Фазовые радионавигационные системы

Пусть две станции А и В (рис. 141) излучают строго одновре­менно колебания одинаковой частоты. Представим, что земная по­верхность между станциями разбита на ряд гипербол, 0, 1,11,111 ит. д., с промежутками между ними на линии базы АВ, равными

полудлине излучаемых станциями волн • Полоса, заключен­ная между двумя такими соседними гиперболами, называется дорожкой. Допустим, что судно находится в данный момент на средней гиперболе О (точка М), так что расстояния от судна до станции A (Da) и до станции B(D_B) равны друг другу. Сигналы обеих станций, приходя к судну, будут при этом находиться между собой в фазе. Если в приемное устройство на судне включен фазо­метр — прибор, измеряющий разность фаз каких-либо двух ко­лебаний, то стрелка его будет находиться на нуле.

Если же судно начнет перемещаться, например в сторону стан­ции В, сигналы обеих станций будут приходить к судну уже не
одновременно и между их фазовыми углами <р_в и <р_в начнет возни­кать фазовый угол А<р=ф_а—ф_в, отчего на соответствующий угол повернется и стрелка фазометра. С приходом судна на следую­щую гиперболу/ (точка Mi) расстояние^ увеличится на вели­чину—. а расстояние D_z на такую же величину уменьшится;

X х

между расстояниями образуется разность до = —— — = Х,т. е.

равная длине волны. Этому соответствует один фазовый цикл ко­лебаний, т. е. разность фаз до­стигнет величины 2к и стрелка фазометра снова придет на нуль.

Пусть судно перейдет далее не на граничную гиперболу II, а на какую-то промежуточную, например на гиперболу /', по­казанную на рис. 142 пункти­ром, пересекая ее в точке М. При этом разность расстояний £>i и D2 увеличится на величи­ну Д£>, меньшую, чем длина волны. Соответственно и раз­ностный фазовый угол Аф будет составлять какую-то долю пол­ного фазового цикла — угла 2я. По отсчету на шкале фазометра, показываемому стрелкой, можно определить эту долю и нанести на карте соответствующую гиперболу.

При дальнейшем перемещении судна процесс будет повторять­ся. С переходом судна через граничные гиперболы стрелка фазо­метра будет показывать нулевой отсчет. При нахождении же суд­на внутри какой-либо дорожки между сигналами станций возник­нут разность полных циклов колебаний и конечный разностный фазовый угол Аф,по которому можно определить и гиперболу местонахождения судна внутри данной дорожки. Однако разность полных циклов, по которой можно было бы установить номер до­рожки, прибор не показывает. При одном и том же отсчете на шкале фазометра судно может находиться внутри любой из доро­жек, т. е. получается многозначность отсчетов.

Одним из способов нахождения номера дорожки, или, как го­ворят, разрешения многозначности, является метод привязки. При­ем сигналов начинают в районе, где можно точно определить место судна по береговым ориентирам. С каждым оборотом стрел­ки фазометра, т. е. с переходом очередной дорожки, связанный со стрелкой счетчик ведет счет дорожек. Однако при перерыве в приеме счет прекращается и происходит потеря дорожек.

" j */г j ЯА jVf i л/г|л/г |л/г|д/г'| Принцип работы фазовой

Рис. 141 РНС.

В современных фазовых РНС применяют следующий метод. Кроме сети точных дорожек станции с помощью дополнительных

колебаний вырабатывают сеть грубых дорожек (зон), внутри каждой из которых укладываются по 20—30 точных дорожек. Благодаря большой ширине грубых дорожек номер той из них, на которой находится судно, можно определить по счислению. С помощью отдельного фазометра находят номер точной дорожки в пределах данной грубой.

Так как для получения места судна необходимо принимать сигналы от двух пар станций, приемоиндикатор должен иметь три фазометра: два — для получения гипербол в сети точных до­рожек (на каждую пару станций свой) и один общий — для опре­деления номеров точных дорожек в сети грубых.

В некоторых фазовых РНС вырабатываются две ступени ши­роких дорожек — грубая и промежуточная.

Фазовые РНС обеспечивают большую точность определения места судна. Так, если пара станций работает на основной волне длиной 1800 м, то ширина точной дорожки на базе составит 900 м. Судовые приемоиндикаторы позволяют измерять разность фаз с, точностью до V_l00 доли цикла. Соответственно, и место судна если оно находится на базе, определится с точностью до 9 м. С удалением судна от базы гиперболы расходятся, отчего точность определений понижается.

Фазовые РНС на расстояниях до 250—300 миль дают точность обсерваций до 0,5 кб. На больших расстояниях точность умень­шается в результате уменьшения угла пересечения гипербол на карте. Ночью из-за влияния пространственных волн и ночного эффекта на расстояниях, начиная уже со 100 миль, возможны ошибки в определяемом месте от 4 кб и более.

В фазовых системах, как и в импульсных, применяют специаль­ные карты с нанесенными сетками гипербол.

Фазовые системы имеют такие недостатки, как слабая помехо­устойчивость и необходимость разрешения многозначности.

Фазовая РНС «Декка» является наиболее распространенной. Она обеспечивает обсервации при плавании вокруг Европы, Аф­рики, у берегов Северной Америки, в Индийском океане и в про­ливах Японии. На рис. 142 показана часть европейских цепочек (групп) станций.

Каждая цепочка состоит из четырех станций — ведущей А, находящейся в центре, и трех ведомых В, С и D, расположенных вокруг. Станция А образует со станцией В одну пару, со стан­цией С — другую и со станцией D — третью. Каждая пара рабо­тает на своей частоте (длине волны). Поэтому кроме необходимых двух гипербол на карте можно получить еще третью, что дает воз­можность контролировать правильность определения места.

Кроме того, расположение ведомых станций вокруг ведущей позволяет осуществлять обсервации в любых направлениях от­носительно данной группы. Базы АВ, АС и AD имеют длину 60— 200 миль. Надежная дальность действия групп доходит до 240 миль, считая от ведущей станции.

Рис. 142. Часть европейских цепочек РНС «Декка».

 

Многозначность в системе разрешается созданием сети грубых я промежуточных дорожек (зон). Зоны на базе имеют ширину около 5,7 мили, что позволяет устанавливать номер зоны место­нахождения судна по счислению.

Радионавигационные карты системы содержат по 100 сеток ги- лерболических изолиний на каждой точной дорожке. Изолинии нанесены для каждой пары станций своим цветом: для пары А В— красным, для пары АС — зеленым и для пары AD — фиолетовым. Карты имеют кроме основного номера еще индекс D и условный номер цепочки, состоящий из цифры и буквы, например 22100 — £>4а.

В приложении 5 показан (схематически) участок карты данной системы. Ввиду малого масштаба рисунка на нем изображены только гиперболы, ограничивающие грубые дорожки (зоны). Эти зоны обозначены вдоль линии литерами от А по J. Вместо гипер­бол, ограничивающих точные дорожки, показаны только деления, через которые они должны проходить.

Приемоиндикатор фирмы «Декка» (марка М-21) содержит фа­зоиндикатор грубых и промежуточных дорожек, общий для всех трех пар, и три фазоиндикатора точных дорожек (каждый для сво­ей пары станций). Общий фазоиндикатор называется условно гру­бым, а фазоиндикаторы именуются цветами изолиний своих пар. Также условно называются красной, зеленой и фиолетовой ведо­мые станции и пары, в которые они входят.

Каждая пара соответственно длине волны имеет свое число точных дорожек: красная — 24, зеленая — 18 и фиолетовая — 30. Такое же число делений имеется у фазоиндикаторов на шка­лах точных дорожек, но с общей последовательной нумерацией. У красного фазоиндикатора она идет от 0 до 24, а у остальных на­чинается не с нуля: у зеленого — от 30 до 48 (48—30=18), у фио­летового— от 50 до 80 (80—5 —30). Кроме этих шкал, соответст­вующих номерам точных дорожек, имеются разбитые на 100 деле­ний шкалы искомых изолиний и литерные указатели зон. В прило­жении 5 пунктиром проведены две изолинии, соответствующие показаниям красного и зеленого фазоиндикаторов 1.16.30 и £>.35.80.

Для приема сигналов РНС «Декка» применяют также приемо­индикатор «ПИРС-1 (Д)». Он имеет фазометр грубого отсчета для установления дорожки по сигналам грубой сети и три фазометра для определения гипербол по точным отсчетам.

Фазовая система РСВТ (радионавигационная система высокой точности) (СССР) служит для точного определения места судна по поверхностным сигналам. Система охватывает моря советской Арк­тики и Дальнего Востока. Сведения о расположении станций системы содержатся в пособии РТСНО.

Группы системы имеют одну ведущую и две ведомых станции. Каждая из ведомых станций образует с ведущей свою пару. Одна из пар именуется первой, или, по цвету гипербол на карте, крас­ной, другая — второй, или зеленой.

Дальность действия системы днем простирается до 320 миль. Ночью систему можно использовать на расстояниях до 190 миль. Для этого требуется включать приемную аппаратуру не позже, чем за 1 ч до захода солнца и вести непрерывное наблюдение за показаниями приборов.

Для разрешения многозначности система предусматривает две ступени дорожек — сеть грубых дорожек с шириной на базе 6,5 мили и сеть сверхгрубых с шириной 52 мили.

Прием сигналов системы производят с.помощью приемоинди- катора КПФ с отдельными фазоуказателями для грубой и сверх­точной сетей. Отсчеты можно брать с точностью до 0,001 фазового цикла.

Карты системы с индексом РГ служат для определения места судна по сети грубых дорожек. Для определения места по сверх­точной сети применяют карты с переоцифрованными гиперболи­ческими изолиниями. Рядом с оцифровкой, относящейся к грубой сети, в скобках дана оцифровка, относящаяся к сверхточной сети соответственно отсчетам фазоуказателей. Для определения места по промежуточным отсчетам с помощью интерполяционной палет­ки, прилагаемой к пособию «Сборник номограмм с таблицами для обработки радиоизмерений», прокладывают линии положения.

Кроме карт для определения места судна применяются специ­альные планшеты.

ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫЕ СИСТЕМЫ.