книги из ГПНТБ / Аграновский, К. Ю. Основы теории радиоэлектронных систем морских объектов

В зависимости от метода измерения временного интервала разли­ чают следующие методы определения дальности (рис. 2.6): фазовый, частотный и импульсный.

При фазовом методе о расстоянии до управляющего объекта судят по разности фаз сри. п излучаемых UH и принимаемых Un колебаний

(рис. 2.6, а).

При частотном методе излучаются частотно-модулированные коле­ бания (рис. 2.6, б). Расстояние до управляющего объекта определяется по частоте биений между излучаемым и принимаемым сигналами. Число максимумов огибающей Up результирующего колебания Уи.п

в единицу времени зависит от величины временного сдвига, т. е. от расстояния до управляющего объекта.

При импульсном методе (рис. 2.6, в) расстояние измеряется по вре­ мени запаздывания t3 принимаемого импульса относительно излучен­ ного.

Остановимся далее на пеленгационных системах. Блок-схема пеленгационной системы пассивного типа приведена на рис. 2.7, а. Блоксхема системы активного типа изображена на рис. 2.7, б. Отличие рас­ сматриваемых систем от систем локального действия состоит в том, что в этих системах блок обработки сигналов совместно с приемным блоком обеспечивают получение зависимости параметров управляющих сигналов от положения управляющего объекта относительно управляе­ мого объекта (угол а у). •

Определение направления на управляющий объект сводится к опре­ делению его угловых координат относительно некоторого направления, жестко связанного с управляемым объектом (например, его продольной

50

осью). Из различных методов определения угловых координат можно указать на два основных: экстремальный метод и метод сравнения.

При экстремальных методах направление на управляющий объект устанавливается по максимальной или минимальной величине полез­ ного действия. Сущность максимального метода заключается в следую­ щем. Диаграмма направленности, имеющая один главный максимум (рис. 2.8), периодически колеблется около среднего положения О — О. В момент совпадения оси главного максимума с направлением на объект

на выходе приемного блока возникает максимальный сигнал. Положение приемного блока в этот момент и ука­ зывает угол а у на управляющий объ­ ект.

Рис. 2.7. Блок-схема пеленгационных систем

Достоинством метода является достаточно высокое значение отно­ шения сигнал/помеха. Недостатком — сравнительно малая точность. Кроме того, симметрия диаграммы направленности делает неопреде­ ленной сторону отклонения объекта от оси главного максимума.

Метод минимума (рис. 2.9) основан на использовании приемного блока с двухлепестковой диаграммой направленности. Как и в первом случае, блок изменяет положение по азимуту. При минимуме сигнала ось диаграммы направленности О — О совпадает с направлением на управляющий объект. Небольшому отклонению объекта от линии О—О соответствует значительное изменение величины сигнала на выходе приемного блока. Точность этого метода значительно выше точ­ ности максимального метода. Однако выделение минимума полезного сигнала затруднено вследствие влияния помех. Кроме того, часто

бывает нежелательна «потеря» управляющего объекта в мертвой зоне между лепестками диаграммы направленности.

При применении метода сравнения (рис. 2.10) приемный блок вос­ принимает два воздействия к U х и к U 2, каждое из которых обусловли­ вается положением соответствующих диаграмм направленности. На­ правление на управляющий объект устанавливается сравнением па­ раметров этих воздействий.

Примером метода сравнения является равносигнальный метод. На­ правление на объект определяется положением приемного блока, при котором линия О—О на рис. 2.10 совпадает с направлением на объект. В этот момент на выходе приемного блока возникают равные по вели­ чине сигналы.

Равносигнальный метод имеет ряд достоинств. В частности, рабочими участками являются боковые части диаграмм направленности, обеспе­ чивающие наибольшую крутизну изменения сигнала при отклонении управляющего объекта от оси О — О. Кроме того, этот метод обеспечи­ вает определенность в направлении отклонения управляющего объекта от линии О — О.

§ 2.2. УПРАВЛЯЮЩИЕ СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ

Необходимая для управления информация передается на управляе­ мый объект в виде управляющих сигналов [1 ]. Информация может со­ держаться в том или ином параметре сигнала, например, его огибаю­ щей или в несущих колебаниях. Управляющий сигнал существует в пределах некоторого интервала времени, в течение которого управляе­ мый объект находится в области воздействия управляющего объекта. По мере относительного изменения координат объектов изменяются параметры управляющего сигнала.

Параметры управляющих сигналов зависят от большого количества факторов, которые носят случайный характер. Законы распределения случайных параметров управляющих сигналов определяются усло­ виями использования радиоэлектронных систем.

В этой главе мы будем интересоваться математическими представле­ ниями управляющих сигналов. При математическом представлении рассматриваются изменения управляющего сигнала во времени. Мы будем обращать внимание лишь на форму сигнала. Именно в форме сиг­ налов содержится информация об управляющем объекте. При такой постановке управляющий сигнал удобно описывать детерминирован­ ными функциями. Поэтому в этой главе управляющий сигнал рассмат­ ривается как детерминированный процесс. Его случайный характер будет учитываться в последующих главах.

Нормальному функционированию радиоэлектронных систем пре­ пятствуют помехи. Последние создаются различными источниками и

взависимости от места возникновения делятся на:

—гидрологические, вызванные гидрологическими процессами, протекающими в морской среде;

—электроэнергетические, обусловленные работой различных электроэнергетических устройств и агрегатов;

52

—вызванные посторонними радиоэлектронными системами;

—обусловленные внутренними шумами аппаратуры;

—специально организованные помехи.

Основной особенностью помех является их случайный характер.

2.2.1.Сигналы в системах локального действия

Сигналы в ^аких системах представляют собой воздействие в виде однократно возникающего импульса или последовательности импуль­ сов. Воздействия могут быть в виде видеоимпульсов, сигналов со срав­

что управляющий объект И и управляемый объект П движутся в плос­ костях, параллельных плоскости х —-у, со скоростями VA я VE.

Будем вначале считать, что радиоэлектронная система реагирует на величину составляющей Пуг. Тогда для огибающей сигнала можно написать:

мс knIlyz,

где kB— коэффициент передачи приемного блока.

Для огибающей системы, реагирующей на составляющую воздей­ ствия Пуа, будем иметь

и с = Ь п П у а = k n { f l y x c o s < x y y - \ - I J y y s i n c c y y ) . (2.1)

Для систем, реагирующих на скорость изменения Пуг, необходимо получить выражение dIJyz/dt. По условию расстояние между объектами по оси z постоянно. Тогда можно написать:

53

Если система реагирует на скорость изменения составляющей Пуа, то продифференцировав (2.1) по t, получим

В этом выражении dI7yx и йПуу можно выразить через частные про­

Обратимся к радиоэлектронным системам, реагирующим на про­ странственное распределение поля управляющего объекта. Например, системы, реагирующие на производную поля по направлению движения управляемого объекта 1а (см. рис. 2.11). Рассмотрим два случая реаги­ рования на составляющую Пуг и составляющую Пуа.

Для первого случая

54

2.2.2.Сигналы в системах пространственного действия

Сигналы в пеленгационных системах. Пеленгадионная система определяет угловые отклонения управляющего объекта от нулевой

не зависящий от аух и ауу.

Независимость коэффициента ky от величин измеряемых отклонений имеет принципиальное значение и определяет линейность системы управления. Линейность характеристики ис1 — f (аух) является тре­ бованием, обеспечивающим точность измерения угла ау и его производ­ ных.

Рассмотрим условие формирования управляющего сигнала при экстремальном методе пеленгования по максимуму (рис. 2.13). Прием­ ный блок управляемого объекта имеет остронаправленную характери­ стику. Ею периодически сканируется определенный сектор простран­ ства. На выходе пеленгатора образуется импульс напряжения, макси­ мум которого соответствует моменту совпадения оси главного макси­ мума диаграммы направленности приемной системы с направлением на управляющий объект. Таким образом, пеленг на объект связан с по­ ложением приемного блока относительно условной нулевой линии

О — О.

55

Угловая ошибка возникает в том случае, если за максимум сигнала принимается и' вместо ыст. Относительная ошибка определения макси­

мума управляющего сигнала может быть записана в следующем виде:

где / (Да ) — зависимость управляющего сигнала от угла ау. Эту за­ висимость будем называть пеленгационной характеристикой.

Рис. 2.13. К образованию ошибки при пеленговании по методу максимума

Полученное выражение определяет точность пеленгования по макси­ мальному методу, которая зависит от точности определения макси­ мума сигнала ту и кривизны пеленгационной характеристики в направ­ лении максимума.

Для ошибки, возникающей при пеленговании по методу минимума (рис. 2.14), можно получить следующее выражение:

Аау = ---- £— ,

у2исоГ (0)

где ис0 — напряжение на выходе приемного блока при совпадении направления минимума с направлением на управляемый объект;

56

и — напряжение, принимаемое за минимальное значение и определяе­ мое величиной помех; f' (0) — крутизна пеленгационной характери­ стики в направлении минимума.

Приемный блок пеленгационной системы, реализующий равносиг­ нальный метод сравнения, имеет характеристики, представленные

вследующем виде:

^__Ыс1 — ыс2 ___«со/ (а т — А а у ) — ц соf (а т ~Ь А а у ) ___

__ / («т — Aoty) — f (ат+ Аау)

2/ (ат)

Разложим функции f (ат + До^) и f (ат — Аау) в ряд Тейлора:

При малых значениях Дау можно ограничиться двумя первыми чле­ нами разложения. Тогда

/ ы

Можно записать: Да^ = ту/П. Полученное выражение показывает, что точность пеленгования зависит от отношения сигнал/помеха и пе­ ленгационной способности приемного блока.

57

Сигналы в дальномерных системах. Излучатель и приемник в даль-

номерных системах обычно совмещены в приемно-излучающий блок. Задача определения дальности сводится к измерению интервала вре­ мени t3:

пространения колебаний в среде.

В случае неоднородной среды под ср следует понимать среднее зна­ чение скорости распространения колебаний.

Ошибка дальнометрии, если не учитывать скорости объектов, возникает в случаях, когда расчетное значение сР отличается от дей­ ствительного и измеренный интервал времени отличается от истинной величины.

Из (2.7) следует, что

dRy = d-§JLdcF+ ^ L d t a.

Заменив дифференциалы конечными приращениями, получим зна­ чение дальномерной ошибки

где Аср — ошибка в определении среднего значения скорости распро­ странения колебаний; At3 — ошибка в измерении интервала времени t3.

При техническом совершенстве дальномерной системы At3 = 0. Тогда

ARy = ^ A c P,

lf

или

ARy _ A cf

Предельная дальномерная точность равна точности определения средней скорости распространения колебаний.

2.2.3.Несущие колебания

Характер заполнения огибающей управляющих сигналов зависит от многих факторов, но во всех случаях частота заполнения зависит от характера относительного движения объектов. Существенным яв­ ляется влияние эффекта Допплера на формирование управляющего сигнала.

Сигналы в пассивных системах. Эффект Допплера вызывает изме­ нение частоты отраженных колебаний по сравнению с частотой излу­ ченных колебаний.

58

Пусть управляющий объект создает излучение гармонического ха­ рактера

u c = U c m s ' m < i > J .

Будем считать, что управляемый объект движется с некоторой скоро­ стью VУу (t) под некоторым углом ау (t) к линии «объект—объект». Изменение расстояния между объектами в общем случае подчиняется следующей зависимости:

Мгновенная фаза принятых колебаний фп (t) определяется выраже­ нием

Скорость колебаний может быть неодинаковой на различных участ­ ках пути. Зная закон ср = f (Ryy), можно оценить изменение выраже­ ния (2.10). Опуская необходимые для этого выкладки и учитывая, что в практических случаях

dcf уу dRyy

«Rуу

где KF = ■ ■(«!*) — усредненная на пути R vu длина волны излучае

/и

мых колебаний.

59