ФРДС, это всего лишь фазовая радионавигационная дальномерная система.
Фаза, от греческого phasis («появление») — отдельная стадия развития какого-либо явления или процесса в природе или обществе. Да, кроме такого запутанного объяснение, Вы наверняка слышали о фазах Луны или про кусок проволоки которую называют почему-то фазой? Наши с Вами фазы где-то сродни этой проволоке, хотя Вы пока не догадываетесь почему?
Посмотрите на рис2. Да, это знакомая Вам с детства синусоида. Возьмём вектор ОА и начнём его крутить против часовой стрелки. Он (вектор) на оси Y оставит проекцию, величина которой будет Y = Аsin(фи), где А — условная длина вектора обычно принимаемая за единицу. В результате мы и получим знакомую нам синусоиду. А так-как аргумент (фи) есть угол, то вектор совершит один оборот ровно на угол равный 2пи или в градусной мере 360°. Когда всякие нехорошие люди хотят, что-то нам втюхать, то показывая синусоиду, на оси абсцисс размещают символы различных аргументов. Хотя все они сводятся к угловой мере, коей они и являются! Вектор ОА вращается с угловой скоростью (омега) и за единицу времени поворачивается на какой-то угол (омега)t. График функции Y=Аsin(фи) показанный на рис2 в дальнейшем начнёт повторяться. Другими словами, синусоида функция периодическая. Это нам нужно понимать и знать. Аргумент (фи) ещё называют ФАЗА. Фаза определяющая в данный момент значение функции.
По закону синусоиды у нас текут переменные токи в сети, радиоволны... Время за которое вектор ОА совершает один оборот называют периодом Т. Обратная периоду величина есть частота, F=1/T. Применительно к радиоволнам, то путь пройденный волной за время Т называют длиной волны и как правило обозначают буквой (лямбда). Для практики, зная длину волны и число периодов Т можно найти путь пройденный волной. Скажем путь от радиостанции до корабля. Осталось дело за малым, узнать сколько же целых периодов составляет время движения волны? А для точности измерения и плюс ещё часть одного периода, так сказать неполного! Ведь это наиболее вероятная ситуация.
На рис2а формулы по нахождению значения: длина волны, (лямбда) = СТ, где С — скорость света (300000 км/сек.); длина волны через значение частоты; дистанция между радиостанцией и кораблём при таком рис6с количестве периодов Т. В нашем случае их 2,75., а дистанция D = C2,75Т. Чтобы решить какую-либо навигационную задачу фазовым методом (наша же тема ФАЗОВАЯ СИСТЕМА), нам для вычисления дистанции, как Вы видели только, что необходимо знать фазу. То есть, угол на который повернулся наш воображаемый вектор? А это количество периодов и плюс неполный! А как? С помощью фазометра. А откуда мы знаем, что их столько? Правильно, нужно что? Поставить счётчик полных периодов!
Два моряка, Джо и Мо, после кораблекрушения оказались на необитаемом острове. Прошло несколько лет. Однажды Джо нашёл бутылку, которую выбросили на берег волны. Это была одна из новых огромных бутылок из-под «Кока-кола». Джо побледнел. «Эй, Мо! — крикнул он, — мы с тобой уменьшились!» Это конечно шутка, но?.. Но, это ведь говорит о том, что всё познаётся в сравнении! Вот и нам прежде чем, что-то предпринимать нужно сравнить скажем фазу пришедшего сигнала с оригиналом, но как?
Для дальнейшего рассуждения посмотрите на рис3. Это две временных диаграммы с двумя синусоидами. На первой (справа), две синусоиды у которых фазы совпадают. Амплитуды разные, а вот фазы одинаковые. Пересечение оси абсцисс (чёрные точки). На второй диаграмме наоборот полное несовпадение, точки пересечения оси абсцисс не совпадают. Говорят, что красная синусоида запаздывает на фазу угол (фи). В нашем примере где-то градусов на 40-45. Как это понимать? Это значит, что вектор синей синусоиды начал первым крутиться. И как только он достиг угла (условно фи), только тогда красный вдруг очнулся и погнался вдогонку.
А, почему глядя на какую-то проволоку говорят, что это фаза? Кому очень интересно знать, об этом в моей Мини-лекции «Трёхфазный ток» из сборника об электричестве, «мини-лекции для домохозяек»: http://www.proza.ru/2016/01/07/1289 Там три вектора крутятся с интервалом в 120° На каждом из трёх проводов течёт ток своей фазы, сдвинутой по отношению к другим на те же 120° А в Ваших (наших) сетях присутствует только одна фаза и ноль! Если для Вас это открытие, почитайте, не пожалеете! А заодно и «Электрические сети». Тогда Вы точно будете знать, что такое хорошо, а, что такое плохо?! И, что такое 380 на 220 и почему?!
А, какого мы зацепились за эти дурацкие фазы? Чем нас не устраивают те, импульсные системы? Не устраивает, потому как у фазовых точность выше! Так, к примеру, если корабль стоя у стенки одним бортом, а потом повернулся другим, то система сразу же запаникует! Это мол чё такое, «карабэл» не тем боком какая-то зараза поставила?! Система разницу в несколько метров сразу же почуяла! А задачи-то все те же, что и в импульсной, определение расстояния или разность и нахождение места корабля (самолёта)! Как же находят эти самые расстояния или разности?
На рис4 показана блок-схема пассивной дальномерной системы (для самолётов). НСТ, — наземная станция; ВС, — воздушное судно. Наземная станция состоит из передатчика (Пер) и опорного генератора (ОГ). На самолёте система состоит из такого же ОГ, приёмника Пр, фазометра ФМ и индикаторного устройства ИД. Перед вылетом оба ОГ синхронизируется системой синхронизации СНХ... НСТ излучает радиоимпульсы, а на ВС измеряют сдвиг фазы принятого сигнала с опорным ОГ. Это наверное самой простой из всех, метод?
Активный же фазовый метод работает по принципу запрос-ответ. Корабль (самолёт) так же как на рис1 посылает радиоимпульсы на две станции. Получив ответ измеряет разность фаз. Определив расстояние до станций с помощью круговой системы, определяется место!
Но тут же возникают трудности, как отделить частоты? И придумали. Отвечающие станции отвечают на другой частоте и лучше всего получается при отношении частот как 2/3, рис9. Если честно, то мне самому как-то с этими 2/3 не очень?! Но какие-то разделения по частотам существуют.
Аналогичная картина и в гиперболическом методе рис5, определения места по разности расстояний, но только фазовым методом. Так к чему мы пришли с этими чёртовыми фазами? Посмотрите на рис9а. Это и есть результат наших фазовых экспериментов. На верхней формуле видно, какой будет сдвиг фазы и отчего зависит при прохождение волны определённой длины на расстояние r. Действительно, число периодов (длина волны как бы период), длин волн на расстояние r уложится на r/длину волны. А период в градусной мере равен 360° всё так просто! Вычитая сдвиг фазы сигнала от первой станции из фазы второй где расстояния от станций до корабля соответственно r1 и r2. Конечный результат в виде формулы Вы и видите. То есть разность фаз и разность расстояний связаны. На рис6 Вы видите иллюстрацию как фазовым гиперболическим методом определяется место корабля М с помощью станций А,Б и В.
Конечно всё это (мини-лекции) лишь небольшой экскурс в прошлое, но? Но навигацию ещё никто не отменял и всё это работает, но слишком усложнено, иначе никак?!
И под «занавес», несколько слов о радиовысотомере рис7. Это тоже измерение дистанции от самолёта до земли. Это та же система запросчик-ответчик! Вот только ответчиком (как и в радиолокации) служит земля. Да здесь применяется частотный метод, но это вовсе не мешает всё это делать фазовым методом. Здесь, я думаю играет роль техническо-экономические факторы?! Как это работает?
В обычном режиме определить высоту (дистанцию) таким способом можно лишь на больших высотах. На низких же высотах для радиовысотомера наступает «мёртвая» зона! Это когда импульс запроса ещё не успел окончательно выйти из передатчика, как отражённый начинает поступать в приёмник. Для системы оба импульса как бы сливаются. Поэтому пошли на хитрость рис8. В этом методе сравнивают не разницу во времени, а модуляционные характеристики двух сигналов. С помощью частотной модуляции меняют частоту сигнала по вот такому треугольному закону. Частота медленно (относительно частоты сигнала) меняется от fмин. до fмакс. Пока сигнал движется до земли и обратно частота сигнала изменится. И если оператор (лётчик, штурман) мог бы увидеть то, что мы с Вами видим, и как частота изменится от f1 до f2. А разница F = f1 - f2 будет пропорциональна высоте самолёта. Аналогично можно измерить сдвиг фаз пропорциональной высоте.
В следующей лекции мы познакомимся с измерением дальности, используя импульсный и фазовый методы одновременно...