5.4. Угломерные следящие системы

Системы автоматического слежения за направлением прихода радиосигнала используются в радиолокации, радионавигации, радиоуправления для измерения угловых координат источника сигнала. Поэтому их называют угломерными следящими системами (УCC). При использовании антенн с узкими диаграммами направленности рассматриваемые системы осуществляют также пространственную фильтрацию полезного сигнала на фоне помех.

Функциональная схема системы углового сопровождения показана на рисунке 5.18, в её состав входят: пеленгационное устройство (ПУ), ФНЧ, усилитель (У) и исполнительное устройство (ИУ).

Пеленгационное устройство, играющее роль углового дискриминатора, состоит из антенны и приемника, в котором проводится обработка принятого радиосигнала. При отклонении источника сигнала (ИС) от некоторого направления РН, называемого равносигнальным, на выходе ПУ появляется напряжение Uд(t), зависящее от величины и знака этого отклонения. Напряжение Uд(t), далее фильтруется, усиливается и воздействует на исполнительное устройство.

Рис. 5.18

Исполнительное устройство изменяет положение антенны или состояние ее отдельных элементов так, что РН смещается в пространстве и исходное угловое рассогласование между ним и направлением на источник сигнала уменьшается.

Угловое положение источника сигнала в пространстве обычно оценивается углами _и1 и _и2, отсчитываемыми в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: горизонтальной (плоскости азимута) и вертикальной (плоскости угла места). В этих же плоскостях измеряется угловое рассогласование между РН и направлением на источник сигнала и осуществляется управление положением антенны.

Составим уравнения, описывающие работу УСС, рассматривая для простоты случай движения в одной плоскости. Обозначим угловые положения источника сигнала и равносигнального направления антенны, измеренные в некоторой опорной системе координат, соответственно через _и и _а. Тогда угловое рассогласование между ними, выявляемое угловым дискриминатором (пеленгатором), равно

=_и-_а. (5.25)

Пеленгатор, как правило, является устройством безынерционным по отношению к изменению угла . Напряжение на его выходе, содержащее детерминированную составляющую М[u_д(t)]=F() и флюктуационную составляющую (t,), можно записать в виде

u_д(t)= F()+(t,). (5.26)

Зависимость F() детерминированной составляющей выходного напряжения пеленгатора от рассогласования , являющуюся дискриминационной характеристикой

пеленгатора, часто называют также пеленгационной характеристикой.

Преобразование напряжения u_д(t) фильтром с операторным коэффициентом передачи К_ф(р) описывается выражением

u_ф=K_ф(p)u_д(t). (5.27)

В случае необходимости к фильтру может быть отнесено звено, учитывающее инерционные свойства пеленгатора.

Исполнительное устройство, изменяющее положение РН УСС, может быть электромеханическим, гироскопическим или электронным. Если смещение РН достигается изменением положения зеркала антенны, то в качестве ИУ часто используется электродвигатель. При электрическом управлении диаграммой направленности антенны, например, фазированной антенной решетки, применяются электронные фазовращатели.

При установке антенны на подвижном объекте исполнительное устройство иногда делают гироскопическим с тем, чтобы при отсутствии управляющего напряжения обеспечить постоянство положения диаграммы направленности антенны в пространстве независимо от изменения положения объекта.

Элементы ИУ могут иметь в общем случае нелинейные характеристики, связанные с наличием зоны нечувствительности, люфтом, ограничением, нелинейностью регулировочных характеристик. Без учета указанных нелинейностей, которые обычно стремятся сделать малыми, ИУ можно считать линейным и описать уравнением

_а(t)=K_иу(p)u_ф(t), (5.28)

где K_иу(p) - операторный коэффициент передачи.

При использовании электродвигателя коэффициент K_иу(p) часто записывается в виде K_иу(p)=k/p(l+pT_дв), где k - крутизна зависимости угловой скорости вращения антенны в установившемся режиме от величины управляющего напряжения u_ф(t), постоянная времени Т_дв учитывает инерционные свойства двигателя.

Структурная схема системы УСС, соответствующая уравнениям (5.25) - (5.28), показана на рис. 5.19

Рис. 5.19