5.2 Моноимпульсные системы асн

Функциональная схема одного из каналов амплитудно-амплитудной системы АСН изображена на рисунке 5.3.

В рассматриваемую систему АСН входят следующие устройства:

- пеленгационное устройство, содержащее два идентичных приемных канала ( смеситель - СМ, усилитель промежуточной частоты - УПЧ,

видеодетектор - ВД, детектор огибающей - ДО, антенну - А, гетеродин - Г

От канала азимута

I А

КП

Дв

Р

γ₀

γ ₀

II Исполнительное устройство

КЗ

У2

У1

U Усилительно-преобразующее

устройство

УПЧ1

ДО1

ВД1

СМ1

Г

Приемник 1 u_I

АР

U_стр

СМ2

УПЧ2

ВД2

ДО2

Δu

u_II

Приемник 2

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.3 - Амплитудно-амплитудная моноимпульсная система

Пеленгационное Усилительно-преобразующее устройство

устройство

k_пл

W_к (p)

k_у

1+T_уp

k_ЭУ

x u_к u_У1 u_У2

υ_вх

k_дв

p (1+ T_двp)

k_р

υ_вых υ_дв

u_дв

Исполнительное устройство

Рисунок 5.4 - Структурная схема систем АСН

и амплитудный различитель - АР (схема вычитания));

- усилительно- преобразующее и исполнительное устройства,

аналогичные выше рассмотренной системе АСН.

Проанализируем амплитудно-амплитудную моноимпульсную систему АСН [5,с.159; 7; 8,с.300]. Диаграмма направленности антенны этой системы в одной плоскости управления состоит из двух пересекающихся лепестков, каждый из которых относится к определенному каналу преобразования сигналов. Такая диаграмма может быть получена, например, путем взаимного смещения облучателей на небольшое расстояние от фокальной точки по обе стороны оси параболоида. При симметричных диаграммах направленности ось параболоида совпадает с равносигнальным направлением данной плоскости. Для выделения информации необходимо сравнивать амплитуды сигналов обоих каналов.

При отклонении цели от равносигнального направления на выходе схемы сравнения появляется сигнал ошибки, под действием которого исполнительное устройство разворачивает антенну, совмещая ее равносигнальное направление с направлением на цель. Очевидно, что крутизна пеленгационной характеристики будет зависеть от уровня принятого сигнала и коэффициента усиления устройств обработки и усиления. Чтобы исключить эту зависимость, необходимо поделить амплитуды сигналов двух каналов. Практически такое деление выполняется путем использования логарифмических усилителей промежуточной частоты в каналах ПРМ.

При анализе такой простой системы АСН используется методика,

принятая для системы с коническим сканированием.

Напряжение на выходе схемы сравнения

, (5.8)

где . U₀ - амплитуда импульсов от цели, находящихся на равносигнальном направлении, u_шI и u_шII - независимые

шумы в приемных каналах.

Таким образом, с учетом (5.4) и (5.8), крутизну пеленгационной

характеристики простой моноимпульсной системы можно записать в виде

. (5.9)

Учитывая, что основная мощность шума на выходе схемы сравнения сосредоточена в области от 0 до , а также используя (5.8) и (5.9), уровень «белого шума», приведенного к входу системы, можно представить

, (5.10)

При этом мощность ПРД, необходимая для получения отношения

сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , и обеспечивающая надежную работу системы АСН, определяется соотношением (5.7).

Функциональная схема одного из каналов моноимпульсной системы с суммарно-разностной обработкой изображена на рисунке 5.5. В нее входят следующие устройства:

- пеленгационное устройство (антенна - А, фазирующее кольцо - ФК на

волноводах или коаксиальных кабелях, смесители - СМ суммарного и

разностного каналов, гетеродин - Г, усилители промежуточной частоты - УПЧ суммарного и разностного каналов, устройство быстрой автоматической регулировки усиления - БАРУ, фазовый детектор - ФД, детектор огибающей - ДО);

- усилительно- преобразующее и исполнительное устройство, аналогичное предыдущим системам АСН.

L

u₁

ΔL

О О₁

ΔL

u₂ а)

Антенная система

КП

Р

Дв

А

Исполнительное устройство

У2

У1

КЗ

Усилительно-преобразующее

Приемник1 устройство

СМ_∑

УПЧ_∑

u_∑

ДО

Г

БАРУ

ФД

ФК

СМ_Δ

УПЧ_Δ

u_Δ U_стр

Приемник 2 б)

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.5 - Моноимпульсная амплитудная суммарно-разностная РЛС:

а) антенная система; б) функциональная схема системы АСН

Антенная система, рассматриваемой системы АСН, подобна антенне

обычной моноимпульсной системы. С помощью фазирующего кольца ФК на несущей частоте образуются сигнал рассогласования, пропорциональный

угловому отклонению цели от линии равных сигналов u_Δ , и опорное

суммарное напряжение u_∑ . Сигналы u_Δ и u_∑ , после преобразования

поступают на входы фазового детектора ФД. При этом на выходе ФД

появляется постоянное напряжение (сигнал ошибки), которое после усиления и преобразования подается на исполнительный двигатель.

Каналы азимута и угла места отличаются только тем, что входные

сигналы пеленгационного устройства снимаются с вибраторов антенны, расположенных в разных плоскостях. В фазирующем кольце разностный сигнал в каждой из плоскостей сдвигается по фазе на угол π /2.

В современных системах антенные системы выполняются с применением фазированных антенных решеток. Фазированная антенная решетка (ФАР) - антенная решетка с управляемыми фазами или разностями фаз (фазовыми сдвигами) волн, излучаемых (или принятых) ее элементами (излучателями). Управление фазами (фазирование) позволяет: формировать (при весьма разнообразных расположениях излучателей) необходимую диаграмму направленности (ДН) ФАР (например, остронаправленную ДН – луч); изменять направление луча неподвижной ФАР и таким образом осуществлять быстрое, в ряде случаев практически безынерционное, сканирование – качание луча. В зависимости от требуемой формы ДН и необходимого пространственного сектора сканирования в ФАР применяют различное взаимное расположение элементов: вдоль линии (прямой или дуги); по поверхности (например, плоской – в так называемых плоских ФАР, цилиндрической, сферической) или в заданном объеме (объемные ФАР). Иногда форма излучающей поверхности ФАР – раскрыва , определяется конфигурацией объекта, на котором устанавливается ФАР (например, формой ИСЗ, формой корпуса ракеты).

Важную роль играет, стоящее в ПРМ системы, устройство БАРУ (быстрой автоматической регулировки усиления), работающее по сигналу суммарного канала. Благодаря БАРУ крутизна пеленгационной характеристики остается неизменной. При большом соотношении сигнал/шум влияние шумов на работу БАРУ можно не учитывать. Напряжение регулирования, поступающее с БАРУ,

, (5.11)

где k_р- коэффициент передачи цепи БАРУ. Тогда напряжение на выходе

УПЧ разностного канала

, (5.12)

где k_a - постоянный коэффициент, измеряемый в вольтах, .

Для простоты рассуждений пренебрежем собственными шумами в

суммарном канале. Тогда напряжение на выходе УПЧ суммарного канала

запишется в виде

. (5.13)

Для малых значений угла рассогласования γ можно считать, что

амплитуда сигнала разностного канала значительно меньше суммарного. В этом случае напряжение на выходе ФД

, (5.14)

где

. (5.15)

В (5.15) дисперсия шума σ_ш² определяется выражением (5.2). После

подстановки (5.11) в (5.15) получим

, (5.16)

где, как и прежде, .

С выхода ФД напряжение подается на детектор огибающей, который

практически не изменяет энергетических соотношений входных сигналов.

Окончательно крутизна пеленгационной характеристики

, (5.17)

а уровень возмущающего воздействия, приведенного к входу системы,

. (5.18)

В выражении (5.17) остались неопределенными коэффициенты k_а и k_р.

Строгий анализ работы схемы БАРУ является громоздким и отличается от

анализа обычных линейных САУ. При выполнении определенных условий

можно показать, что для статической системы БАРУ при 10% нестабильности выходного сигнала суммарного канала, требуется k_р = 100.

Поскольку в (5.17) выбор коэффициента k_а диктуется практическими соображениями по обеспечению необходимого значения крутизны

пеленгационной характеристики , положим k_а = 100 В.

Мощность ПРД, необходимая для получения соотношения сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , определяется выражением (5.7).

Ясно, что в данных методических указаниях приведены не все типы моноимпульсных систем АСН. Рядом достоинств обладают фазовые моноимпульсные системы [7], но для учебных целей при выполнении курсовой работы студенты могут ограничиться амплитудными системами АСН.