книги / Физические основы получения информации

Рис. 3.9. Схема АРК с гониометром

Благодаря применению неподвижных рамок и гониометра повысилась надежность радиокомпаса, так как АРК с подвиж­ ной рамкой эксплуатируется в неблагоприятных условиях. Он имеет контакт с обшивкой летательного аппарата и внешней средой. Это приводит к температурным деформациям деталей блока, образованию конденсата влаги, усилению коррозии с со­ ответствующим нежелательным последствием.

3.3. Радиовысотомеры

РВ предназначены для измерения истинной высоты над земной поверхностью. Принцип работы РВ основан на измере­ нии запаздывания отраженных от земли электромагнитных волн относительно момента излучения их с борта самолета.

По времени прохождения сигнала от самолета до поверх­ ности земли и обратно определяется высота полета.

При построении РВ используются импульсный и частот­ ный методы измерения дальности.

Различают: радиовысотомеры малых высот (Я = 0... 1500 м) с частотной модуляцией, со стрелочной индикацией; радиовы­ сотомеры больших высот (Я = 0... 12 000 м ) - импульсные с ка­ тодной трубкой в качестве индикатора.

41

3.3.1. Радиовысотомер малы х высот

Упрощенная функциональная схема частотного радиовысо­ томера малых высот (РМВ) показана на рис. ЗЛО (ПРД - передат­ чик, Г пилы - генератор пилы, ЧМ - частотный модулятор, ГСВЧ - генератор сверхвысокой час­

тоты, ПРМ - приемник). Передатчик радиовысо­

томера генерирует колебания, частота которых специальным модулятором плавно (линейно) изменяется на ±20 МГц от

120 раз в секунду.

Антенна передатчика не­ прерывно излучает электро­ магнитные волны, которые по­ сле отражения от поверхности земли принимаются антенной приемника. Кроме отраженных сигналов на вход приемника непрерывно подаются прямые сигналы непосредственно от передатчика. Частота прямого сигнала приемника отличается от частоты отраженного сиг­

нала на величину, равную изменению частоты передатчика за время прохождения сигнала от антенны передатчика до земли и обратно от земли до антенны приемника. В смесителе приемни­ ка, в результате сложения этих сигналов (рис. 3.12), выделяется сигнал разностной частоты Д / = f u - / 0 ( f H- частота излучаемо­

го сигнала; f Q- частота отраженного сигнала), содержащий ин­ формацию по высоте.

42

Рис. 3.11. Диаграмма изменения частоты излучаемого сигнала

Рис. 3.12. Соотношения частот РВ

Из рис. 3.12 следует:

где с —скорость света.

43

Этот способ определения дальности используется в час- тотно-модулированном локаторе системы управления стыков­ кой космических кораблей. Он обеспечивает очень высокую точность.

3.3.2.Радиовысотомер больших вы сот (импульсный высотомер)

Принцип работы импульсных РВ основан на измерении запаздывания отраженных от земли импульсных сигналов отно­ сительно момента излучения их с борта летательного аппарата.

дающей антенной.

Частота повторения радиоимпульсов равна частоте сину­ соидальных колебаний синхронизатора.

После отражения от поверхности эти импульсы поступают на вход супергетеродинного приемника.

Передатчик и приемник РВ работают в дециметровом диапазоне радиоволн. (Более короткие волны сильнее ослаб­ ляются при отражении от земли, более длинные волны требуют применения больших по габаритам антенн.)

Вприемнике радиоимпульсы преобразуются, усиливаются

изатем детектируются. С выхода приемника импульсы посту­ пают в блок измерения и индикации. Опорный импульс, посту­ пающий от передатчика, служит началом отсчета. Он запускает горизонтальную развертку электронно-лучевой трубки. Время

44

задержки отраженного импульса / = 2 Н!с определяется по его переднему фронту.

На рис. 3.14 приведены эпюры напряжений в характерных точках импульсного радиовысотомера.

т — т — т — т - (

t

Рис. 3.14. Временные диаграммы напряжений РВ

В современных РВ используется и цифровой способ ин­ дикации показаний высоты полета. Для этого применяются счетчики, которые измеряют временное запаздывание отражен­ ного импульса по количеству заполняющих этот интервал счет­ ных импульсов. Результаты подсчета отображаются на цифро­ вых индикаторах.

3.4.Измерение скорости летательного аппарата

3.4.1.Эффект Доплера

Явление Доплера заключается в приеме наблюдателем измененной частоты сигнала, обусловленной изменением рас­

45

стояния между источником сигнала и приемником при движе­ нии их относительно друг друга.

Эффект Доплера рассмотрим на следующих примерах. Пусть наземная радиостанция излучает радиоимпульсы

длительностью ти (рис. 3.15). Длина импульса равна тис

с

Рис. 3.15. Распространение радиосигнала с неподвижного источника на подвижный приемник

Продолжительность облучения (освещения) радиоимпуль­ сом движущегося к радиостанции самолета

где с + V - скорость сближения радиоволны и самолета. Отсюда для отношений продолжительностей принимае­

мого и излучаемого импульсов имеем

Пусть импульс содержит п гармонических колебаний с частотой несущей f Тогда можно записать тн = Т п , где Г - пе­ риод одного колебания.

Отношение периодов колебаний принимаемого и излу­ чаемого импульсов

Отношение частот несущих излучаемых и принимаемых колебаний

46

а доплеровская частота

Как и в первом случае, при изменении расстояния от ис­ точника излучения электромагнитных волн до приемника, доп­ леровская частота колебаний изменяется пропорционально ра­ диальной скорости сближения.

Если передатчик излучаемых радиоимпульсов и приемник отражаемых от неподвижной поверхности импульсов (рис. 3.17) расположены на летящем самолете, то при длине из­ лучаемого импульса тИ(с - У ) продолжительность отраженного импульса

/

/

/

Рис. 3.17. Распространение отраженного радиосигнала с подвижного источника

Отношение излучаемой и принимаемой частот несущих колебаний

л_ с - у

/пр C + V '

48

доплеровская частота

2V Fn = /и c - V

При отражении радиоимпульсов ти(с - К |) от подвижной

цели (рис. 3.18) длительности отраженных и принимаемых им­ пульсов составляют:

тt h( c - F ,) ( c - F 2)

отношение несущих частот

а доплеровская частота определяется выражением

V\

Ти(с-И,)

Рис. 3.18. Отражение радиосигнала от подвижной цели

При изменении расстояния между самолетами допле­ ровская частота пропорциональна удвоенной скорости их сближения:

2 Ксбл

r» = f„

С

49

3.4.2. Доплеровский измеритель скорости и угла сноса

Для измерения путевой скорости полета в авиации широ­ ко используются радиолокационные доплеровские датчики ско­ рости и угла сноса (ДИСС). Принцип действия ДИСС основан на использовании эффекта Доплера, заключающемся в том, что при движении источника радиоволн и (или) приемника отра­ женных волн частота принимаемого сигнала отличается от час­ тоты сигнала излучения на так называемую доплеровскую частоту.

Скорость движения самолета в направлении излучения радиосигнала

1/и = ^ п р = ^ = ^ С 0 5 р .

С учетом этого выражение для доплеровской частоты принимает вид

Fll = f a l? S S .v = ^ v

сХп

2cosP 'ДИСС V,

Хо - длина волны излучаемого сигнала.

50