Радиотехнические системы

121

ляется формулой

RMAX = RОДН = cT2П ,

где TП - период следования зондирующих импульсов.

Точность измерения дальности оценим дисперсией слу- чайной погрешности, считая, что систематические погрешнос- ти устранены калибровкой аппаратуры.

Дисперсия случайной погрешности измерения дальности определяется формулой

где σR2 Ш - дисперсия шумовой составляющей погрешности,

σR2 РРВ - дисперсия погрешности, вызванной неидеально- стью среды распространения радиоволн,

σ R2 А - дисперсия погрешности, вызванной неидеальнос-

тью измерительной аппаратуры.

Дисперсия шумовой составляющей при оптимальном по-

строении аппаратуры характеризует потенциальную точность измерения

где σ 2* = 1 - дисперсия эффективной оценки вре-

N0 = kTШ - спектральная плотность мощности собствен- ного шума приемника, приведенного ко входу,

k - постоянная Больцмана,

TШ - шумовая температура приемника,

E - энергия сигнала за время измерения,

122

fСК - среднеквадратичная ширина спектра сигнала.

Дисперсия σR2 РРВ обусловлена флуктуациями скорости

распространения, рефракцией и многопутностью (в частных случаях) распространения радиоволн. Среднеквадратические

флуктуации σ RRРРВ ≈ 10−4 , если не измерять параметры среды и

не вносить соответстующих поправок.

Общие причины аппаратурных погрешностей:

-неодновременность излучения зондирующего импульса

изапуска оконечного устройства (неточность синхронизации);

-задержка сигнала в приёмнике;

-неточность отсчётного устройства;

-нелинейность развёртки.

В целом величина σ R2 A зависит от конкретного построе-

ния дальномера.

Важной характеристикой дальномера является разрешаю- щая способность - минимальное расстояние между целями, при котором дальность до каждой из них может быть измерена от- дельно.

Разрешающая способность складывается из двух состав- ляющих: потенциальной разрешающей способности δ RПОТ , определяемой зондирующим сигналом, и её ухудшения оконеч-

Потенциальная разрешающая способность находится по формуле

δ RПОТ = сτИ ,

2kСЖ

где kСЖ - сжатие принимаемого сигнала по времени в при- емном устройстве.

123

Если сжатие не производится, то δ RПОТ = сτ2И .

Ухудшение разрешающей способности оконечным устрой- ством зависит от его конкретного построения.

5.1.2. Импульсные дальномеры с визуальной индикацией на электронно-лучевой трубке

Оконечные устройства (индикаторы) на электронно- лучевых трубках (ЭЛТ) широко применяются в радиоло- кационных станциях. В одном из простейших вариантов

таких индикаторов используется линейная развертка по дальности и амплитудная отметка цели. В переводной

литературе оконечное устройство такого вида называется индикатором типа А [13]. Простейшая структурная схема

дальномера с индикатором типа А приведена на рисунке 5.4, а эпюры напряжений в её характерных точках на ри- сунке 5.5.

Генератор пусковых импульсов ГПИ генерирует син- хронизирующие импульсы 1, запускающие импульсный модулятор и расширитель импульсов. Импульсный моду- лятор вырабатывает мощные видеоимпульсы 2, необходи-

мые для возбуждения колебаний в генераторе высокой частоты ГВЧ, обычно магнетронного типа. Сигнал с вы- хода расширителя импульсов 5 поступает на генератор пилообразного напряжения ГПН, определяя длительность прямого хода TПРХ напряжения развертки 6. Одновремен- но он поступает на модулятор или катод ЭЛТ (в зависи- мости от полярности) для подсветки прямого хода развер- тки. Генератор масштабных меток ГММ формирует узкие импульсы со стабильным периодом повторения TП так, что первая из них совпадает по времени с импульсом син- хронизации 1.

Рисунок 5.4. Структурная схема импульсного дальномера с индикато-

ром типа А

Расстояние между метками на экране индикатора в еди-

ницах дальности

RМ = cT2М .

Генератор масштабных меток может быть выполнен на основе контура ударного возбуждения, как показано на рисунке

5.6.

Нормально электронный ключ КЛ замкнут, через катушку контура протекает ток. Импульс с выхода расширителя отклю- чает контур от шунтирующего его источника питания, и в нём возникают свободные колебания на собственной частоте, кото- рая выбирается равной 1/ТМ. Ограничители и дифференцирую- щая цепь формируют из гармонического колебания узкие им- пульсы.

В ином варианте построения дальномера генератор мас-

штабных меток выполняется как высокостабильный генератор незатухающих колебаний. Синхронизирующие импульсы лока- тора образуются путем деления его частоты. Генератор масш- табных меток может вообще отсутствовать. Тогда дальность от-

125

считывается по механической шкале, прикладываемой к линии развертки.

1

t

4

t

t

7

t

τМ

Рисунок 5.5. Эпюры напряжений в схеме рисунка 5.4

КЛ +Е

ДЦ Масшт. метки

Рисунок 5.6. Структурная схема генератора масштабных меток дально-

сти

Максимальная однозначно измеряемая дальность в схеме на рисунке 5.4 определяется формулой

126

= c×T

RMAX 2ПРХ ,

где TПРХ = (0,9 ¸0,95)TП .

Точность отсчета дальности по шкале индикатора зави- сит от диаметра электронного пятна на экране ЭЛТ, рисующего изображение импульсов. Если считать, что оператор считыва- ет положение пятна с точностью до половины его диаметра d, то погрешность измерения дальности [4, 68],

L - длина развёртки, UС - амплитуда сигнала,

SУ - чувствительность ЭЛТ по вертикальному отклонению,

τФ - длительность переднего фронта импульса.

Конечность размера пятна на экране ЭЛТ в соответствии с формулой (5.4) приводит к ухудшению разрешающей способ- ности по дальности, равному диаметру пятна, выраженному в масштабе дальности,

δ RИнд = dL RMAX .

Длина развертки L всегда меньше диаметра трубки D ,

L = kЭ D;

где kЭ £ 0,9 - коэффициент использования экрана.

Таким образом

127

Реально Dd = 150 ¸ 300 - для трубок с электростатичес-

ким отклонением, и увеличение D не приводит к улучшению точности и разрешающей способности. Трубки с магнитным от-

клонением имеют Dd = 300 ¸1000 .

Как следует из формулы (5.5), увеличить точность изме-

рения дальности можно укорочением длительности переднего фронта импульса и увеличением скорости развертки.

Для укорочения длительности переднего фронта расши- ряют полосу пропускания приемника, принимая

Df » b . τИ

В точных дальномерах b = 5 ÷10 . Однако при этом увеличива- ется шумовая составляющая погрешности. Шумы увеличивают толщину линии развертки. Шумовую погрешность можно оце- нить по формуле [68]

где σ Ш - среднеквадратическое значение шума на входе инди-

катора.

Один из способов повышения точности за счет увеличе- ния скорости развертки - использование кольцевой развёртки (индикатора типа j).

Кольцевая развертка создается путем подачи на ортого- нальные отклоняющие пластины ЭЛТ гармонических напряже- ний со сдвигом фаз 90о. В центре экрана ЭЛТ помещается элек- трод, на который подается отклоняющее сигнальное напряже- ние (см. рисунок 5.7).

Дальнейший путь увеличения точности - использование двушкальных индикаторов (электронной лупы). Используется

128

грубая индикация и точная индикация. На точном индикаторе просматривается относительно небольшой участок дальности, выбранный по грубому индикатору. Его развертка имеет соот-

ветствующую задержкуотносительно зондирующего импульса (см. рисунок 5.8).

Задержка точной развёртки относительно зондирующего сигнала должна иметь кварцевую стабильность. Стандартный приём ее получения заключается в испольовании высокоста- бильного генератора импульсов, период повторения которых равен дискретузадержки. Путем деления частоты получают пус- ковые импульсы РЛС. На периоде их следования оказывается несколько импульсов исходной последовательности. Один из них выбирается для запуска точной развертки с помощью про- стой импульсной схемы задержки и временного селектора [11].

Зондирующий сигнал.

Отметка от цели

б) R

Рисунок 5.7. а) Структурная схема дальномера с индикатором типа j. б) Вид экрана ЭЛТ.

а)

1

TП

t

2

t

3

t

4 TЗ

t

б)

5

t

t

Рисунок 5.8. а) Схема получения разверток грубого и точного индикато-

ров б) Эпюры напряжений в характерных точках схемы

5.1.3. Автоматическое сопровождение целей в импульсных дальномерах

5.1.3.1. Обобщенная структурная схема автодальномера

Сопровождение по дальности - это выработка в каждый момент времени аналоговой величины, пропорциональной

130

дальности, либо соответствующего цифрового кода. Сопровож- дение может быть ручным, автоматическим либо полуавтома- тическим.

При ручном сопровождении оператор управляет задерж- кой строба относительно зондирующего импульса, совмещая его с целью на индикаторе.

Рисунок 5.9. а) Схема ручного сопровождения в дальномере с индикато-

ром типа А

б) Эпюры напряжений в характерных точках схемы. На схеме ГС -

генератор строба