Диапазоны радиоволн по частотам

Диапазон	Частота	Длина волн
Сверхдлинные Длинные Средние Короткие	3-30 кГц 30-300 кГц 0,3-3 МГц 3-30 МГц_	10⁵-10⁴ м 10⁴-10³ м 10³-100 м 100-10 м
Ультракороткие	Метровые Дециметровые Сантиметровые	30-300 МГц 0,3-3 ГГц 3-30 ГГц_	10-1 м 100-10 см 10-1 см
Крайне высокие частоты	Миллиметровые	30-300 ГГц	1-0,1 см

Уровень (величина) гармонического колебания характеризуется его максимальным мгновенным значением – амплитудой. Например,

, где U – амплитуда.

Характеризовать величину негармонических сигналов принято словом «уровень» (от слова «амплитуда», во избежание ошибок, лучше воздерживаться).

Сигнал с неизменными параметрами может быть источником только пассивной информации. Например, о радиостанции, излучающей сигнал с неизменными параметрами, можно сказать, что она работает, можно по известным параметрам сигнала ее опознать, можно определить направление на нее, можно, зная ее мощность и мощность принятого сигнала, весьма приблизительно оценить расстояние от нее, но нельзя передать ни речевую, ни кодовую информацию. Это возможно только тогда, когда изменился один или несколько параметров сигнала активно, или по изменению параметров сигнала в результате изменения ситуации. Например, чтобы запросить конкретное ВС о высоте полета или остатке топлива, надо, чтобы в запросе был закодирован номер борта ВС и вид информации (топливо или высота), которую хотят получить. Кодирование производится изменением параметров запросного сигнала. Далее, в самолетном высотометре разность частот прямого и отраженного сигнала пропорциональна высоте полета – параметры результирующего сигнала изменяются при изменении высоты.

В радиотехнических системах широко используется измерение расстояния R, пройденного электромагнитной волной с постоянной скоростью с по отчету времени (t₂-t₁) между принятыми и посланными сигналами

(4.3)

Временной задержке сигнала при его распространении соответствует запаздывание его по фазе на расстоянии .

(4.4)

где -такназываемая постоянная распространения или волновое число.

4.4. Направленные свойства антенны

Антенны служат для передачи радиоволн от передатчика в окружающее пространство (эфир) и для приема их из эфира приемником.

Требования к антеннам радиотехнических устройств (РТУ) разного назначения могут быть различными. В одних РТУ их излучение (прием) должно быть одинаковым во всех направлениях (т.е. ненаправленным, или всенаправленным), в других – более или менее узким объемным пучком (т.е. направленным). Пучок может быть или не быть осесимметричным (рис.4.4). Направление свойства антенны описываются ее характеристикой направленности (ХН).

ХН антенны называется зависимость интенсивности излучения (приема) от направления. ХН – характеристика объемная, изображать ее на плоскости затруднительно. Обычно ограничиваются ХН во взаимно перпендикулярных плоскостях (например, вертикальной и горизонтальной), пересекающихся по линии распространения волны.

Рис. 4.4. Диаграммы направленности антенн:

а – объемное изображение; б – косеканская; в- в декартовой системе координат; г – в полярной системе координат.

Графическое изображение ХН называется диаграммой направленности антенны (ДНА). ДНА могут строиться в декартовой или полярной системе координат. Интенсивность излучения (приема) может характеризоваться либо напряженностью Е электромагнитного поля, либо плотностью потока мощности р. ДНА обычно строятся в относительных единицах.

или

и связаны соотношением

(4.5)

ДНА характеризуется формой и шириной. Форма ДНА может быть лепестковой и безлепестковой, ее ширина оценивается шириной главного (самого большого) лепестка. Под шириной ДНА понимается угловой раствор (между направлениями по обе стороны главного максимума), в пределах которого снижаетсядо уровня 0.707 или снижается до уровня 0,5. Очевидно, что для каждой антенны . (4.6)На рис. 4.4,б показана ДНА в вертикальной плоскости, форма которой обеспечивает равные напряженности Е поля в разноудаленных точках А и В. Так как напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию, очевидно, надо соблюдать соотношение Е_max/E_min= D_max/D_min_. Этому условию удовлетворяет ДНА

(4.7)

Форма ДНА от расстояния не зависит. Если в антенне не применены материалы с нелинейными и анизотропными свойствами, ее ДНА на передачу и на прием одинакова.

Ширина ДНА, в основном, определяется отношением ,

где - длина волны; l- линейный размер антенны в плоскости рассматриваемой ДНА.

4.5. Использование радиосигналов

Принципиально радиосигналы используются одним из трех способов.

1. Передатчик через направленную антенну посылает сигнал в направлении цели, от которой он отражается (рассеивается) частично в направлении антенны приемника, где и принимается. Возможно и другое - направленной является приемная антенна. Обычно направленными являются обе антенны или, как правило, одна коммутируемая антенна при импульсном режиме работы является и передающей, и приемной. Этот способ широко используется в первичной радиолокации при определении направления на цель и дальности до нее.

2. Передатчик через направленную антенну посылает запросный сигнал в направлении цели (в данном случае – ВС), где принимается антенной приемника, усиливается и является разрешающим (управляющим) сигналом на включение бортового передатчика. Бортовой передатчик через бортовую антенну излучает в окружающее пространство кодированный сигнал, содержащий затребованную информацию, которая принимается на земле направленной антенной (обычно совмещенной с передающей) и приемником. В отличие от наземных, бортовые антенны – слабонаправленные. Частоты запросного и ответного сигналов могут значительно отличаться. Этот способ широко используется во вторичной радиолокации для определения направления на цель, дальности до нее и получения дополнительной информации от ВС.

3. Передатчик через антенну излучает сигнал, содержащий определенную информацию, в окружающее пространство. В другой точке пространства (на земле или в воздухе) сигнал принимается антенной приемника, где и используется. Этот способ используется в навигации и в радиосвязи.

4.6. Углы, используемые для решения задач навигации,

пилотирования и УВД

Для решения названных задач приходится разными средствами определять ряд углов, используемых как на земле, так и на ВС.

Прежде чем дать им определение, необходимо сделать уточняющие замечания. Ряд углов отсчитывается от северного направления меридиана, но меридиан может быть истинным, может быть магнитным (отличающимся от истинного тем сильнее, чем выше северная широта точки наблюдения), может быть начальным (опорным, как при ортодромической системе координат) и т.д. В общем определении углов эти конкретизации иногда опущены. Ниже будут названы не все определяемые углы.

Углы, используемые на земле, следующие.

Азимут ВС (ориентира) – угол в горизонтальной плоскости (в плане) между направлением на север (по истинному меридиану) и направлением на ВС из точки наблюдения. Угол отсчитывается по часовой стрелке от направления на север (рис.4.5).

Угол места ВС (ориентира) – угол в вертикальной плоскости между горизонтальной плоскостью и направлением на ВС из точки наблюдения. Угол отсчитывается от горизонтальной плоскости: в плюс (+) – выше плоскости, в минус (-) – ниже плоскости (рис.4.6).

Рис 4.5. Азимут ВС Рис. 4.6. Угол места ВС

Пеленг ВС – угол в плане между северным направлением меридиана истинного или магнитного, проходящего через радиопеленгатор, и направлением на ВС. Угол отсчитывается по часовой стрелке от направления на север. В случае магнитного меридиана различают пеленг прямой и пеленг обратный, когда угол отсчитывается до продолжения направления от ВС на радиопеленгатор.

Путевой угол заданный (фактический) – угол в плане между северным направлением меридиана и линией заданного (фактического) пути. Есть истинный и магнитный путевые углы.

Углы, используемые на борту ВС для навигации, следующие (рис. 4.7).

Азимут ВС, измеренный на борту ВС, имеет тот же физический смысл, что и азимут ВС (ориентира), используемый на земле.

Курс ВС – угол в плане между северным направлением меридиана, проходящего через ВС, и продольной осью ВС.

Курсовой угол радиостанции (ориентира) – угол в плане (КУР) между продольной осью ВС и направлением от него на радиостанцию.

Пеленг радиостанции (ориентира) – угол в плане между северным направлением местного меридиана, проходящего через ВС, и направлением на наземную радиостанцию.

Угол сноса – угол в плане между продольной осью ВС и вектором путевой скорости (направлением движения) ВС. Этот угол возникает тогда, когда надо компенсировать действие бокового ветра на направление движения поворотом ВС вокруг его центра масс.

Углы, используемые при пилотировании, следующие.

Угол тангажа (рис. 4.8) – угол в вертикальной плоскости между продольной осью ВС и горизонтальной плоскостью. Угол тангажа устанавливается пилотом с целью обеспечения необходимой подъемной силы при различных режимах полета.

Угол крена (рис. 4.9) – угол в вертикальной плоскости между прямой, соединяющей концы крыльев ВС, и горизонтальной плоскостью. Маневренность ВС в горизонтальной плоскости в значительной мере определяется допустимым углом крена.

Рис. 4.7. Навигационные углы на борту ВС

1 – линия пути; 2 – продольная ось ВС; 3 – радиомаяк типа РСБН или VOR;

4 – приводная радиостанция; а – путевой угол; б – курс; в – угол сноса; г – курсовой угол радиомаяка; д – пеленг р/станции; e – курсовой угол р/станции

Рис.4.8 Угол тангажа Рис.4.9. Угол крена

4.7. Высоты полета ВС, используемые для решения

навигационных задач

Высота полета ВС (Н) – это расстояние по вертикали от определенного уровня до ВС.

Информация о высоте полета ВС необходима и экипажу ВС, и диспетчеру. Экипажу – для выдерживания заданной траектории полета в вертикальной плоскости, предотвращения столкновения с наземными препятствиями, осуществления вертикальных маневров, а также при решении таких задач, как десантирование, сброс грузов, высотно- монтажные работы и т.д.; диспетчеру – для обеспечения безопасности ВД.

Высота полета ВС измеряется, главным образом, с помощью бортовых систем.

В зависимости от уровня начала отсчета различают высоты: истинную Н_и(от уровня точки, находящейся непосредственно под ВС), относительную Н_отн (от уровня порога ВПП, уровня аэродрома, наивысшей точки рельефа и т.п.) и абсолютную Н_абс (от уровня моря, у нас – Балтийского).

Высота может измеряться радиотехническим или барометрическим способами. Подробнее об этом в соответствующих учебных дисциплинах (УД).

4.8. Скорости полета ВС, используемые

для решения навигационных задач

Знание скорости полета ВС является необходимым условием для решения следующих задач:

обеспечение безопасности и регулярности полета за счет точного выдерживания временного графика полета;

обеспечение наилучших с точки зрения надежности двигателей и планера режимов полета ВС;

обеспечение заданных аэродинамических характеристик ВС, что особенно важно при малых скоростях, где эти характеристики особенно сильно зависят от скорости полета;

обеспечение заданного режима взлета и посадки ВС, а также выполнения предпосадочного маневра.

Информация о скорости полета ВС используется, в основном, при выполнении штурманом расчетов навигационных параметров.

В полете ВС перемещается как относительно воздушной среды, так и относительно земной поверхности. Известно, что скорости и направления перемещения точек поверхности земли и воздушных масс достаточно слабо между собой связаны. Поэтому полет ВС может иметь две скоростные характеристики:

воздушная скорость (V) – это скорость ВС, измеренная относительно воздушных масс, зависящая от тяги двигателей, аэродинамических качеств ВС, его полетного веса и плотности воздуха. Воздушная скорость измеряется нерадиотехническими методами. Вектор скорости совпадает с продольной осью самолета;

путевая скорость (W) – это скорость ВС, измеренная относительно поверхности земли. Величина этой скорости зависит от воздушной скорости, скорости ветра и его направления.

4.9. Способы измерения расстояний,

скоростей и углов радиотехническими системами

Получение (передача) информации с помощью радиосигнала основано на его физических свойствах и на изменении одного или нескольких его параметров по определенным законам. Не описывая работу конкретных радиотехнических систем, лишь проиллюстрируем сказанное примерами.

Радиоволны в пространстве с однородной средой распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью с (с = 3*10⁸ м/с). (В неоднородной среде эти утверждения несколько неточны; в большинстве случаев этим можно либо пренебречь, либо учесть поправками).

Послав короткий радиоимпульс в сторону отражающего объекта и измерив интервал времени t между посылкой прямого и приемом отраженного импульсов, можно определить расстояние D до объекта

D = ct/2 (4.9)

Этот принцип используется в импульсной радиолокации.

Если посылать в сторону отражающего объекта «непрерывный» сигнал, но с частотой, изменяющейся по линейному закону f=kt, то одновременно между частотами посланного прямого и принятого отраженного сигналов будет существовать разница f

, (4.10)

расстояние D до объекта будет

D = fc/2k (4.11)

Этот принцип используется в «непрерывной» радиолокации. Непрерывный монотонно по линейному закону сигнал, разумеется, изменяться не может, - он изменяется так циклически в пределах некоторого периода времени, который не может быть очень большим. Поэтому этот принцип целесообразно использовать для определения сравнительно малых расстояний.

Скорость V полета можно измерить, произведя замеры дальности D₁ и D₂ до объекта через малые, фиксированные интервалы времени t, когда можно считать, что V = const,

V=(D₂ - D₁)/ t= D/ t (4.12)

Скорость можно также измерить по изменению частоты отраженного сигнала вследствие эффекта Доплера (f_отр = f f_доп). Здесь отметим лишь, что f_доппропорциональна скорости взаимного сближения или удаления источника излучения и объекта (f_допV).

На земле азимут объекта (ВС) можно определить, используя направленные свойства антенны радиолокатора. При вращении зеркала приемо-передающей антенны отраженный сигнал появится только тогда, когда отражающий объект попадет в узкий створ ее луча (ее характеристики направленности). Если установить ноль градусной шкалы так, чтобы он соответствовал направлению максимума луча антенны на север, то направление получения максимума отраженного сигнала и будет азимутом объекта, прочитываемым непосредственно по шкале.

По сигналам с земли можно определить азимут ВС и на борту. В момент прохождения направленного луча земной антенны радиомаяка северного направления другая земная ненаправленная антенна излучает в пространство сигнал, который может быть принят антеннами всех ВС, находящихся в зоне действия маяка. Этот сигнал запускает на борту ВС счетчик времени (начало отсчета времени). Когда вращающийся узкий земной луч проходит направление на ВС, сигнал этой антенны принимается на борту ВС и прерывает работу счетчика времени. Время, отсчитанное счетчиком, пропорционально углу поворота зеркала земной направленной антенны от северного направления. Зная стабилизированную угловую скорость вращения зеркала земной антенны, отсчитанное на борту ВС время можно перевести в угол (азимут )