Принцип работы азимутального канала VOR/DME

Принцип действия стандартного VOR (VOR – всенаправленный азимутальный радиомаяк, англ. VHF Omni-directional Radio range). Работа азимутального радиомаяка (рис. 5.4) основана на формировании амплитудно-модулированного (AM) сигнала, в котором информация об азимуте заключена в фазе огибающей.

Рис. 5.4. Канал азимута системы VOR/DME: а – ДН антенн АРМ, б и в –

огибающие сигналов, принимаемых в точках 1 и 2 (модуляция поднесущими

не показана), г – упрощенная структурная схема бортовой аппаратуры,

д – спектр принимаемого сигнала

Ан­тенна АРМ создает ДН, имеющую форму окружности со смещенным центром и вращающуюся с частотой F _ВР=30Гц. Вращение ДН приводит к амплитудной модуляции принимаемого сигнала с той же частотой F _ВР. В точке с произвольным азимутом А фаза огибающей принимаемого AM сигнала запаздывает относительно фазы AM сигнала, принимаемого в северном направлении, на

ψ_А = Ω_BР t_a.

В бортовой аппаратуре VOR необходимо выделить из принятого сигнала низкочастотное напряжение, фаза которого зависит от азимута (азимутальный сигнал), и сравнить его фазу с некоторой постоянной фазой опорного сигнала, передаваемого АРМ. Эти функции выполняют схемы выделения соответствующих сигналов Схема Выделения Азимутального Сигнала (СВАС) и Схема выделения опорного сигнала (СВОС) совместно с измерителем фазы ИФ (рис. 5.4, г).

Азимутальный сигнал u _А представляет собой выделенное из огибающей принимаемого AM сигнала синусоидальное напряжение с частотой F _ВР=30 Гц. Этот сигнал принято называть сигналом переменной фазы, так как его фаза численно равна азимуту точки приема.

Опорный сигнал, излучаемый АРМ, представляет собой частотно-модулированные (ЧМ) поднесущие колебания со средней частотой f _П = 9960 Гц. Модулирующим напряжением служит сиг­нал опорной фазы u ₀, имеющий частоту 30 Гц и фазу, равную фазе сигнала и_А при А=0. Поднесущими ЧМ колеба­ниями модулируют по амплитуде колебания несущей частоты АРМ.

Принимаемый сигнал на ЛА с азимутом А записывается в виде

U = U_m [1 + m sin(Ω_BР t —A)+ m _Пsin(ω_П t — m _ЧМcos Ω_BР t)]sin ω₀ t,

w0=2 pi f0 f0 108-118 МГц

где m и m _П — коэффициенты глубины AM, создаваемой соответственно вращением ДН и при модуляции поднесущими колебаниями; m _ЧМ — индекс частотной модуляции. Спектр этого сигна­ла показан на рис. 5.4, д.

В этой формуле U_m m· sin(Ω_BР t - A) – сигнал переменной фазы, зависящей от азимута A точки приема сигнала, а вторая составляющая U_m m _Пsin(ω_П t — m _ЧМcos Ω_BР t) является ЧМ-поднесущей, которая передает сигнал опорной фазы вида m _ЧМcos Ω_BР t. Фаза опорного колебания не зависит от положения и азимута точки приема.

Структурная схема бортовой аппаратуры (БА) (рис. 5.5) содержит два включенных после Прм фильтра. Фильтр Ф-1 выделяет сигнал переменной фазы u _А, который после усилителя У подается на фазовый дискриминатор ФД — чувствительный элемент следящего измерителя фазы ИФ. Фильтр Ф-2 выделяет опорный сигнал, который проходит усилитель-ограничитель УО, срезающий паразитную AM, и подается на частотный детектор ЧД, где выделяется сигнал опорной фазы и ₀. В фазовращателе ФВ фаза сигнала и ₀изменяется на Ψ_ФВ, а затем сдвигается на 90°.

Фазовый дискриминатор выделяет сигнал ошибки

Δ U _ФД = U _ФД cos(ψ_А—ψ_ФВ— 0,5π) = U _ФД sin(ψ_А—ψ_ФВ).

Рис. 5.5. Структурная схема бортовой аппаратуры VOR

Под действием сигнала ошибки электродвигатель ЭД поворачивает ротор ФВ до тех пор, пока не будет выполнено условие ψ_ФВ = ψ_А. По углу поворота ротора ФВ можно определить фазу ψ_А, численно равную азимуту точки приема. Преобразователь Пр служит для питания ЭД от сети 400 Гц.

На этой картинке показано, что вращающаяся ДНА 5,4а создается в Доплеровском Радио Маяке не механическим вращением, а гонеометрами, путем последовательного включения пар В1-В26 всего В1-В50 - 50 антенн 25 пар.