книги из ГПНТБ / Нестеров К.П. Системы автосопровождения [учебное пособие]

При малых Мф фазовую диаграмму антенны можно считать неизменной.При смещении цели на угол в от оси параболоида на­ пряжения на выходе первого и второго облучателя будут соот­ ветственно равны

где ..

(10—угол между максимумом диаграммы и осью отражателя; <р0—постоянный фазовый сдвиг, который можно для простоты

положить равным нулю;

/(-♦коэффициент, зависящий от силы сигнала и коэффициен­ та усиления антенны по напряжению Р0;

■F{$) —нормированная диаграмма направленности по напряже­

При в =0 сигналы в обоих каналах будут одинаковыми. Сле­ довательно, ось параболоида одновременно является равносиг­ нальной линией.

Для выделения угловой информации необходимо сравнить ам­ плитуды сигналов в обоих каналах.

Непосредственное вычитание детектированных и усиленных сигналов является неприемлемым, так как получаемая при этом разность зависит не только от угла рассогласования г, но и от силы принимаемого сигнала и коэффициента усиления радио­ приемного тракта. От этих же параметров будет зависеть крутиз­ на статической характеристики радиоприемного тракта, или кру­ тизна пеленгационной характеристики--Эту зависимость, можно ис­ ключить, если осуществить деление амплитуд обоих каналов. Практически такое деление выполняется путем усиления в лога­ рифмических усилителях ЛУХ и ЛУ2 с последующим вычитанием логарифмов амплитуд, полученных, в результате детектирования сигналов (см. рис. 3.2).

В этом случае крутизна статической характеристики радио­ приемного устройства, или крутизна пеленгационной характери­ стики не зависит от силы сигнала.

В логарифмическом усилителе промежуточной частоты выход­ ное напряжение изменяется по логарифмическому закону, когда

70

Рис. 3.4

Следовательно, амплитуда выходного напряжения логарифми­ ческого усилителя будет выражаться следующей зависимостью:

Учитывая (3.3) и полагая усилители одинаковыми для каждо­ го логарифмического усилителя, имеем

^вых2—^тО^яуО 1+1п- и„

Напряжение на выходе амплитудного различителя или на выхо­ де пеленгационного устройства будет равно

71

усилителя.

Равенство (3.4) представляет собой аналитическое выражение статической характеристики радиоприемного, или пеленгациопно-

Учитывая, что производные в числителе и знаменателе отри­ цательны, уравнение (3.5) можно записать в следующем виде:

Значения величины Ктг при аппроксимации диаграмм различ­ ными функциями приведены в § 3.2.

При малых углах е и при выполнении условия K m i -<С1 Урав­ нение (3.6) можно разложить в степенной ряд. Ограничиваясь одним членом разложения, получим

у 2/Са рб^цых а К т 1-&==:К а yS,

где /С„ у=2АГа рДтДЛшх о“ коэффициент усиления пеленгационного уст­

ройства, или крутизна пеленгационной характеристики в рабочей точке.

Таким образом, Кпу зависит только от крутизны диаграммы KmF в рабочей точке, коэффициента передачи Кар амплитудного

72

различителя и свойств логарифмического усилителя, но не зави­ сит от величины сигнала.

Отметим, что неравенство коэффициентов усиления логариф­ мических УПЧ приводит к ошибке в определении равносигнально­ го направления. Поэтому необходимо принимать специальные ме­ ры для обеспечения равенства коэффициентов усиления обоих усилителей.

Для осуществления автоматического слежения за целью равносигнальную линию необходимо непрерывно совмещать с направ­ лением на цель. Это достигается путем поворота всей антенной си­ стемы с помощью исполнительного двигателя (рис. 3.2).

На исполнительный двигатель поступает предварительно уси­ ленный сигнал по напряжению и мощности.

Антенная система будет перемещаться до тех пор, пока сигнал рассогласования не станет равным нулю, то есть пока равносиг­ нальная линия не совпадет с линией цели.

Система с фазовой пеленгацией

Блок-схема следящей системы с фазовой пеленгацией изобра­ жена на рис. 3-5.

Рис. 3.5

При фазовой пеленгации антенная система имеет две точки приема, разнесенные на некоторое расстояние d. которое называют базой. Направление на максимумы диаграмм параллельны между собой и перпендикулярны базе.

Для получения статической характеристики радиоприемного тракта, или пеленгационной характеристики с центральной сим­

Пусть направление на цель отклонено от оси антенной систе­ мы на угол s. Тогда разность хода сигналов, отраженных от цели

73

и принятых антеннами, будет равно rfSins. Напряжения на выхо­ де антенны первого и второго каналов можно записать

Для выделения информации об угловом положении цели необ­ ходимо сравнить фазы колебаний, определяемые выражениями (3.7) и (3.8). Это можно сделать с помощью фазового детектора, который в данной следящей системе играет роль фазового, различителя.

Амплитуды напряжений, поступающих на фазовый различитель по обоим каналам, не должны зависеть от силы сигнала и коэффициента усиления приемного устройства. Только в этом слу­ чае крутизна статической характеристики приемного тракта, или крутизна пеленгационной характеристики будет постоянной.

Постоянство амплитуд принятых сигналов достигается приме­ нением ограничителей в каналах УПЧ.

Если пороги ограничения в обоих каналах одинаковы и равны Uarp, то для входных сигналов фазового детектора при; учете до­

полнительного поворота фазы на угол у в одном из каналов мож­

но записать:

(3.9)

(3.10)

где шПр_ промежуточная частота.

74

Напряжение на выходе пеленгационного устройства будет равно

висит от коэффициента передачи фазового различителя, от вели­ чины базы и порога ограничения.

Равносигнальное направление соответствует е =0 и совпадает с перпендикуляром к базе.

Если усилители имеют неидентичпые или нестабильные фазо­ вые характеристики, то равносигналыюе направление будет опре­ деляться с ошибкой. Таким образом, система критична к стабиль­ ности фазовых характеристик. В этом состоит один из ее недостат­ ков-

Приведенные формулы показывают, что диаграмма направлен­ ности отдельных антенн не влияет на крутизну пеленгационной характеристики в нулевой точке. Это, однако, не означает, что ^ля

равносигнальным направлением могут существовать еще ложные. Для того, чтобы исключить сопровождение цели по ложному направлению, необходимо уменьшить крутизну пеленгационной характеристики на ложных равносигнальных направлениях. Это достигается соответствующим выбором ширины диаграммы на­ правленности антенн Р(г) с тем, чтобы амплитуды сигналов, по­ ступающих на фазовый детектор в «ложных» нулевых точках, бы­ ли достаточно малыми и крутизна пеленгационной характеристики

незначительной.

75

Для автоматического слежения антенны за целью равносиг­ нальную линию необходимо непрерывно совмещать с направле­ нием на цель. Последнее достигается либо механическим поворо­ том антенной системы, либо введением дополнительного элемента, с помощью которого можно управлять фазовым запаздыванием в одном из каналов. Таким элементом может служить, например, фазовращатель, состоящий из ферритовой пластинки, расположен­ ный вдоль узкой стенки волновода и находящейся в магнитном поле (рис. 3.6,а).

Величина фазового запаздывания в волноводе на некотором участке пропорциональна напряженности магнитного поля или то­ ку в катушке электромагнита /ф„ (рис. 3.6,6).

Рис. 3.6

На рис- 3.7 изображена функциональная схема фазовой систе­ мы с электромагнитным устройством,

е/

Рис. 3.7

где

СМи СМ2— смесители;

76

в — изображение антенной системы с обозначением размеров. Рассмотрим работу этой системы несколько подробнее. Выходное напряжение фазового различителя через усилитель

мощности УМ поступает па двигатель, который с помощью потен­ циометра П соединен с ферритовым фазовращателем (ФВ). Мо­ мент нагрузки на валу двигателя является малым. Поэтому в ка­ честве исполнительного двигателя можно применить двигатель малой мощности. Преимуществом системы с неподвижной антен­ ной является высокое быстродействие, обусловленное отсутствием необходимости механического перемещения значительных масс.

Так как изменение фазы с помощью фазовращателя ограниче­ но, то для перемещения всей антенны необходимо иметь еще одну

Если равновесное состояние не достигнуто, то напряжение для небольших рассогласований по фазе будет пропорционально разности фаз:

Д®=<РФВ0“-?фв — — Т—'?фв-

77

Фазовому сдвигу (рфВ соответствует некоторый угол, опреде­ ляющий действительное положение равносигнальной линии, при­ чем

2ти1 Ш = ~ Г Та-

Между действительным направлением равносигнальной линии и направлением па цель j имеется угол рассогласования е = т - '{d (рис. 3.7,6), который связан с величиной Д® равенством

Для осуществления слежения в другой плоскости система'до­ полняется еще одной парой антенн и одной следящей системой, с помощью которой осуществляется слежение в плоскости, перпен­ дикулярной первой. При этом оба устройства работают независи­ мо друг от друга и их можно рассматривать раздельно.

■i

Система с амплитудной пеленгацией при суммарно-разностной обработке сигнала

Определение угловых координат многоканальными системами может производиться при помощи амплитудного или фазового ме­ тода пеленгации.

В рассмотренных примерах пеленгационных устройств инфор­ мация об угловом положении цели получалась путем раздельного использования сигналов, снимаемых с выхода антенных устройств каждого канала..

Для точного определения угловых координат с помощью ука­ занных методов требуется высокая стабильность параметров обоих каналов, которую трудно обеспечить. Поэтому желательно сравнить амплитуды или фазы принятых сигналов до их прохож­ дения через приемные каналы. Для выделения угловой информа­ ции используют комбинацию сигналов в обоих каналах, подверг­ нув эти сигналы предварительной обработке.

Наибольшее распространение получили пеленгациопиые устрой­ ства с суммарно-разностной обработкой сигнала, которые могут применяться при амплитудной и фазовой пеленгации-

Рассмотрим принцип работы системы с амплитудной пеленга­

78

УПЧ— усилйтели промежуточной частоты; ФР — фазовый различитель;

ИД — исполнительный двигатель.

Диаграмма направленности в прямоугольных координатах изо­ бражена на рис. 3.9.

При амплитудном методе пеленгации имеем две диаграммы направленности, смещенных друг относительно друга (рис. 3,10).

Так как кривая F(&) является четной функцией сигнала рассог­ ласования £ + есм, TO F( — S~SCM)—F(e + ZCM).

79