книги / Радиолокационные измерители дальности и скорости. [Т.1]

где V - истинное значение воздушной скорости.

Следовательно, система (3.8.8) по координате Уи эквивалентна уравнению (3.8.9). Также заметим, что выражение (3.8.5) получе­ но с учетом ошибок аппроксимации исходных гипсометрических зависимостей и конечности разрядной сетки.

Упрощенная модель датчика воздушной скорости определяет­ ся формулой (3.8.7), где AV и £v удовлетворяют соотношениям:

M[AV] = 0, м[ду2]<3м /с, М[£у] = 0, м[£2] < 1 м/с.

Окончательный вид модели выбирается исходя из используе­ мых датчиков и условий полёта.

3.8.2. Датчики линейных ускорений

Ускорение, с которым движется ЛА, измеряется акселеромет­ рами. В общем случае измеряется, так называемое, кажущееся ус­ корение a(t), представляющее собой разность между абсолютным ускорением a<>(t) и ускорением свободного падения g

a=a0-g.

Естественно полагать, что отдельно взятый акселерометр из­ меряет проекцию вектора а на свою чувствительную ось. Для из­ мерения полного вектора ускорений необходимы три акселеромет­ ра, расположенных под некоторым углом друг к другу, например, ортогонально.

Различают осевые акселерометры с поступательным переме­ щением инерционной массы и маятниковые акселерометры с ма­ ятниковой инерциальной массой. Для описания принципа измере­ ния и получения модели акселерометра рассмотрим акселерометры с поступательным перемещением инерционной массы типа ДПЛ-7 или ДЛУ, которые в настоящее время широко используются на самолетах и ракетах.

Условная механическая схема таких акселерометров представ­ лена на рис. 3.8.5. Грузик массой m скользит по стержню под дей­ ствием ускорения ао. При отклонении грузика от равновесного по­ ложения на расстояние х, на него действует сила пружины, рав­ ная Спх, где Сп - коэффициент жёсткости пружины. При движе­ нии грузика, на него действует ещё и сила сопротивления кх, где к - коэффициент трения. Эта сила, в зависимости от конструктив-

Og - коэффициент затухания.

Обычно случайную функцию ^(t) принято считать стационар­ ным коррелированным шумом, который определяется как резуль­ тат преобразования белого шума формирующим фильтром. Поря­ док этого фильтра, как правило, совпадает с порядком модели са­ мого датчика. Кроме того, параметры фильтра совпадают с пара­ метрами модели датчика (3.8.11).

Таким образом модель датчика (3.8.10), (3.8.11) определяется четырьмя параметрами: собственной частотой Q=T_1; коэффициен­ том затухания а0; дисперсией случайной величины Да; спек­ тральной плотностью G белого шума.

Реальные акселерометры являются нелинейными элементами, имеющими область насыщения и зону нечувствительности, учиты­ ваемую постоянной ошибкой Да, знак которой определяется зна­ ком измеряемого входного сигнала.

Для современных акселерометров зона нечувствительности на­ ходится в пределах 10 '3- 1 0 4 м/с2, собственная частота (1=60-100 с-1, коэффициент затухания а3=0,25-0,4 с-1, а средняя ошибка из­ мерений составляет 0 ,1 % от диапазона измеряемых ускорений.

При решении задач измерения дальности и скорости до цели приближенно можно считать, что справедливо равенство y(t)=a(t). Тогда, с учётом (3.8.10), модель акселерометра примет вид

z=Ka(a(t)+Aa)+£a. (3.8.12)

Полезный сигнал a(t) равен проекции на измерительную ось датчика разности абсолютного ускорения точки установки датчика и ускорения силы земного притяжения. Вектор абсолютного уско­ рения в точке установки датчика определяется как

где со - вектор угловой скорости связанной системы координат; г - вектор, определяющий положение датчика в связанной системе координат, относительно центра массы; ао - вектор абсолютного ускорения центра массы ЛА. В формуле (3.8.13) учтено, что в точ­ ке установки датчика отсутствуют упругие деформации.

Пренебрегая величинами второго порядка малости можно по­ лучить, что входной сигнал датчика определяется выражением

a=cos(px[cOyZ-(Dxy-gx]-fcos(py[V(-a+coz)-b-a)xz-gy]+

где <рх, фу9 ф2 - углы между измерительной осью датчика и осями связанной системы координат; х, у, z - проекции вектора г на со­ ответствующие оси; V - скорость полета самолета; а , Р - аэроди­ намические углы; ©х G)yf coz - проекции вектора © на оси связан­ ной системы.

С учётом преобразования измеренного ускорения в электриче­ ское напряжение и компенсации медленно изменяющейся состав­ ляющей Аа сигнала на выходе акселерометра, в простейшем слу­ чае определяется соотношением

в котором ка - коэффициент передачи акселерометра, ^ - эквива­ лентный центрированный белый шум с известной спектральной плотностью.

В заключение следует отметить, что весьма перспективными датчиками ускорений являются акселерометры на базе полупро­ водниковых тензометрических резисторов, диодов и триодов, мо­ дель которых, в простейшем случае, также определяется соотно­ шением (3.8.15).

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ОЦЕНИВАНИЯ ДАЛЬНОСТИ

ИСКОРОСТИ В ДОПЛЕРОВСКИХ РЛС

4.1.ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ КАНАЛОВ ДАЛЬНОСТИ И

СКОРОСТИ В ДОПЛЕРОВСКИХ РЛС

Под доплеровскими будут пониматься РЛС, в которых исполь­ зуется информация, извлекаемая из доплеровской частоты прини­ маемых сигналов в процессе их спектрального анализа. Возмож­ ность выделения доплеровских составляющих отраженных сигна­ лов позволяет:

обеспечить большую, по сравнению с другими типами РЛС, дальность обнаружения целей за счет когерентного накопления энергии отраженных сигналов в узкополосных доплеровских фильтрах;

подавлять мешающие отражения от поверхности земли, а также преднамеренные пассивные помехи, выделяя при этом сиг­ налы движущихся целей;

выполнять разделение (разрешение) целей по скорости сбли­ жения с целью и оценивать её с высокой точностью;

обеспечивать высокую разрешающую способность по угловым координатам при наблюдении групповых целей за счет разности радиальных скоростей целей;

выполнять распознавание целей по особенностям структуры доплеровских сцектров отраженных сигналов.

Следует также отметить, что за счет узкополосной фильтра­ ции принимаемых сигналов доплеровские РЛС обладают высокой помехозащищенностью при действии преднамеренных активных шумовых помех, создаваемых противником.

В зависимости от вида излучаемого сигнала можно выделить две разновидности доплеровских РЛС. К первой из них относятся так называемые импульсно-доплеровские РЛС (ИДРЛС), в кото­ рых используются когерентные пачки импульсов. Ко второй отно­ сятся РЛС с непрерывным или прерывистым зондирующим сигна­ лом. Первая разновидность находит широкое применение в совре­ менных РЛС наземного базирования, в РЛС самолётов и в актив­ ных РГС ракет различного назначения. Вторая применяется в полуактивных РЛС и РГС различного базирования. Принципиальная разница между ними состоит в том, что в ИДРЛС можно измерять как доплеровскую частоту, так и время запаздывания отражённых

целей, наблюдаемых со стороны их передней полусферы. В этом случае обнаружение целей осуществляется с помощью набора доп­ леровских фильтров с АЧХ K(f) на фоне только внутренних шу­ мов приемника, что обусловливает высокую дальность обнаруже­ ния целей в передней полусфере.

Использование ВЧПИ дает возможность осуществлять одно­ значное измерение скорости цели в «свободной» зоне. Для этого частота повторения импульсов должна быть больше максимально возможной доплеровской частоты сигнала цели

волн ВЧПИ обычно соответствует Fn=150...300 кГц. При этом скважность излучаемого сигнала не превышает 10 , поэтому такие сигналы называются также квазинепрерывными. Однако ВЧПИ приводит к высокой неоднозначности при измерении дальности, так как измеряемая задержка тан отраженного импульса относи­ тельно излученного не превышает периода повторения импульсов Тп (рис. 4.1.1,6). Поэтому однозначно измеряемая дальность Додн=соТп/2 лежит в пределах от 500 до 1000 м. Кроме того, воз­ никают так называемые «слепые» участки дальности, в пределах которых цели не обнаруживаются, так как момент прихода отра­ женного импульса совпадает с моментом излучения очередного импульса передатчика. Такие «слепые» участки повторяются через каждые 500-1000 м. Для устранения указанных недостатков тре­ буется усложнять РЛС, вводить специальные алгоритмы, позво­ ляющие раскрывать «слепые» дальности и выполнять однозначное измерение дальности целей.

ИДРЛС с СЧПИ предназначены для осуществления эффектив­ ного обнаружения целей со стороны их задней полусферы (ЗПС), т.е. движущихся на догонных курсах. Дело в том, что такие цели при ВЧПИ не обнаруживаются из-за высокого уровня мешающих отражений, на фоне которых располагаются доплеровские состав­ ляющие сигналов целей (цель 2 на рис. 4.1.1,а, в). Уменьшение частоты повторения позволяет снизитьуровень мешающих отра­ жений [17] и обеспечить более высокую дальность обнаружения целей в ЗПС на фоне земли, чем при ВЧПИ. Для 3-х сантиметро­ вого диапазона волн режиму с СЧПИ соответствует Fn= 10-30 кГц. Однако вследствие того, что при СЧПИ Fn<AfM0 спектры отраже­ ний от земли начинают перекрываться (рис. 4.1.2,в), и доплеров­ ские сигналы целей, движущихся на встречных курсах, также об­

наруживаются на фоне земли, что приводит к уменьшению даль­ ности их обнаружения по сравнению с режимом ВЧПИ.

Особенностью СЧПИ является неоднозначность измерения времени задержки и доплеровской частоты сигнала, а также нали­ чие «слепых» зон как по дальности так и по скорости (доплеров­ ской частоте) (рис. 4Л.2,б, в). Последние обусловлены возможно­ стью попадания сигнала цели в область отражений по главному

лучу ДН (рис. 4Л.2,а, в), где велика интенсивность мешающих отражений (на 20-40 дБ больше, чем по боковым лепесткам ДН), вследствие чего невозможно обнаружение цели. Эти особенности определяют и границы Fn для СЧПИ:

гДе Дтах - максимальная дальность возможного обнаружения це­ лей. Очевидно, что и в ИДРЛС с СЧПИ также необходимо приме­ нять специальные методы и алгоритмы для раскрытия «слепых»