Способ передачи информации

Способ передачи информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к системам связи и может быть использовано для расширения зоны обслуживания в районах, где отсутствует или наблюдается неустойчивый прием радиотелевизионного сигнала сверхвысокой частоты (СВЧ) от космического аппарата (КА).

Прямому прохождению сигнала от источника сигнала космического аппарата до точки приема препятствует рельеф местности: наличие холма, или горной преграды, или при расположении точки приема в ложбине. В таких случаях используют специальные линии СВЧ-связи и ретрансляторы.

Известны способы передачи информации, реализованные в станциях спутниковой связи. Указанные станции обычно представляют собой приемопередающие радиостанции с одной общей антенной (на прием и на передачу). Для наведения антенны в этих станциях используют способы, в которых проводят режим программного наведения в заданную точку пространства, а также режим точного наведения по принимаемому сигналу (режим автосопровождения). Переход в режим автосопровождения осуществляют с помощью поиска и захвата сигнала (Покрас A.M., Сомов A.M., Цуриков Г.Г. Антенны земных станций спутниковой связи. - М.: Радио и связь, 1985 г., с.35-76).

В режиме точного наведения по принимаемому сигналу могут использоваться различные методы: метод экстремального наведения, моноимпульсный метод и др.

Недостатком данных способов является трудность реализации точного программного наведения антенны, что связано с необходимостью использования достаточно сложных точных измерительных средств.

Известен способ передачи информации, использованный в станции спутниковой связи, содержащей параболическую зеркальную антенну с СВЧ-блоком и блоками азимутальной и угломестной осей, блок наведения антенны, вычислительное устройство, снабженное программами, включая программы наведения антенны (Фролов О.П. Антенны для земных станций спутниковой связи. - М.: Радио и связь, 2000 г., с.260-265).

В данном способе проводят режим программного наведения антенны по углу места и азимуту в заданную точку пространства, а также режим точного наведения антенны на источник сигнала с использованием автосопровождения, реализованного посредством метода экстремального наведения. Режим точного наведения антенны осуществляют путем перехода из режима программного наведения с использованием поиска и захвата сигнала.

Недостатком данного способа является значительная погрешность программного наведения. Это обусловлено, прежде всего, ошибкой определения меридиана.

Прототипом изобретения является способ передачи информации, реализованный в ретрансляторе, содержащем приемную и передающую параболические зеркальные антенны, а также СВЧ-блоки, блоки азимутальной и угломестной осей приемной и передающей антенн. В состав ретранслятора также входят блок наведения приемной антенны и вычислительное устройство, снабженное программами, включая программы наведения антенны (патент РФ №2308154, Н04В 5/00, 2007 г.).

В данном способе осуществляют наведение приемной антенны ретранслятора на источник сигнала по углу места и азимуту с использованием программного разворота по углу места и азимуту и точного наведения по принимаемому сигналу, а также программное наведение передающей антенны ретранслятора на абонентскую станцию в соответствии с расчитанными углом места и азимутом.

Недостатком данного способа является относительно невысокая точность наведения по азимуту приемной антенны на источник сигнала и передающей антенны на абонентскую станцию. Ошибка наведения обусловлена значительными нестационарными потерями радиотелевизионного сигнала в атмосфере из-за осадков при работе в К_U-диапазоне частот (частота принимаемого сигнала 10,95-11,7 ГГц).

Предлагаемое изобретение относится к ретрансляторам, характеризующимся относительно невысокой скоростью передачи информации, имеющим сравнительно широкую диаграмму направленности антенны (1,5-3 градуса).

Рассматриваемые ретрансляторы устанавливаются на жестком основании. Приемная антенна принимает радиотелевизионный сигнал от КА. Точность положения современных КА («Экспресс», «Галс») высока и составляет 3-6 угловых минут. В связи с указанным, при требуемой точности наведения приемной и передающей антенн (18-36 угловых минут) достаточно ограничиться начальным наведением этих антенн и зафиксировать положение антенн на время эксплуатации до проведения очередных регламентных работ или ремонта. Это позволяет повысить экономичность ретранслятора, поскольку электропитание систем наведения указанных антенн отключают.

Отклонение основания ретранслятора от горизонтальной плоскости (ошибка негоризонтальности) может быть определена с помощью устройства местной вертикали, например маятникового типа, а также жидкостного уровня.

Точность программного наведения приемной и передающей антенн по углу места определяется ошибкой определения горизонтальной плоскости, ошибкой положения КА, ошибками местонахождения ретранслятора и абонентской станции (навигационными ошибками) и приборными ошибками. Для рассматриваемых ретрансляторов точность программного наведения антенн по углу места соответствует требованиям.

Для определения меридиана может быть использован радиокомпас, работающий от спутниковой радионавигационной системы. Радиокомпас с приемлемыми размерами (измерительной базой 3-6 метров) имеет точность (по уровню 3σ 20-45 угловых минут. Этого недостаточно для анализируемых ретрансляторов. Кроме того, использование радиокомпаса приводит к увеличению массы, габаритов, электропотребления и стоимости ретранслятора.

В прототипе в качестве физически реализуемого азимутального базового направления используют направление оптической оси приемной антенны ретранслятора на источник сигнала. При этом направление меридиана, которое используется в программе наведения передающей антенны ретранслятора по азимуту, находят расчетным путем. Данный метод не требует дополнительных аппаратурных затрат.

Ошибка программного наведения передающей антенны на абонентскую станцию по азимуту является суммой ошибки положения КА, навигационной ошибки, а также приборных ошибок (отработки угла). Ошибка положения современных КА существенно меньше, чем ошибка радиокомпаса.

В прототипе точное наведение приемной антенны на источник сигнала осуществляют с помощью метода экстремального наведения. Этот метод широко используют в станциях спутниковой связи из-за простоты аппаратурной реализации.

При использовании данного метода осуществляют сравнение сигналов, снимаемых в одинаковые временные интервалы, разнесенные по времени. Поэтому нестабильность принимаемого радиотелевизионного сигнала во времени из-за потерь в атмосфере приводит к дополнительной погрешности наведения, которая может превысить допустимое значение.

Технической задачей изобретения является повышение точности наведения по азимуту приемной антенны на источник сигнала и передающей антенны на абонентскую станцию в условиях потерь радиотелевизионного сигнала в атмосфере.

Для достижения указанного технического результата в способе передачи информации, включающем наведение приемной антенны ретранслятора на источник сигнала по углу места и азимуту с использованием программного разворота по углу места и азимуту и точного наведения по принимаемому сигналу, а также программное наведение передающей антенны ретранслятора на абонентскую станцию в соответствии с расчитанными углом места и азимутом, разворот приемной антенны по азимуту проводят в заданном направлении дискретно с измерением сигнала, при первом превышении сигнала заданного первого порогового значения производят остановку приемной антенны с измерением сигнала и определением скорости изменения сигнала в течение заданного первого интервала времени, после этого при допустимой скорости изменения сигнала продолжают разворот приемной антенны в заданном направлении при конечной величине сигнала первого интервала времени, меньшей первого порогового значения, до последующего превышения сигнала первого порогового значения, а при конечной величине сигнала, большей первого порогового значения, сначала осуществляют разворот приемной антенны в обратном направлении до уменьшения сигнала до величины, меньшей первого порогового значения в заданных пределах, после чего производят разворот приемной антенны в заданном направлении до последующего превышения сигнала первого порогового значения, после этого осуществляют остановку приемной антенны с измерением сигнала в течение заданного второго интервала времени, определяют с использованием измеренного сигнала и фиксируют в вычислительном устройстве ретранслятора азимут приемной антенны, соответствующий первому пороговому значению сигнала, после чего из данного фиксированного положения приемную антенну разворачивают на заданное количество шагов, при этом для группы сигналов, соответствующих последним соседним шагам, определяют среднее значение, которое вместе с сигналом, измеренным в указанном фиксированном положении, используют для нахождения абсолютной крутизны диаграммы направленности приемной антенны и определения граничного значения сигнала путем сравнения найденной абсолютной крутизны с заданными опорными значениями, затем продолжают разворот приемной антенны по азимуту, при котором в вычислительном устройстве определяют разности текущего и предшествующего значений сигнала, а также производят сравнение текущего сигнала с найденным граничным значением сигнала, при этом, пока значение сигнала меньше граничного значения, разворот приемной антенны продолжают при фиксации положительной разности указанных сигналов, а при отрицательной разности текущего и предшествующего значений сигнала, которую фиксируют как сбой, осуществляют реверс приемной антенны с повторным измерением двух указанных значений сигнала, причем разворот приемной антенны продолжают после фиксации одного сбоя и последующей положительной разности текущего и предшествующего значений сигнала при фиксации двух сбоев подряд, а также при превышении измеряемого сигнала граничного значения разность текущего и предыдущего значений сигнала определяют при развороте приемной антенны на два шага; при этом разворот приемной антенны продолжают, если при последовательном ее развороте на заданную группу шагов фиксируют положительную разность текущего и предшествующего значений сигнала заданное количество раз, равное количеству шагов в группе, а если указанное заданное количество раз фиксируют отрицательную разность текущего и предшествующего значений сигнала, то осуществляют остановку приемной антенны в положении, соответствующем первому шагу данной группы, на заданный третий интервал времени, фиксируют данное контрольное значение азимута приемной антенны, характеризующее прохождение максимума сигнала по изменению полярности разности текущего и предшествующего значений сигнала, если при указанном развороте приемной антенны фиксируют разнополярные разности текущего и предшествующего значений сигнала, то проводят повторные измерения текущего и предшествующего значений сигнала с реверсом приемной антенны для ее положения, соответствующего первому шагу указанной группы шагов до тех пор, пока количество разностей одного знака станет равным указанному заданному количеству, при этом при положительной разности продолжают разворот приемной антенны, а при отрицательной разности производят ее остановку в положении, соответствующем первому шагу, и фиксируют контрольное значение азимута, затем по результатам измерения и обработки сигнала при контрольном значении азимута определяют максимум сигнала, программу первого хода приемной антенны - рабочий ход или измерительный ход, скорость изменения сигнала, а также второе пороговое значение при первом измерительном ходе, после этого при допустимых значениях максимума сигнала и скорости изменения сигнала производят разворот приемной антенны в том же направлении и остановку на второй интервал времени - при уменьшении сигнала до первого порогового значения при первом рабочем ходе, или до второго порогового значения - при первом измерительном ходе, определяют и вводят в вычислительное устройство азимут, соответствующий пороговому значению сигнала, при этом азимуты, соответствующие первому пороговому значению, используют для нахождения азимута, соответствующего максимуму сигнала при первом ходе приемной антенны, затем производят разворот приемной антенны в обратную сторону, при этом при первом рабочем ходе осуществляют остановку приемной антенны при контрольном значении азимута на заданный четвертый интервал времени с измерением сигнала и определением скорости изменения сигнала, а при первом измерительном ходе приемной антенны последовательно осуществляют остановки с измерением сигнала и определением скорости изменения сигнала при контрольном значении азимута на заданный пятый интервал времени, а также при уменьшении сигнала до второго порогового значения на второй интервал времени с измерением сигнала и определением азимута, соответствующего второму пороговому значению сигнала, при этом азимуты, соответствующие второму пороговому значению, используют для нахождения азимута, соответствующего максимуму сигнала при втором ходе приемной антенны, затем, при допустимых значениях максимума сигнала и скорости изменения сигнала, приемную антенну разворачивают в обратную сторону, осуществляют остановку при контрольном значении азимута на заданный шестой интервал времени с измерением сигнала и определением скорости изменения сигнала, найденное для первого или второго хода приемной антенны значение азимута, соответствующего максимуму сигнала, при допустимых значениях максимума сигнала и скорости изменения сигнала используют при расчете программного азимута абонентской станции и наведении по азимуту приемной антенны на источник сигнала и передающей антенны на абонентскую станцию.

Способ реализуется благодаря проведению дополнительных режимов, связанных с наведением приемной антенны ретранслятора на источник сигнала.

В качестве примера рассматривается ретранслятор, в котором приемная и передающая антенны представляют собой направленную параболическую зеркальную антенну с шириной диаграммы направленности - ϕДН, равной 120 угловых минут.

Для частоты 11,5 ГГц диаметр такой антенны составляет 0,9 метра.

Высокой считается точность наведения антенны с потерями по мощности 0,5 дБ, что соответствует погрешности наведения ± 0,2 ϕДН. Для рассматриваемого примера это соответствует ошибке наведения ± 24 угловые минуты.

Способ иллюстрируется фиг.1-3, на которых приведены: на фиг.1 - функциональная схема ретранслятора, на фиг.2 - блок-схема режимов наведения приемной и передающей антенн ретранслятора, на фиг.3 - блок-схема подпрограммы определения контрольного значения азимута приемной антенны.

Ретранслятор, изображенный на фиг.1, содержит приемную антенну 1, на которой установлен СВЧ-блок 2 приемной антенны, соединенный первым выходом с размещенным на передающей антенне 3 СВЧ-блоком 4 передающей антенны. СВЧ-блок 2 и СВЧ-блок 4 предназначены для усиления, фильтрации и преобразования частоты ретранслируемого СВЧ-сигнала. Второй выход СВЧ-блока 2 приемной антенны соединен с блоком 5 наведения приемной антенны, предназначенным для преобразования СВЧ-сигнала в сигнал, используемый для точного наведения приемной антенны 1. Для управления по азимутальной оси 6 приемной антенны 1 ретранслятор содержит блок 7 азимутальной оси приемной антенны, а для управления по угломестной оси 8 приемной антенны 1 - блок 9 угломестной оси приемной антенны.

Для управления по азимутальной оси 10 передающей антенны 3 ретранслятор содержит блок 11 азимутальной оси передающей антенны, а для управления по угломестной оси 12 передающей антенны - блок 13 угломестной оси передающей антенны 3.

В состав блоков 7 и 9 приемной антенны и блоков 11 и 13 передающей антенны входят приводы, обеспечивающие повороты антенн вокруг осей.

Ретранслятор содержит также вычислительное устройство 14, предназначенное для управления приемной антенной 1 и передающей антенной 3 и соединенное с блоком 5, а также с блоками 7, 9, 11 и 13. В состав ретранслятора входит также устройство 15 ввода данных.

Приемная антенна 1 ретранслятора предназначена для усиления принимаемого радиотелевизионного сигнала 16, приходящего от источника сигнала, а передающая антенна 3 - для усиления излучаемого радиотелевизионного сигнала 17, поступающего от ретранслятора на абонентскую станцию.

На фиг.2 изображены режимы:

18 - программное наведение приемной антенны ретранслятора на источник сигнала по углу места;

19 - разворот приемной антенны ретранслятора по азимуту;

20 - определение скорости изменения сигнала;

21 - определение первого азимута, соответствующего пороговому значению сигнала;

22 - определение граничного значения сигнала;

23 - определение контрольного значения азимута приемной антенны ретранслятора;

24 - определение второго азимута, соответствующего пороговому значению сигнала;

25 - контроль сигнала (программа Рх-1);

26 - рабочий ход (программа Их-1) приемной антенны ретранслятора;

27 - контроль сигнала (программа Их-1);

28 - наведение приемной антенны ретранслятора на источник сигнала по азимуту;

29 - программное наведение передающей антенны ретранслятора на абонентскую станцию по углу места;

30 - программное наведение передающей антенны ретранслятора на абонентскую станцию по азимуту.

Здесь программа Рх-1 обозначает программу первого хода приемной антенны - рабочий ход, а программа Их-1 - программу первого хода - измерительный ход.

На фиг.2 показаны известные штатные режимы наведения антенн ретранслятора, а также новые дополнительные режимы, использование которых позволило обеспечить получение указанного технического результата.

Блок-схема отражает последовательность режимов и их взаимосвязь.

При установке и вводе ретранслятора в эксплуатацию производится его начальная выставка. При этом обычно при помощи шайб и прокладок, а также измерительных средств (уровень, теодолит) осуществляется выставка азимутальных осей антенн перпендикулярно горизонтальной плоскости. Взаимная привязка азимутальных систем (нулевых азимутальных отсчетов) приемной и передающей антенн производится при изготовлении ретранслятора с помощью посадочных штифтов, если используется общее основание для обеих антенн. При раздельных основаниях антенн их азимутальная привязка осуществляется при установке ретранслятора с помощью теодолита и технологических зеркал.

Предложенный способ передачи информации реализуется следующим образом.

После подачи на ретранслятор питания осуществляют известный штатный режим 18 (фиг.2) - программное наведение приемной антенны 1 ретранслятора на источник сигнала по углу места.

Программное наведение по углу места приемной и передающей антенн 1 и 3 ретранслятора (фиг.1) проводят на рассчитанные от горизонтальной плоскости углы. Эти углы вводят в вычислительное устройство 14 ретранслятора при изготовлении ретранслятора или при его установке с помощью устройства 15 ввода данных.

В рассматриваемом примере ретранслятора, приведенном на фиг.1, при точном наведении приемной антенны 1 ретранслятора на источник сигнала используется экстремальный метод наведения, который не требует дополнительных аппаратурных затрат. Для реализации точного наведения приемной антенны 1 на источник сигнала используют блок 5 и вычислительное устройство 14.

Разворот приемной антенны 1 вокруг угломестной оси 8 проводят с помощью блока 9, управляемого от вычислительного устройства 14.

В предлагаемом способе используется дискретное (пошаговое) сканирование приемной антенны 1 и передающей антенны 3. Оно может быть реализовано с помощью шагового мотора или двигателя, управляемого дискретными сигналами.

В предлагаемом изобретении в угломестном и азимутальном приводах приемной антенны 1 и передающей антенны 3 применяется шаговый мотор. Эти приводы обеспечивают требуемые точность и быстродействие, имеют малые массу и габариты, простую схему управления приводом и измерения угла.

Использование шагового мотора позволяет при эксплуатации обеспечить механическую фиксацию положения антенны. При этом снижается электропотребление за счет отключения электропитания от систем управления антеннами.

Преимущества использования шагового мотора по сравнению с винтовой передачей, которая широко применяется в станциях спутниковой связи, заключается в более высоком быстродействии, а также в отсутствии ограничения по углу при автоматическом наведении по азимуту.

Существенным преимуществом шаговых моторов применительно к предлагаемому изобретению является возможность гибкого управления движением антенны (реверс, остановка). Кроме того, в предлагаемом способе погрешность измерения сигнала, обусловленная дискретным перемещением приемной антенны 1, уменьшается благодаря использованию линеаризации.

В рассматриваемом примере ретранслятора суммарную погрешность программного наведения приемной антенны 1 по углу места на КА находят по формуле:

где ΔГП - ошибка негоризонтальности, ΔКА - ошибка положения КА, ΔПО - приборная ошибка (отработки угла).

Приборную ошибку привода с шаговым мотором определяют по формуле:

где ΔШС - ошибка шагового сканирования (дискретности), ΔЗП - ошибка изготовления зубчатой передачи (шагового мотора и редуктора), ΔШО - ошибка выставки нуля шагового мотора относительно базовой плоскости.

Для рассматриваемого примера ретранслятора выбран шаг перемещения приемной антенны 1 и передающей антенны 3 по азимуту и по углу места - 6 угловых минут. Ошибка ΔШС равна половине шага, т.е. 3 угловым минутам.

Приняты следующие значения ошибок: ΔЗП=4 угловые минуты, ΔШО=3 угловые минуты.

При этом погрешность ΔПО составляет 5,8 угловых минут.

Приняты ΔГП=2 угловые минуты и ΔКА=6 угловых минут, при этом погрешность ΔУМ_КА составляет 8,6 угловых минут. Это существенно меньше допустимой погрешности (24 угловые минуты).

После окончания режима 18 (фиг.2) осуществляют штатный режим 19 - разворот приемной антенны ретранслятора по азимуту.

В прототипе после поиска и захвата сигнала точное наведение антенны на максимум сигнала осуществляется с помощью экстремального метода. Для рассматриваемого примера ретранслятора проводится анализ точности наведения антенны на источник сигнала при использовании экстремального метода с учетом потерь сигнала в атмосфере.

При работе в К_U-диапазоне в условиях сильного ливня потери сигнала в атмосфере по мощности превышают 10-20 дБ. В условиях затяжного дождя потери по мощности не превышают 2-4 дБ. Для приемного канала рассматриваемого примера ретранслятора принимается время измерения сигнала - 1 секунда, время переброса приемной антенны 1 из одного положение в другое - 0,4 секунды, погрешность от шума по уровню 3б при максимальном сигнале (без учета потерь) составляет 0,5·10^-2 от сигнала (по напряжению), при максимальном сигнале (с учетом потерь) - 1·10^-2 сигнала. Допустимое уменьшение принимаемого сигнала из-за потерь в атмосфере при осадках принимается по мощности 6 дБ (по напряжению в 2 раза).

Приемный канал рассматриваемого примера ретранслятора в режиме экстремального наведения имеет погрешность дискретности преобразования измеряемого сигнала в цифровой сигнал 0,5·10^-2 от максимального сигнала (с учетом потерь). Кроме того, имеется случайная погрешность, обусловленная нестационарными потерями сигнала в атмосфере (осадки, туман). В предложенном способе она учитывается в общей погрешности от потерь сигнала в атмосфере при осадках в виде дополнительного запаса на случайный разброс.

Суммарную случайную погрешность измеряемого сигнала (по напряжению) находят по формуле:

где ΔUш - погрешность от шума, Δд - погрешность дискретности преобразования сигнала.

Погрешность ΔUш определяется полосой частот принимаемого сигнала, погрешность Δд - выбранным дискретом преобразования. Поэтому погрешности ΔUш, Δд и ΔUсс не зависят от величины измеряемого сигнала.

При минимальном допустимом значении принимаемого сигнала погрешность ΔUсс равна 1,1·10^-2 Uсм, где Uсм - величина принимаемого сигнала, соответствующая максимуму диаграммы направленности приемной антенны 1.

Ошибку определения азимута Азм, соответствующего максимуму принимаемого сигнала, при использовании экстремального метода наведения находят по формуле:

где S - крутизна диаграммы направленности в рабочей области (в пределах ± 0,2_ϕДН от Азм).

Для рассматриваемого примера .

Ошибка ΔАзм составляет 0,026 ϕДН.

Затем производят наведение оптической оси антенны на КА. При этом максимальная ошибка операции дна составляет половину шага, что соответствует 0,025 ϕДН.

Суммарная ошибка наведения оптической оси антенны на КА по азимуту определяют по формуле:

Она составляет 0,036 ϕДН или 4,3 угловых минут.

При эксплуатации ретранслятора к этой ошибке начального наведения антенны на КА добавляется ошибка положения КА, т.е. зона возможного перемещения КА, которая составляет для рассматриваемого примера 12 угловых минут (0,1 ϕДН).

Поэтому ошибка начального наведения антенны на КА (при суммарной допустимой ошибке ± 0,2 ϕДН) должна не превышать 0,1 ϕДН. С запасом ее следует брать (0,06-0,08) ϕДН. Поскольку ошибка наведения из-за потерь в атмосфере ΔПА является систематической ошибкой, то суммарная ошибка начального наведения является алгебраической суммой ΔПА и ΔА_ЗНА. Следовательно, допустимая ошибка ΔПА должна составлять (0,024-0,044) ϕДН.

Принимается допустимая ошибка ΔПА=0,034 ϕДН.

При использовании экстремального метода наведения антенны ошибку ΔПА определяют с помощью формулы:

где Δ U_ПА - разность двух сигналов, обусловленная потерями сигнала в атмосфере.

Для рассматриваемого примера допустимая величина Δ U_ПА равна 2,04·10^-2 U_см.

Для нахождения Δ U_ПА используют формулу:

где Δ tи - время измерения сигнала, Δ tд - время движения антенны из одного положения в другое, V - средняя скорость изменения сигнала Uc из-за потерь в атмосфере за интервал времени (Δ tи+Δ tд).

В рассматриваемом примере для Δ tи=1 с, Δ tд=0,4 с при допустимой величине Δ U_ПА=2,04·10^-2 Uсм допустимая максимальная скорость V равна 1,46·10^-2 Uc/c.

Следовательно, при скорости изменения сигнала из-за потерь в атмосфере выше указанной, погрешность наведения антенны на КА по азимуту при эксплуатации превышает требуемую величину.

Возможно применение метода наведения антенны на источник сигнала с одновременным измерением сигналов, разность которых используется для нахождения ошибки наведения антенны. В частности, могут быть использованы дополнительно две рупорные антенны для наведения антенны по азимуту. Недостатки этого метода: увеличение массы аппаратуры на 8-20 кг, электропотребления и особенно существенно -габаритов.

Изобретение позволяет значительно повысить точность начального азимутального наведения антенн ретранслятора в условиях потерь радиосигнала в атмосфере при обеспечении массы и габаритов таких же, как и при использовании экстремального метода.

В предложенном способе азимут, соответствующий максимуму принимаемого сигнала Ucм, находят при азимутальном движении приемной антенны 1 с измерением ее углового положения и величины сигнала с помощью формулы:

где Аз₁ и Аз₂ - значения азимута, соответствующие одинаковой величине сигнала, которая равна заданному пороговому значению.

Уменьшение погрешности, вызванной потерей сигнала в атмосфере, обеспечивается благодаря выбору порогового значения сигнала на крутом участке диаграммы направленности приемной антенны 1.

Максимальное значение сигнала, поступающего на вход вычислительного устройства 14 (без учета потерь в атмосфере при осадках), имеет разброс, обусловленный начальным разбросом параметров источника сигнала и приемного канала ретранслятора, а также уходом параметров при эксплуатации. Если принять нижнее значение максимума сигнала Uсм как номинальную величину Uсмн, то наибольшее значение Uсм, которое обозначается maxUсм, больше Uсмн на указанную зону разброса и уходов параметров.

Для рассматриваемого в качестве примера ретранслятора принимается max Uсм=1,1 Uсмн.

При максимальных допустимых потерях сигнала в атмосфере наименьшее допустимое значение максимума сигнала обозначаетсям min Uсм.

Для рассматриваемого примера ретранслятора min Uсм=0,5 Uсмн.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить требуемую точность азимутального наведения приемной антенны 1 и передающей антенны 3 для заданного разброса максимума сигнала Uсм, а также для заданного максимально допустимого значения средней скорости ухода сигнала из-за потерь в атмосфере - Vд. Таким образом, предлагаемый способ может быть реализован при следующих ограничениях:

Особенность определения средней скорости изменения сигнала из-за потерь в атмосфере заключается в том, что оно может быть проведено за измерительный интервал времени (по разности начального и конечного значений сигнала) для неподвижной антенны или при возвращении антенны в начальное положение.

Для обеспечения фиксации порогового значения сигнала на крутом участке диаграммы направленности при сравнительно высокой скорости изменения сигнала из-за потерь в атмосфере вводят перестройку порогового значения.

Из-за значительного разброса максимума сигнала в предлагаемом способе используют две программы первого хода приемной антенны 1:

Рх-1 - первый ход - рабочий;

Их-1 - первый ход - измерительный.

Здесь первый ход приемной антенны 1 - это ее первый разворот в заданном направлении до реверса после уменьшения величины принимаемого сигнала до порогового значения.

Программу Рх-1 реализуют при относительно небольших потерях сигнала, когда максимум сигнала Uсм больше заданного граничного значения Uсмг. Программу Их-1 осуществляют для условия minUсм≤Uсм≤Uсмг.

Результаты измерительного хода используют для перестройки порогового значения -уменьшения его величины.

Разворот приемной антенны 1 по азимуту для захвата сигнала, принимаемого от КА, может составить полный круг. Захват сигнала фиксируют по превышению величины сигнала заданного первого порогового значения. Это пороговое значение выбирают таким, чтобы оно было меньше наименьшего максимума сигнала и больше, чем максимальная величина сигнала от бокового лепестка диаграммы направленности приемной антенны 1. Таким образом обеспечивают защиту от ложного захвата сигнала.

Первое пороговое значение сигнала выбирают исходя из реализации программы Рх-1, при которой первый ход приемной антенны 1 является рабочим. Это позволяет уменьшить время осуществления предложенного способа, поскольку вероятность потерь сигнала в атмосфере, при которых величина Uсм меньше Uсмг, сравнительно невелика.

Крутой участок диаграммы направленности должен выбираться по относительной крутизне, которая для текущего значения сигнала Uci определяется по формуле:

где ΔАз и ΔUc_i - изменение азимута и сигнала Uci соответственно.

Абсолютная крутизна находится по формуле:

Снижение Uc_i позволяет уменьшить угловую ошибку ΔАз при относительном изменении сигнала из-за потерь.

Максимальное значение относительной крутизны So соответствует диапазону (0,25-0,45) Uсм.

При реализации режима 19 (фиг.2) разворот приемной антенны 1 (фиг.1) по азимуту в заданном направлении проводят дискретно с измерением сигнала до первого превышения сигнала заданного первого порогового значения. Если величина при начальном измерении сигнала больше первого порогового значения, то сначала осуществляют разворот приемной антенны 1 по азимуту в обратном направлении (реверс), а затем в заданном направлении, после уменьшения сигнала до величины, меньшей первого порогового значения. Вероятность реверса для рассматриваемого примера ретранслятора составляет менее 0,01.

При проведении режима 19 (фиг.2), при движении приемной антенны 1 (фиг.1) с помощью вычислительного устройства 14 производят фиксацию углового положения приемной антенны 1 и измерения сигнала с заданной частотой. В ретрансляторах, в приводах которых применяют шаговые моторы, угловое положение приемной антенны 1 определяют по количеству подаваемых на привод импульсов. Частота измерения (опроса) сигнала, поступающего на вычислительное устройство 14 от блока 5 наведения приемной антенны, выбирается исходя из конкретной аппаратурной реализации ретранслятора. При этом для каждого дискретного положения (шага) приемной антенны 1 проводят осреднение сигнала. Поэтому период обновления сигнала равен времени одного шага.

Время измерения сигнала (на одном шаге) - Δtu и величину шага - Δ Азш выбирают такими, чтобы разность соседних сигналов (соседних шагов) с заданным запасом превышала ошибку измерения сигнала в диапазоне (0,2-0,8) максимального значения сигнала. Кроме того, ошибка дискретности по углу, равная половине шага, должна быть в 4-10 раз меньше суммарной ошибки наведения.

Для рассматриваемого примера ретранслятора угловая скорость перемещения обеих антенн составляет 1 градус/с, величина шага - 6 угловых минут, время измерения сигнала на одном шаге - 0,1 с.

Суммарную случайную ошибку сигнала при времени измерения Δtu находят с помощью формулы (3). При этом погрешность от шума меняется обратно пропорционально √Δtu, a погрешность дискретности преобразования от времени измерения не зависит.

Для рассматриваемого примера ретранслятора максимальное значение сигнала от бокового лепестка приемной антенны 1 меньше максимума сигнала основного лепестка по мощности на 13 дБ (по напряжению в 4,5 раза).

При наибольшем максимуме сигнала maxUсм=1,1 Uсмн максимальный сигнал от бокового лепестка составляет Uбл=0,24 Uсмн.

Для рассматриваемого примера ретранслятора берется граничное значение Uсмг=0,8 Uсмн, при этом среднее значение максимума сигнала в диапазоне (0,8-1,1) Uсмн равно 0,95 Uсмн. Ему соответствует диапазон максимальной относительной крутизны диаграммы направленности (0,33±0,1) Uсмн.

Выбирают первое пороговое значение сигнала Uп₁=0,33 Uсмн. При этом выполняются условия Uп₁>Uбл и Uп₁<minUсм.

Для времени измерения Δtu=0,1 с и принятой величины ошибки ΔUш=0,5·10^-2 Uсмн (при Δtu=1 с) определяют ΔUш=1,58·10^-2 Uсмн. С учетом ошибки Δд=0,25·10^-2 Uсмн из формулы (3) находят ΔUcc=1,6·10^-2 Uсмн. Это соответствует 4,8·10^-2 Uп₁.

Осреднение сигнала для уменьшения случайной ошибки используют для всех интервалов времени измерения сигнала, используемых в данном способе.

Величина ошибки определена по уровню 3σ при нормальном законе распределения ошибки. Она существенно меньше разности соседних сигналов ΔUсш, которая при Uc=Uп₁ и minUcм=0,5 Uсмн составляет (0,1-0,14) Uп₁.

Случайная ошибка разности двух сигналов Δср равна ΔUсс√2. Для рассматриваемого примера она составляет 2,2·10^-2 Uсмн.

При первом превышении сигнала первого порогового значения во время движения приемной антенны 1 в заданном направлении осуществляют дополнительный режим 20 (фиг.2) - определение скорости изменения сигнала.

При этом производят остановку приемной антенны 1 (фиг.1), измерение сигнала и определение средней скорос