Радиотехнические системы
..pdf
221
а) |
б) |
Рисунок 9.6. а) Геометрические соотношения двухточечного источника сигнала; б) Расчетный фазовый фронт волн, излучаемых двухточечным
источником
где L - расстояние между точками наблюдения,
R- расстояние между локатором и центром цели,
γ- фазовый сдвиг сигналов, излучаемых точками 1 и 2,
ρ= E2 / E1 .
Формула (9.4) характеризует отклонение нормали к фазо- вому фронту от направления РЛС - центр цели.
Самый неблагоприятный случай имеет место, когда амп- литуды сигналов равны между собой (E1 = E2 ) и γ = π . Тогда расчетная погрешность может достичь π / 2 . Реальная погреш- ность меньше вследствие усреднения флуктуирующего поля ан- тенной РЛС. Тем не менее, кажущееся положение цели может оказаться за ее пределами. Влиянию угловых шумов целей под- вержены как одноканальные, так и многоканальные пеленгато- ры.
Аппаратурная погрешность, естественно, зависит от ме- тода пеленгования. Рассмотрим ее для амплитудного метода. Как указывалось выше, амплитудное пеленгование основано на использовании зависимости выходного напряжения направлен- ной антенны от углового положения цели относительно ее оси. Имеем,
uВых (α ) = U0 f (α ) .
222
Нормированная функция f (α ) называется пеленгацион-
ной характеристикой.
Источником угловых ошибок является неточность отсчета выходного напряжения, связанная с угловой погрешностью фор-
мулой, DU |
|
= U |
|
df |
|
|
Dα , где угол α |
0 |
соответствует уров- |
||||
Вых |
0 dα |
|
|||||||||||
|
|
|
α =α0 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ню отсчета выходного напряжения. Отсюда получаем, |
|||||||||||||
|
|
|
σα = |
σU × |
1 |
|
|
. |
|
(9.5) |
|||
|
|
|
¢ |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
U0 |
f (α) |
|
α =α0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
При использовании методов амплитудного сравнения уро- вень отсчета обычно выбирается как (0,5 ¸0,8)U0 , так что по-
грешность пеленгования ориентировочно составляет
(0,01¸0,02)Qα .
9.4.Автоматическая система автосопровождения по направлению с коническим сканированием
Обобщенная структурная схема системы автосопровож-
дения цели по направлению в одной плоскости представлена на рисунке 9.7. Рядом приведена пеленгационная характерис- тика системы. Как дискриминационная характеристика любой системы автоматического регулирования она имеет вид нечет- ной действительной функции.
Антенн. |
|
UВых Диск. |
|
|
|
система |
|
|
|
СУА |
α |
Угловой |
UВых Диск. |
|
дискриминатор |
|
|
Рисунок 9.7. Обобщенная структурная схема автосопровождения по
угловой координате
223
Система автосопровождения с коническим сканиро-
ванием антенны предназначена для сопровождения цели в двух плоскостях. В каждой из них следует получить по- добную пеленгационную характеристику. С этой целью антенна пеленгатора имеет диаграмму направленности, узкую в обеих плоскостях. При сканировании ось диаграм- мы вращается, образуя в пространстве конус, как показа- но на рисунке 9.8.
Ось
сканирования
Рисунок 9.8. Коническое сканирование ДНА
Равносигнальное направление (РСН) совпадает с осью сканирования.
Предположим, что пеленгатор с коническим скани- рованием работает в составе импульсной РЛС. Идея ме- тода заключается в том, что если цель на РСН, принимае- мые от нее импульсы имеют постоянную амплитуду. Если цель отклонена от РСН в какую- либо сторону, импульсы преобретают амплитудную модуляцию с частотой скани- рования (рисунок 9.9а)). Схема РЛС должна быть постро- ена таким образом, чтобы определить в какой плоскости , в какую сторону и насколько она отклонена.
Один из способов получения конического сканиро- вания - применение в зеркальной антенне несимметрич- ного облучателя, например, диполя, запитываемого коак- сиалом. Его вращением получают коническое сканирова- ние (рисунок 9.9б) ).
225
1 
2 |
3 |
Рисунок 9.11. Эпюры напряжений в схеме 9.10
Представим сигнал ошибки в виде гармонического коле-
бания
uОш (t) = UОшMAX cos(ΩСК t −ϕ) , |
(9.6) |
где амплитуда UОш MAX = kψ прямо пропорциональна отклоне-
нию цели от оси сканирования, а фаза определяется угловым положением цели в плоскости, перпендикулярной оси скани- рования, так называемой картинной плоскости (см. рисунок 9.12).
Приведенная формула справедлива при малых отклоне- ниях цели от оси сканирования по сравнению с шириной диаг- раммы направленности антенны.
Разделение сигнала ошибки на ортогональные составля- ющие производится с помощью фазовых детекторов. Фазовые детекторы выполняют обычную функцию:
UВыхФД = UВх1UВх2 cos( ϕ ),
где UВх1, UВх2 - амплитуды,
ϕ - разность фаз входных сигналов.
226
y |
|
ϕ |
x |
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
A |
|
β |
O |
α |
|
|
|
|
|
ψ
РЛС
Рисунок 9.12. Геометрические соотношения при коническом сканиро-
вании
В схеме два фазовых детектора. На них кроме сигнала
ошибки поступают опорные напряжения азимута и угла места с генератора опорных напряжений (ГОН):
uОПα (t) = UОMAX cosΩСК t , uОПβ (t) = UОMAX sin ΩСК t
На выходе фазового детектора канала азимута имеем:
UВыхФДα = U0 MAXUОш MAX cos(ϕ ) .
Используя геометрические соотношения в картинной плос- кости (см. рисунок 9.12), запишем,
cos(ϕ ) = OBOA = ψαRR = ψα , и далее
UВыхФДα = U0 MAX ψα Kψ = U0 MAX Kα ,
где K - коэффициент пропорциональности.
Таким образом, выходное напряжение фазового детекто- ра канала азимута оказалось линейной функцией углового рас- согласования α в азимутальной плоскости. Напряжение с вы- хода фазового детектора поступает на усилитель мощности УМ, питающий двигатель, который поворачивает антенну до совме- щения оси сканирования с направлением на цель, когда сигнал ошибки становится равным нулю.
Аналогичным путем получается линейная пеленгацион- ная характеристика в плоскости угла места.
227
Частота сканирования на основании теоремы Котельни- кова должна быть по крайней мере вдвое ниже частоты следо- вания импульсов и обычно лежит в пределах (40 ÷ 400) об/мин.
Достоинство метода - простота: одноканальное устрой- ство позволяет сопровождать цель по обеим угловым коорди- натам. Недостаток: слабая помехозащищённость, являющаяся следствием одноканальности.
9.5.Моноимпульсные системы
9.5.1.Принципы построения и классификация
Моноимпульсные пеленгаторы могут быть как обзорны- ми, так и следящими. В данном разделе рассматриваются сле- дящие пеленгаторы.
Принципы моноимпульсной пеленгации были сформули- рованы Д.Р.Родсом в виде трех постулатов [18]:
1)Информация о пеленге извлекается в виде отноше- ния сигналов, принятых по различным каналам.
2)Пеленгационная характеристика должна быть нечёт- ной действительной функцией.
3)Пеленгационная характеристика не должна зависеть от амплитуды принятого сигнала.
В литературе существует несколько подходов к классифи- кации моноимпульсных пеленгаторов. В данном курсе исполь- зуется подход, предложенный Д. Р.Родсом [18].
По виду используемого отношения сигналов пеленгато- ры делятся на мультипликативные и аддитивные:
a
b - мультипликативное отношение (используется для по-
строения мультипликативных пеленгаторов);
a − b
a + b - аддитивное отношение (используется для постро-
ения аддитивных пеленгаторов).
По виду антенной системы пеленгаторы делятся на:
228
-фазовые;
-амплитудные.
В теории следящих систем антенные устройства называ- ют угловыми датчиками.
Рассмотрим данную классификацию применительно к двухканальным системам, предназначенным для пеленгации в одной плоскости.
Фазовые пеленгаторы имеют разнесенные по простран- ству антенны с одинаковыми амплитудными диаграммами на-
правленности F (α ) (см. рисунок 9.13 а)). u1(α)
α 
а) |
u2(α) |
|
|
1 |
u1(α) |
|
ε |
|
|
|
|
б) |
ε |
u2(α) |
|
2 |
|
|
|
Рисунок 9.13. Фазовый (а) и амплитудный (б) угловые датчики
На выходах фазового углового датчика имеем
u (α) = U |
|
F (α)e j |
ϕ |
|
(α) = U |
|
F(α)e− j |
ϕ |
|
|||
MAX |
2 , u |
2 |
MAX |
2 |
, |
|||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где ϕ = 2π |
l |
sin (α ) - разность фаз сигналов, наведенных в ан- |
||||||||||
λ |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
теннах.
На равносигнальном направлении ϕ = 0 .
Амплитудные пеленгаторы имеют антенные системы с раз-
несенными по углу амплитудными диаграммами направленности
229
и совмещенными фазовыми центрами (см. рисунок 9.13 б)).
u1(α ) =UMAX F(α -ε ) ; u2 (α) =UMAX F(α +ε ) ,
где ε - отклонение оси ДНА от равносигнального направле- ния.
9.5.2. Мультипликативные (логарифмические) моноимпульсные пеленгаторы
для пеленгации в одной плоскости
Мультипликативные (логарифмические) пеленгаторы мо- гут быть как фазовыми так и амплитудными.
Найдем мультипликативное отношение сигналов в общем
виде.
u (α) = U F (α) ; u (α ) =U F (α) ; m = |
u1(α ) |
= |
F1(α ) |
||||
u2 (α ) |
F2 (α ) |
||||||
1 |
MAX 1 |
2 |
MAX 2 |
|
|||
|
|
|
|||||
Полученное отношение не зависит от амплитуды сигнала UMAX , но не является нечётной функцией угла α . Вычислим логарифм этого отношения.
æ |
F1 |
ö |
|
|
ln(m) = ln ç |
(α ) |
÷ = ln[F1(α)]- ln[F2 (α )] . |
(9.7) |
|
F2 |
|
|||
è |
(α) ø |
|
||
При симметричности диаграмм полученная функция яв- |
||||
ляется нечётной. |
|
|
|
|
Для логарифмического амплитудного пеленгатора имеем: |
||||
ln(m) = ln[F(α -ε )]- ln[F(α + ε)]. |
(9.8) |
|||
Соответствующая пеленгационная характеристика пред- ставлена на рисунке 9.14.
230
ln u1 |
ln u2 |
α − ε α α + ε |
α |
ln u1 - ln u2 |
|
Рисунок 9.14. Образование пеленгационной характеристики амплитуд-
ного логарифмического пеленгатора
Структурная схема логарифмического амплитудного пе- ленгатора для пеленгации в одной плоскости, соответствующая формуле 9.8, приведена на рисунке 9.15.
СМ 
ЛУПЧ
Г −
СМ 
ЛУПЧ
Двиг. УМ
Рисунок 9.15. Структурная схема амплитудного логарифмического
пеленгатора
На схеме ЛУПЧ - логарифмические УПЧ. Обычно, они включают в себя детекторы.
Недостаток схемы: приёмныеканалы должны быть идентич- ными для получения высокой точности пеленгования, причем
идентичность должна соблюдаться в динамическом диапазоне входных сигналов в различных условиях эксплуатации. Считает- ся, что неизбежный разбаланс каналов составляет 1-2 дБ.