книги из ГПНТБ / Вулконский Б.М. Основы теории радиолокационных устройств самонаведения ракет учебник

Довольно просто и точно уравнение (2-60) может быть решено для относительного уменьшения дальности действия РГС за счет ослабления энергии в атмосфере. Для этого перепишем (2-60) в виде

Г л а в а 3

МЕТОДЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ ЦЕЛИ

§ 11. НАПРАВЛЕННОСТЬ АНТЕНН И АНАЛИТИЧЕСКАЯ АППРОКСИМАЦИЯ ИХ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ

Автоматическое определение угловых координат цели является основной задачей радиолокационного устройства самонаведения. Ее решение возможно, если сигнал, поступающий на вход коорди­ натора РГС (на вход приемника), в каждый момент времени одно­ значно связан с углами ср и а или <ру и <pz (см. рис. 1-6).

Зависимость параметров входного сигнала от направления при­ хода радиоволн может быть обеспечена за счет использования ан­ тенн направленного действия. Причем эта зависимость обеспечи­ вается и в том случае, когда направленными свойствами обладает только одна из антенн (приемная или передающая), и в случае, когда обе антенны направленного действия.

Из теории линейных пассивных четырехполюсников известно, что к передающим (излучающим) и приемным антеннам применим принцип взаимности. Согласно этому принципу передающие и при­ емные антенны обратимы. Следовательно, независимо от того, ра­ ботает ли данная антенна на прием или излучение, ее направлен­ ные свойства остаются неизменными. Разница состоит лишь в том, что для излучающей антенны ее направленные свойства относятся к энергии, излучаемой в данном направлении, а для приемной ан­ тенны— к энергии, принимаемой с данного направления.

Направленные свойства антенны описываются ее диаграммой направленностй. Для передающих антенн диаграмма направлен­ ности определяет графическую зависимость электрической напря­

где f и Ф— углы, определяющие направление в пространстве отно­ сительно оси симметрии антенны.

93

Для приемных антенн диаграмма направленности дает зависи­ мость Э.Д.С. сигнала на выходе антенны Е или мощности, выделяе: мой на нагрузке антенны Р, от направления приема при неизменном удалении от антенны источника сигналов.

Диаграммы направленности представляют собой пространствен­ ные фигуры, имеющие обычно одну или две плоскости симметрии, либо обладающие осевой симметрией. Для удобства на практике пространственную фигуру заменяют ее сечениями в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через направление максимума излучения (приема). При осевой симметрии пространст­ венной диаграммы, что, как правило, и имеет место для антенн РГС, она полностью характеризуется одним осевым сечением.

Для удобства сравнения направленных свойств антенн диаграм­ мы направленности нормируют относительно максимального значе­ ния функций:

то есть нормированные диаграммы по напряженности или по мощ­ ности позволяют характеризовать направленные свойства антенн без каких-либо оговорок, работает ли антенна на передачу или прием.

Так как мощность потока энергии пропорциональна квадрату создаваемой ею напряженности поля, то нормированные диаграм­ мы по мощности и напряженности связаны соотношением

Диаграммы направленности реальных антенн имеют лепестко­ вый характер. Кроме главного рабочего лепестка с наибольшим максимумом, в структуру диаграммы входят боковые и задние ле­ пестки. Боковые и задние лепестки являются паразитными. При ра­ боте антенны на передачу они приводят к бесполезному расходу из­ лучаемой энергии, при работе на прием — к возрастанию уровня помех на входе приемника и к возможности аномальных ошибок в определении направления на цель. Проблема подавления боковых и задних лепестков диаграммы является одной из главных задач синтеза антенн направленного действия. Для. нормальной работы антенны уровень боковых лепестков, как правило, не должен пре­ вышать 20—30 дб относительно максимума главного лепестка.

94

Диаграммы направленности строятся либо в прямоугольных, либо в полярных координатах (рис. 3-1). Построение в прямоуголь­ ных координатах более удобно и точно. При этом ось ординат часто градуируется в децибелах

Преимуществом полярных диаграмм является их наглядность. Ширину главного рабочего лепестка диаграммы направленности

можно определить как угол между направлениями первых нулей, либо между направлениями, по которым мощность уменьшается в

два раза (Fp = 0 ,5 ), а напряженность соответственно в Y 2 раз

( . Р е = 0,707) относительно их максимальных значений. Второе оп­ ределение на практике используется чаще.

Рис. 3-1

Удобной характеристикой направленных свойств антенны яв­ ляется коэффициент направленного действия к.н.д. *). Под коэффи­ циентом направленного действия по мощности понимают отноше­ ние мощности излучаемой (принимаемой) реальной антенной в дан­ ном направлении к мощности излучаемой (принимаемой) гипотети­ ческой ненаправленной антенной.

Аналогично определяется коэффициент направленного действия по напряженности

*)) Эта характеристика уже использовалась ранее в формулах дальности действия РГС.

95

где Gp(0) и Ge(0)— к.н.д. по максимуму излучения (приема).

При исследовании вопросов, связанных с определением напра­ вления на цельг графическое задание нормированных диаграмм на­ правленности неудобно, поэтому их аппроксимируют различными аналитическими зависимостями. Для параболических остронаправ­ ленных антенн, например, для аппроксимации главного лепестка наиболее широко применяются следующие зависимости:

96

Ё формулах (3-11) — (3-15) ■&и Д0 имеют размерность радиан. При заданной аппроксимации диаграммы можно найти выраже­ ние для к.н.д. антенн по мощности и напряженности в направлении максимума. Общее выражение для к.н.д. по мощности для осесим­

метричной антенны имеет вид [10]

4itFp (О)

0p(») = 0 p (0)fp(8) = — ------- . (3-16)

Зависимость параметров входного сигнала приемника от угло­ вых координат цели при использовании направленных антенн мож­ но получить различными радиотехническими методами. В радиоло­ кационных устройствах самонаведения для этой цели используется только метод сравнения сигналов. Объясняется это тем, что среди других известных методов (экстремальные методы) метод сравне­ ния наряду с технической простотой и удобством для автоматиза­ ции обладает наибольшей точностью.

В основе метода лежит сравнение сигналов, приходящих из смежных, симметричных относительно оси визирования, участков телесного утла зрения, по некоторому параметру (обычно ампли­ туде или фазе). Полезная информация в этом случае содержится в разности амплитуд или фаз сравниваемых сигналов. При методе сравнения в пространстве образуется одно характерное направле­ ние, при нахождении цели на котором сравниваемый параметр сиг­ нала остается неизменным по всем участкам телесного угла зрения. Это направление называется равносигнальным. Равносигнальное направление обычно совпадает с осью визирования РГС и в этом смысле данные понятия идентичны.

Прием сигналов из смежных участков телесного угла зрения может вестись последовательно на одну антенну либо одновремен­

но на несколько разнесенных антенн. Соответственно различают две разновидности метода сравнения: метод последовательного сравне­ ния и метод одновременного сравнения. Разновидности эти сущест­ венно отличаются друг от друга. Для их реализации требуются принципиально различные технические способы приема и преобра­ зования сигналов. Отличаются они и по своим возможностям.

§ 12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СРАВНЕНИЯ СИГНАЛОВ

Метод последовательного сравнения предполагает использова­ ние антенного устройства с остронаправленной, осесимметричной диаграммой. Антенное устройство должно допускать возможность угловых перемещений диаграммы направленности в пространстве.

Телесный угол диаграммы в каждый момент времени ограничи­ вает тот участок пространства, из которого возможен прием отра­ женных целью сигналов. Перемещая диаграмму по определенному закону в пределах некоторого телесного угла (телесного угла зрения), можно осуществлять последовательный просмотр прост­ ранства, ограниченного этим углом.

Интенсивность сигналов, принимаемых от цели, или их амплиту­ да, зависит от угла тЭ1между направлением прихода радиоволн и осью симметрии диаграммы (направлением максимума диаграм­ мы). Следовательно, угловые перемещения диаграммы повлекут за собой изменение амплитуды принимаемых сигналов.

При циклическом перемещении диаграммы характер изменения амплитуды сигналов за время одного цикла будет зависеть от зако­ на движения диаграммы во времени и пространстве, от формы диа­ граммы и от положения цели в телесном угле зрения.

Так как закон перемещения диаграммы и ее форма известны, то амплитудно-модулированная последовательность радиоимпульсов, принятых за один цикл перемещения диаграммы, содержит полную информацию об угловых координатах цели. Покажем это на сле­ дующих примерах.

Пусть положение плоскости рассогласования в пространстве из­ вестно, и ось симметрии диаграммы направленности антенны может быть точно совмещена с этой плоскостью. Задача состоит в опреде­ лении угла рассогласования ср и направления рассогласования от­ носительно оси визирования ОХ (рис. 3-2). Зададим диаграмме скачкообразные, циклические угловые перемещения ±© 0, симмет­ ричные относительно направления ОХ, и проследим характер изме­ нения сигналов, принятых антенной, за один цикл движения диа­ граммы. Для простоты будем считать, что антенна работает только на прием (полуактивная система или активная система с неподвиж­ ной диаграммой на излучение).

98

Амплитуда радиоимпульсов, принимаемых: антенной, есть функ­ ция угла "б'. Если нормированная диаграмма направленности ан­ тенны по напряжению описывается зависимостью F E(ft), то ампли­

Um(0)— амплитуда принимаемых радиоимпульсов, приведенная

Функция 6(f) за один цикл при­ нимает два значения:

Т

fti = @о ~ © при t < ~ 2

Т

и ft2 = 0o + <P при

В общем виде эта функция мо­ жет быть записана как

если направление рассогласования совпадает с направлением от­ клонения диаграммы в первый полупериод цикла, и

если эти направления не совпадают.

99