобы ее ось совпадала с направлением этих силовых линий. Следова­ тельно, для приема радиосигнала того или иного передатчика нужно ориентировать на него рамочную антенну. Это явление,

33

позволяющее точно определить, откуда приходят волны, легло в основу радиопеленгации.

Основной тип АРК - средневолновый радиокомпас. Упрощенная блок-схема такого радиокомпаса показана на

рис. 3.1.

Рис. 3.1. Блок-схема автоматического радиокомпаса: КУР - курсовой угол радиостанции; PC - радиостанция; ДН - диаграмма направленно­ сти; РА - рамочная антенна; У - усилитель; БМ - балансный модуля­ тор; КС - контур сложения; НА - ненаправленная антенна; АД - ам­ плитудный детектор; Ф - фильтр; ФД - фазовый детектор; ГОН - ге­ нератор опорного напряжения; УП - усилитель-преобразователь;

СПД - усилитель передачи данных; ЭД - электродвигатель

Радиокомпас имеет две антенны - рамочную и ненаправ­ ленную. Работа его основана на свойстве рамочной антенны принимать сигнал в зависимости от ее положения по отноше­ нию к направлению на радиостанцию. Если плоскость рамки проходит через PC, то сигналы радиостанции принимаются с наибольшей громкостью.

Если же плоскость рамки перпендикулярна направлению на PC, то прием сигналов полностью прекращаете*- Амплитуда сигнала РА одинакова для направлений, симметрИчных относи­

34

тельно перпендикуляра к рамке. Фазы же сигналов этих направ­ лений противоположны. Диаграмма направленности рамочной антенны имеет вид восьмерки.

Для однозначного определения направления на PC в АРК используется вспомогательная ненаправленная антенна. В каче­ стве такой антенны может применяться штыревая антенна, диаграмма направленности которой представляет собой ок­ ружность.

Усиленный высокочастотный сигнал рамки и?А модули­ руется по амплитуде в балансном модуляторе (рис. 3.2) низко­ частотным гармоническим колебанием. Модулирующее напря­ жение ыгон подается с генератора опорного напряжения.

и

Рис. 3.2. Схема балансного модулятора

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) и временные диа­ граммы сигналов балансного модулятора показаны на рис. 3.3 (fH - несущая частота; индексы: к - коллектор; б.э - базаэмиттер).

Напряжения с балансного модулятора и ненаправленной антенны поступают на входной контур приемника АРК (рис. 3.4), называемый контуром сложения (КС) (см. рис. 3.1).

Амплитудный детектор содержит нелинейный элемент и фильтр, выделяющий низкочастотный сигнал.

35

Рис. 3.3. Характеристики и сигналы балансного модулятора

В качестве нелинейного элемента используется транзи­ сторный усилительный каскад, а фильтра низких частот - коле­ бательные контуры.

Временные диаграммы амплитудного детектора (АД) по­ казаны на рис. 3.4, а ВАХ детектора и его сигналы - на рис. 3.5.

Суммарное напряжение на КС оказывается модулирован­ ным по амплитуде и представляет собой колебания с частотой модулируемого сигнала, амплитуда которого изменяется по за­ кону изменения сигнала генератора опорного напряжения, при­ чем в течение одного полупериода эти колебания совпадают по фазе с колебаниями сигнала, а в последующие периоды отлича­ ются на 180° Частота модуляции определяется ГОН. Глубина модуляции зависит от амплитуды сигнала рамочной антенны, т.е. от угла рассогласования рамки 6р.

36

Рис. 3.4. Схема и временные диаграммы сигналов АД

Таким образом, в сигнале на выходе приемника заключена информация о курсовом угле радиостанции (КУР), так как угол поворота рамки относительно продольной оси самолета легко замерить.

37

Продетектированный в приемнике сигнал фильтруется фильтром (Ф), не пропускающим колебания с частотами, отли­ чающимися от частоты модуляции Fon, и подается на фазовый детектор (рис. 3.6).

А

Рис. 3.6 Схема фазового детектора

В качестве опорного сигнала фазового детектора исполь­ зуется напряжение с ГОН. Характеристики фазового детектора и временные диаграммы его сигналов приведены на рис. 3.7.

Постоянное напряжение с ФД преобразуется в усилителепреобразователе в напряжение частоты 400 Гц.

Амплитуда преобразованного напряжения определяется величиной, а фаза - знаком напряжения мФД

Фазовый детектор - устройство, напряжение на выходе которого зависит от разности фаз двух сравниваемых напряже­ ний одной частоты.

На диоде £>, напряжение UX= U X+ Uxx, а на диоде А

щ = и , - и п.

Напряжение на выходе детектора пропорционально (при­ близительно равно) разности модулей напряжений: £/вых «

Временные диаграммы сигналов АРК сведены на рис. 3.8. Преобразованное напряжение приводит во вращение элек­ тродвигатель (ЭД) привода рамки. Рамка вращается до тех пор,

38

Рис. 3.7. Характеристики и временные диаграммы сигналов фазового детектора

t

Рис. 3.8. Временные диаграммы сигналов АРК

39

пока существует угол рассогласования 0р. В результате этого ось

вращения рамки совмещается с направлением на радиостанцию. С помощью электрической дистанционной системы пере­

дачи данных (СПД) угол поворота рамки передается на индика­ торы КУР.

Автоматический радиокомпас работает на частотах 100-2 000 кГц средневолнового диапазона, так же как и боль­ шинство радиовещательных станций.

В некоторых типах АРК рамочная антенна не поворачива­ ется, а вращается ротор гониометра - устройства, имитирующе­ го поле, совпадающее по направлению с полем пеленгуемой радиостанции.

АРК-9, АРК-11 - радиокомпасы с вращающейся рамкой, а АРК-15, АРК-22 - с неподвижной.

Благодаря малому весу (6-8 кг) и простоте АРК устанав­ ливаются в настоящее время практически на всех самолетах и вертолетах.

3.2. Автоматический радиокомпас с гониометром

Две взаимно перпендикулярные неподвижные рамки ан­ тенны (рис. 3.9) нагружены на специальное устройство, назы­ ваемое гониометром. Одна из этих рамок ориентируется по про­ дольной оси самолета.

Гониометр состоит из двух неподвижных рамок (откло­ няющих статорных катушек) и находящейся внутри статора по­ воротной (искательной) роторной катушки. Статорные катушки гониометра служат для имитации магнитного поля электромаг­ нитной волны пеленгуемой радиостанции.

Схема АРК с гониометром показана на рис. 3.9, где РА - рамочная антенна; ИК - искательная катушка; У - усили­ тель; БМ - балансный модулятор; НА - ненаправленная антен­ на; КС - курсовая система; УВЧ - усилитель высокой частоты; См. - смеситель, УПЧ - усилитель промежуточной частоты; Тел. - телефон; УНЧ - усилитель низкой частоты; АД - ампли­ тудный детектор; УКК - усилитель канала коррекции; Гет. - ге­ теродин; ГОН - генератор опорного напряжения; ЭД - электро­ двигатель; У к. - указатель.

40