ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО РАДИОКОМПАСА

САМАРА 2004

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика С. П. КОРОЛЕВА»

ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО РАДИОКОМПАСА

Методические указания

САМАРА 2004

Составители: В.Д. Кузенков, А.И. Махов

УДК 621.396.96

Исследование автоматического радиокомпаса: Метод. указания / Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Сост. В.Д. Кузенков, А.И. Махов. Самара, 2004.

Методические указания предназначены для изучения на лабораторных занятиях принципа действия и особенностей автоматических радиокомпасов летательных аппаратов.

Методические указания предназначены для студентов специальности 210302, изучающих курс "Основы теории радиотехнических систем".

Печатаются по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С. П. Королева.

Рецензент: А.С. Капустин.

Цель работы – изучение и экспериментальное исследование принципа действия, устройства и свойств автоматического радиокомпаса АРК-15.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Автоматический радиокомпас устанавливается на борту летательных аппаратов (самолетов, вертолетов) и предназначается для измерения направления на наземные приводные или радиовещательные радиостанции и радиомаяки.

Для уяснения принципа действия радиокомпаса обратимся к упрощенной функциональной схеме устройств такого рода, изображенной на рисунке 1. Эта схема может рассматриваться как классическая. По такой схеме выполнялись радиокомпасы более ранних моделей. В дальнейшем рассмотрим особенности, присущие радиокомпасу АРК-15.

Рисунок 1. Упрощенная функциональная схема

автоматического радиокомпаса

Радиокомпас представляет собой автоматический радиопеленгатор, в котором для пеленгования используется метод сравнения амплитуд (равносигнальный метод). В литературе этот метод называют иногда методом пеленгования по минимуму коэффициента амплитудной модуляции.

Антенная система радиокомпаса состоит из ненаправленной и направленной (рамочной) антенн. Характеристики направленности ненаправленной и направленной, соответственно, антенн имеют вид:

; .

Углы измеряются в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно. В дальнейшем, если не оговорено особо, будем полагать и .

Рисунок 2. Характеристики направленности антенн

Характеристики направленности антенн изображены на рисунке 2. Характеристика направленности рамки имеет резко выраженный минимум. Заметим, что фаза напряжения, снимаемого с ненаправленной антенны, не зависит от значения угла . Фаза напряжения, снимаемого с направленной антенны, изменяется на при изменении стороны уклонения относительно направления . Последнее утверждение следует из того, что синус есть функция нечетная. При изменении угла уклонения от до знак синуса изменяется на обратный, что эквивалентно изменению фазы ВЧ сигнала на . Вследствие этого сигналы ненаправленной и направленной антенн в секторе углов синфазны и при суммировании будут складываться, а в секторе углов – противофазны и будут вычитаться. Результирующая характеристика направленности антенной системы имеет вид кардиоиды. При периодической коммутации фазы сигнала одной из антенн на лепестки кардиоиды "перебрасываются", образуя тем самым равносигнальное направление.

Равносигнальное направление имеет два луча с углом между ними 180°. При этом возможна неопределенность измерений. Однако в автоматическом радиопеленгаторе ошибка пеленгования на 180° не возникает, так как только один из указанных лучей соответствует устойчивому состоянию равновесия системы.

Явления, имеющие место в радиокомпасе, несколько сложнее описанных выше. Будем полагать для простоты, что пеленгуемая радиостанция излучает тональный сигнал, хотя на самом деле радиостанция излучает модулированные колебания, передает связную или другую информацию. При принятом предположении можно написать для сигнала ненаправленной антенны, определяемого вектором электрического поля :

И для сигнала рамки, определяемого вектором магнитного поля :

Сигнал, снимаемый с рамочной антенны, имеет сдвиг по фазе относительно фазы электрического поля в центре рамки , а сигнал, снимаемый с открытой антенны, имеет фазу, совпадающую с фазой этого поля. Поэтому напряжения u₁ и u₂ сдвинуты по фазе на . Этот фазовый сдвиг компенсируется в усилителе рамки (фазирующем контуре), на выходе которого:

Балансный модулятор, выполняющий функции коммутатора фазы сигнала рамки, преобразует гармоническое колебание в две составляющие боковых частот амплитудной модуляции (без несущей):

где К_М – коэффициент передачи балансного модулятора;

Ω – частота опорного сигнала, создаваемого звуковым генератором.

Амплитуду опорного сигнала полагаем равной единице.

В суммирующем контуре происходит сложение сигналов U₁(t) и U_БМ(t). В результате образуется сигнал:

где .

Сигнал u_Σ(t), действующий на входе приемника, модулирован по амплитуде. Величина модуля коэффициента амплитудной модуляции этого сигнала:

определяется степенью уклонения направления на пеленгуемую радиостанцию относительно равносигнального направления, а его фаза – стороной уклонения. В направлении пеленга рамочной сигнал исчезает, и сигнал в приемнике становится немодулированным. При возникновении уклонения появляется амплитудная модуляция. При изменении стороны уклонения фаза модуляции изменяется на . Эпюры напряжений в характерных точках радиокомпаса приведены на рисунке 3. На этом рисунке 1 – напряжение от рамки; 2 – опорное напряжение звукового генератора; 3 – напряжение балансного модулятора; 4 – напряжение от открытой антенны; 5 – напряжение на входе приемника; 6 – напряжение на выходе детектора приемника.

Сигнал u_Σ(t) фильтруется и усиливается в приемнике, а затем детектируется амплитудным детектором. Детектор и последующий ФНЧ выделяют огибающую AM, которая представляет собой низкочастотный сигнал частоты Ω. Амплитуда этого сигнала определяется степенью уклонения и в направлении точного пеленга равна нулю. В зависимости от стороны уклонения его фаза либо совпадает с фазой опорного напряжения, либо отличается на .

Рисунок 3. Эпюры напряжений в характерных точках радиокомпаса

Продетектированный сигнал и опорное напряжение поступают на фазовый детектор. На выходе фазового детектора возникает постоянное (медленно изменяющееся) напряжение, величина которого определяется уклонением направления на радиостанцию от направления точного пеленга, а полярность – стороной уклонения. Это управляющее напряжение подается на силовой привод рамочной антенны, состоящей из усилителя постоянного тока и реверсивного электрического двигателя (см. рисунок 1). Двигатель устанавливает рамку в положение, в котором управляющее напряжение равно нулю и минимум характеристики направленности рамки сориентирован в направлении пеленгуемой радиостанции.

Автоматический радиокомпас представляет собой замкнутую систему автоматического управления (следящую систему). В динамике эта система осуществляет автоматическое слежение за направлением на выбранную радиостанцию. Выбор радиостанции осуществляется путем настройки приемника радиокомпаса на частоту радиостанции. Теперь обратимся к упрощенной функциональной схеме радиокомпаса АРК-15 (рисунок 4) и рассмотрим ее отличия от схемы, приведенной выше.

Рисунок 4. Упрощенная функциональная схема

радиокомпаса АРК-15

В радиокомпасе АРК-15 в качестве направленной антенны используется система, состоящая из двух взаимно перпендикулярных неподвижных рамок и гониометра. Эта система эквивалентна одной подвижной (вращающейся) рамке. Одна из рамок располагается вдоль строительной оси самолета, другая – перпендикулярно к ней. Гониометр состоит также из двух взаимно перпендикулярных полевых (статорных) обмоток и искательной (роторной) обмотки. Полевые обмотки гониометра запитываются от катушек рамок.

На каждую из двух взаимно перпендикулярных рамок наводятся напряжения, амплитуды которых определяются выражениями:

; ,

где Е – максимальное значение напряженности поля в точке приема;

h_g₁, h_g₂ – действующие высоты рамок 1, 2 антенн;

– угол между продольной осью самолета и направлением на радиостанцию.

Создаваемые напряжениями U₁ и U₂ токи в полевых обмотках гониометра и возникающие вокруг них магнитные поля пропорциональны этим напряжениям.

Результирующее магнитное поле равно геометрической сумме полей и . Модуль вектора поля :

фаза поля :

В частном случае идентичности рамок = и, следовательно, Ф = .

Таким образом, направление вектора магнитного поля составляет с нормалью к плоскости первой полевой обмотки гониометра угол Ф, равный углу , который составляет направление прихода радиоволны с плоскостью первой рамки антенны.

Напряжение на клеммах искательной обмотки гониометра определяется ее ориентацией относительно вектора результирующего поля так же, как Э.Д.С. на клеммах подвижной рамки зависит от ее ориентации относительно вектора напряженности электромагнитного поля. Вращение искательной обмотки гониометра эквивалентно вращению рамки. Таким образом, система, состоящая из двух взаимно перпендикулярных неподвижных рамок и гониометра, эквивалентна подвижной рамочной антенне. Однако в конструктивном отношении такая система обладает преимуществами: антенна может быть выполнена теплостойкой, устойчивой к механическим воздействиям; для вращения искательной обмотки гониометра требуется силовой привод меньшей мощности.

Второе отличие радиокомпаса АРК-15 состоит в устройстве его выходной части. Для вращения искательной обмотки гониометра используется маломощный двухфазный реверсивный двигатель переменного тока. Одна фаза двигателя запитывается опорным напряжением от звукового генератора. Вторая фаза двигателя запитывается усиленным напряжением низкой частоты, снимаемым с детектора приемника

Фазовый детектор в схеме АРК-15 отсутствует. Роль фазового детектора выполняет реверсивный электродвигатель. При изменении фазы выходного напряжения приемника на направление вращения двигателя изменяется на обратное. При нулевом выходном напряжении приемника двигатель, естественно, находится в состоянии покоя.

В остальном принцип действия радиокомпаса АРК-15 аналогичен принципу действия классической модели компаса.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: