Использование приемоиндикатора КПИ-4

28 Pages·1974·1.208 MB·Russian

by  Набок Л.Ф.

ЛЕНИНГРАДСКОЕ ВЫСШЕЕ
ИНЖЕНЕРНОЕ МОРСКОЕ УЧИЛИЩЕ
ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА
Л. Ф. НАБОК
Ч
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ПРИЕМОИНДИКАТОРА
КПИ-4
РЕКЛАМИНФОРМБЮРО ММФ
Москва — 1974
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ВЫСШЕЕ
ИНЖЕНЕРНОЕ МОРСКОЕ УЧИЛИЩЕ
ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА
Л. Ф. НАБОК
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ПРИЕМОИНДИКАТОРА
КПИ-4
Учебное пособие
РЕКЛАМИНФОРМБЮРО ММФ
Москва —1974
АННОТАЦИЯ
В пособии изложено сокращенное описание прин­
ципа действия импульсной разностно-дальномерной (ги­
перболической) радионавигационной системы, упрощен­
ной функциональной схемы корабельного приемоиндика-
тора КПИ-4 и даны краткие сведения по конструкции
и использованию его при определении места судна.
Для изучения принципиальных схем приемоиндика-
тора и правил технической эксплуатации с отысканием
и устранением неисправностей необходимо обращаться
к соответствующей заводской документации, придавае­
мой к каждому комплекту аппаратуры.
В целях облегчения изучения этой документации в
данном пособии по возможности применена заводская
терминология.
Пособие рассчитано на курсантов судоводительско­
го факультета, но может принести определенную пользу
и курсантам радиотехнического факультета.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время в практике судовождения широко исполь­
зуется импульсная гиперболическая PHC типа «Лоран». Для
определения места судна в море по сигналам береговых станций
этой PHC, а также по сигналам аналогичной отечественной PHC
наша промышленность выпускает приемоиндикатор K∏H-4.
Метод определения места судна по импульсной гиперболи­
ческой системе состоит в том, что на судне принимают синхро­
низированные импульсы двух пар береговых станций и измеря­
ют разности времени прихода сигналов каждой пары станций.
Эти разности времени пропорциональны разности расстояний
от судна до соответствующей пары станций, так как скорость
распространения радиоволн имеет определенное значение.
Определение места судна с помощью КПИ-4 производится на
специальных картах с нанесенными гиперболическими линиями
положения или с использованием специальных таблиц, позволя­
ющих на путевых картах наносить нужные отрезки гипербол.
Измеренным в микросекундах двум разностям хода сигналов
соответствуют две гиперболы, в точке пересечения которых на­
ходится судно.
Аппаратура КПИ-4 позволяет производить измерение нави­
гационного параметра (НИ) только по огибающей сигнала, т. е.
получать временной НП, поэтому использование этой аппарату­
ры для измерений по импульсно-фазовой PHC типа «Лоран-С»
не дает возможности получить фазовый НП; отсюда и точность
определения места судна не выше, чем в случае использования
PHC «Лоран-А».
СОСТАВ КОМПЛЕКТА
И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
ПРИЕМОИНДИКАТОРА КПИ-4
В комплект КПИ-4 входят:
1. Приемник, предназначенный для приема и усиления сигна­
лов наземных станций. Работает от открытой и рамочной антенн.
2. Индикатор, предназначенный для измерения разности вре­
мени прихода сигналов (навигационного параметра).
3
3. Блок питания. Предназначен для выработки всех питающих
напряжений. В нем же находятся элементы автоматического
слежения за сигналами береговых станций.
Основные технические данные приемоиндикатора:
1. Чувствительность приемника не хуже 10 мкв на ДВ и не
хуже 5 мкв на CB при эквиваленте антенны 120 пф и отношении
сигнала + шум к собственным шумам приемника 2:1.
2. Полоса пропускания приемника на уровне 0,7:22 кгц на
ДВ и 37 кгц на СВ.
3. Защита от помех со стороны радиовещательных и связных
станций обеспечивается режекторным фильтром, перестраиваю­
щимся в диапазоне +15 кгц от основной частоты длинноволно­
вых каналов приемника.
4. Приемник рассчитан на работу от штыревой антенны дли­
ной 6—8 м или от рамочных антенн.
5. Индикатор обеспечивает непрерывную автоматическую вы­
дачу отсчетов по любым двум парам сигналов наземных стан­
ций, работающих на одном высокочастотном канале, при началь­
ной ручной установке сигналов на автоматическое слежение.
6. Работа обоих каналов индикатора поочередно контроли­
руется по экрану электроннолучевой трубки с экраном диамет­
ром 125 мм при трех скоростях развертки.
7. Индикатор обеспечивает синхронизацию принимаемых сиг­
налов на 48 частотах повторения.
8. Точность отсчетных шкал +0,5 мксек.
9. Предусматривается световая сигнализация слежения за
сигналами двух пар станций.
10. Индикатор обеспечивает возможность самоконтроля одно­
го отсчетного канала по второму и визуальный контроль частот
повторения по меткам электронной шкалы.
11. Питание комплекта КПИ-4 производится от сети 220 в,
400—500 гц или 1156, 400—500 гц (с включением автотрансфор­
матора).
12. Потребляемая мощность — не более 300 в ■ а.
13. Аппаратура КПИ-4 рассчитана на работу при изменении
температуры от 10 до +50o С, при повышенной влажности до
95—98% и температуре +30o С.
14. Общий вес — около 65 кг.
15. Для проверки и настройки индикатора КПИ-4 использу­
ется имитатор типа П-8.
принцип действия импульсной
ГИПЕРБОЛИЧЕСКОЙ PHC
Береговые станции импульсной гиперболической PHC «Ло-
ран-А» образуют цепочку, обычно объединяющую 3 станции: од­
ну ведущую (ВЩ), которая излучает сигналы независимо, кон­
тролируя и задавая циклы для работы, и две ведомых (BM), ко­
4
торые излучают импульсные сигналы только после получения
импульсов от ВЩ. Так осуществляется синхронизация излучения
всех станций цепочки, что является обязательным условием из­
мерения навигационного параметра (НП). Встречаются цепочки,
в которых используется и более двух BM.
Для ознакомления с принци­
пом действия импульсной гипер­ V2
болической PHC достаточно рас­
смотреть временные соотношения
в излучении и приеме сигналов
только одной пары станций ВЩ—
BM, что необходимо для измере­
ния одного НП (получение одной
гиперболы), так как измерение
второго НП производится анало­
гично.
На рис. 1 показаны точки, в
которых расположены станции
ВЩ, BM и судно С, где произво­
дится измерение разности време­
ни в приходе сигналов береговых
станций t. ɪ
Из простых соображений сле­ I
дует: *С3
t — ¿вм —- ¿вщ ÷ ios, Рис. 1
, ^BM , #ВЩ .
где ⅛m-—¿вщ = —— —время, необходимое для распро­
странения сигналов на расстояние /?вм и Двш; ѵ — скорость
распространения радиоволн; t03 = ¿6-)-¿3 —время общей за­
держки излучения BM по отношению к излучению ВЩ. Здесь:
^6= у?----время, необходимое для распространения сигналов на
расстояние по базе /?6, a V6 — скорость распространения радио­
волн по базе; Z3— время задержки сигналов в тракте стан­
ции BM. Иногда его называют «кодовой задержкой» и обозна­
чают /к,
Из рисунка следует, что величина t на характерных трех на­
правлениях имеет определенные значения.
Так, в точке Ci, находящейся на перпендикуляре к середине
базы (средняя гипербола), tr = t6-}-t^ или i=√6~i-√κ, так как
¿вм — ¿вщ = 0.
В точке C2> находящейся на продолжении базы в сторону от
BM, t2=t3 или t2-ta так как ⅛ui=∕6.+⅛m∙
В точке C3, находящейся на продолжении базы в сторону от
ВЩ, Z3 = 2Z6 + ∕3 или Z3≈2∕6 + ∕κ, так как ⅛m = ⅞÷⅛ui∙
ТаКИМ ОбраЗОМ, ВеЛИЧИНа t Изменяется ОТ ¿min = ¿K ДО ¿max==
= ¿к
5
Величина /к с помощью искусственной линии задержки в
тракте BM может регулироваться, приобретая округленные зна­
чения. Например, в средневолновой (λ=150 м) PHC «Лоран-А»
tκ может быть равна 1000 мксек.
В этой PHC для облегчения распознавания импульсов бере­
говых станций на экране судового индикатора вводится дополни­
тельная задержка в излучении BM, равная половине периода Tn
следования импульсов данной пары, так как задержка в излуче­
нии ее равна:
Как увидим далее, величина ɪ ПРИ измерении из отсчета
автоматически исключается.
Обе береговые станции каждой пары PHC «Лоран-А» работа­
ют на одинаковых несущих частотах f и одинаковых частотах
следования Fti.
Каждая пара имеет обозначение цифра—буква—цифра. Пер­
вая цифра относится к частоте f, а следующие за нею буква и
цифра — к частоте Ки.
Для f выделено 4 канала:
Канал fкгц
1 1950
2 1850
3 1900
4 1750
В настоящее время используются 3 частотных канала.
Для Fn выделено 24 частоты, разделяющихся на 3 группы по
8 частот в каждой. Группы обозначаются буквами 14 (High),
L(Low) и S (Special), а частоты в группах — цифрами от 0 до 7.
Выяснить, па какой частоте Fn работает пара, можно по фор­
муле:
F = -*-
2 и т »
1 и
где Tn — период повторения, который рассчитывается по фор­
мулам:
71l1(H) = 100(300—N) мксек — для группы Н,
ДиЦ) = 100(400—N) мксек — для группы L,
Tlt(S) — 100(500—N) мксек — для группы Ss
где N — номер в группе.
Например: πapa2=L=l работает на несущей частоте
/■—1850 кгц, с частотой повторения Fn =25 1/16 UM∏∣ceκ.
6
В практике определения места судна по PHC «Лоран-А» по­
добными расчетами заниматься, конечно, не приходится, так как
для подготовки КПИ-4 к приему сигналов той или иной пары
станций необходимо только установить переключатели приемни­
ка и индикатора в положения, обозначенные соответственно обоз­
начению пар береговых станций. Таким образом, если в прием­
нике осуществляется избирательность по несущей частоте /, то в
индикаторе — по частоте следования Fn.
Излучаемые береговыми радиостанциями сигналы распро­
страняются двумя путями: вдоль земной поверхности (поверх­
ностный луч) и отражаясь от ионизированных слоев атмосферы
(пространственный луч). В средневолновом диапазоне сигналы
на поверхностном луче принимаются на расстояниях до 700 миль,
а пространственном — до 1500 миль.
Длина базовой линии — порядка 300 миль.
Днем возможен прием только на поверхностном луче, поэто­
му дальность действия «Лоран-А» днем в 2 раза меньше, чем
ночью.
Стабильность сигналов ночью меньше, чем днем, поэтому точ­
ность измерений t' ночью в несколько раз хуже, чем днем. Точ­
ность определения места судна днем 0,5—3 мили, ухудшаясь
ночью до 10 миль.
Оцифровка гиперболических линий положения в микросекун­
дах сделана с учетом измерений на поверхностном луче. В слу­
чае же измерений на пространственном луче необходимо полу­
ченный отсчет исправить поправкой δz, исключающей системати­
ческую ошибку, которая появляется за счет удлинения пути про­
странственного луча по сравнению с поверхностным. Поправки
δz даются на картах и в таблицах, отдельно для каждой пары
станций.
Таким образом, сделав расчет i = f-j-δz, мы приводим изме­
рение на пространственном луче к измерению на поверхностном
луче. Пространственный сигнал отличается от поверхностного
тем, что он обычно больше по амплитуде, чем поверхностный,
изменяется по форме («дышит») и находится на развертке инди­
катора за поверхностным, что и является основными приметами
для его опознавания.
Точность измерений t' — 5—6 мксек (после введения δz), а
точность измерений t— 1—2 мксек.
Цепочки длинноволновой PHC «Лоран-С», работающей на
несущей частоте 100 кгц (λ=3000 м), включают в себя до 5 бе­
реговых станций (одна ВЩ и четыре BM, обозначенные W, X, Y
и Z), при этом все пары станций работают на одинаковых часто­
тах следования. Ведомые станции отличаются между собой ве­
личиной t0a, отрегулированной за счет tκ так, чтобы импульсы
не перекрещивались во всей рабочей зоне, а цепочки отличаются
между собой только частотами следования, состоящими из четы­
рех групп S, SH, SL и SS по 8 частот в каждой.
7
Для увеличения средней мощности излучение производится
пакетами. У ведущей станции в пакете 9 импульсов, а у ведо­
мых — по 8 импульсов. Временной интервал между импульсами
в пакете равен 1000 мксек, а между 8-м и 9-м импульсами —
2000 мксек.
Период следования пакетов в 2 раза больше периода следо­
вания импульсов «Лоран-А».
Длина базовых линий — 500—700 миль. Длительность им­
пульсов в пакетах больше времени запаздывания пространствен­
ного импульса относительно поверхностного, поэтому при отра­
жении от ионосферы наблюдается искажение формы и увеличе­
ние длительности поверхностного импульса. Дальность действия
PHC «Лоран-С» несколько больше ночной дальности действия
«Лоран-А».
ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ C ПОМОЩЬЮ КПИ-4
Приемоиндикатор КПИ-4 дает возможность производить не­
прерывное автоматическое измерение величины t в микросекун­
дах одновременно по двум парам «Лоран-А» при визуальном
контроле по экрану ЭЛТ каждой пары в отдельности.
Рис. 2
Сигналы береговых станций поступают в приемник, где уси­
ливаются, детентируются, а затем, после усиления в видеоусили­
теле, подаются в индикатор.
Для измерения в схеме индикатора формируются три селек­
торных импульса, предназначенных для совмещения с сигнала­
ми (импульсами) ВЩ и двух BM. Временные интервалы между
импульсами ВЩ и BM, поступающими с приемника, замеряются
по откалиброванным временным интервалам между соответству­
ющими селекторными импульсами. Первоначальное совмещение
селекторных импульсов с импульсами ВЩ и BM осуществля­
ется вручную по экрану ЭЛТ. Вначале импульс ВЩ уста­
навливается на начале неподвижного пьедестала путем неболь-
S
шой расстройки частоты развертки, а затем под импульс BM под­
водится начало подвижного пьедестала путем введения времен­
ной задержки. Экран ЭЛТ при этом будет иметь вид, показанный
на рис. 2, а. Затем включается ускоренная однострочная раз­
вертка, импульсы станций совмещаются с селекторными импуль­
сами и осуществляется переход в автоматическое слежение.
Временные интервалы t определяются по счетчикам.
Совмещение импульсов контролируется по экрану ЭЛТ, вид
которого показан на рис. 2, б.
Вид экрана ЭЛТ на первой ско­
рости развертки при измерениях по
PHC «Лоран-С» показан на рис. 3.
Так как каждая цепочка этой PHC
работает на одном периоде следо­
вания, то на экране видны пакеты
импульсов всех станций цепочки и
визуальное опознавание их возмож­
но только по расположению на эк­
ране ЭЛТ.
Для измерения НП по станции
W необходимо ведомый пьедестал
перебросить на первую строку раз­
вертки, для чего у приемоиндикато-
ра имеется специальный тумблер
«Выбор пары». При измерениях HlI по пакетам, расположенным
на второй строке развертки, необходимо к полученному отсчету
прибавить половину периода следования данной цепочки.
В измерениях участвуют одноименные импульсы ВЩ и BM.
Вид экрана при ускоренной развертке приблизительно такой, как
на рис. 2, б. Так как длительность импульсов больше времени за­
паздывания пространственного сигнала относительно поверхност­
ного, то на экране их отличить затруднительно и помочь в реше­
нии этого вопроса может только опыт.
УПРОЩЕННАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА КПИ-4
Для сокращения изложения материала в функциональной
схеме дано описание только основных процессов, относящихся к
принципу действия приемоиндикатора, и опущено описание про­
цессов, не имеющих принципиального значения. На рис. 4 приве­
дена упрощенная функциональная схема КПИ-4, на которой по­
казаны неосновные органы управления приемоиндикатором, ис­
пользующиеся при измерениях навигационного параметра.
Приемник
Приемник, собранный по супергетеродинной схеме, произво­
дит прием, усиление и преобразование радиоимпульсов берего­
9