Fagstoff

Automatisk målfølging

Publisert: 03.05.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
Målfølging

For mottak av telemetrisignaler fra rakettnyttelaster og satellitter brukes antenner med stor retningsvirkning. Dette betyr at antenna må rettes mest mulig direkte mot senderen, en sender som kan bevege seg med stor vinkelhastighet i forhold til mottakerantenna. Dette gjør det nødvendig med presis styring av antenna.

Metoder for målfølging og antennestyring

Det er fire hovedmetoder for automatisk antennestyring

  • monopuls
  • konisk avsøking
  • antenna styrt av et forhåndsberegnet baneprogram
  • antenna slavet til en annen antenne

Monopuls og konisk avsøking er metoder som baserer seg på mottatt signal fra senderen og gjør det mulig for antenna med antennekontrollenhet selvstendig å spore en bevegelig sender, også om den ikke følger en forventet bane. Disse to metodene skal vi se på mer i detalj.

Styring med forhåndsberegnet baneprogram har størst anvendelse for mottak av signaler fra satellitter. For raketter brukes forhåndsberegnet bane hovedsaklig som støtte for å finne målet om antenna har mistet signalet fra senderen, og ikke som eneste metode.
Slaving til annen antenne betinger at minst en av antennene sporer raketten med en annen metode, som monopuls eller konisk avsøking. Ofte vil alle antennene som følger en nyttelast være i stand til selvstendig å spore nyttelasten, men om en antenne mister sporing vil slaving rette den mot målet igjen. Som et supplement til de fire hovedmetodene kan antenner også slaves til radar eller optisk sikte. Optisk sikte er selvsagt bare aktuelt for den aller første delen av flukten. 

 

Monopuls

Antennesystemet generer fem stråler, eller lober, som vist i figuren under. I kretseksemplet, som er hentet fra 10-fot antenna ved Andøya Space Center, er det et eget fødeelement i senter som gir et viktig bidrag til sumstrålen. Denne har altså fem fødeelementer totalt. (Skjemaet viser også faseforsinkende ledd som gjør det mulig å ta i mot både venstrehandsdreid og høyrehandsdreid polarisasjon) I andre antenner kan det være fire fødeelementer og sumstrålen fremkommer bare som summen av disse. Ved å sammenlikne signalet som mottas i de forskjellige elementene kan det beregnes om senderen ligger til side for pekeretningen til antenna.

 

Sammenkoping av antenneelementer i et monopuls målfølgesystemSammenkopling av dipoler
Opphavsmann: Narom

 

Lober i et monopuls målfølgesytem.Monopuls målfølging
Opphavsmann: Narom

 

Svært forenklet kan vi skissere prinsippet for monopuls med noen enkle likninger. For denne forenklede fremstillingen behøver vi ikke bry oss om hva som er kilden til sumstrålen. Vi ser bare på elevasjon siden prinsippet for azimut er identisk. Bokstavene i likningene refererer til figuren over.


(A - B) + E = E når antenna peker rett på senderen (A = B)

(A - B) + E > E når antenna peker lavere enn senderen (A > B)

(A - B) + E < E når antenna peker høyere enn senderen (A < B)

 

Konisk avsøking

Mobil telemetriantenneMobil telemetriantenne
Opphavsmann: Andøya Space Center
Konisk avsøking (engelsk: Conical Scan) bruker et enkelt fødeelement som roterer mekanisk rundt fokuspunktet i parabolen. Resultatet blir en hovedstråle med konisk avsøkingsvinkel. Prinsippet er illustrert i animasjonen det er lenket til i lenkesamlingen.På bildet ser du en antenne med konisk avsøking. I venstre kant av hovedreflektoren sitter en målfinningsantenne med monopuls avsøking. Denne kan ikke direkte sammenliknes med et fødeelement for en stor reflektor, men gir et inntrykk av forskjellen i typisk diameter på de to avsøkingssystemene.

Fordeler og ulemper

Sammenlikner vi konisk avsøking med monopuls vil vi se fordeler og ulemper med begge metodene. Signalmessig vil monopuls på grunn av mer kompleks signalbehandling gi et større støybidrag enn konisk avsøking. Det stilles også store krav til faselinearitet mellom de forskjellige delene.
På den annen side vil senderen alltid ligge litt utenfor senter av hovedstrålen til en antenne med konisk avsøking når senteraksen til antenna følger senderen.
Mekanisk ser vi at monopulssystemet ikke har noen bevegelige deler som kan slites, men er samtidig langt mer komplisert og tar større plass.
Monopuls tillater svært mye høyere avsøkingshastighet enn konisk avsøking, men maksimal vinkelhastighet til objektet som skal følges begrenser hvor hurtig avsøking det i praksis er behov for.  Synkende priser og stadig bedre kvalitet på elektroniske kretser har lenge favorisert monopulssystemer. De aller siste årene har utviklingen av lettere og sterkere materialer igjen gjort konisk avsøking mer konkurransedyktig.

 

Relatert innhold

Generelt