Автоматичні радіопеленгатори – поняття та основні властивості

Автоматичні радіопеленгатори (АРП) - це радіоелектронні засоби, які використовуються в керуванні повітряним рухом і вирішенні завдань привода повітряних суден (ПС) на аеродроми й морські платформи. У деяких країнах вони також використовуються для проведення судів по фарватерах.

Всі ці засоби працюють в УКВ діапазонах 118-136 Мгц частоти цивільної авіації.

Класичне застосування аеродромних операторів - упізнавання мітки повітряного судна на індикаторі РЛС (радіолокаційної станції). Незважаючи на те, що сучасні РЛС використовують вторинну локацію й одержують із повітряних судів всю ідентифікаційну інформацію, АРП однаково використовуються. На цьому наполягли аеродромні диспетчери, для яких життєво важливо мати другий незалежний канал інформації про напрямок на повітряних судів, з яким вони підтримують зв'язок.

Слово "автоматичний" у назві АРП збереглося по історичних причинах і зараз є вже надлишковим. У старожитні часи, у пеленгаторах з рамковою антеною, оператор вручну орієнтував антену на джерело випромінювання, після чого засікав пеленг. Згодом ці функції були реалізовані в антенних комутаторах різного типу, після чого відпала потреба в механічних маніпуляціях і пеленгатори обзавелися приставкою "автоматичний" - АРП. У закордонній транскрипції класичне сполучення для АРП "Direction Finder" - DF іноді також використовується в сполученні "Automatic Direction Finder" - ADF.

Основне призначення АРП - визначення напрямку, або пеленга на джерело випромінювання, у нашім випадку - бортову УКВ радіостанцію повітряного судна в той момент, коли екіпаж виходить на в'язок. Типовий час, протягом якого повинен бути визначений пеленг - від 0,5 секунди. Переговори бортів з наземними службами часто досить короткі й тривають від однієї до двох секунд.

Дальність пеленгування визначається тільки висотою польоту повітряних судів і практично не залежить від потужності випромінювання бортової радіостанції, що становить близько 5 Вт. Це пов'язано з тим, що в УКВ діапазоні поширення радіохвиль відбувається практично тільки в межах прямої видимості. Якщо ПС розташовується в ешелоні 10.000 метрів, тоді дальність пеленгування складе близько 240 км. На нижніх ешелонах відповідно дальність пеленгування падає.

Є обмеження по висоті, у межах якого може працювати АРП. Це обмеження визначається кутом місця - напрямком на ПС у вертикальній площині, у той час як пеленг - напрямок у горизонтальній площині. У старих модифікаціях АРП граничне значення кутів місця обмежувалося значенням 45 градусів, сучасні АРП працюють у діапазоні до 60 градусів.

Інша важлива характеристика АРП - кількість частотних каналів, з якими він може одночасно працювати. Диспетчери використовують різні зони відповідальності й відповідно різні частоти для зв'язку з екіпажем.

Сучасні АРП мають до 16 одночасно працюючих каналів пеленгування.

Принцип роботи аеродромних радіопеленгаторів заснований на ефекті Доплера, через що спочатку їх називали доплерівськими пеленгаторами. Із цим ефектом зіштовхувався кожний, коли чув звук сирени автомобіля. Коли він їде в нашу сторону, звук сприймається більше високим, ніж коли він віддаляється. Тому якщо в поле джерела випромінювання пересувати антену, то до його частоти буде додаватися складова, що залежить від швидкості й напрямку переміщення антени. Якщо цю антену обертати по колу, то додана доплерівська складова частоти буде змінюватися по синусоїді, а її відносне зрушення в градусах буде визначати пеленг на джерело випромінювання.

Однак, на практиці доплерівський принцип у чистому виді не використовувався. Обертання прийомного вібратора по колу було замінено на послідовну комутацію певної кількості вібраторів (як правило від 8 до 32, звичайно 16), розташованих по окружності. У цьому випадку псевдо-доплерівський ефект полягає у тому, що в момент комутації стрибкоподібно змінюється фаза прийнятого сигналу, а сукупна крива зміни фази, що складається з дискретних точок, вписується в обгинаючу доплерівську. Всі сучасні аеродромні АРП побудовані по цьому квазідоплерівському принципу.

Зі зсувом акцентів з аналогової на цифрову обробку сигналів принцип Доплера втратив свій споконвічний зміст.

Завдяки АРП, у випадку якщо відмовлять всі інші радіонавігаційні й супутникові комплекси, і якщо на борту працює тільки одна радіостанція, у пілотів буде можливість знайти аеродром і здійснити аварійну посадку.

У СРСР розробками АРП займався Науково-дослідний інститут вимірювальної техніки (НДІВТ), що розташовувався в м.Челябінську. Крім АРП, інститут вів розробки радіолокаційних станцій і інших аеродромних радіоелектронних засобів.

Завдяки НДІВТ аеропорти колишнього Радянського Союзу оснащувалися такими радіопеленгаторами, як АРП-75 (Клен) і контейнерний АРП-80 (Тополя).

Розглянемо детальніше роботу цих радіопеленгаторів.

1.2. Основні характеристики та особливості фазових методів пеленгування

   Розглянемо застосування фазових методів у радіопеленгаторах з обертаються антеннами, що. Нехай одна з них (нерухлива) розташована на початку координат, а друга (обертова) - на відстані r від першої антени під кутом θ до початкової лінії відліку.

    Різниця фаз напруг  U1 і U2 дорівнює

                                Ψp=mr cosβcos(θ -0).    

   У пеленгаторах даного типу використовується залежність фази від кута пеленга. Для виявлення цієї залежності друга антена обертається по радіусі  r   з кутовою частотою  Ω, так що

                                              θ=Ωt.

  Фаза напруги  U2  щодо напруги U1 виявляється змінною.

Ψp=mr cosβcos(Ωt-t-θ).                       (1.1)

            Отже, різницева напруга модульована по фазі. Відомо,що фазову модуляцію можна розглядати так само, як частотну. Девіація частоти дорівнює

                            ∆ω=dΨp/dt= -mr Ωcosβ sin (Ωt-t-θ).              (1.2)             

            Фаза як фазової, так і частотної модуляції відповідає пеленгу. Прийомний пристрій повинен містити підсилювач високої частоти, фазовий або частотний детектор, що виділяє низькочастотну напругу, пропорційно змінам фази або частоти, підсилювач низької частоти й фазовий індикатор, за показниками якого відлічується фаза вихідної напруги, що відповідає пеленгу. Пеленгатори даного типу називаються  пеленгаторами   з циклічним вимірюванням фази по високій частоті. Замість антен, що обертаються, можуть також застосовуватися і антени, що не обертаються.