Вердуин Я. и др. Справочник по радиоконтролю

Подождите немного. Документ загружается.

- 319 -

Глава 4

Учитывая погрешность из-за долговременного изменения направления распространения волны,

хорошее приближение можно получить с помощью определения расстояния, на котором находится

передатчик, используя, без какой бы то ни было коррекции, пеленги того же передатчика,

полученные с помощью двух соответственно размещенных радиопеленгаторов. С этим значением

расстояния и, если измерения были произведены за период в 5 мин., по экспериментальной кривой

на рис. 4-48 можно определить значение v

соответствующего отклонения, вызванного данным

источником погрешности.

Что касается погрешностей, обусловленных влиянием места установки радиопеленгатора, то не

существует выражений, по которым можно определить значение v

соответствующих отклонений.

Единственный путь определения v

в этом случае – изучение средних погрешностей, полученных за

периоды в несколько месяцев по известным передатчикам со стабильным распространением

радиоволн от них.

Как общее правило, значения v

берутся для различных частотных диапазонов. Например, округ-

ленное значение для полосы 3–5 МГц, другое – для 5–10 МГц, следующее – для 10–15 МГц и т. д.

Spec -0448

100 200 500 1 000 2 000 5 000 10 000

100

А: день В: ночь

0.5

РИСУНОК 4-48

Величина отклонения (v

) как функция расстояния

- 320 -

Глава 4

Ошибки оператора, вызванные тенденцией сужать разброс измеренных значений, соответствуют

отклонению v

, которым можно пренебречь при измерениях автоматическим радиопеленгатором,

если оператор должным образом предупрежден, и которое при измерениях вручную в тех же

условиях может быть принято:

– равным нулю, если общая ширина минимума менее 10°, что представляет 5°

неопределенности по обе стороны от средней точки сектора;

– равным 1°, если общая ширина минимума находится между 10 и 20°;

– равным 4°, если общая ширина находится между 20 и 40°;

– равным 25°, если общая ширина превышает 40°.

Общее отклонение составит:

v = v

+ v

(4-24)

При известном v,

рис. 4-49 дает погрешность пеленга с вероятностью 95%. Это – погрешность,

показанная в табл. 4-14. Таким образом, можно сказать, что пеленг попадет:

– в класс А, если общее отклонение менее 1°;

– в класс В, если отклонение находится между 1 и 6,5°;

– в класс С, если отклонение находится между 6,5 и 25°;

– в класс D, если отклонение превышает 25°.

Методы оценки погрешности с применением вычислительных устройств

Обсудим каждое из четырех отклонений, рассмотренных выше (v

, v

), с изложением методов

применения вычислительных устройств для повышения точности в каждом случае.

а) Время наблюдения (v

)

Если источник неопознанного излучения находится вне зоны действия земной волны, что является

обычным в большинстве случаев при работе на СЧ и ВЧ, будет иметь место отклонение, связанное с

тем, что пеленг обнаруживает зависимость от времени наблюдения. Распределение наблюдений,

проведенных в течение, по крайней мере, нескольких минут, подчиняется закону Гаусса со

средними значениями наблюдений, приближающимися к истинному значению пеленга по мере

увеличения числа независимых наблюдений. Для записи каждого пеленга может использоваться

компьютер с запоминанием суммарных величин, которые могут использоваться в любое время для

расчета усредненных наблюдений. Определенное число независимых пеленгационных наблюдений

может быть усреднено для выдачи промежуточных значений, которые также подчиняются

распределению Гаусса, но уже с меньшим расхождением. Необходимо подчеркнуть, что только

действительно независимые значения пеленга дают распределение по Гауссу. Управляемые

компьютерами радиопеленгаторы могут программироваться для автоматической выборки пеленгов

в заданном интервале времени и для более точной оценки фактора отклонений, зависящего от

времени. По мере получения и усреднения все большего числа выборок пеленга отклонение от

истинного пеленга уменьшается. Чем более независимы получаемые пеленги, тем ближе их

усредненное значение к правильному значению.

- 321 -

Глава 4

Spec-0449

1 345678910111213

0,1

Пог

ешность (г

ад

сы)

0,2

0,5

бщее отклонение ( )

РИСУНОК 4-49

Общее отклонение как функция погрешности пеленга

b) Отклонение, обусловленное расстоянием до передатчика (v

)

На рис. 4-48 показаны значения, связанные с отклонениями пеленгов в результате изменения

расстояния между передатчиком и местом установки РП. Как можно видеть, наибольшие

отклонения наблюдаются при тех расстояниях, когда имеют место более высокие углы

распространения. В этой ситуации вычислительные устройства мало чем могут помочь, разве что

дать возможность установить пределы, в которых данный пеленг будет приниматься или

отвергаться при расчете средней величины. Одним из подходов, который оказался весьма

эффективным, является усреднение данного числа пеленгов в один составной образец, выполнение

начального поиска указанного пеленга и затем использование этого значения как начального

“ориентировочного”, путем сравнения с которым последующие пеленги будут либо приниматься,

либо отвергаться. Другой возможностью использования компьютера является определение

минимального качества пеленга (нуль сигнала и т. д.), которому должен удовлетворять данный

пеленг, для того чтобы быть принятым для дальнейших расчетов.

- 322 -

Глава 4

с) Погрешности, вызванные местоположением (v

)

Радиопеленгатор исключительно редко удается установить в идеальном месте вследствие эконо-

мических и других факторов, которые должны учитываться при выборе места наряду с

техническими требованиями. Реальное, далеко не идеальное место установки обусловливает

погрешности, возникающие под влиянием рельефа местности, расположенных поблизости

сооружений и различных других факторов, характерных для данного места. Хотя обычно считается

практически нереальным систематизировать эти погрешности настолько, чтобы можно было

составить полную таблицу поправок, тем не менее, полезно регистрировать характеристики данного

места для отслеживания изменений этих характеристик и обнаружения снижения точности. Можно

запрограммировать компьютер на выдачу и запоминание данных по характеристикам каждой

отдельной станции в тех случаях, когда передатчик-цель определенно опознан. Эти данные можно

периодически пересматривать, чтобы обновлять оценки точности каждой станции сети и определять

места, где характеристики РП со временем существенно ухудшились.

Влияние классификации пеленгов на точность засечки

В предыдущем разделе обсуждался вопрос о том, каким образом можно использовать компьютер

для сведения к минимуму влияния различных источников погрешностей на точность пеленгования,

полученного от одиночной радиопеленгаторной установки. Ниже будет показана важность точности

оценки работы каждого радиопеленгатора в сети и правильности классификации каждого выданного

пеленга.

Пеленг может быть отнесен к одному из четырех классов с различной степенью надежности, как это

показано в табл. 4-14. Когда необходимо “засечь” позицию источника излучения, для определения

наиболее вероятного местоположения передатчика учитываются пеленги от каждой участвующей в

пеленгации станции. При условии что каждый пеленг классифицирован правильно, очевидно, что

предпочтение должно быть отдано пеленгам класса А по сравнению с другими, менее точными. Для

иллюстрации влияния различных классов пеленгов на точность “засечки” была использована

компьютерная программа графического представления данных для различного числа и класса

пеленгов в качестве исходных данных, по которым в виде таблицы были представлены результаты

засечки. Исходные данные были получены из произвольно набранного списка пеленгов, взятых от

трех мест установки РП по гипотетическому передатчику, располагавшемуся в координатах

30° с. ш. и 80° з. д. Список из 100 выборок пеленгов был выдан для каждой станции с отклонениями,

соответствующими классам А, В и С. Результаты расчета засечек для различных вариантов

исходных данных приведены в табл. 4-15.

Испытания 1–4 показывают важность использования множества выборок линий пеленга для

уменьшения неопределенности даже для пеленгов высшего класса. Наиболее вероятный район

расположения неизвестного передатчика сокращается почти линейно с увеличением числа выборок

пеленгов, даже когда большее число выборок берется из тех же измерений с целью сократить район

вероятного расположения передатчика, пусть и с меньшей точностью пеленгации. Испытания 9–12

показывают необходимость иметь, по крайней мере, несколько качественных пеленгов для

получения действительно полезной засечки. Испытания 13 и 14 показывают, какие результаты

можно получить при ограниченном количестве выборок пеленгов с типичным распределением по

возможным классам. Хотя две засечки кажутся сравнимыми, можно видеть, что в испытании 14

имеет место значительная погрешность в координатах. Причина в том, что две из восьми записей

были преднамеренно неправильно классифицированы для иллюстрации важности наличия точных

данных. Компьютерная программа графического представления данных обнаружила пеленг класса

С, который был введен как пеленг класса А, и отвергла его при определении окончательной засечки.

Окончательная засечка была определена по шести признанным годными пеленгам, но со

значительной широтной погрешностью. Испытание 15 показывает ухудшение качества определения

позиции, когда в качестве исходных данных имеются только пеленги классов В и С.

- 323 -

Глава 4

ТАБЛИЦА 4-15

Испытания для экспериментального определения позиции

Число пеленгов

каждого класса

Засечка местоположения

(градусы)

Радиус Район Номер

испытания

А В С Сев. широта Зап. долгота (в морских

милях)

(в кв. милях)

1 3 29, 55, 19 80, 01, 34 12,1 395,0

2 6 29, 47, 53 79, 53, 13 8,4 194,0

3 12 29, 46, 59 79, 58, 42 6,0 97,5

4 24 29, 56, 33 80, 00, 41 4,3 49,5

5 3 30, 30, 29 80, 08, 49 24,3 1637,1

6 6 30, 30, 20 80, 13, 53 17,3 821,1

7 12 30, 15, 13 80, 00, 00 12,0 403,1

8 24 30, 11, 06 80, 00, 17 8,5 209,9

9 3 Засечка невозможна

10 6 30, 57, 49 80, 47, 13 35,9 3 352,7

11 12 30, 36, 09 80, 06, 10 25,4 1 748,1

12 24 Прекращено; превышено допустимое

время расчета

13 1 2 5 30, 04, 03 79, 48, 09 14,9 564,5

14 1 2 5 30, 39, 09 79, 58, 41 14,1 530,5

15 2 6 29, 41, 00 80, 08, 18 29,9 2 326,6

Линии пеленгов для сигналов, распространяющихся пространственной волной, изменяются по

закону случайности, но с определенным распределением. При этих условиях можно показать, что

лучшие результаты получаются в том случае, когда точно принимается и статистически

обрабатывается для обеспечения более верной оценки как средних значений, так и степени их

качества большое количество независимых данных. Сбор данных и функции статистической

обработки легко автоматизируются с помощью небольшого компьютера. Аналогичным образом, с

помощью компьютерной программы можно быстро сократить количество данных по линиям

пеленга для оценки координат передатчика и определения района наиболее вероятного его

расположения. Показано, что качество оценки засечки можно заметно улучшить, если исходные

данные удается точно классифицировать таким образом, чтобы при расчетах информация более

высокого качества получила более высокий весовой коэффициент. Применение небольшого

компьютера в процессе сбора данных может обеспечить более точную и последовательную оценку

качества данных.

- 324 -

Глава 4

4.7.4 Оборудование для частот выше 30 МГц

4.7.4.1 Организация дистанционно управляемой сети

4.7.4.1.1 Фиксированные станции

Разработаны дистанционно управляемые радиопеленгационные системы. Основная система состоит

из двух или более дистанционно управляемых радиопеленгаторных станций и обслуживаемой

станции контроля. Такие системы могут измерять излучения в полосе частот от 30 МГц до 3 ГГц.

Измеренные данные, такие как пеленги, уровень сигнала и качество пеленгов, вместе с принятым

звуковым сигналом передаются от удаленных радиопеленгаторных станций на станцию контроля.

Поскольку линии пеленгов и их точки пересечения обозначаются также на карте-дисплее, оператор

может легко обнаружить предполагаемое местоположение источника излучения. В случае, если

излучение производится от подвижного объекта, оператор, наблюдая точку пересечения пеленгов на

дисплее, может определить направление движения подвижного объекта.

Район контроля, в котором получена требуемая точность измерений, определяется с учетом

геометрических соотношений, включая расстояния, между радиопеленгаторными станциями,

районом контроля и контролируемыми станциями.

При отсутствии сооружений и других препятствий вблизи РП станций обычно обеспечиваются

точности до ± 1°, но в городских районах, в зависимости от условий, из-за местных помех точность

может понижаться до ± 10°.

4.7.4.1.2 Подвижные радиопеленгаторы, работающие в диапазонах ОВЧ и УВЧ

Разработаны радиопеленгаторные системы с дистанционным управлением. Они могут состоять из

двух или более подвижных станций, оснащенных радиопеленгатором и аппаратурой для контроля.

Излучения на частотах в полосе выше 30 МГц вплоть до 3 ГГц обычно обрабатываются

подвижными станциями.

Две подвижные РП станции соединяются через радиолинию передачи данных в диапазоне ОВЧ и

работают во взаимодействии друг с другом. Любая из двух станций может быть назначена в

качестве главной (ведущей) станции, а другая – в качестве ведомой, или наоборот. Главная станция

передает указание, по которому управляются оба РП для выполнения радиопеленгаторных

измерений по одной и той же цели и в одно и то же время. Данные по пеленгованию на каждой

станции подвергаются оценке в соответствии с “категорией отклонения”, основанной на “качании”

пеленга, а затем передаются другой станции вместе с данными оценки и напряженности поля

сигнала. Бортовой процессор данных каждой станции обрабатывает пеленг и оценивает данные по

пеленгационным лучам. Пеленгационный луч состоит из двух линий, описывающих угол раскрыва

антенны (при наилучшей оценке они сливаются в одну линию). Положение передатчика

оценивается тогда пересечением двух пеленгационных лучей.

Особые возможности подвижной радиопеленгаторной системы

Для сбора информации об опорном азимуте при радиопеленгационных измерениях в передней части

крыши подвижного средства может быть установлен откорректированный магнитный компас.

В других случаях для установления места нахождения подвижного средства контроля полезно

оборудовать станцию спутниковой системой определения местоположения. Полученная в

результате позиция может быть отражена на компьютеризованной карте, с помощью которой на

цветном дисплее также показывается линия пеленга.

- 325 -

Глава 4

4.7.4.2 Погрешности и точность пеленгов

В зависимости от точности пеленги классифицируются по четырем классам, определенным в

табл. 4-16. Оператору надлежит пользоваться характеристиками наблюдения, указанными в этой

таблице (см. Рекомендацию МСЭ-R SM.1269). Пеленг считается принадлежащим к данному классу,

если имеется вероятность менее 1/10, что ошибка пеленга превышает численные значения,

указанные для данного класса в табл. 4-16.

Класс А: вероятность того, что погрешность превышает 1°, менее 5%.

Класс В: вероятность того, что погрешность превышает 2°, менее 5%.

Класс С: вероятность того, что погрешность превышает 5°, менее 5%.

Класс D: погрешность пеленга превышает погрешности, допустимые для класса С.

Регламент радиосвязи добавляет, что эту вероятность надлежит определить путем анализа четырех

элементов, за счет которых получается общее отклонение пеленга (аппаратуры, местоположения,

распространения радиоволн и действий оператора).

Используя табл. 4-16 в качестве руководства, можно определить, что пеленг принадлежит к классу

А (т. е. “хороший”), если при оценке выполняются все условия, перечисленные в ряду А таблицы.

Пеленг принадлежит к классу В, т. е. может рассматриваться как удовлетворительный, если по

крайней мере одно из условий, указанных в ряду В табл. 4-16, выполняется.

ТАБЛИЦА 4-16

Классификация пеленгов (для частот выше 30 МГц)

Наблюдаемые характеристики Класс Ошибка

пеленгов

(градусы)

Уровень

сигнала

Индикация

пеленга

Помехи Колебания

пеленгов

(градусы)

Продолжи-

тельность

наблюдения

А ± 1 очень хороший

или хороший

ясная незначительные ≤ 1 достаточная

В ± 2 достаточно

хороший

флуктуация

пеленга

слабые > 1

≤ 3

короткая

С ± 5 слабый сильная

флуктуация

пеленга

сильные >3

≤ 5

очень короткая

D ≥ ± 5 едва заметный недостаточно

определенная

очень сильные > 5 недостаточная

Аналогичным образом пеленг относится к классу С и рассматривается только как приемлемый, если

выполняется по крайней мере одно из условий, указанных в ряду С таблицы.

Пеленг класса D дает только общее представление о секторе, в котором находится передатчик.

- 326 -

Глава 4

4.7.4.2.1 Погрешности пеленгов

Пеленги, получаемые от радиопеленгатора, подвержены погрешностям, обусловленным:

– аппаратурой (или методом, который используется аппаратурой);

– влиянием местоположения радиопеленгатора;

– влиянием распространения радиоволн.

Погрешности, вносимые аппаратурой, обусловлены ее конструкцией.

Погрешности, обусловленные местоположением, вызываются неровностями рельефа местности или

особенностями ландшафта вблизи радиопеленгатора. Эти погрешности меняются в зависимости от

направления и частоты. Они могут, таким образом, рассматриваться как переменные погрешности.

Третий тип погрешностей возникает из-за неоднородности условий распространения, которая может

приводить к боковым отклонениям направления распространения радиоволн относительно

направления дуги большого круга между передатчиком и радиопеленгатором. Кроме того,

неоднородность условий распространения радиоволн приводит к поляризационным погрешностям.

4.7.5 Расчет местоположения

4.7.5.1 Общие положения

Расчет местоположения пеленгуемого объекта непосредственно зависит от качества пеленгов

различных радиопеленгаторных станций. Для обеспечения приемлемого качества пеленги должны

анализироваться на каждом этапе в процессе определения места цели, т. е. на РП станциях и на

станции контроля.

На РП станциях анализ состоит в основном из следующих операций:

– проверка соответствия между сигналом, слышимым на месте непосредственно с приемника,

и сигналом, представляющим интерес для станции контроля;

– классификация пеленгов в случае присутствия более чем одного сигнала на той же частоте

(помеха);

– отбрасывание измерений с отклонениями от нормы;

– расчет среднего значения измерений;

– расчет отклонений измерений.

На станции контроля анализ пеленгов состоит в основном из следующих операций:

– определение пеленгов, пригодных для расчета местоположения пеленгуемого объекта;

– расчет позиции вероятной точки передачи;

– расчет эллипса неопределенности.

В системах с ручной обработкой и расчетом местоположения объекта качество пеленгов во многом

зависит от искусства оператора в выполнении такого анализа. В системах автоматического

определения местоположения анализ выполняется посредством обработки информации.

- 327 -

Глава 4

4.7.5.2 Особенности определения местоположения в зависимости от диапазона частот

4.7.5.2.1 Ниже 30 МГц

На частотах ниже 30 МГц кроме распространения земными волнами возможно распространение с

одним или несколькими отражениями и волноводное распространение в ионосфере.

Сигнал, принятый радиопеленгатором, является составным сигналом, что вызвано многолучевостью

распространения волн между передатчиком и радиопеленгатором. Еще более усугубляет трудности

тот факт, что при работе на ВЧ радиопеленгаторы часто находятся далеко от интересующего их

района. Следовательно, радиопеленгационные измерения нередко производятся при низком

отношении сигнал/шум, и поэтому результаты бывают относительно нестабильными.

Некоторые другие особенности диапазона ВЧ также затрудняют расчет местоположения цели:

– перегруженность спектра (частые помехи);

– географические районы и периоды, характеризующиеся непрохождением радиоволн

некоторых частотных диапазонов (наименьшие и максимальные применимые частоты).

Элементарного пеленга недостаточно для обеспечения удовлетворительного расчета

местоположения цели. Для получения хорошего пеленга на ВЧ необходимо несколько

элементарных пеленгов, чтобы получить приемлемый средний пеленг. Однако следует помнить, что

сложные пути прохождения радиоволн через ионосферу могут не соответствовать дуге большого

круга на земной поверхности, что вызывает отклонения на уровне измерения азимута и,

следовательно, на уровне расчета местоположения цели.

4.7.5.2.2 Выше 30 МГц

В диапазонах ОВЧ и УВЧ распространение радиоволн происходит в основном по линии прямой

видимости (или посредством дифракции либо рассеяния) и, следовательно, радиопеленгаторы

должны быть установлены недалеко от района, являющегося объектом контроля. Направление

приема сигнала обычно постоянно и стабильно, хотя отношение сигнал/шум может быть

небольшим. Такие условия позволяют относительно быстро и легко получать надежные пеленги.

Однако при измерениях могут возникать трудности вследствие наличия помех и из-за отражений,

которые испытывают радиоволны в этих диапазонах. Это особенно заметно в городских районах и

при проведении измерений с подвижных радиопеленгационных станций.

Обычно простые измерения можно сделать за 10 мс или менее, но все же желательно получить

интегрированный результат за определенный период времени, соответствующий длительности

сигнала и условиям приема. Это особенно важно при использовании подвижных РП станций.

Надежные пеленги, которые сводят к минимуму эффекты отражений, должны получаться только во

время движения РП установки, если конечно она не расположена в месте, свободном от каких-либо

препятствий.

Современные радиопеленгаторы могут выполнять кроме обычной радиопеленгации ряд техни-

ческих измерений, таких как определение средней частоты, скорости модуляции, полосы частот и

т. д. Поскольку такие измерения можно производить при благоприятных условиях (с хорошим

отношением сигнал/шум), они надежны и позволяют эффективно выполнять пеленгацию при

меньшем объеме данных.

4.7.5.3 Последовательность расчета местоположения

На рис. 4-50 дана схема последовательности расчета местоположения.

- 328 -

Глава 4

Определение

надежного

пеленга от каждого

радиопеленгатора

Расчет

местоположения

цели

Расчет

эллипса

неопределенности

Элементарные пеленги: азимут,

угол места, типичное отклонение

Технические измерения:

частота, модуляция, ширина полосы

Характеристики

эллипса

Обозначение

качества

Обработка пеленга

центром контроля

Надежный пеленг

с радиопеленгатора

Географически

совместимый пеленг

Широта,

долгота

Пеленг

радиопеленгатора

с помощью

РИСУНОК 4-50

Схема последовательности расчета местоположения

Компьютерную программу “TRIANGULATION”, которая обычно соответствует этим этапам,

можно приобрести в МСЭ.

4.7.5.3.1 Определение надежных пеленгов

Сортировка элементарных пеленгов может производиться непосредственно на радиопеленгаторных

станциях или в центре контроля. Выбор того или иного подхода диктуется возможностями линий

связи между РП станциями и центром контроля для осуществления дистанционного управления.

а) Быстрые линии

Если линия имеет такие возможности, что обмен данными между центром контроля и

радиопеленгаторными станциями происходит за короткое время (например, для линий со

скоростями передачи 9600 бит/с, длине сообщения 50 байт, времени измерения более 1 с), то имеет

смысл направлять пеленги каждой станции в центр расчета пеленгов в реальном масштабе времени.

Пеленг станции анализируется затем РП станцией относительно пеленгов, полученных на другой

станции в это же время. Отсев сомнительных пеленгов выполняется не только при их сравнении с

пеленгами, полученными этим же радиопеленгатором, но и при сравнении с пеленгами,

выполненными синхронно другими станциями. В конце операции центр расчета обеспечивается

определенным количеством элементарных пеленгов с каждой РП станции. Эти пеленги

подвергаются статистической обработке (гистограмма, единая взаимосвязь и т. д.) для определения

характеристики пеленгов каждого радиопеленгатора и соответствующих типичных отклонений.

Преимуществом системы такого типа является использование простых методов обработки на

радиопеленгаторных станциях. Такой вид работы позволяет отображать на станции контроля в

реальном масштабе времени поведение всех радиопеленгаторов. В центре контроля остается

возможность определения вручную замеров, относящихся к наблюдаемой передаче, при контроле

сигнала во время фазы измерения.