Фазовый метод радионавигационных определений

Этот метод разработан и применен еще в СССР (Л.И. Мандельштам, Н.Д. Папалекси, Е.Я. Щеголев) и основан на принципе измерения расстояния (D) или разности расстояний (ΔD) путем измерения фазовых углов электромагнитных колебаний (ЭМК), прошедших эти расстояния.

Физическую сущность этого метода рассмотрим на примере одного из его вариантов – способ измерения расстояний с хранением начальной фазы (рис. 22.2).

Рис. 22.2. Блок-схема фазовой РНС

В этом способе на одном конце измеряемого расстояния (опорная станция РНС) излучаются непрерывные колебания с угловой частотой ω_σ. На другом конце (судно) эти колебания принимаются и сравниваются по фазе с колебаниями опорного генератора, имеющих угловую частоту ω₀.

Фаза опорного генератора выразится соотношением:

А для фазы принятых электромагнитных колебаний можно записать:

(22.3)

Измеренная фазометром разность фаз колебаний (ψ) будет:

(22.4)

Если выполнить условия: ω₀ = ω_σ = ω и φ₀ = φ_σ, то

(22.5)

откуда

.

(22.6)

где λ_С – длина волны ЭМК, соответствующая угловой частоте ω.

Выражение (22.4), непосредственно связывающее измеряемое расстояние с показаниями фазометра, и есть суть фазового метода.

Длина волны, на которой производится измерение (сравнение фаз), называется длиной волны сравнения (λ_С), а соответствующая ей частота – частотой сравнения (f_С).

Из выражения (22.6) следует, что если измеряемое расстояние больше длины волны сравнения, то ψ > 2π и фазометр покажет лишь остаточный фазовый угол

где N – число полных фазовых циклов.

Подставляя значение ψ из выражения (22.7) в выражение (22.6) получаем:

(22.8)

Следовательно, при D > λ_С, отсчет фазометра не дает однозначного определения измеряемого расстояния, а отвечает ряду значений D, отличающихся одно от другого на длину волны сравнения и для исключения этой неоднозначности требуются дополнительные измерения.

Неоднозначность результатов измерений разрешается одним из двух основных способов:

1. → непрерывным наблюдением за изменениями разности фазовых углов;

2. → введением дополнительных масштабов измерения.

Первый способ требует знания расстояния, соответствующего начальному моменту наблюдения. Последующее непрерывное наблюдение за изменением остаточного фазового угла φ, то есть фиксация приращения расстояния или разности расстояний дает возможность однозначно определять линию положения на моменты отсчетов.

Второй способ заключается в том, что измерения производятся на нескольких частотах.