RadiobookA

Основы оперативной радиопеленгации

Радиопеленгацией (радиопеленгованием) называется процесс определения направления (пеленга) от наблюдателя на источник излучений радиоволн при помощи радиопеленгатора — приемника с антенной направленного действия. В «охоте на лис» применяются амплитудные пеленгаторы; направление определяется сравнением э.д.с., наводимых в антенне при различных положениях ее в пространстве. При пеленговании антенну с известной диаграммой направленности поворачивают в пространстве до получения определенного значения э.д.с. (максимального или минимального), которое регистрируется индикатором.

В отличие от классического рассмотрения [12, 13] принципов радиопеленгации, предполагающего, что пеленгатор находится в фиксированной точке и неподвижен, мы рассмотрим возможности пеленгования, определения местоположения и обнаружения (поиска) передатчика подвижными радиосредствами, иначе говоря, возможности оперативной радиопеленгации, чем, в сущности, и является «охота на лис». Важность и нужность такой постановки вопроса вытекают хотя бы из того, что одним неподвижным пеленгатором можно определить только направление на передатчик и нельзя измерить дальность.

Радиопоиск без пеленгатора. Вспомним зависимость силы поля от расстояния до передатчика — формулу (3). Чем ближе к передатчику, тем громче прием. Пусть мы имеем приемник с ненаправленной штыревой антенной, которая принимает сигналы со всех направлений одинаково. Будем двигаться с приемником по прямой вдоль оси x1 (рис. 3, а) в районе передатчика и регистрировать зависимость громкости приема от положения на оси x1. Заметим точку х10, в которой сила приема была наибольшей. Из всех точек оси х1 эта точка наиболее близка к передатчику, который должен находиться на оси у1. Он может с одинаковой вероятностью находиться в точках 1, 2 или 3 на оси у1. Далее, двигаясь вдоль оси x2, непараллельной оси x1, найдем точку х20 максимальной силы приема. После этого местоположение передатчика определяется однозначно.

Такой метод поиска использует только зависимость поля от расстояния, это своего рода «слепой» метод. Его можно назвать способом перпендикуляров. Рассмотрим способ окружности. При этом надо двигаться по окружности радиуса R, замечая изменения громкости. Если передатчик — «лиса» — расположен не в центре окружности и не на слишком большом расстоянии, то мы заметим максимум громкости (точка А на рис. 3, б). Для однозначного определения места понадобится второй заход, причем центр второй окружности не должен находиться на прямой АБ.

Ограниченность этих способов — в необходимости передвижения даже для определения направления. Нужно, чтобы передатчик работал достаточно долго либо (при коротких сеансах) расстояние было достаточно малым.

Пеленгация рамочной антенной. Простейшая пеленгационная антенна вертикально-поляризованных волн — это рамка из одного или нескольких витков провода, расположенных в вертикальной плоскости. Если сторона (диаметр) витка много меньше λ, то диаграмма направленности рамочной антенны [13] имеет вид восьмерки (см. рис. 2) и э. д. с., наведенная в рамке, составит:

где hд—действующая высота рамки, имеющей N витков сечением S, выражается формулой:

Э.д.с., наводимые в вертикальных плечах рамочной антенны, пропорциональны значениям поля Е. В положении 1 на рис. 4 при обходе контура рамки по стрелке эти э.д.с. вычитаются, но их разность не равна нулю, так как Е1<>Е2. В этом положении сечение антенны пронизывают линии переменного магнитного поля Н, наводя дополнительно э. д. с. индукции. Общая э. д. с. eр будет суммой результатов воздействия полей E и Н. В положении 1 амплитуда ер максимальна. В положении 2 плоскость рамочной антенны параллельна фронту волны (плоскость хоу), поэтому в вертикальных плечах наводятся одинаковые э.д.с., которые взаимно уничтожаются. Линии поля Н не пронизывают сечение витка. В этом положении eр=0. Действующая высота рамочной антенны много меньше ее физических размеров. Так, согласно формуле (6), при N=1, λ=85 м и d=0,3 м, hд=0,52 см; при N=6 соответственно hд=3,12 см. На волне 10 м одновитковая рамка диаметром 0,3 м имеет hд ~ 4,4 см.

Рассмотрим недостатки рамочных антенн и меры их преодоления.

Антенный эффект — явление, обусловленное электрической асимметрией плеч относительно земли. При этом искажается диаграмма направленности (рис. 5). Антенный эффект создает трудности при пеленговании и приводит к ошибкам. Наиболее эффективное средство борьбы — экранирование рамки. Экран 2 делают в виде кольца из металлической трубы с разрезом 1 (рис. 6). В трубке укладывают витки рамки 3. Трубу заземляют симметрично относительно разреза. Конструкция обеспечивает высокие механические качества рамочной антенны и устраняет антенный эффект. Индуктивность и действующая высота рамочной антенны не изменяются, но увеличивается собственная емкость и несколько падает ее добротность из-за потерь в экране.

Восприимчивость к горизонтально-поляризованным волнам. Прием этих волн возможен при наклоне плоскости рамки 2 к фронту волны 1 (рис. 7), при этом получается отличный от нуля сдвиг фаз между э.д.с., наведенными в горизонтальных плечах рамки, и при сложении они взаимно не уничтожаются, как это было бы в случае а=0. Э.д.с. eр максимальна, если плоскость рамочной антенны перпендикулярна плоскости распространения*, и минимальна, когда эти плоскости совпадают. Диаграмма направленности рамочной антенны при приеме горизонтально-поляризованной волны имеет вид восьмерки, смещенной на 90° относительно диаграммы для вертикально-поляризованной волны (рис. 8). Ошибка пеленга Δп из-за влияния горизонтальной составляющей поля Eназывается поляризационной ошибкой. О способах ее снижения будет сказано ниже.

* Плоскостью распространения ЭМВ называют плоскость,. проходящую через направление распространения и перпендикулярную поверхности земли.

Двузначность пеленга. Минимумы диаграммы рамочной антенны значительно острее максимумов, поэтому для точного определения пеленга поворачивают рамку вокруг вертикали до такого положения, при котором сигнал минимален или пропадает вообще, а небольшие одинаковые отклонения от этого положения в обе стороны приводят к одинаковым приращениям громкости приема. При этом передатчик находится в направлении прямой линии, проходящей через ось рамочной антенны. Поскольку оба минимума одинаковы и симметричны, то, находясь на месте, нельзя определить, в какой стороне расположен передатчик. Это можно сделать, лишь двигаясь по направлению оси минимумов или перпендикулярно к нему, В первом случае (рис. 9, а) сторона определится по изменению громкости, а во втором (рис. 9, б) —по изменению направления оси рамки. Эти способы требуют передвижения. Чтобы уверенно обнаружить изменения громкости или угла направления, надо переместиться на расстояние, составляющее 10—20% от расстояния до передатчика.

Для определения стороны без перемещения используется комбинированное включение рамочной и штыревой антенн. Штыревая антенна имеет равномерную (круговую) диаграмму направленности (рис. 10, 1). Амплитуда и фаза э.д.с. штыревой антенны не зависят от направления прихода волн. Фаза э.д.с. рамочной антенны изменяется на противоположную при повороте рамки на 180° (рис. 10, 2). Если амплитуда э.д.с. штыревой антенны равна амплитуде э.д.с. рамочной антенны в максимуме, а фазы их одинаковы или противоположны (в зависимости от того, с какой стороны «рамки» пришел сигнал), то, сложив эти э.д.с., мы получим кардиоидную характеристику направленности (рис. 10, 3). Она имеет один широкий максимум, направленный вдоль плоскости рамочной антенны, и один минимум, что позволяет определять сторону, когда направление оси минимумов «рамки» найдено. Для этого антенну надо поочередно ориентировать максимумом кардиоиды в направлениях оси минимумов, сравнивая силу приема в этих положениях. Точное пеленгование кардиоидной антенной затруднено, поэтому после определения стороны берут точный пеленг «истинным» минимумом рамочной антенны.

Пеленгационные УКВ антенны. Для пеленгации горизонтально-поляризованных волн на УКВ применяют горизонтальный полуволновый вибратор и многовибраторные системы типа «волновой канал». Характеристика направленности полуволнового вибратора подобна диаграмме направленности рамочной антенны. Для устранения двузначности пеленга можно применить рефлектор — вибратор размером чуть больше λ/2, помещаемый на расстоянии порядка λ/4 от активного вибратора. Такая антенна имеет один широкий максимум. Для «обострения» главного максимума добавляют еще пассивные элементы перед активным вибратором — директоры. Диаграммы четырехэлементной антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях представлены на рис. 11. Диаграмма рис. 11, б позволяет пеленговать передатчики, работающие с вертикальной поляризацией.

«Охотники на лис», применяют двух-пятиэлементные антенны «волновой канал» (раньше встречались антенны из семи — девяти элементов, а также двойные и тройные «квадраты» [1]).