книги / Радиолокационные измерители дальности и скорости. [Т.1]

Учитывая этот факт, а также то, что использование линейных наблюдений существенно упрощает как синтез системы, так и её анализ, дальнейшее рассмотрение будем проводить для наблюде­ ний (5.1.13), (5.1.14). Переход к реальным схемам, содержащим реальные дискриминаторы задержки и доплеровского смещения частоты сигнала, можно достаточно просто провести по методике, описанной в §1.5.

5.2. КОМПЛЕКСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДАЛЬНОСТИ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗМУЩЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННОГО ВРАЩЕНИЕМ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ ЦЕЛИ

Рассмотрим задачу синтеза алгоритма оптимального оценива­ ния дальности, полагая её изменение в соответствии с уравнения­ ми (5.1.8), (5.1.9) при известных функциях aH(t) и o OT(t) и при на­ блюдениях (5.1.13).

Используя общие уравнения оптимальной фильтрации (1.4.3)- (1.4.5), запишем

Схема алгоритма, описываемого уравнениями (5.2.1), 5.2.2), приведена на рис. 5.2.1. Как видно из приведенной схемы, в ком­ плексный измеритель вводятся сигналы aH(t) и ©^(t) с соответст­ вующих ДКС. Рассмотрим, к чему приводит введение данных сиг­ налов в комплексный измеритель. Известно, что введение собст­ венного ускорения aH(t) носителя в следящий измеритель приводит к компенсации части динамического возмущения, действующего

дует, что при пролете на расстоянии 500-1000 м, динамическое возмущение, обусловленное вращением линии визирования цели весьма существенно (25-50 g).

Так как обычно используемые следящие измерители дально­ сти имеют астатизм второго порядка (см. §3.5), то столь большие

динамические воздействия, если их не компенсировать, будут приводить к заметным динамическим ошибкам слежения. В ком­ плексном следящем измерителе, схема которого приведена на рис. 5.2.1, динамическое возмущение, обусловленное вращением линии визирования цели, компенсируется, что позволяет уменьшить ди­ намические ошибки слежения.

На рис. 5.2.4 приведены зависимости динамических ошибок слежения по дальности в автономном следящем измерителе с астатизмом второго порядка (графики а) и в рассматриваемом ком­ плексном следящем измерителе (графики б) в одних и тех же ус­ ловиях.

Так как динамические ошибки в следящем измерителе суще­ ственно зависят от его полосы пропускания, то для корректного сравнения таких ошибок необходимо сопоставить полосы пропус­ кания анализируемых систем. Зависимости, приведенные на рис. 5.2.4, получены для измерителей, синтезированных для значений параметров GH>fl=20 м2с, Gfl=2000 м2с_3 (данные параметры соот­ ветствую среднеквадратическому значению ускорения объекта -3g при постоянной времени ускорения -3 -4 с, и отношению сигнал/шум q=10 (по мощности) на входе измерителя дальности). Ко­ эффициенты усиления в автономном измерителе, рассчитанные по (5.2.3) в установившемся режиме при 0)^ = 0, равны Кх=4,5 с 1, K2=10 с-2, что соответствует шумовой полосе пропускания Af=l,7 Гц (собственная частота систем со0= 3,2 Гц).

В комплексном измерителе с компенсацией динамического возмущения, обусловленного вращением линии визирования цели,

уравнения (5.2.3), а, следовательно, и коэффициенты усиления системы, нестационарные, что затрудняет получение аналитиче­ ского решения. Результаты численного интегрирования этих урав­ нений при пролете цели на расстоянии h=500 м (т.е. для случая наибольших динамических возмущений) приведены на рис. 5.2.5.

Как видно из графиков, изменение коэффициентов усиления незначи­ тельны, поэтому при практической

корение носителя, так и ускорение обусловленное вращением ли­ нии визирования цели, то эффект от компенсации зависит от ве­ личины суммарного ускорения со^Д - ан. Если значение этого суммарного ускорения велико, то эффект от компенсации будет существенный, если мало - незначительный. Для самолётных РЛС максимальное поперечное ускорение может достигать 5 g, а уско­ рение, обусловленное вращением линии визирования при пролете цели на расстоянии 50Q-1500 м, как следует из рис. 5.2.3, дости­ гает 25-50 g. На этих участках полета при использовании ком­ плексного измерителя всегда будет иметь место существенное снижение ошибки оценивания дальности.

При движении объектов на расстоянии >3-5 км преимущества комплексного измерителя будет незначительно. Более того, в зави­

дящего измерителя, на вход которого поступает реальный радио­ сигнал, и которая получена из схемы рис. 6.2.1 по методике, при­ веденной в §1.5. На рис. 5.2.6 обозначено: ВД - временной дис­ криминатор; ГОС - генератор опорного сигнала, Б д (В/м) - кру­ тизна дискриминационной характеристики ВД.

б.З. КОМПЛЕКСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ С ПЕРЕКРЕСТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ОЦЕНКЕ ДАЛЬНОСТИ И С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЧАСТИ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ

Если для синтеза комплексного измерителя дальности с ком­ пенсацией динамического возмущения необходима была только информация о aH(t) и т° для синтеза комплексного измери­ теля скорости с компенсацией тех же динамических возмущений, как следует из (5.1.9), нужна дополнительная информация о дальности до цели. Конечно, формально можно было бы поступить также, как и в §5.2, положив, что такая информация поступает от некоторого ДКС. Однако в РЛС таким ДКС является не что иное как измеритель дальности. А так как настоящая книга посвящена измерителям дальности и скорости, то более логично рассмотреть совместную работу двух измерителей (дальности и скорости. При этом будем полагать, что в качестве измерителя дальности исполь­ зуется комплексный измеритель, рассмотренный в предыдущем разделе, а формируемая им оценка дальности Д используется в комплексном измерителе скорости. Блок-схема такого взаимодей­ ствия приведена на рис. 5.3.1. Оценка скорости в такой системе выдается потребителю с комплексного измерителя скорости. В из­ мерителе дальности также формируется оценка скорости (см. рис. 5.2.6), однако точность этой оценки хуже, чем в комплексном из­ мерителе скорости. Объясняется это тем, что в этом случае оценка

Так как оценка дальности

Рис. 5.3.1.

Д формируется автономным

измерителем, то при синтезе комплексного измерителя скорости она может считаться известной функцией, также как и функции aH(t), ©OT(t). Поэтому синтез комплексного измерителя скорости можно проводить отдельно от синтеза измерителя дальности. Да­ лее, так же как и в §6.2, полагая точность измерения скорости достаточно высокой, заменяем задачу синтеза нелинейного изме­ рителя при наблюдениях (5.1.10) на линеаризованную задачу син­ теза при эквивалентном наблюдении (5.1.14) и априорном уравне­ нии (5.1.9), описывающем изменение скорости. В результате син­ теза получаем следующие уравнения для оценивания скорости

Схема измерителя скорости, описываемого уравнением (5.3.1) приведена на рис. 5.3.2. Данный измеритель представляет собой следящую систему с астатизмом первого порядка, в котором ком­ пенсируются собственное ускоре­ ние носителя вдоль линии визи­ рования цели aH(t) и составляю­ щая ©L(^)A(t), обусловленная

вращением линии визирования. В установившемся режиме коэф­ фициент усиления следящей системы постоянный, а его опти­ мальное значение определяется как

к уст -

При точно известной дальности, т.е. при Д=Д, динамическим возмущением для следящей системы рис. 5.3.2 является только ускорение цели, поэтому и оптимальное значение коэффициента усиления определяется только интенсивностью ускорения цели, которая характеризуется параметром GA, и спектральной плотно­ стью GH>V аддитивного шума.

На рис. 5.3.3,а приведены графики динамических ошибок в автономном измерителе скорости, схема которого соответствует схеме рис. 5.3.2 при ©лв^О, при пролете цели над неподвижной РЛС (рис. 5.2.2). На рис. 5.3.3,б приведены аналогичные зависи­ мости в комплексном измерителе скорости с компенсацией уско-

рения, обусловленного вращением линии визирования цели, для тех же тактических ситуаций и при GA=2000 MV 3, GHfV= l MV 1 (Кус<г“ 44,7 с 1).

Как видно из приведенных зависимостей, в комплексном из­ мерителе динамическая ошибка более чем в 100 раз меньше, чем в автономном измерителе. Более того, если учесть конечность апер­ туры дискриминатора реального следящего измерителя скорости, то в автономном измерителе будет наблюдаться срыв слежения по скорости.

Уменьшить ошибку измерения в автономном измерителе мож­ но увеличив астатизм следящей системы. Как было отмечено в §3.6, при построении измерителей скорости часто используются следящие системы с астатизмом второго порядка. Автономный из­ меритель скорости с астатизмом второго порядка описывается

где Ki, к2 - коэффициенты усиления следящей системы. Формально такой измеритель может быть получен в результа­

те решения задачи синтеза применительно к следующей модели

где £(t) - гауссовский белый шум с нулевым математическим ожи­ данием и спектральной плотностью Gv.

D 22 = G v “ D 12/ G H,V •

Линеаризованная схеме комплексного измерителя с астатизмом второго порядка приведена на рис. 5.3.5.

В установившемся режиме коэффициенты усиления следящего измерителя постоянны, а их оптимальные значения получаются из решения системы уравнений (5.3.9) и равны

Комплексный следящий измеритель скорости с астатизмом второго порядка имеет лучшие точностные характеристики при движении цели с изменяющимся во времени ускорением или на­

рости составляет - 0,0002 м/с.

Переход от линеаризованных схем (рис. 5.3.2 и 5.3.5) к ре­ альным схемам, в которых в соответствующих дискриминаторах обрабатывается радиосигнал, выполняется по методике, приведен­ ной в §1.5. Не останавливаясь, для краткости, на каждой такой схеме, приведем лишь конкретизацию обобщенной схемы ком­ плексного измерителя дальности и скорости (рис. 5.3.1), в которой для оценки дальности и скорости используются следящие системы с астатизмом второго порядка и компенсируются динамические возмущения, обусловленные вращением линии визирования цели.