Добавил:
AverageTusurEnjoyer
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебники / 1664-itog
.pdf
131
Дальность отсчитывают по потенциометру, управляюще-
му задержкой, а не по экрану ЭЛТ.
Схемы автосопровождения отличаются от схем ручного
сопровождения тем, что задержка вводится не оператором, а
автоматически (см. рисунок 5.10). Режиму сопровождения предшествует режим захвата цели.
от пр.
от ГПИ
Рисунок 5.10. Обобщённая структурная схема автодальномера
Врем.
различ-ль
Каскад
задержки
Сх. управления
(экстраполятор)
U ~ R
Структурная схема, изображенная на рисунке 5.10, допускает множество технических реализаций. Для каждой из них
должны выполняться следующие закономерности:
а) выходное напряжение временного различителя ( дискриминатора) должно быть нечетной функций временного рассогласования сигнального импульса и строба;
б) задержка строба относительно синхронизирующего
импульса в каскаде задержки должна быть линейной функцией
управляющего напряжения.
Экстраполятор из импульсного сигнала вырабатывает напряжение постоянного тока, необходимое для управления задержкой.
5.1.3.2. Автоматическое сопровождение в режиме
непрерывного слежения за целью
Рассмотрим одну из типовых схем радиолокационных автодальномеров, осуществляющую сопровождение в режиме
непрерывного слежения за целью. Последнее означает, что импульсная последовательность отраженных от цели сигналов непрерывно поступает на вход локатора. Типичный случай имеет
132
Селектор
Ген.селек.
И
__
∫
приёмника
3 4 5 6 7 8 9 10
0
Ucdtctc
=⋅=+
место при сопровождении цели по угловым координатам. Работа дальномера, выполненного по схеме, представленной на
рисунке 5.11, поясняется эпюрами напряжений, рисунок 5.12.
от
(детект.)
от ГТИ
1
по R
импульсов
2
Каскад
задержки
Ген. имп.
слежения
И
Рисунок 5.11. Структурная схема радиолокационного автодальномера
Эпюры напряжений на рисунке 5.12 а), б) выполнены в
разных временных масштабах, чтобы наглядно показать как процессы, происходящие на периоде повторения TП , так и в течение длительности импульсов.
Задним фронтом импульса 2, формируемого схемой задержки СЗ, запускаются селекторные импульсы по дальности 10 а
также импульсы слежения 4, 5. Импульсы 4, 5 принято называть полустробами. Интегратор выполняет функцию
t
ВЫХ
∫
∫
0
Нетрудно видеть, что напряжение на выходе интегратора
не будет изменяться и, следовательно, не будет изменять временное положение полустробов, когда задний фронт первого
из них будет совпадать с серединой полезного сигнала.
Схема обладает следующими особенностями:
1) измерение временного рассогласования производится
в моменты времени, отстоящие друг от друга на период повторения (не непрерывно);
2) в промежутках между измерениями система действует
в соответствии со значением рассогласования, измеренным в
начале текущего периода.
7
t
1
2
10
а)
3
2
4
133
t
τ
t
t
t
t
I
5
II
6
8
9
б)
t
t
t
t
t
Рисунок 5.12. Эпюры напряжений к схеме рисунка 5.11
134
∫k∫
∑
RRDRШ
2
dtdt
L
Таким образом, система обладает памятью по положению:
Если цель перемещается слишком быстро, происходит срыв
слежения. Это бывает, если временное перемещение отраженного сигнала за период повторения превосходит его длительность.
Если включить второй интегратор в цепь управления задержкой, как показано на рисунке 5.13, то схема будет обладать памятью по скорости.
Аналогичным образом можно включить в схему и третий
интегратор. Тогда следящий дальномер будет обладать памятью по
Количество интеграторов в схеме экстраполятора определяет порядок астатизма следящего дальномера как системы автоматического регулирования [6].
Рисунок 5.13. Структурная схема экстраполятора с двумя интег-
раторами
Погрешность сопровождения складываются из следующих составляющих.
1) динамическая погрешность;
2) погрешность за счёт внутренних шумов приемни-
ка.
Так как указанные погрешности независимы, результирующая дисперсия равна сумме дисперсий составляющих,
222
σσσ
=+
∗∗∗
Для оценки динамической погрешности представим
движение цели рядом Тейлора,
2
RtRttt
=+∆+⋅∆+
() ( )
dRdR
0
1
2
2
(5.7)
Динамическая погрешность определяется членами
135
()
Rt
,
СК
f
(0,52)
∆=÷
(0,52)
==÷
EEN
1
П
TF
TF
∆
ряда, номера которых выше, чем количество интеграторов
в схеме управления задержкой. Для исключения динамической погрешности астатизм системы должен быть на
единицу больше номера высшей производной в разложе-
нии (5.7) функции
в ряд Тейлора.
Для оценки шумовой составляющей, заметим, что схема автодальномера формально идентична схеме корреляционного приемника (см. рисунок 5.10). Разница заключается в том, что на перемножитель подается не копия
сигнала, а полустробы. Тем не менее, чтобы оценить шумовую составляющую погрешности, воспользуемся формулой для дисперсии эффективной оценки временного положения сигнала в присутствии белого гауссовского шума.
2
2
σ
=⋅
∗
R Ш
c
2
1
2
E
2
∆
N
0
где E - энергия сигнала за время измерения.
Время измерения определяется постоянной времени экстраполятора, представляющего собой с точки зрения теории электрических цепей фильтр низких частот.
Реально полоса пропускания экстраполятора
F
Гц, а его постоянная времени
1
T
1
F
∆
1
с.
Энергию сигнала за время измерения определим как
= , где E1 - энергия одиночного импульса, N - коли-
1
чество эффективно интегрируемых импульсов,
1
N
≈=
П
. Таким образом N имеет порядок тысяч и
шумовая ошибка оказывается малой. Это является одной
из причин широкого применения автодальномеров.
136
3
54от ПР
τ
СЧ
T
5.1.4. Цифровые схемы импульсных дальномеров
Рассмотрим вначале простейшую схему (см. рисунки 5.14,
5.15)
от ГТИ
1
Т И Сч
2
Генер.
Счётн.имп.
Рисунок 5.14. Простейшая схема цифрового импульсного дальномера
1
t
2
3
4
5
З
t
t
t
t
Рисунок 5.15. Эпюры напряжений в схеме на рисунке 5.14
Триггер Т сигналом от генератора тактовых импульсов
переводится в состояние «единица» и сигналом от приемника в состояние «ноль». На его выходе получается импульс,
длительность которого равна задержке сигнала на трассе распространения. Данный импульс открывает схему совпадений,
через которую сигналы от генератора счетных импульсов с
периодом
поступают на счетчик. Количество импульсов
пропорционально дальности до цели с точностью до ошибки дискретности.
137
2
СЧ
cT
1223
СЧ
T
0,5
n
τ
2.
П
T
τ
Погрешность измерения случайна и распределена равно-
мерно на интервале
cT
ность
σ =⋅
R
СЧ
но выбирают равным
0
÷
. Период счетных импульсов
. Среднеквадратическая погреш-
обыч-
. Разрядность r двоичного счетчи-
ка определяется из соотношения
2
r
≥
n
Достоинство схемы - простота. Недостаток - работает
только по одной цели. Можно дополнить ее, чтобы она работала в режиме автосопровождения.
Цифровые импульсные дальномеры, работающие по многим целям, устроены так, что счетчик считает счетные импульсы в течение всего периода повторения, начиная с момента излучения зондирующего сигнала. С приходом отраженного от
цели сигнала код дальности сбрасывается из счетчика в ЭВМ
(см. рисунок 5.16).
Рисунок 5.16. Схема преобразования дальности в двоичный код и
временная диаграмма, поясняющая ее работу
138
()cos(),
utUt
()cos()
ПрПрЗПрОтр
14444244443
,
ЗПрОтр
Пр
ϕ
Отр
ϕ
,
ПрОтр
()
.
ПрОтр
ϕϕ
0
ϕϕ
=
R
5.2. Фазовый метод измерения дальности
5.2.1. Принцип действия фазовых дальномеров
Принцип действия фазовых дальномеров поясняется
структурной схемой на рисунке 5.17. Предполагается, что излучается непрерывный немодулированный сигнал. Дальность до
объекта наблюдения оценивается по разности фаз между излученным и принятым сигналами, которая измеряется фазометром Ф на несущей частоте.
Пер.
Ф
Пр.
Рисунок 5.17. Простейшая схема фазового дальномера
Пусть
ω=
Изл
00
{
utUtT
ψ
1
ωωϕϕ=−−−
00
ψ
2
Тогда измеряемая разность фаз
ϕψψωτϕϕ=−=−−
120
где
- фазовый сдвиг сигнала в приемнике;
- изменение
фазы сигнала при отражении (либо переизлучении).
Отсюда
ϕϕϕ
2
τ
R
==
З
c
−−
ω
0
следовательно
cRϕϕϕ
−−
=
Для исключения из формулы неизвестных
ПрОтр
2
ω
0
,
про-
изводят измерение разности фаз на известной дальности. Пусть
дальности R = R0 соответствует
, тогда для дальности
139
(
)
0
ϕϕ
ϕ
σ
0
c
σσω
⋅
0
ω
ϕ
σ
R
σ
222
πλ
∆===
имеем
c
RR
−=
0
−
2
. (5.8)
ω
0
Таким образом, в рассмотренном варианте метод позволяет измерять перемещение объекта наблюдения и, следовательно, его скорость, если известно за какое время это перемещение
произошло.
Особенность метода - высокая точность измерения. Действительно, предположение, что разность фаз ϕ измеряется со
среднеквадратической погрешностью
. Тогда из формулы (5.8)
следует, что
ϕ
=
R
Увеличивая частоту
ратической фазовой погрешности
сколько угодно уменьшать
.
2
при фиксированной среднеквад-
, имеем возможность
. Однако, неограниченному уве-
личению частоты препятствует возникновение неоднозначности фазовых измерений
2
R
Одн
cc
ω
f
00
.
К достоинствам метода относится и отсутствие мёртвой
зоны.
Принципиальный недостаток схемы, представленной на
рисунке 5.17, заключается в невозможности развязать приёмную и передающую антенны, поскольку прием и передача выполняются непрерывно на одной и той же частоте. На входе
приемной антенны имеется суммарное гармоническое колебание, фаза которого существенно отличается от фазы полезного
сигнала. Поэтому фазовые дальномеры по схеме рис. 5.17 не
реализуются.
Развязку приемного и передающего трактов можно обеспечить двумя способами:
1) использовать доплеровский сдвиг сигналов, отражён-
140
ЗапОтв
mn
ωω
mn
/2
М
λ
М
ω
1
F
2
F
12
FF
<
2
F
1
F
1
F
2
F
1
Ф
2
Ф
ЗАП
ОТВ
1
F
2
F
ных (переизлученных) от движущихся объектов.
2) применить активный ответ на другой частоте. При этом
надо учитывать, что разность фаз между сигналами разных частот непрерывно изменяется и не может быть измерена. Выход применение в запросчике и ответчике несущих частот, относящихся как простые числа,
=
.
Измерение фазового сдвига производится в запросчике на
частоте
ωω=.
ОТВЗАП
Частота, на которой производятся фазовые измерения, называется масштабной. При этом не решается проблема неоднозначности, поскольку интервал однозначного измерения дальности
оказывается равным
ющая частоте
λ , где
М
- длина волны, соответству-у-
. Для её решения в схему включают грубый
измеритель, который измеряет дальность с точностью до интервала однозначности точной системы.
В другом варианте измерения производятся на частоте
модуляции, прием и передача развязаны по несущей частоте.
5.2.2. Фазовый дальномер с измерением разности фаз на
частоте модуляции
Рассмотрим структурную схему дальномера, рисунок 5.18.
Дальномер содержит точный и грубый измерители, работающие на частотах
водится точное измерение, на частоте
и
, причем
. На частоте
произ-
- грубое, предназна-
ченное для устранения неоднозначности. Гармонические колебания с частотами
пают на фазометры
запросный сигнал на несущей частоте
ется на несущей частоте
сигнала колебания с частотами
и
генерируются в запросчике, посту-
и
, а также модулируют излучаемый
ω . Ответ осуществля-
ω . С выхода приемника ответногоо
и
выделяются фильтрами
Соседние файлы в папке Учебники