Литература / М.И.Финкельштейн Основы радиолокации

3. Амплитудная Пеленгаций методом Сравнения. Инет*

рументальная точность измерения угловых координат мо­ жет быть повышена, если амплитудная пеленгация произ­ водится не по максимуму, а путем сравнения огибающих сигналов, полученных посредством сдвига диаграмм на­ правленности относительно равносигнального направления (РСН) на угол смещения асм (рис. 8.7). Это осуществляет­ ся, например, смещением облучателя относительно фокаль­ ной оси параболического зеркала.

Сравнение производится путем вычитания амплитуд принимаемых сигналов. Получаемая при этом раэностнаяхарактеристика (рис. 8.7) и является пеленгационной. Пе­ ленгационную чувствительность определим аналогично пре­ дыдущему как

Fp («см — Aamin) + Fp (асм 4- Aotrnin) « 2FP (асм). Разложение в ряд Тейлора дает

FP (асм ± Даю1п) = FP (асм) ± Fp (асм) Дат1п +

*+ “ Fp (асм) Attain z

Как и ранее, ограничимся членами не выше квадратич­ ных. Кроме того, угол смещения асм выбираем так, чтобы крутизна огибающей Fp (асм) была близка к максимальной,

420

смещения асм приводит к заметному уменьшению дальности в равносигнальном направлении

D0 = D0„f£(«CM) =й0тее-0'35

Так, при подстановке (2асм)опт получим снижение даль­ ности относительно максимальной на 23%. Это снижение можно уменьшить вдвое при

причем крутизна меньше максимальной также на 12%. С помощью (8.2.6), (8.2.11) и (8.2.13) получим из (8.2.10)

(при нормировке относительно суммарной характеристи­ ки коэффициент равен 0,6).

Как и выше, можно принять а (а) = Дага11п. Хотя в этом случае, как и в методе максимума, ошибка пропорцио­ нальна ширине луча 1 (8.2.8)], нр она уменьшается в 2/]/р, раз.

4. Способы реализации метода сравнения. На рис. 8.8, а изображена одноканальная схема последовательного срав­ нения. Прием отраженного сигнала РЛС производится при разных положениях диаграммы направленности. Комму­ татор одновременно переключает антенны и вход инерци­ онного устройства сравнения (вычитания), которое выде­ ляет разностный сигнал. Для нормирования разностного сигнала путем деления его на суммарный сигнал использу­ ется система инерционной АРУ (ПАРУ), которая изменяет усиление приемника по закону К — Ко/ (l/cl + Uc2), где £7С1 и £7С2 — амплитуды сигналов в последовательные мо­ менты времени.

421

На выходе инерционного устройства сравнения образу­ ется разность

1(8.2.10) с нормировкой относительно суммарной харак­ теристики!.

Недостатком одноканальной схемы является то, что при измерении координат могут возникнуть ошибки из-за флук-

«9

Рис. 8.8. Способы реализации метода сравнения

туации сигнала. Цель может, например, находиться в рав­ носигнальном направлении, но за счет флуктуаций будет возникать разностное напряжение, отличающееся от нуля. Особенно опасны флуктуации, следующие с частотой ком­ мутации.

На рис. 8.8, б показана многоканальная схема (в дан­ ном случае двухканальная). Здесь любое изменение ампли­ туды принимаемого импульса в одинаковой мере влияет на оба канала. Усиление устанавливает системы быстродейст­ вующей АРУ (БАРУ). Устройство сравнения может быть безынерционным, так что результат сравнения образуется весьма быстро, например за время одного импульса. Отсю­ да название таких систем — моноимпульсныв (см. § 8.3).

422

5. Понятие о системе автоматического сопровождения цели по

направлению. В системе автоматического сопровождения по направ­ лению (АСН) с использованием описанного выше метода последова­ тельного сравнения часто применяется коническое развертывание луча антенны, например, путем вращения облучателя, смещенного из фокуса параболического зеркала, или, наоборот, путем вращения зеркала (рис. 8.9). Обычно за период вращения луча излучается 20— 40 импульсов. Если направление на цель совпадает с РСН, то им­ пульсы на входе приемника имеют одинаковую амплитуду. При от­ клонении от РСН по азимуту на Др и по углу места на Де импульсы оказываются модулированными по амплитуде. Огибающая этих им-

пульсов имеет частоту, равную частоте вращения антенны QA, ам­

плитуду, зависящую от степени отклонения направления на цель от РСН, и фазу, зависящую от направления этого отклонения (ДР, Де). Огибающая именуется сигналом ошибки.

При вращении антенны синхронно формируются опорные на­ пряжения cos ОА/ и sin ОА/, посредством которых в фазовых де­

текторах сигнал ошибки раскладывается на ортогональные составляющие, пропорциональные рассогласованиям ДР и Де. После усреднения с помощью интеграторов образуются напряжения, которые можно использовать в автоматической системе слежения за целью. Сигналы ошибки воздействуют на механизм управления антенной, который совмещает равносигнальное направление антен­ ны с направлением на цель.

В описанной системе АСН осуществляется автоматичес­ кий съем угловых координат сопровождаемой цели, но от­ сутствует обзор пространства, так как антенна направлена лишь на данную цель. Для сбхранения режима кругового обзора и обеспечения возможности автоматического съема координат избранной цели следует осуществить систему АСН «на проходе» (т. е. по набору последовательных знат чений, получаемых за несколько оборотов антенны), подоб­ ную описанной выше системе АСД, в которой слежение по

423

центру тяжести отдельных импульсов цели заменяется сле­ жением по центру тяжести огибающей пачки импульсов.

6. Фазовая пеленгация основана на использовании двух разнесенных антенн. На рис. 8,10 показано, что разность фаз в антеннах А и В, имеющих базу Ь, равна

При изменении угла а от 0 до л/2 сдвиг фаз Дф меняет­ ся от 0 до 2л&/1. Фазометры, измеряющие углы в пределах от 0 до л, обеспечивают однозначное измерение угла а лишь для sin а С М2Ь. Зависимость Дф (а) является в данном

случае пеленгационной характеристикой. Ее крутизна определяет точность метода. Как видно из (8.2.16), крутиз­ на растет с увеличением Ь/Х, что, в свою очередь, сужает область однозначности.

Для получения одновременно высокой точности и одно­ значности может быть применен двухшкальный принцип. Для этого добавляют третью антенну и создают большую и малую базы антенн. Пара антенн с малой базой дает одно­ значную в пределах заданных углов а, но грубую по точ­ ности систему. Антенны же с большой базой дают системы точного отсчета. Здесь имеется определенная аналогия меж­ ду двухбазовым фазовым методом измерения углов и двух­ частотным фазовым методом измерения расстояний.

Чтобы фазовый метод обладал еще и разрешающей способ­ ностью, требуется применение остронаправленных антенн.

8.3. МОНОИМПУЛЬСНЫЕ СИСТЕМЫ

ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ

1. Классификация моноимпульсных систем. Как уже го­ ворилось, моноимпульсная пеленгация цели основана на методе одновременного сравнения, при котором один отра­ женный импульс дает полную информацию об угловом по­ ложении цели, так что заметно уменьшается влияние ампли­ тудных флуктуаций отраженных импульсов на точность. Так как при одновременном сравнении требуются два кана­ ла в азимутальной плоскости и два канала в угломестной

плоскости, то моноимпульсная радиолокация является мно­ гоканальной. Следует отметить, что термин «моноимпульсный» не ограничивает применение подобных систем и в случае непрерывной радиолокации.

424

В зависимости от вида используемой пеленгации моноимпульсные РЛС могут быть амплитудными, фазовыми, амплитудно-фазовыми. В процессе же реализации метода сравнения используются различные способы получения пеленгационной характеристики: амплитудный, когда сис­ тема реагирует на амплитудные соотношения принятых сигналов; фазовый, когда система реагирует только на фа­ зовые соотношения; суммарно-разностный, когда исполь­ зуются как амплитудные, так и фазовые соотношения сиг­ налов, причем для образования пеленгационной характе­ ристики берутся суммарный и разностный сигналы.

Каждому виду пеленгации соответствуют три способа получения пеленгационной характеристики методов срав­ нения, что позволяет выделить девять возможных моноимпульсных систем.

Название каждой моноимпульсной системы содержит два слова: первое обозначает вид пеленгации, второе — способ сравнения. Следует особенно выделить амплитудно­ амплитудную, фазофазовую, амплитудную суммарно-раз­ ностную и фазовую суммарно-разностную системы.

2. Амплитудная суммарно-разностная система. Простей­ шая по идее моноимпульсная система — это амплитудно­ амплитудная, которая в принципе не отличается по пока­ занной на рис. 8.8, б. Ее недостаток — необходимость

поддержания высокой идентичности каналов. В рассмат­ риваемой ниже системе этот недостаток можно обойти.

Принимаемые отраженные сигналы поступают в сум­ марно-разностный преобразователь, где производится их суммирование и вычитание. В качестве суммарно-разност­ ного преобразователя используется кольцевой волновод­ ный мост (рис. 8.11, а) е четырьмя отводами. Отвод С яв­ ляется суммарным, а Р — разностным. Действительно, если к отводам Аг и А2 подводятся синфазные высокочастот­ ные сигналы, то до отвода С они проходят одинаковые пу­ ти и, следовательно, складываются в фазе, а до отвода Р

они проходят пути, отличающиеся на Ав/2 (1В—длина вол­ ны в волноводе), и суммируются в противофазе. На рис. 8.11, б изображены в полярной системе координат сме­

щенные ДН и формируемые из них суммарная и разност­ ная ДН. Как видно на разностной диаграмме, амплитуда разностного сигнала определяет величину угловой ошиб­ ки, а разность фаз между разностным и суммарным сигна­ лом — ее знак.

Структурная схема амплитудной суммарно-разностной системы показана на рис. 8.12, а. Сигналы на выходах ан-

425

Рис. 8.11. Образование суммарной и разностной антенн

Рис. 8.12. Амплитудная суммарно-разностная система: а — структурная схема, б — схема пеленгации в двух плоскостях

428

тенн равны (впределах длительности импульсов)

«ci = UcFp («см + Д&) cos 2л/0/,

«с2 = UcFp («см — Да) cos 2л/0/.

После суммарно-разностного преобразователя суммар­ ный сигнал

«сум = (Fp («см + Да) + FP (асм — Да)] cos 2л/в/,

аразностный сигнал

«раз = Uc lFp(aCM + Да) — FP (асм — Да)] cos 2nfot.

Ha выходе УПЧ сигналы преобразуются к виду

^СуМПЧ = Ktl/C [Fp (аСМ + Да) 4-

+ Fp (асм — Да)] cos (2л/пч/ + <h),

— Fp (асм — Да)] cos (2л/mt + Ф2)-

После разложения Fp (асм ± Да) в ряд Тейлора и от­

брасывания членов, порядок малости которых два и выше, получим

а ~ kjKiKiU cFр (аср*м)/ (асм)Да cos (ср^ — ф2). (8.3.3)

Это выражение является пеленгационной характерис­ тикой. При Да = 0 (равносигнальное направление) Us =

= 0. При отклонении от равносигнального направления Да Ф 0 появляются видеоимпульсы той или иной поляр­

ности в зависимости от стороны отклонения. Нуль пеленга­ ционной характеристики Да = 0 не зависит от коэффици­ ентов усиления каналов. Изменение усиления каналов из­ меняет лишь крутизну пеленгационной характеристики. Аналогичное влияние оказывает флуктуация напряжения

1/с.

В рассматриваемой схеме суммарный сигнал исполь­ зуется как опорный и, кроме того, для обнаружения цели и измерения дальности. Разностный сигнал позволяет вы­ делить сигнал ошибки, который после усиления использу­ ется для автоматического сопровождения цели или ее пе­ ленгации.

427

Влияние флуктуаций может быть уменьшено примене­ нием быстродействующей системы АРУ. Как видно из рис. 8.12, а, с помощью АРУ усиление обоих каналов уста­ навливается в соответствии с амплитудой сигнала на выхо­ де приемника суммарного канала. Благодаря АРУ коэф­ фициенты усиления каналов изменяются обратно пропор­ ционально амплитуде сигнала, иначе говоря, происходит

нормирование амплитуд сигналов относительно амплитуды суммарного канала 2kiUGFp (асм), так что амплитуды де­

лаются равными 17Сумпч = 1; ^раз пч = К^а/2К^ат111,

где р = 2Fp (aCM)Aamln/Fp (асм) — пеленгационная чув­

ствительность [см. (8.2.11)1. Соответственно напряжение на выходе фазового детектора

Нормирование позволяет исключить влияние измене­ ния амплитуды сигнала. При этом сигнал рассогласования зависит от пеленгационной чувствительности р,.но не от дальности или ЭОП цели.

Для пеленгации в двух плоскостях надо иметь четыре луча. Такую систему можно построить с помощью четырех облучателей, смещенных симметрично в азимутальном и уг­ ломестном направлениях относительно фокальной оси зерка­ ла. На рис. 8.12, б показана схема образования суммарного л разностных сигналов в азимутальной и угломестной плос­

костях с помощью четырех волноводных мостов. Разност­ ный сигнал по углу места образуется путем сложения сигна­ лов соседних лучей и вычитания суммы сигналов двух ос­ тальных лучей, т. е. (14-2)—(3 4- 4). В азимутальной плос­ кости образуется сумма разностей (1 — 2) 4- (3 — 4), ко­ торая вследствие линейности операций равна разности сумм (1 4-3) — (2 4-4). Выход разностного кацала четвертого мост? не используется и нагружается на эквивалент. Ос­ тальная часть схемы отличается от рис. 8.12, а лишь добав­

лением еще одного приемного канала и соответствующего фазового детектора. Опорный сигнал в каждом из фазовых детекторов один и тот же — с выхода суммарного канала.

8.4.ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ СЪЕМА КООРДИНАТ ЦЕЛИ

1.Съем дальности. Дискретное измерение времени за­ паздывания основано на заполнении этого интервала счет­ ными импульсами, имеющими достаточно высокую и ста­ бильную частоту повторения Гс, после чего с помощью счет­

428

чика определяется их число

2D

(8.4.1)

с

Схема простейшего устройства, работающего по такому принципу, изображена на рис. 8.13, а. Импульс синхрони­ затора РЛС посредством триггера открывает каскад совпа­ дения, через который счетные импульсы поступают на счет­ чик («пуск»), а импульс цели закрывает его («стоп»). Счет­ чик отсчитывает число им­

продифференцировать (8.4.1), заменить дифференциалы ко­ нечными приращениями и перейти к средним квадратическим’ значениям, то ст (D)ID — ст (Fc)/Fc. В генераторе счетных импульсов можно получить ст (Fc)/Fc « 10... 10"8, так что нестабильность периода повторения счетных импуль­ сов Тс практически не влияет на погрешность. Иначе об­ стоит дело с погрешностями tn и tK. Так как любое их зна­ чение в интервале AD д следует считать равновероятным, то средняя квадратическая погрешность каждой из них 1см.

429