Московский экономический журнал 10/2020

image_pdfimage_print

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10727

ОЦЕНКА РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ: АМПЛИТУДНЫЙ МЕТОД И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ЭКСПЕРТИЗ НА РАЗРУШЕНИЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

EVALUATION OF RADIONAVIGATION MEASUREMENTS: THE AMPLITUDE METHOD AND THE ECONOMIC EFFICIENCY OF ITS APPLICATION FOR EXAMINATIONS FOR THE DESTRUCTION OF BUILDINGS AND STRUCTURES

Козлов Аркадий Евгеньевич, Сибирский федеральный университет

Олейников Алексей Михайлович, Сибирский федеральный университет

Золотухина Екатерина Олеговна, Сибирский федеральный университет

Строк Юлия Алексеевна, Сибирский федеральный университет

Соболева Мария Сергеевна, Сибирский федеральный университет

Kozlov Arkady Evgenievich, Oleinikov Alexey Mikhailovich, Zolotukhina Ekaterina Olegovna, StrokYuliaAlekseevna, Soboleva Maria Sergeevna

Аннотация. В основе радиотехнических методов измерения расстояний лежат свойства радиоволн распространяться в однородной среде прямолинейно и с постоянной скоростью.

Во многих методах используется способность радиоволн отражаться от физических объектов и неоднородностей среды, встречающихся на пути их распространения. Измерение расстояния производится из одной точки пространства и в принципе может быть осуществлено беззапросным или запросным методами. Данный метод может найти широкое применения для проведения экспертиз разрушающихся зданий, которое будет проведено с минимальными затратами. Основным элементом всяких часов является генератор, стабильность которого определяет точность их хода. Так как стабильность частоты реально используемых генераторов ограничена, то при измерении дальности беззапросным методом, может возникнуть расхождение шкал местного времени, то есть расхождение эталонов времени радиомаяка и аппаратуры потребителя. Это приводит к тому, что измеренное по шкале местного времени потребителя значение запаздывания сигналов радиомаяка может отличаться от истинного запаздывания на величину сдвига шкал.

Summary. The radio engineering methods for measuring distances are based on the properties of radio waves to propagate in a homogeneous medium in a straight line and at a constant speed. Many methods use the ability of radio waves to reflect from physical objects and inhomogeneities in the medium that occur along the path of their propagation. Distance measurement is performed from one point in space and, in principle, can be carried out without request or request methods. The main element of any watch is a generator, the stability of which determines the accuracy of their movement. Since the frequency stability of the actually used generators is limited, when measuring the range using the non-request method, a discrepancy between the local time scales may occur, that is, a discrepancy between the time standards of the radio beacon and the consumer’s equipment. This leads to the fact that the value of the delay of the beacon signals measured according to the user’s local time scale may differ from the true delay by the amount of the scale shift.

Ключевые слова:Метод, Беззапросный метод, Радионавигационные измерения, Передатчик, Расстояние

Keywords: Method, Requestless method, Radionavigation measurements, Transmitter, Distance

Введение: Беззапросный метод основан на том, что время распространения радиоволн от источника излучения – передатчика П до точки расположения приёмника пропорционально пройденному пути и расстояние определяют, используя известное соотношение

R = c tR, где

R- измеряемое расстояние;

с – скорость распространения радиоволн, равная скорости света;

tR – время прохождения радиоволн от источника излучения до приёмника – измерителя.

Источниками излучения в таком методе являются радиомаяки, координаты которых известны. Таким образом, для определения расстояния до радиомаяка необходимо измерить каким-либо способом время.

Чтобы измерить это время, в пункте приёма необходимо точно знать момент излучения сигнала радиомаяком, то есть иметь опорный сигнал, согласованный по времени с излучаемым. Для этого в состав аппаратуры радиомаяка и аппаратуры потребителя должны входить высокостабильные часы.

Беззапросный метод измерения расстояний, обеспечивающий формирование местных шкал времени, согласованных между собой и привязанных с высокой точностью к шкале единого системного времени, хранителем которого является эталонный генератор (стандарт частоты) общегосударственной службы времени.

Одним из главных достоинств беззапросного метода является отсутствие передатчика в аппаратуре потребителя, что приводит к значительному снижению массогабаритных характеристик аппаратуры и к отсутствию демаскирующего излучения. Кроме того, такой метод позволяет обеспечивать неограниченную пропускную способность дальномерных систем и более низкий уровень взаимных помех.

Основным элементом всяких часов является генератор, стабильность которого определяет точность их хода. Так как стабильность частоты реально используемых генераторов ограничена, то при измерении дальности беззапросным методом, может возникнуть расхождение шкал местного времени, то есть расхождение эталонов времени радиомаяка и аппаратуры потребителя. Это приводит к тому, что измеренное по шкале местного времени потребителя значение запаздывания сигналов радиомаяка может отличаться от истинного запаздывания на величину сдвига шкал.

В результате этого измеренная дальность до радиомаяка также будет отличаться от истинной дальности на неопределённую величину

Измеренную дальность в этом случае называют квазидальностью или псевдодальностью. Квазидальность тем больше отличается от действительной дальности, чем меньше стабильность эталонов времени. Эталоны радиомаяков, как опорных станций, обладают достаточно высокой стабильностью и вносимой ими погрешностью обычно пренебрегают.

Тогда требования на стабильность эталона времени потребителя определяются интервалом времени между отсчётами. Рассмотрим на примере, как определяются эти требования для бортовой аппаратуры летательного аппарата. Если коррекция бортового эталона времени производиться перед вылетом и требуется, чтобы погрешность измерения дальности за время полёта в течение пяти часов не превышала.

Использование для измерения дальности информации об изменении амплитуды сигнала, обусловленное естественным затуханием энергии электромагнитных волн при их распространении в свободном пространстве, принципиально возможно, но в настоящее время не находит практического применения ввиду того, что амплитуда принимаемых сигналов в сильной степени будет зависеть от изменения условий распространения радиоволн, от характеристик объектов отражения и ряда других факторов. Как было сказано выше, среди амплитудных методов измерения расстояний наиболее широко используются импульсные методы.

Рассмотрим особенности измерения расстояний с помощью дальномеров с импульсной модуляцией излучаемых сигналов.

Период следования излучаемых импульсов, определяет синхронизатор С, который управляет работой формирователя модулирующих сигналов ФМС.

В ФМС формируются прямоугольные импульсы заданной длительности и необходимой амплитуды для модуляции колебаний генератора высокой частоты ГВЧ. Радиоимпульсы с выхода ГВЧ через антенный переключатель поступают в антенну и излучаются в пространство.

Антенный переключатель служит для запирания приёмника во время излучения передатчиком зондирующих импульсов и для блокировки выходных цепей передающего тракта во время приёма сигналов. Отражённые от каких-либо объектов или от подстилающей поверхности сигналы принимаются антенной и поступают на вход приёмника.

В приёмнике осуществляется усиление и необходимые преобразования сигналов. С выхода приёмника принятые сигналы в виде видеоимпульсов поступают на оконечное устройство ОУ, где, путём сопоставления моментов излучения зондирующих импульсов и приёма отражённых, измеряется время запаздывания и определяется дальность до объектов.

В зависимости от вида потребителя информации ПИ в импульсных дальномерах в качестве оконечного устройства ОУ применяют 74 электронные световые индикаторы или индикаторы стрелочного типа, либо автоматические измерители, преобразующие временной интервал в цифровой код. Электронные индикаторы чаще всего выполняют с линейной развёрткой по дальности и с амплитудной или яркостной отметками принятых сигналов.[1-4]

В таких индикаторах развёртка по дальности осуществляется в горизонтальном направлении слева направо, а по вертикали отклонение светового пятна происходит в момент подачи на индикатор видеоимпульса с выхода и точно совпадает с моментом излучения зондирующего сигнала.

При постоянной скорости развёртки Vp= const расстояние I на экране индикатора между началом развёртки и отметкой принятого сигнала оказывается пропорциональным дальности до объекта. Линию развёртки светового пятна на экране градуируют в единицах дальности. Шкалу дальности выполняют в виде электронных меток с известной ценой деления.

Изменяя скорость развёртки можно изменять масштаб шкалы дальностей. Индикаторы с яркостной отметкой чаще всего применяют в системах обзорного типа, в которых навигационная информация представляется обычно в полярной или прямоугольной системе координат типа “азимут – дальность” или “угол места – дальность”.

В соответствии с этим, развёртка пятна должна осуществляться по двум координатам: по дальности и по какой-либо угловой координате синхронно с перемещением диаграммы направленности в азимутальной или угломестной плоскостях. Положение линии развёртки на экране однозначно определяется направлением максимума диаграммы направленности антенны, перемещающейся в пространстве в заданном секторе углов. При прохождении диаграммы направленности антенны направления на источник излучения на экране появится яркостная отметка.

Расстояние от центра экрана до отметки цели определяет в некотором масштабе дальность до цели, а угловое положение развёртки дальности в этот момент – угловую координату цели, а относительно какого-либо опорного направления.

Шкала дальностей в таких индикаторах представляет собой ряд концентрических окружностей, калиброванное расстояние между которыми образует на экране масштабную сетку дальностей. Иногда для отсчёта дальности используют электронную метку в виде окружности переменного радиуса.

Отсчёт дальности в этом случае осуществляется по специальной шкале устройства, формирующего метку, в момент совмещения метки с отметкой цели. В индикаторах с яркостной отметкой, отображающих навигационную информацию в прямоугольных координатах, перемещение пятна осуществляется в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

По одной координатной оси формируется развёртка по дальности, а по другой – развёртка по угловой координате синхронно с перемещением диаграммы направленности антенны в пространстве. Так как скорость развёртки по дальности много больше скорости перемещения луча антенны, то линия дальномерной развёртки будет перемещаться параллельно самой себе, образуя прямоугольный растр.

Значения ординаты и абсциссы яркостной отметки на экране будут определять дальность и угловое положение цели. При необходимости снятия информации о дальности без участия оператора (например, для бортовой ЭВМ пилотажно- навигационного комплекса) в качестве оконечного устройства импульсных дальномеров могут быть использованы автоматические измерители временных интервалов.[5-8]

Расстояние до цели будет пропорционально количеству масштабных импульсов NM заключенных в интервале времени между моментами излучения зондирующих сигналов и приёмом отражённых.

Съём данных счётчика осуществляется с помощью импульсов генератора считывания ГИС, открывающих вентиль, в момент прихода отражённых сигналов с выхода приёмника. В конце каждого рабочего цикла задним фронтом импульса строба осуществляется сброс (обнуление) счётчика импульсов.

После преобразования в формирователе модулирующих сигналов ФМС импульсы поступают на передатчик, который генерирует ответные высокочастотные импульсы на частоте fi. Эти импульсы излучаются антенной ответчика и принимаются антенной и приёмником запросчика. В результате сравнения в блоке измерения дальности временного положения запросного (опорного) и ответного импульсов определяется текущее расстояние. Для повышения помехоустойчивости дальномерных систем с ретрансляцией излучаемые сигналы запросчика и ответчика, как правило, кодируются в соответствии с принципами кодово-импульсной модуляции.

При реализации дальномеров с ретрансляцией сигналов, минимально измеряемое расстояние может быть сделано сколь угодно малым, так как в ретрансляторе можно внести дополнительную задержку необходимой величины для исключения совмещения ответного и запросного импульсов. Кроме того, дальномеры с ретрансляцией сигналов позволяют, за счёт усиления в ретрансляторе, измерять достаточно большие расстояния при сравнительно малых мощностях передающего устройства. [9-13]

При заданной максимальной дальности действия дальномера RuaKC период следования импульсных сигналов, выбирается из условия обеспечения однозначности измерения расстояния. Основные достоинства амплитудных методов использующих импульсную модуляцию состоит в том, что техническую реализацию этих методов можно осуществлять с использованием одной общей антенны для передающего и приёмного каналов, так как излучение и приём сигналов разнесены во времени. Это обстоятельство позволяет значительно сократить массагабаритные характеристики аппаратуры и облегчить развязку передатчика и приёмника, то есть осуществить временную развязку между ними, что имеет немаловажное значение для аппаратуры, размещаемой на летательных аппаратах.

К недостаткам метода можно отнести невозможность измерения малых дальностей из-за наличия мёртвой зоны в дальномерах с пассивным ответом, использующих одну антенну для излучения и приёма сигналов. Амплитудный метод измерения расстояний может быть реализован и в системах с непрерывным излучением сигналов.

Отсчёт времени, пропорционального дальности, осуществляют по индикатору задержки в момент максимального показания индикатора.

Заключение

Основное преимущество рассмотренного метода измерения расстоянии состоит в использовании шумоподобного сигнала, обладающего одногорбой автокорреляционной функцией, и то, что диапазон однозначного измерения дальности таким измерителем принципиально не ограничен. Кроме того, излучаемый дальномером сигнал подобен собственным шумам премного устройства и его трудно обнаружить средствам радиоразведки, что является немаловажным обстоятельством при использовании таких измерителей на летательных аппаратах военного назначения. К недостаткам шумовых дальномеров можно отнести трудность модуляции высокочастотных колебаний напряжением, изменяющимся в широких пределах, и сложность создания линии задержки с плавной регулировкой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Леонов А.И., Фомичёв К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: Радио и связь,1984,- 270 с.
  2. Викулов О.В., ДобыкинВ.Д. и др. Современное состояние и перспективы развития авиационных средств радиоэлектронной борьбы. – Зарубежная радиоэлектроника, 1998, №12.
  3. Панов В.В., Саркисьян А.П. Некоторые аспекты проблемы создания С В Ч – средств функционального поражения. – Зарубежная радиоэлектроника, 1995, № 1 0 – 12.
  4. Щербаков А.А. Разрушающие программные воздействия. – М.: ЭДЭЛЬ, 1993.
  5. Касперский Е.В. Компьютерные вирусы и методы борьбы с ними. – М .: НТЦ Информтехника, 1992.
  6. Александров Б.В. Перспективные системы индивидуальной защиты самолётов. – Зарубежное военное обозрение, 1996, №8.
  7. Ефимов Е.Г., Серёгин М.Н. Бортовое оборудование самолётов РЭБ групповой защиты. – Зарубежное военное обозрение, 1995, №9.
  8. Радиоприёмные устройства. /Под ред. А.П.Жуковского. М.: Высшая школа,1989. -342 с.
  9. Радиоприёмные устройства. /Под ред. В.И.Сифорова. М .: Советское радио, 1974.- 560 с.
  10. Дробов С.А., Бычков С.И. Радиопередающие устройства. М.: Советское радио, 1969. – 720 с.
  11. Дьяконов В.П., Образцов А.А. Электронные средства связи. М .:COJIOHПресс, 2005,- 432 с.
  12. Бакулев П.А. Радионавигационные системы: учебник. / П.А. Бакулев -М.: Радиотехника, 2011.-269 с.
  13. Куприянов А.И. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы: уч. пособие. / А.И. Куприянов. -М.: Вуз. книга, 2007.-356 с.

LIST OF REFERENCES

  1. Leonov A. I., Fomichev K. I. Monopulse radar, Moscow: Radio and communications, 1984, 270 p.
  2. Vikulov O. V., Dobykinv. D. et al. Current state and prospects of development of aviation means of electronic warfare. – Foreign Radioelectronics, 1998, No. 12.
  3. Panov V. V., Sarkisyan A. P. Some aspects of the problem of creating C In H-means of functional destruction. – Foreign radio electronics, 1995, № 1 0 – 12.
  4. Shcherbakov A. A. Destructive program effects. – M.: EDEL, 1993.
  5. Kaspersky E. V. Computer viruses and methods of fighting them. – M.: STC informtekhnika, 1992.
  6. Aleksandrov B. V. Perspective systems of individual protection of aircraft. – Foreign military review, 1996, No. 8.
  7. Efimov E. G., Seregin M. N. Avionics of electronic warfare group protection aircraft. – Foreign military review, 1995, No. 9.
  8. radio Receivers. / Ed. by A. p. Zhukovsky. M.: Higher school, 1989. -342 p.
  9. radio Receiving devices. /Ed Safarova. M.: The Soviet radio, 1974.- 560 p.
  10. Drobov S. A., Bychkov S. I. radio Transmitting devices. Moscow: Soviet radio, 1969. – 720 p.
  11. Dyakonov V. P., A. A. Samples Electronic means of communication. M .:Sons, 2005,- 432 p.
  12. Bakulev P. A. of the radio navigation system: textbook. / A. P. Bakulev, M.: Radio Engineering, 2011.-269 C.
  13. Kupriyanov A. I. Theoretical foundations of electronic warfare: textbook. / A. I. Kupriyanov. -M.: High School. book, 2007. -356 p.