Радиотехнические системы

131

Дальность отсчитывают по потенциометру, управляюще- му задержкой, а не по экрану ЭЛТ.

Схемы автосопровождения отличаются от схем ручного сопровождения тем, что задержка вводится не оператором, а автоматически (см. рисунок 5.10). Режиму сопровождения пред- шествует режим захвата цели.

Рисунок 5.10. Обобщённая структурная схема автодальномера

Структурная схема, изображенная на рисунке 5.10, допус- кает множество технических реализаций. Для каждой из них должны выполняться следующие закономерности:

а) выходное напряжение временного различителя ( диск- риминатора) должно быть нечетной функций временного рас- согласования сигнального импульса и строба;

б) задержка строба относительно синхронизирующего

импульса в каскаде задержки должна быть линейной функцией управляющего напряжения.

Экстраполятор из импульсного сигнала вырабатывает на- пряжение постоянного тока, необходимое для управления за- держкой.

5.1.3.2.Автоматическое сопровождение в режиме непрерывного слежения за целью

Рассмотрим одну из типовых схем радиолокационных ав- тодальномеров, осуществляющую сопровождение в режиме непрерывного слежения за целью. Последнее означает, что им- пульсная последовательность отраженных от цели сигналов не- прерывно поступает на вход локатора. Типичный случай имеет

132

место при сопровождении цели по угловым координатам. Ра- бота дальномера, выполненного по схеме, представленной на рисунке 5.11, поясняется эпюрами напряжений, рисунок 5.12.

Рисунок 5.11. Структурная схема радиолокационного автодальномера

Эпюры напряжений на рисунке 5.12 а), б) выполнены в разных временных масштабах, чтобы наглядно показать как про- цессы, происходящие на периоде повторения TП , так и в тече- ние длительности импульсов.

Задним фронтом импульса 2, формируемого схемой задер- жки СЗ, запускаются селекторные импульсы по дальности 10 а также импульсы слежения 4, 5. Импульсы 4, 5 принято назы- вать полустробами. Интегратор выполняет функцию

t

UВЫХ ò = òc × dt = ct + c0

0

Нетрудно видеть, что напряжение на выходе интегратора не будет изменяться и, следовательно, не будет изменять вре- менное положение полустробов, когда задний фронт первого из них будет совпадать с серединой полезного сигнала.

Схема обладает следующими особенностями:

1)измерение временного рассогласования производится

вмоменты времени, отстоящие друг от друга на период повто- рения (не непрерывно);

2)в промежутках между измерениями система действует

всоответствии со значением рассогласования, измеренным в

133

начале текущего периода.

1

t

2 τ

t

а) 10

t

3

II t

6

t

7

t

8

t

9

б)

t

Рисунок 5.12. Эпюры напряжений к схеме рисунка 5.11

134

Таким образом, система обладает памятью по положению: Если цель перемещается слишком быстро, происходит срыв слежения. Это бывает, если временное перемещение отраженно- го сигнала за период повторения превосходит его длительность. Если включить второй интегратор в цепь управления задер- жкой, как показано на рисунке 5.13, то схема будет обладать памя-

тью по скорости.

Аналогичным образом можно включить в схему и третий интегратор. Тогда следящий дальномер будет обладатьпамятью по ускорению.

Количество интеграторов в схеме экстраполятора определя- ет порядок астатизма следящего дальномера как системы автома- тического регулирования [6].

Рисунок 5.13. Структурная схема экстраполятора с двумя интег-

раторами

Погрешность сопровождения складываются из сле- дующих составляющих.

1)динамическая погрешность;

2)погрешность за счёт внутренних шумов приемни-

ка.

Так как указанные погрешности независимы, резуль- тирующая дисперсия равна сумме дисперсий составляю- щих,

σR2 = σR2 D +σ R2 Ш

Для оценки динамической погрешности представим движение цели рядом Тейлора,

Динамическая погрешность определяется членами

135

ряда, номера которых выше, чем количество интеграторов в схеме управления задержкой. Для исключения динами-

ческой погрешности астатизм системы должен быть на единицу больше номера высшей производной в разложе-

нии (5.7) функции R(t) в ряд Тейлора.

Для оценки шумовой составляющей, заметим, что схе- ма автодальномера формально идентична схеме корреля- ционного приемника (см. рисунок 5.10). Разница заклю- чается в том, что на перемножитель подается не копия сигнала, а полустробы. Тем не менее, чтобы оценить шу- мовую составляющую погрешности, воспользуемся форму- лой для дисперсии эффективной оценки временного по- ложения сигнала в присутствии белого гауссовского шума.

где E - энергия сигнала за время измерения.

Время измерения определяется постоянной времени эк- страполятора, представляющего собой с точки зрения те- ории электрических цепей фильтр низких частот.

Реально полоса пропускания экстраполятора F = (0,5 ÷ 2) Гц, а его постоянная времени

T1 = 1DF1 = (0,5 ¸ 2) с.

Энергию сигнала за время измерения определим как E = E1N , где E1 - энергия одиночного импульса, N - коли- чество эффективно интегрируемых импульсов,

N » T1 = FП . Таким образом N имеет порядок тысяч и

TП DF1

шумовая ошибка оказывается малой. Это является одной из причин широкого применения автодальномеров.

136

5.1.4. Цифровые схемы импульсных дальномеров

Рассмотрим вначале простейшую схему (см. рисунки 5.14,

5.15)

Рисунок 5.14. Простейшая схема цифрового импульсного дальномера

1

t

t

4

t

5

t

Рисунок 5.15. Эпюры напряжений в схеме на рисунке 5.14

Триггер Т сигналом от генератора тактовых импульсов переводится в состояние «единица» и сигналом от приемни- ка в состояние «ноль». На его выходе получается импульс, длительность которого равна задержке сигнала на трассе рас- пространения. Данный импульс открывает схему совпадений,

через которую сигналы от генератора счетных импульсов с периодом TСЧ поступают на счетчик. Количество импульсов пропорционально дальности до цели с точностью до ошиб- ки дискретности.

137

Погрешность измерения случайна и распределена равно-

но выбирают равным 0,5τn . Разрядность r двоичного счетчи-

ка определяется из соотношения

2r ³ 2TП . τn

Достоинство схемы - простота. Недостаток - работает только по одной цели. Можно дополнить ее, чтобы она работа- ла в режиме автосопровождения.

Цифровые импульсные дальномеры, работающие по мно- гим целям, устроены так, что счетчик считает счетные импуль- сы в течение всего периода повторения, начиная с момента из- лучения зондирующего сигнала. С приходом отраженного от

цели сигнала код дальности сбрасывается из счетчика в ЭВМ (см. рисунок 5.16).

Рисунок 5.16. Схема преобразования дальности в двоичный код и временная диаграмма, поясняющая ее работу

139

Таким образом, в рассмотренном варианте метод позво- ляет измерять перемещение объекта наблюдения и, следователь- но, его скорость, если известно за какое время это перемещение произошло.

Особенность метода - высокая точность измерения. Дей- ствительно, предположение, что разность фаз ϕ измеряется со среднеквадратической погрешностью σϕ . Тогда из формулы (5.8) следует, что

σ R = σ2ϕω×0c .

Увеличивая частоту ω0 при фиксированной среднеквад- ратической фазовой погрешности σϕ , имеем возможность сколько угодно уменьшать σR . Однако, неограниченному уве- личению частоты препятствует возникновение неоднозначно-

сти фазовых измерений

К достоинствам метода относится и отсутствие мёртвой зоны.

Принципиальный недостаток схемы, представленной на рисунке 5.17, заключается в невозможности развязать приём- ную и передающую антенны, поскольку прием и передача вы- полняются непрерывно на одной и той же частоте. На входе приемной антенны имеется суммарное гармоническое колеба- ние, фаза которого существенно отличается от фазы полезного сигнала. Поэтому фазовые дальномеры по схеме рис. 5.17 не реализуются.

Развязку приемного и передающего трактов можно обес- печить двумя способами:

1) использовать доплеровский сдвиг сигналов, отражён-

140

ных (переизлученных) от движущихся объектов.

2) применить активный ответ на другой частоте. При этом надо учитывать, что разность фаз между сигналами разных час- тот непрерывно изменяется и не может быть измерена. Выход - применение в запросчике и ответчике несущих частот, относя- щихся как простые числа,

ωЗап = ωОтв .

m n

Измерение фазового сдвига производится в запросчике на

частоте ωОТВm = ωЗАП n .

Частота, на которой производятся фазовые измерения, называ- ется масштабной. При этом не решается проблема неоднознач- ности, поскольку интервал однозначного измерения дальности оказывается равным λМ / 2, где λМ - длина волны, соответству- ющая частоте ωМ . Для её решения в схему включают грубый измеритель, который измеряет дальность с точностью до ин- тервала однозначности точной системы.

В другом варианте измерения производятся на частоте модуляции, прием и передача развязаны по несущей частоте.

5.2.2. Фазовый дальномер с измерением разности фаз на частоте модуляции

Рассмотрим структурную схемудальномера, рисунок 5.18. Дальномер содержит точный и грубый измерители, работаю- щие на частотах F1 и F2 , причем F1 < F2 . На частоте F2 произ- водится точное измерение, на частоте F1 - грубое, предназна- ченное для устранения неоднозначности. Гармонические коле- бания с частотами F1 и F2 генерируются в запросчике, посту- пают на фазометры Ф1 и Ф2 , а также модулируют излучаемый запросный сигнал на несущей частоте ωЗАП . Ответ осуществля- ется на несущей частоте ωОТВ . С выхода приемника ответного сигнала колебания с частотами F1 и F2 выделяются фильтрами