книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Логические схемы устройства первичной обработки радиолокационной информации учебное пособие

временное положение которого to (рис. 2.21,6) строго фиксиро­ вано относительно импульса запуска РЛС, ставит триггер Тх в положение «1». Вентиль В х открывается и импульсы измери­

рис. 2.21,в, остановка счета происходит в момент прихода отра­ женного импульса ti. Таким импульсом может быть один из им­ пульсов обнаруженного пакета. За время T — tx— to на вход счетчика пришло определенное количество импульсов измери­ тельной последовательности (рис. 2.21,г) и на счетчике дально­ сти зафиксируется определенное положение триггеров, которое может быть рассмотрено как код дальности в двоичной системе. После получения кода дальности в счетчике он должен быть переведен в регистр кода дальности для дальнейшего использо­ вания. Для этого специальным импульсом считывания открыва­ ются вентили В и код дальности переводится в регистр. После этого триггеры счетчика дальности устанавливаются в исходное нулевое положение и он готов к подсчету импульсов измеритель­ ной последовательности. Если за период посылки не придет импульс обнаруженного пакета, то счетчик, досчитав до пре­ дельного максимального значения, выработает специальный им­ пульс остановки счета, который установит триггер Тх в положе­ ние «О» и одновременно произведет установку на «О» счетчика дальности.

3. Основным недостатком показанной схемы является то что счетчик дальности останавливается ближайшим, после зон­ дирующего импульса, обнаруженным импульсом. Для того, что­ бы произвести кодирование дальности м н о г и х целей, находя­ щихся на одном азимуте, но на различных дальностях, применя­ ют более сложные варианты схем кодирования дальности. Один из вариантов построения кодирующего устройства предусматри­ вает создание нескольких счетчиков дальностей и специального распределительного устройства. Приходящие импульсы от мно­ гих целей управляют распределительным устройством, и на каж­ дом счетчике регистрируется код дальности соответствующей цели. Однако такой вариант требует применения большого чис­ ла счетчиков, равного возможному числу целей на одном азиму­ те, но на различных дальностях, включая и ложные цели, обус­ ловленные влиянием гщмов (ложные сигналы).

В большинстве случаев идут на применение только о д н о г о счетчика дальности, используемого для кодирования дальности н е с к о л ь к и х целей. Для этого не следует производить оста­ новку счета при получении ближайшего импульса, а надо про­ извести этим, импульсом считывание кода в регистр дальности.

Однако считывание результата не должно происходить в корот­ ком интервале времени протекания переходных процессов в счет­ чике. Это условие выполняется, во-первых, путем повышения быстродействия триггеров счетчика, а во-вторых, — путем «при­

230

вязки» временного положения отраженного сигнала к одному из ближайших импульсов измерительной последовательности. «Привязка» отраженного импульса к импульсу измерительной последовательности производится в специальном устройстве, а затем этот импульс с определенной 'задержкой подается как

импульс считывания.

Усгпано6ка„0п

открывается. После окончания переходных процессов в счетчике дальности происходит считывание и код переводится в регистр дальности. На время остановки основного счетчика и списывания результата открыт вентиль Вз, и импульсы измерительной после­ довательности поступают в дополнительный счетчик. Таких до­ полнительных счетчиков может 'быть несколько и равно макси­ мальному числу ожидаемых целей за время остановки счетчика дальности. Если за время остановки счетчика произойдет обна­ ружение цели, то код, который будет записан в дополнительном счетчике, нужно подать на счетчик дальности и сложить с ранее записанным в нем кодом. Если за время остановки счетчика не произошло обнаружения цели, то дополнительный счетчик, до-

231

•с-читав до определенного заранее заданного максимального чис­ ла, подает импульс на вход а распределительного триггера.

•В результате этого триггер опрокидывается в положение, при котором открыт вентиль В2, и к коду, записанному ранее в счет­ чике дальности, прибавляется постоянный код из дополнительно­ го счетчика. После этого счетчик дальности производит счет им­ пульсов измерительной последовательности до момента следую­ щего импульса цели. В том случае, когда вплоть до расчетной максимальной дальности импульсы целей не приходят, счет им­ пульсов измерительной последовательности прекращается путем опрокидывания триггера Т\\ счетчик дальности устанавливает­ ся в положение «О», а результат со счетчика в регистр не Списы­ вается.

Подобная схема при невысоких требованиях к быстродейст­ вию триггеров и других элементов позволяет производить коди­ рование дальности е достаточно высокой точностью.

5. Рассмотрим основные ошибки, возникающие при кодиро­ вании координаты дальности.

Кодирование дальности в описанных выше вариантах может производиться следующими двумя методами привязки зондиру­ ющего импульса, при которых:

1) первый импульс измерительной последовательности сов­ мещается -с моментом зондирования;

2) первый импульс измерительной последовательности не совмещается с моментом зондирования, причем момент излуче­ ния зондирующего импульса равновероятно располагается во временном интервале Д (рис. 2.21) между импульсами измеряе­ мой последовательности.

В первом случае ошибка, обусловленная дискретностью от­ счета, определяется тем, что момент прихода отраженного им­ пульса равновероятно распределен в интервале Д между S-ым и (S-j-l)'-biM импульсом. При этом среднеквадратическая ошибка метода измерения

Во втором случае ошибка, обусловленная дискретностью ме­ тода отсчета, определяется не только тем, что момент прихода отраженного импульса равновероятно распределен в интервале Д, ной равновероятным распределением момента излучения зондирующего импульса в интервале Д. Ошибки, обусловлен­ ные обеими указанными причинами, независимы и они определя­ ют некоторое среднеквадратическое значение суммарной ошибки.

На ошибку измерения оказывает влияние также нестабиль­ ность интервала Д . Пусть дисперсия П [ Д ] = е 2 ; тогда в наи­ худшем случае дисперсия ошибки измерения дальности, которая соответствует s импульсам измерительной последовательности

232

(при весьма медленной флуктуации интервала Л), составит ве­ личину (se)2. Таким образом, ошибка накапливается с увели­ чением дальности. Дисперсия составляющей ошибки, вызванная нестабильностью интервала Д, для импульсоз, принятых с дальности А при относительной нестабильности частоты гене-

где с — скорость распространения радиоволн.

Другая составляющая ошибки измерения дальности обуслов­ лена флуктуациями фронта импульса.

Обычно момент прихода сигнального импульса фиксируется пересечением уровня срабатывания порогового устройства фрон­ том импульса. Смещение фронта импульса обусловлено следую­ щими основными причинами:

— взаимодействием внутренних шумов приемного тракта и сигнала;

—флуктуациями уровня квантования при конечной дли­ тельности фронта импульса;

—изменением задержки всего эхо/оигнала, обусловленной условиями распространения радиоволн.

Ошибка в измерении дальности, обусловленная смещением фронтов импульсов, существенным образом зависит от метода обработки сигналов и метода формирования импульсов, по кото­ рым определяется дальность (фиксация кода дальности).

Не касаясь метода обработки сигналов, который выбирается, как правило, из условия получения максимальной вероятности обнаружения и наименьших ошибок угловых координат, перечи­ слим методы фиксации кодов дальности.

Могут быть предложены различные методы фиксации кодов дальности, при которых код дальности определяется либо по временному положению первого или последнего импульсов паке­ та, либо по среднему значению временного положения первого и последнего импульсов пакета и др.

можно записать следующее выражение Для средкеквадратиче-

233

(.помимо повышенных требований к быстродействию), к трудно­ стям «привязки» кодов дальности первого и последнего импульса в обнаруженном пакете.

Б. Кодирование координаты азимута

7. Как было сказано выше, в задачу устройства предвари­ тельной селекции, кроме основной его задачи, — выделение сиг­ налов из шумов, входит также задача подготовки всех необхо­ димых данных для расчета азимутального положения середины обнаруженного пакета импульсов. Наиболее простой и вместе с тем достаточно точный способ такого измерения основан на определении азимутального положения антенны в моменты из­ лучения (или приема) первого и последнего импульсов обнару­ женного пакета импульсов. Азимутальное положение цели, опре­ деляемое азимутальным положением антенны, соответствующим «середине» обнаруженного пакета, находится как среднее значе­ ние указанных выше двух азимутальных положений.

Таким образом, схема кодирования азимута должна быть приспособлена для автоматического определения углового поло­ жения антенны при излучении (приеме) первого и последнего импульсов обнаруживаемого пакета, нахождения среднего зна­ чения этих угловых положений и преобразования полученной величины в двоичный код.

Известны различные способы кодирования .азимутального положения «середины» обнаруженного пакета. Обычно во всех случаях надлежит предварительно выделить первый и последний импульсы обнаруженного пакета.

8. На выходе устройства логической обработки образуется серия импульсов, азимутальное положение которых соответству­ ет азимутальным положениям импульсов обнаруженного' пакета.

231

Рассмотрим один из возможных способов построения схем для выделенияпервого и последнего импульсов из серии. На рис. 2.23 изображена упрощенная схема реализации этого спосо­ ба, а на рис. 2.24 изображены временные диаграммы для одно-го из частных случаев.

Рис. 2.24

Как было описано в § 1 данной главы, логическая схема об­ работки информации в общем случае имеет два выхода: «нача­ ло» и «конец», к которым подключается показанная на рис. 2.23 схема выделения первого и последнего импульсов пакета. ■На рис. 2.24,а, 6 показаны частные реализации выходной инфор­ мации (в закодированной форме), относящейся к .некоторому кольцу дальности. Временной интервал между показанными на рис. 2.24 позициями равен периоду повторения Тп. На диаграм­ мах показано, что впервые логика обнаружения (логика «нача­

235

ла») выполняется на позиции 4. Логика «конца» пакета выпол­ няется на позициях /•, 2 и 9 (на которых фиксируется «нуль»). После обнаружения пакета логика «конца» пакета впервые вы­ полняется только на позиции 9.

Рассмотрим работу схемы при показанной на рис. 2.24 реали­ зации сигналов.

Схема выделения первого и последнего импульсов включает в себя запоминающее устройство .на период посылки ( 7^). В ка­ честве такого запоминающего устройства может служить линия задержки (ЛЗ). На входе и выходе линии задержки включены схемы несовпадений (HCi и НСг). Схема несовпадений Н(ф уп­ равляется по входу (У) управляющими сигналами, поступающи­ ми с выхода линии задержки. Сигнал на выходе схемы появляет­ ся тогда, когда на ее вход поступает сигнал при условии отсутст­ вия в это время сигнала на управляющем входе (У). Поэтому импульс, поступающий с входа «начало» (позиция 4) на схему ■несовпадений HCi (в это время на управляющем входе нет сиг­ нала), появится на выходе схемы (рис. 2.24,6'). Появление этого сигнала соответствует появлению первого импульса обнаружен­ ного пакета. Импульс, расположенный на позиции 5, также по­ ступит на вход схемы несовпадений НСЬ однако на управляю­ щий ее вход одновременно поступает импульс с выхода линии задержки. Поэтому сигнал на выходе схемы НС! отсутствует. На позиции 6 не выполняется логика 'Обнаружения, однако так­ же не выполняется логика .«конца» пакета. Поэтому, несмотря на отсутствие импульса на позиции 6, на выходе схемы «ИЛИ»

павших «единиц». Создание такой непрерывной последователь­ ности осуществляется при помощи этой же линии задержки, схе­ мы «И» и «.ИЛИ». Импульс на позиции б «был восстановлен .по­ тому, что задержанный импульс с позиции 5 совпал на схеме «И» с сигналом, поступающим с входа «конец», а сигнал с ’выхо­ да схемы «И» поступил на вход схемы «ИЛИ». Поэтому процесс восстановления импульсов прекратится только тогда, копда от­ сутствуют сигналы с входа «конец» (позиция 9 .на рис. 2.24,6). В этом случае на выходе схемы «ИЛИ» прекращается непрерыв­ ная последовательность импульсов. Сигналы, поступающие не­ посредственно со схемы «ИЛИ», являются управляющими Для схемы несовпадений НСг. Поэтому сразу после окончания серии импульсов (позиция 9) отсутствует запрещающий сигнал на схе­ ме несовпадений, а последний сигнал серии, пройдя линию за­ держки, поступает на схему несовпадений. Этот сигнал появ­ ляется на выходе «конец» (рис. 2.24,е).

Таким образом, на выходе схемы выделения первого и по­ следнего импульсов выделяются, соответственно по своим кана­

лам, сигналы, обозначающие «начало» и «конец» пакета импуль­ сов. (В момент прихода сигналов, обозначающих «начало» и «ко-

236

нец» обнаруженного пакета, производится фиксация углов пово­ рота вала антенны. Таким путем фиксируется азимутальное по­ ложение антенны в момент приходя первого и последнего им­ пульсов обнаруженного пакета. Азимутальное положение пер­ вых и последних импульсов фиксируется специальными счетчи­ ками, на вход которых подаются масштабные метки с датчика, связанного с осью антенны. Схемы построения датчиков мас­ штабных меток широко известны в литературе. Не останавлива­ ясь на вопросах схемного построения датчиков, рассмотрим лишь вопрос влияния величины Дм (углового шага) масштабной мет­ ки на составляющую ошибки определения азимута. Впервые этот вопрос был рассмотрен М. П. Атражевым в 1959 г.

•• • Масштабные метни

1)от величины соотношения

2)от закона распределения числа импульсов в обнаружен- ■ных пакетах;

237

238

Рассмотрим теперь случай, когда первый импульс не совме­ щен с масштабной меткой (он=£0). Примем, что положение пер­ вого импульса может быть равновероятно распределено в интер­

'Смещение положения первого импульса относительно (бли­ жайшей слева) метки соответствует для наклонных кривых, изо­ браженных на рис. 2.26, параллельному смещению всей сетки на величину £. Очевидно, что величина ошибки в определении ази­ мута конца пакета также изменится с изменением С

Согласно (2.19) величина ошибки центра будет определяться следующим образом:

239