Контрольные вопросы
10.1. Выполняется измере11ие дальности до объекта на частотахjj=ЗООО МГц и fz=5000МГц. При этом R11зм1=25· 106 1\1, R11зм2=25,6- 106 м. Определите ИСТИ/11/Ое
расстояние R до объекта.
10.2. Какое отношение сигнал/шум надо обеспечить па входе измерителя фазы фазового радиодальномера, чтобы ошибка измерения cru была меньше 15 м, если
R111a.x= 1,5 км?
10.3. Частота счетных импульсов цифрового фазового дальномера f.:ч=IОМГц,
расстояние до цели R= 295м. Определите погрешность дискретизации, число
подсчитанных импульсов, оценку дальности.
10.4.Определите параметры частотного дальномера, предназначенного для из
мерения дальности от Rшin= 2 мм до Rшах = 1500 м.
10.5.Частоты биений частотного дальномера F6=3000Гц. Найдите расстояние
до цели, если Лf=ЗОМГц Fм=500Гц.
10.6.В многоканальном частотном дальномере Лf=75МГц, Fм= IООГц.
Определите число фильтров, необходимое для измерения дальности от Rmi11=5м
ДО Rmax=1200м.
10.7.Для условий задачи 10.6 найдите разрешающую способность по дальности,
если полоса пропускания фильтров ЛFФ=500Гц.
10.8. Определите параметры импульсного дальномера Fn, t 11 , 'Твое, если
Rmin=0,25км, Rmах=ЗОкм, 'бR= 150м.
10.9. Огибающая зондирующего сигнала описывается функцией
И0 sin(л-Л.fi)
U(t) ==-----.Определите эффективную ширину спектра сигнала.
л-Лft
10.10. Назовите функции, выполняемые следящим импульсным радиодальноме
ром, временным модулятором, экстраполятором, синтезатором.
10.11.Как производится поиск цели?
10.12.Как производится захват цели?
10.13.Что происходит с селекторными импульсами в системе, имеющей память
по положению (скорости)?
10.14. Частоты повторения импульсов Fn =103 Гц, длительность импульса t 11 = 10-6 с, число импульсов, необходимое для срабатывания схемы захвата n=IO,
скорость движения цели V=З0U м/с. Определите параметры напряжения 11оиска.
10.15.В цифровом импульсном дальномере частота счещых импульсов 10 МГц. Плотность распределения вероятностей положения отраженного от цели им пульса между счетными импульсами равномерная. Найдите СКО измерения дальности, вызванную дискретизацией по времени.
10.16.Какой параметр сигнала измеряется при измерении дальности в РД с псевдошумовым сип1алом?
10.17.Как формируется дискриминационная характеристика в радиодальноме рах с фазоманипулированным сигналом?
Глава 11. Радиопеленгаторь1
Радиопеленгаторы (РП) предназначены для определения направле ния прихода радиоволн. По методу получения информаuии о направле
нии на источник излучения РП делятся на амплитудные и фазовые, а по
способу извлечения этой информации - на одноканаТiьные (последова тельного типа) и .многоканальные (моноимпульсные). Рассмотрим методы пеленгации и наиболее распространенные типы радиопеленгаторов.
11.1. Амплитудные радиопеленгаторы
В амплитудных одноканальных РП для определения направления на
источник радиоволн используют направленные свойства антенн. Наибо лее часто применяют метод ,накс11.,нума и равносигнаТiьный ,wетод. Ам плитудные РП измеряют угол рассогласования 0 0 (в горизонтальной и
вертикальной плоскостях равный а0 или Ро) между направлением на цель
и опорным направлением (ОН). Отсчет 0 0 осуществляется по углу пово
рота антенны в момент совпадения с направлением на uель максимума
ДНА или равносигнального направленця.
Принцип действия РП, реализующих метод максимума. В рас сматриваемых РП направление на цель 0 0 отсчитывается по углу пово рота ДНА антенны (рис. l l. l, а) в момент максимума напряжения отра-
женного сигнала на вы
ходе приемника, когда
максимум главного ле
пестка ДНА совпадает с
направлением на источ
ник излучения (точка
М). Зависимость ампли-
ое туды выходного напря-
жения приемника Uвых
Рис. 11.1. Схема ампшгrудного радиопеленгатора, реали-
зующего метод максимума (а), 11 его пеленгационная хаот угла поворота антен
рактеристика (б) |
ны называется пеле11га- |
|
цио11ной хараюперисти |
кой. При линейной амплитудной характеристике приемника пеленгаци онная характеристика (рис. 10.1,6) по форме совпадает с ДНА j~ (0).
Следует отметить, что в зависимости от того работает ли антенна только на прием или и на прием и передачу, форма пеленгационной ха
рактеристики меняется.
Пеленгация методом максимума осуществляется в режиме обзора пространства ("на проходе"), когда луч антенны сканирует. Например,
можно |
зафиксировать на |
Unop |
~~1~'~'~'-•t |
|
|
(0) |
|
чало и конец пачки (или ее |
ш0u.к е |
|
огибающей), а затем вы |
2 _ _._I__._!___.\__,___\_,__. t |
числить положение (коор |
|
динату |
0 0) ее середины |
4 ----- .. ___ . |
(максимума). В этом случае |
а) |
|
свыхода приемника па1 1ка
видеоимпульсов с огибаю
|
щей U(0) (рис. 11.2, а) по- |
|
|
ступает |
на |
квантователь |
|
|
(рис. 11.2, б), состоящий из |
6) |
|
порогового |
устройства |
|
l'11c. 11.2. Огибающая пачки импульсов (а). ~.рукrурная |
|
(ПУ) и генератора стан- |
|
дартных |
импульсов (ГСтИ). |
схема устроii~.ва фиксации начала и кош.ш пачкн (6) и |
|
Последний |
вырабатывает |
сигналы в ее харакгерных точка,х (в) |
|
_ |
стандартный по форме и амплитуде импульс каждый раз, когда видео сигнал превышает порог Ипор· Полученная таким образом прямоуголь ная пачка импульсов (рис. 11.2, в) подается на схемы запрета непосред
ственно и через устройство задержки на период повторения Т11• При
этом на выходе верхней схемы запрета (рис. 11.2, б) выделяется первый импульс (начало пачки), а· на нижней - последний (конец пачки). Поло-
жение максимума определяется соотношением
00 =о, 5(01{ + 011 -QСКТП)'
где 0н и 0к - координаты начала и конца пачки, отсчитанные на уровне
И110р; Пек - угловая скорость сканирования антенны.
Можно зафиксировать момент совпадения максимума пачки с на правлением на цель по переходу через нуль производной ее огибающей.
Отсчет0 =00 производится при выполнении равенства W, = jdU(0)/сАЭl0=оо =О,
Сигналы с выхода приемника проходят квантователь (Кв), стандартные импульсы с которого поступают на устройство фиксации центра пачки
(рис. 11.3, а). Весовые коэффициенты W1 и w,' выбирают в соответст~ии с
формой огибающей пачки И(8) и ее первой производной, как показано на
рис. 11.3, 6. Схема запрета пропускает сигнал обнаружения с выхода поро гового устройства (ПУ) только тогда, когда на запрещающем входе отсут ствует сигнал. Это возможно при симметричном расположении импульсов пачки на отводах ЛЗ, когда на нижнем сумматоре обеспечивается выполне-
п |
|
" |
|
|
ние условия ~ п,т'и |
= о , при этом на верхнем сумматоре ~ wu. = max |
|
.L.i |
1 1 |
.L.i |
1 1 |
' |
1=1 |
|
1=1 |
|
|
сводится к фиксации времени запаздывания максимума огибающей пачки сигналов, поэтому оценка пеленга цели при Пек =const равна
n,,Joц , где т0ц - оценка времени запаздывания максимума пачки отно
сительно опорного импульса 80. Погрешность а-0 =П,киr. где cr0 и cr, -
потенциальные точности измерения пеленга и запаздывания огибающей пачки соответственно. Если аппроксимировать ДНА выражением fa(8) =ехр{-я(8/q>8)2 }, где <i>a - ширина главного лепестка на уровне
0,46, то огибающая пачки имеет колоколообразную форму:
Здесь t - текущее время, отсчитываемое от момента пересече1:ия мак симумом ДНА опорного направления; т - запаздывание максимума
огибающей отраженного сигнала; т0г =<р8/Пск - длительность огибаю-
щей на уровне 0,46. Для колоколообразного импульса т0г =(2.J;fск)-1 ,
откуда .fск =(2.J;тor)-1 •
Выражение для потенциальной точности оценки времени запазды
вания в рассматриваемом случае принимает вид
ит =тог[ я(Е/No) ]112 .
Отсюда минимальное значение погрешности пеленгации
О"е =q>a [ я(Е/ No) ] |
-1/2 |
( 11.1) |
. |
Учитывая, что ширина главного лепестка ДНА q>3 = k8л/da , где ka
- коэффициент использования площади антенны, da - диаметр (аперту
ра) антенны, получаем
а-6 =К8[я(Е/N0)Г112 (л/d8). |
(11.2.) |
При переходе к реальной форме ДНА необходимо ·учесть умень
шение отношения мощностей сигнала и помехи, введя коэффициент по
терь kn. Тогда, объединяя kn с коэффициентом учета потерь из-за ап проксимации ДНА, получаем относительное значение пеленгационной
погрешности |
|
la-0/q>a = к;fq .\ |
(11.3) |
Последнее соотношение может быть использовано для прибли
женной оценки точности пеленгации и при других аппроксимациях
формы ДНА.
Принцип действия РП, реализующего равносигнальный метод.
Определение угловых координат равносигнальным методом основано на
РСН
~~: -·..:::~•.. f ···-
rl.
·О I
r.
в
Рпс. 11.5. Струк-rурная схема радиопепеигатора, реализующего равносигнальный метод (а), ДНЛ в
декартовых коордннатах (б) и форма сигнала на
входе пр11емщ1ка (в)
сравнении амплитуд сигна
лов, полученных от одного и
того же источника излучения
двумя антеннами, ДНА кото
рых пересекаются в про
странстве, образуя равносиг нальное направление РСН
(рис. 11.5, а,б). Антенны с
диаграммами !;11 (0) и f..,_ 2 (0) поочередно с перио-
дом Тк подключаются к при_ емнику (Прм). Одновремен но выход Прм подсоединя
ется то к одной, то к другой
отклоняющей пластине ЭЛТ.
Напряжение развертки по
вертикали формируется ге
нератором (Гр), запускае-
мым импульсом синхрониза
тора (Синх). Равенство отклонений луча вправо и влево от линии раз вертки свидетельствует о нахождении цели на РСН. В момент достиже
ния этого равенства с индикатора считывается значение угловой коор
динаты источника излучения._ Если РП работает в составе импульсного радиолокатора, то по положению отметки сигнала на экране ЭЛТ относи
тельно начала развертки определяется дальность цели.
Напряжение Ивх на входе Прм (рис. 11.5, в) из-за коммутации ДНА модулируется по амплитуде. Глубина АМ при идентичных и симмет ричных ДНА
./~(&-о+ ер)-/..,_(0о - 0р)
( 11.4)
.fa (0о +ер)+.fa (0о -ер)
Разложение функции ./~ (00 ± 0") в, степенной ряд по степеням 0" в
окрестности точки 00 , соответствующей РСН, имеет вид
.fa (0 0 ± 0") == ./~ (0 0 ) ± (0Р/1!)/;(00 ) + (0~/2 !).f"(00 ) ± ...
и подстановка полученных рядов в формулу (11.4) при пренебрежении
высшими членами ряда ввиду их малости дает
( 11.5)
где Па= -~(Во) - пелепгацuонншt чувствителыюсть (способность), из
fа(Во)
меряемая в единицах глубины модуляции на градус углового отклонения. Таким образом, напряжение Ивх содержит необходимую для опре
деления углового отклонения 0р цели от РСН информацию: глубина ам
плитудной модуляции пропорциональна 0р, а фаза огибающей Ивх изме
няется на обратную при изменении знака 0р.
Точность РП, реализующих равносигнальный метод, зависит от
формы ДНА и уровня пересечения ДНА на равносигнальном направле
нии (т.е. от угла 8с111 отклонения максимума ДНА от РСН). Из (11.5) сле
дует: ер= т/Па . Поскольку
m2 |
1 . ЛИ:-Uiii !И; =(РjРш)-1 = 1/q |
И 0~ a-J |
l |
IП111 |
|
(см. рис. |
11.5), то |
|
a-0 |
=ll(J°qП3). |
(11.6) |
Можно показать, что при любой аппроксимации ДНА пеленгаци онная чувствительность с учетом потерь аппроксимации и обработки равна Па= 1/ Kr.p3 , тогда
la-0/f.Pa = к;Jq .1
При оптимальной обработке a-0 /r.pa = кj.JE/N0 - минимальная от
носительная погрешность, соответствующая потенциальной точности измерения угловой координаты.
Таким образом, точность определяется отношением мощностей
сигнала и шума и значением пеленгационной чувствительности, кото
рое зависит от fa (80 ) |
и fa (80 ) |
и, следовательно, от выбора уровня пе- |
ресечения диаграмм. |
Для увеличения Па необходимо увеличивать |
.fa(00 ) и уменьшать |
/ 3 (80 ), что достигается увеличением 0 0 |
и умень |
шением уровня пересечения, |
однако при уменьшении la(0 0) |
падает q. |
Поэтому об~rчно 00 берут таким, чтобы пересечение диаграмм направ
ленности по мощности происходило на уровне примерно 0,5.
Принцип действия следящего РП с коническим сканировани ем. Рассмотренная схема (см. рис. 11.5,а) позволяет определить только одну угловую координату, например азимут а. Когда требуется одно временно измерить две угловые координаты, РСН формируется враще-
При угле рассогласования 0Р * О огибающая импульсов на выходе
приемника описывается выражением
u,(t) = U/1/Jl + cos(OcJ-q>м)] = итс + тИтс cos(Oc/- q>M).
После детектора сиг нала ошибки (дСО) (пико вого детектора) и полосо
вого |
усилителя |
сигнала |
|
ошибки (УСО), настроен |
|
ного на частоту Fск , сигнал |
|
U3 (t) = К,тишс Х |
|
х cos(OcJ-q>м -(f) 0 ), |
|
где q> 0 |
- сдвиг фаз в УСО, |
|
для компенсации которого |
а) |
в опорное напряжение вво |
|
дится q> 0• |
|
|
Учитывая, |
что со |
|
гласно ( 11.5) т =\\f мПа, и
объединяя все постоянные величины в коэффициенте К2, имеем
t13 (/} = Kz'Vм COSX
х(Ос/ - q>м - (J)o) ·
Напряжения на выхо-
дах фазовых детекторов ка
6)
налов азимута и угла места
пропорциональны разности Рпс. 11.8. Струкrурная схема радио11сленгатора с кu фаз сигнала и опорных на ннческим скаш1рованием (а) н сигналы в ее характер
пряжений (ГОН): |
ных тuчках (6) |
|
Ии.= К3тИс cos(q>м)= К2Кз\\fм(а.м/'Vм)= Ка.м,
и,)= К3тИС si11(q>M) = К2КNм(Рм/'Vм) = КРм .-
ТаКИМ образом, при вращении ДНА с помощью привода сканиро
вания (ПСк) в каналах азимута и угла места образуются управляющие
напряжения И(l и Ир , значения и полярность которых зависят от угла
отклонения цели от РСН в соответствующей плоскости. С помощью этих сигналов приводы антенны ПАа и ПАР поворачивают антенну по
углам а и Р в положение, когда ам и Рм равны нулю.
