flesh / Книга / 17_g

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

сигнальный метод). Считаем, чтоРЛС работает в сантиметровом диапазоне и можно использовать параболическую антенну. Возможно, безусловно, и использованиеФАР, нонам важна сама система слеже-

ния (рис. 17.21).

Рис. 17.21. Структурная схема амплитудного моноимпульсного суммарно-разностного следящего измерителя направления

При отклонении цели отравносигнальногонаправленияна угол по двум каналам антенн будут приняты сигналы с различными амплитудами:

где fА – характеристика направленности антенны.

Суммарно-разностныймостявляетсясравнивающимэлементом и с него снимаются сигналы:

S 1 t S1 t S2 t As fА 0 fА 0 cos s t s0 ; (17.27)

S 1 t S1 t S2 t As fА 0 fА 0 cos 0 t s0 . (17.28)

248

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

Из выражения (17.28) нетрудно увидеть , что информация о величине и стороне отклонения цели от равносигнального направления содержится в амплитуде и начальной фазе разностного сигнала S 1(t). Видно, что при = 0 амплитуда

As fА 0 fА 0 cos 0 t s0 0, в случае появле-

ния отклонения амплитуды увеличивается пропорционально (при малом ). Сторона отклонения определяется начальной фазой сигнала S 1(t)относительноопорногоS (t). При переменестороныотклоне-

ния фаза сигнала S 1(t) изменяется на , а фаза сигнала S 1 t неиз-

менна.

Так как интенсивность отраженного сигнала в месте приема флуктуирует и его амплитуда случайна, то и S1(t), S2(t) и, как след-

ствие, S 1 t и S 2(t) – случайные и флуктуирующие величины. Од-

накоотношениеамплитудсигналов S 1 t и S 2(t)стабильно. Дляус-

транениявлиянияфлуктуацийиспользуетсябыстродействующееАРУ, работающее посигналу суммарногоканала и стабилизирующее суммарный и разностный каналы приемника. Постоянная времени АРУ должна быть меньше интервала корреляции амплитудных флуктуаций. В результате АРУ способно подавить флуктуации, не разрушая информацию об угловом положении цели.

ВрезультатедействияАРУ коэффициентыусиленияобоихприемных каналов изменяются обратно пропорционально амплитуде входного сигнала суммарного канала (17.27). Текущее значение коэффициентов передачи обоих приемных каналов:

Kус A0 As fА 0 fА 0 .

АРУ обеспечивает амплитуду суммарного сигнала на выходе приемника постоянной:

гдеА0 –константа параметра приемника; 1 –фазовыйсдвигсигнала в суммарном канале.

249

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

Выходной сигнал разностногоканала пропорционален отношению амплитуд входных сигналов (17.27) и (17.28):

где 2 – фазовый сдвиг сигнала в разностном приемном канале.

С помощью фазового детектора ФД выделяется информация об угловом положении цели, напряжение на выходе которого Uфд пропорционально произведению амплитуд сигналов на его входах и косинусу разности фаз этих сигналов:

f f

Uфд Kфд A02 fА 0 fА 0 cos 1 2 , (17.31)

А 0 А 0

где Kфд – коэффициент передачи детектора.

Антенна,двухканальныйприемники ФДобразуютугловой дискриминатор. Из выражения(17.31) следует, чтоUфд =0 при = 0. При росте Uфд растет пропорционально . При изменении стороны отклонения цели от равносигнального направления меняется и полярность выходного напряжения ФД.

В импульсных РЛС Uфд имеет импульсный характер. Тогда выражение (17.31) определяет огибающую импульсов. Пиковый (импульсный)детектор ПДпреобразует импульсный сигнал в непрерывный. Далеесигнал поступает в усилитель и на электродвигатель, выполняющий функцию интегратора.

С помощью исполнительного устройства, состоящего из электродвигателя, редуктора и механизма поворота антенны, совмещается равносигнальное направление с направлением на цель.

Кроме угломерного устройства, в РЛС имеются следящие измерители дальности и скорости. Измеритель дальности формирует строб-импульс, открывающий временной селектор ВС в ожидаемое время прихода отраженного сигнала от цели, за которой следит следящий измеритель направления. Это повышает помехоустойчивость РЛС.

250

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

Недостатком рассмотренного устройства является жесткость требований к стабильности параметров приемника. Однако в то же время у суммарно-разностных моноимпульсных пеленгаторов положениеравносигнальногонаправления независит отизменения параметров приемника. С этой позиции недостаток в одном является достоинством в другом. Моноимпульсные РЛС малочувствительны к модуляционным помехам.

Рассмотрим следящий измеритель направления с коническим сканированием луча. Для осуществления конического сканирования используется осесимметричная иглообразная ДН, ось которой описывает в пространстве конус (рис. 17.22).

Рис. 17.22. Следящий измеритель направления с коническим сканированием луча

Сигналы, принимаемыеотцели,находящейсяна равносигнальном направлении, не зависят от положения луча. В системе угол при вершине конуса выбирается с учетом ширины ДН для обеспечения достаточного уровня сигналов, поступающих с равносигнального направления(РСН). Технически созданиеантеннысконическимсканированием решается благодаря использованию параболической антенны, у которой облучатель смещен относительно оси симметрии зеркала и вращается вокруг нее.

251

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

В случае смещения цели от РСН возникает амплитудная модуляция принимаемых сигналов:

ск – частота сканирования; mp – коэффициент модуляции;

p – начальная фаза огибающей модуляции.

Коэффициент модуляции mp = , где – параметр антенны, а– угловое рассогласование от РСН. По значениям можно оценить величину отклонения от РСН. Информацию о стороне отклонения несет фаза p.

Для оценки положения цели сравнивается последовательно

амплитуда сигнала за один период сканирования Tск 2 ск . Бе-

зусловно, такую информацию можно получать непрерывно, отслеживая изменения угловых координат цели. Принятый отраженный сигнал S(t) подвергается фильтрации и усилению. Постоянная времени системы АРУ должна быть больше Tск, чтобы не подавить модуляцию, несущую информациюорассогласовании междукоординатами цели и РСН. С помощью амплитудного детектора (АД) выделяется огибающая амплитудной модуляции – сигнал рассогласования Sp.

При импульсном сигнале РЛС сигнал на выходе детектора имеет вид последовательности видеоимпульсов, модулированных поамплитуде сигналом рассогласования. С помощью детектора сигнала рассогласования (ДСР) – пикового детектора, импульсный сигнал преобразуется в непрерывный. С учетом наличия АРУ:

где А0 – постоянная.

АмплитудаА0mp ифаза p сигналарассогласования(17.33)определяют направление на цель относительно РСН в системе полярных координат. Управлять же положением зеркала антенны проще в двух

252

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

перпендикулярных плоскостях, следовательно, нужно перейти из полярной системы координат в декартовую. Этот переход осуществляется в двух фазовых детекторах (ФД), в которых он раскладывается на две ортогональные составляющие – вертикальную и горизонтальную.

На фазовыедетекторыподаютсясигналырассогласованияидва опорных напряжения, имеющих сдвиг на 2

Uоп1 t Uопcos скt; Uоп2 t Uоп sin скt.

Опорные напряжения получают от генератора опорных напряжений (ГОН), сопряженного с приводом вращения облучателя антен-

ных напряжений однозначносвязана с фазой луча, вращающегося относительноравносигнальногонаправления.НавыходеФДобразуются напряжения рассогласования, пропорциональные рассогласованию в горизонтальной плоскости и в вертикальной плоскости:

где U0 – постоянная величина.

Поступая через усилители на электродвигатели, напряжения рассогласования (17.34) поворачивают антенну в направлениях совмещения РСН с целью. Модуляция сигнала от цели исчезает, что проявляется в Ux 0 и Uy 0.

Следящие измерители направления достаточно просты, но обладают низкой помехозащищенностью. Преднамеренная активная помеха, близкая по параметрам полезному сигналу, нарушает работоспособность РЛС. Однако СИН с коническим сканированием находят применениев пассивных радиолокационных головках самонаведения. Их простота и низкая стоимость имеют большое значение при использовании в устройствах однократного применения.

Для автоматического измерения дальности осуществляется измерение времени запаздывания отраженных сигналов, которое пропорционально дальности до цели. Следящий измеритель дальности (СИД) позволяет получить разрешение целей по дальности. Для решения такой задачи в измерителе должно вырабатываться экстраполированное на следующий период посылки зондирующего

253

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

сигнала значениедальности и на этовремя должен создаваться стробирующий импульс. С помощью стробирующего импульса осуществляется управление временным селектором (ВС) приемника.

Использование ВС позволяет отделить отраженные сигналы цели, за которой осуществляется слежение, отдругих сигналов, поступающих на вход приемника. Структурная схема следящего измерителядальности(СИД)приведенанарис.17.23,а.ПринципдействияСИД представлен на временных диаграммах (рис. 17.23, б).

254

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

Как видноиз рис. 17.23, б, отраженный от цели импульс приходит с задержкой относительно зондирующего импульса на время

D 2Dс. В следящей системе формируются следящие импульсы,

задержанныеотносительнозондирующегона время с. Величины задержки отраженных и следящих импульсов сравниваются. Выявленноерассогласование управляет задержкой следящих импульсов С в следующих периодах посылок зондирующих импульсов следящего измерителя для уравнивания с и д. В дальнейшем с точностью до малой ошибки равенствоэтих временныхинтервалов поддерживается системой слежения.

Контур системы управления измерителя дальности (рис. 17.23, а) содержитвременной дискриминатор(ВД), системууправления(СУ), устройствоуправляемой временной задержки (СУЗ) и формирователь следящих импульсов (ФИ). В дальномер входят схема поиска (СП), схема захвата (СЗ) и схема переключения режимов (СПР). Синхроимпульсом, одновременно с запуском излучения зондирующего импульса, запускается схема управления задержкой (СУЗ), формирующей временной интервал с. Величина задержки определяется напряжением, приходящим со схемы управления через коммутирующее устройство – схему переключения режимов (СПР). Задержанный импульс поступает на формирователь импульсов (ФИ), формирующий два стоящих рядом импульса. Задержка следящего импульса с соответствуетвремени ожидаемогоприходаотраженногосигнала,что соответствует экстраполированной оценке на текущий период измерения, полученной во время предыдущего цикла. С формирователя импульсов следящие импульсы поступают на временной дискриминатор (ВД), в котором осуществляется сравнение временного положения импульса, отраженного от цели и следящих импульсов. Если линия, разделяющая следящие импульсы, не совпадает с серединой импульса, отраженного от цели, то на выходе временного дискриминатора появляется напряжение рассогласования, величина которого и полярность зависят от величины и знака временного рассогласования. В схеме управления напряжение рассогласования интегрирует-

255

ЗАСТЕЛА М.Ю. Основы радиоэлектроники и связи

ся и усиливается. Под воздействием этого напряжения меняется время задержки следящих импульсов и временное рассогласованиекомпенсируется. Кроме следящих импульсов, формирователь создает совпадающий с ними по времени стробирующий импульс, с помощью которого осуществляется селекция цели по дальности. Напряжение, пропорциональноедальности, подается на индикаторноеустройствоРЛС.

Работа системы начинается с осуществления поиска цели. Схема поиска (СП) спомощью пилообразногонапряжения меняет время задержки следящихимпульсов. При равенствезадержки импульса от цели д (в случае еесуществования) и текущей задержки с импульсы от цели попадают в строб дальности и через открывшийся временной селектор (ВС) – на схему захвата (СЗ).

Схема захвата интегрирует сигнал и, если это не единичный импульспомехи, напряжениена интеграторепревышает установленный порог и схема захвата (СЗ) срабатывает. Схема переключения режимов (СПР) останавливает поиск и подключает контур автосопровождения.Дальнейшаяработаследящегоизмерителядальностиуже была описана.

Итак,рассмотреноаналоговоеустройство, позволяющеепонять принцип работы. Безусловно, многиетехническиепроблемы, связанные с точностью и стабильностью элементов системы, проще решаютсяс использованиемцифровыхметодов, однакопринцип аналоговых и цифровых СИД аналогичен.

Следящие измерители скорости осуществляют измерение

доплеровского частотного смещения fД 2vr S, величина которо-

го дает информацию о радиальной составляющей скорости движения цели vr. Следящий измеритель должен быть аналогом узкополосного фильтра, автоматически настраивающегося на частоту принимаемого отраженного сигнала. Характеристики фильтра должны обеспечивать сглаживание случайных флуктуационных помех и на их фоне выделять медленныеизменения частоты сигнала. Следящий измеритель обеспечивает разрешение целей по скоростям, выделяет

256

Глава 17. Радиосистемы радиоуправления, извлечения и разрушения информации

по признаку скорости сигнал выбранной цели из совокупности принимаемых колебаний, отделяет сигнал цели от сигналов, исходящих от пассивных помех, являющихся неподвижными целями.

Строятся следящие измерители частоты двух возможных типов: счастотнойавтоподстройкой(ЧАП)ифазовойавтоподстройкой(ФАП). Это естественно, так как частота и фаза связаны друг с другом через производную. Следовательно, различиезаключается тольков типеиспользуемого дискриминатора – частотного или фазового. Так как фазовая структура более тонкая характеристика, то и измерители с фазовой автоподстройкой позволяют простыми методами обеспечить более высокую точность по сравнению с частотными измерителями. Учитывая это, более подробно рассмотрим измеритель с ФАП.

Любой измерительдолжен иметьв своемсоставеуправляемый генератор (УГ), частота которого подстраивается под частоту входного сигнала (рис. 17.24).

Рис. 17.24. Следящий измеритель скорости с фазовой автоподстройкой частоты

Частота генератора посуществуявляетсяоценкой частотывходного сигнала измерителя. Особенность следящей системы проявляется в смещении оценки относительно измеряемого значения на час-

тоту f0.

На выходе смесителя имеется разностный сигнал fр = fУГ – fS – разность частоты управляемого генератора и входного сигнала. Далее сигнал усиливается и фильтруется полосовым усилителем, центральная частота которогоравна номинальной частоте зондирующего сигнала f0. На входы фазового детектора поступают преобразованный сигнал разностной частоты и опорное напряжение с частотой f0.

257