Добавил:
AverageTusurEnjoyer
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебники / 1664-itog
.pdf
231
(
)
mj
=ϕ
огр.
ФД СМ
огр.
cossin()
ϕϕ
sin2sin()
πα
Для фазового мультипликативного пеленгатора из фор-
мулы (9.7) имеем,
ln
(9.9)
Для перехода от полученной мнимой функции к действительной умножим её на j, что на схеме соответствует введению фазового сдвига на 90° в одном из приемных каналов.
Фактически формула (9.9) означает, что дискриминатор
пеленгатора должен измерять разность фаз ϕ, амплитудная зависимость должна быть исключена. На схеме рисунка 9.16 сигналы ограничиваются по амплитуде в УПЧ-ограничителях, так
что на входах фазового детектора они теоретически постоянны.
СМ
Рисунок 9.16. Структурная схема фазового мультипликативного пелен-
УПЧ
Г
УПЧ
УМ
гатора.
π
2
Наличие общего гетеродина здесь принципиально необходимо, чтобы фазовые соотношения сигналов на выходах УПЧ
были такими же, как на входах.
π
Имеем:
uUUk
=+=⋅
ВыхФД mm
12
14243
const
2
;
Подставляя в последнее соотношение разность фаз ϕ,
получаем уравнение пеленгационной характеристики в виде нечетной действительной функции, правая часть которой не зависит от амплитуд сигналов.
uk
ВыхФД
=⋅
c
λ
(9.10)
232
()()
αα
()()
αα
()()
()()
αα
αα
−−
Функция (9.10) неоднозначна. Неоднозначность устраняется обеспечением приема только в главном лепестке амплитудных диаграмм направленности. Для этого размер антенн в
плоскости пеленгования должен равняться базе l, то есть антенны должны располагаться вплотную друг к другу.
Для обеспечения высокой точности пеленгования требуется иметь хорошую фазовую идентичность приемных каналов,
которая должна сохраняться при изменении условий эксплуатации пеленгатора в заданных пределах.
9.5.3. Аддитивные (суммарно-разностные)
моноимпульсные пеленгаторы
В соответствии с ранее изложенными принципами имеем:
uUF
= ;
11
uUF
22
uuFF
1212
m
==
uuFF
++
1212
MAX
= ;
MAX
. (9.11)
При симметричных диаграммах направленности антенн
данное отношение является нечетной действительной функцией угла, не зависящей от амплитуды.
Важным элементом пеленгаторов являются суммарно-раз-
ностные СВЧ устройства.
Техническая реализация суммарно-разностных устройств
различна в разных диапазонах частот, но свойства идентичны.
Рассмотрим их на примере кольцевого суммарно-разностного
моста (см. рисунок 9.17).
Суммарно-разностный мост обладает следующими свойствами.
1. Если на входы 1 и 2 подать ВЧ колебания, то на выходе
∑ получим сумму сигналов, а на выходе ∆ - их разность;
2. Если сигнал на входе 1 будет больше, чем на входе 2, то
сигналы ∑ и ∆ будут в противофазе, а если наоборот - то ∑ и
∆ - в фазе.
233
Σ
Σ, ∆
Σ
ϕ
∆
180
o
1
u
2
u
∑
∆
3. Если ВЧ сигналы подать на вход ∑ , то на выходах 1 и 2
получим два синфазных, равных по мощности сигнала, а на ∆
- ноль;
λ
4
∑
1
λ
4
2
λ
4
∆
3λ
4
Рисунок 9.17. Кольцевой суммарно-разностный мост
На рисунке 9.18 приведена структурная схема амплитудного суммарно-разностного пеленгатора для пеленгации в одной плоскости.
Приемные каналы суммарного и разностного сигналов
охвачены целью АРУ, задействованной от суммарного сигнала.
В результате амплитуды сигналов, поступающих на фазовый
детектор равны
нулю либо
лов больше,
А
в зависимости от того, какой из входных сигна-
или
2
. Разность фаз между ними
.
АК
1
СМ УПЧ Д
АРУ
Г
К каналу
R
равна
СМ УПЧ ФД
Дв. УМ
Рисунок 9.18. Структурная схема суммарно-разностного амплитудного
пеленгатора для пеленгации в одной плоскости
234
cos()
ϕ∆=⋅∆
12
34
uu
uu
+
13
24
uu
uu
+
Выходное напряжение фазового детектора
u
ВыхФД
Σ
соответствует формуле (9.11) и является
нечетной действительной функцией (см. рисунок 9.19).
|∆|
∑
U
1
u
Вых ФД
Рисунок 9.19. Пеленгационная характеристика
∆
Σ
cos
U
( )
∆ϕ
2
Структурная схема аддитивного амплитудного пеленгатора для пеленгации в двух плоскостях может быть построена на
основании предыдущей путем усложнения его антенной системы. Зеркальная антенна имеет четыре облучателя, смещенных относительно фокуса как показано на рисунке 9.20. С помощью четырех суммарно-разностных устройств формируются
напряжения для сопровождения цели по азимуту и углу места:
+
- для сопровождения по углу места;
+
- для сопровождения по азимуту..
Далее построение схемы для сопровождения цели в каждой из плоскостей ничем не отличается от рассмотренного выше.
235
2 3 4
Двиг.
α
Двиг.
β
1 2 ∆ ∑ 1 2 ∆ ∑ 1 2 ∆ ∑ 1 2 ∆
Пр Пр Пр
УМ
К каналу
∑
2
ee
∆−ϕ
+
j
cos()
ϕ∆=⋅∆
ϕ
∆
U
u1+u
2
1
∑
u3+u
4
(U1+U2)-(U3+U4)
U3-U
4
от пер.
i
АК
u1-u
2
АРУ
Сог.
Нагр
ФД
УМ
ФД
R
α
β
Рисунок 9.20. Структурная схема амплитудного суммарно-разностного
пеленгатора для пеленгации в двух плоскостях
Рассмотрим далее фазовый суммарно-разностный моно-
импульсный пеленгатор для пеленгации в одной плоскости.
Подставляя в формулу (9.11) выходные сигналы фазового
углового датчика получаем
ϕϕ
jj
−
22
ee
==⋅
ϕϕ
jj
Σ
−
22
jtg
Умножая полученную формулу на j, получаем нечетную действительную функцию, которая может быть пеленгационной ха-
рактеристикой моноимпульсного пеленгатора. Умножение на
соответствует введению фазового сдвига на девяносто гра-
дусов в канале суммы, как показано на рисунке 9.21.
Выходным элементом схемы является фазовый детектор,
напряжение на выходе которого
U
где
ВыхФД
Σ
- разность фаз сигналов на входе детектора.
,
236
∑
∆
К каналу
/2
π
/2
π
° ∑ ∆
А
1
АК
СМ УПЧ Д
R
1
А
2
Дв. УМ
2
АРУ
Г
СМ УПЧ ФД
π
2
Рисунок 9.21. Структурная схема фазового суммарно-разностного
пеленгатора для пеленгации в одной плоскости
Разность фаз между сигналами Σ и ∆ при работе с фазовым угловым датчиком всегда равна 90° (см. рисунок 9.22.). Вве-
дением сдвига на
получим, что Σ и ∆ будут либо синфазными, либо противофазными в зависимости от того справа или
слева от равносигнальной зоны расположена цель. Знак выходного напряжения при этом изменяется. Для этого и нужен сдвиг
на
.
90
U
1
U
2
ϕ
Рисунок 9.22. Векторная диаграмма сигналов суммарно-разностного
моста
Моноимпульсные системы не подвержены амплитудным
флуктуациям цели.
9.6. Обзорные фазовые пеленгаторы
Обзорный фазовый пеленгатор отличается от следящего,
рассмотренного в предыдущем подразделе, применением сла-
237
l
λαπϕ
2cos
πα
60
±
o
v
α
=
l
σσπ
λ
2
π
(
)
;
ππ
Одн
22
l
αλ
=
2
π
бонаправленных неподвижных антенн и неследящего измерителя разности фаз. Структурная схема простейшего двухканального пеленгатора приведена на рисунке 1. , а формула, связывающая измеренную разность фаз ϕ и пеленг α имеет вид
arcsin
=
. (9.12)
2
Если антенна слабонаправленная, то пеленгация происходит практически мгновенно. Благодаря этому свойству фазовые пеленгаторы нашли широкое применение в системах контроля за радиоизлучениями и радиоэлектронной борьбы. Погрешность измерения угла связана с погрешностью измерения разности фаз формулой
σ
σ
=
∗
α
ϕ
l
. (9.13)
λ
Как видно из формулы (9.13) точность пеленгования ухудшается при отклонении цели от нормали к антенной системе.
Приемлемый сектор пеленгования обычно не превышает
.
Обозначим
sin
. Тогда
∗
v
ϕ
=
.
2
Недостаток фазовых пеленгаторов - неоднозначность, связанная с тем, что разность фаз определена только на интервале
.
Пусть
ϕ∈−
. Найдем соответствующий угловой сек-
тор (сектор однозначности). На краю сектора
l α
2sin
ππ
=
λ
∆
2
, откуда
∆
sin
Одн
.
Если сектор приема сигналов превосходит сектор однозначности, разность фаз сигналов превосходит
, и формула,
238
22sin
ππα
2lλ
=
ϕ1ϕ
α
*
связывающая ее с углом прихода сигналов, запишется в виде
ϕ+=Φ=
k
l
λ
, (9.14)
где Φ - полная разность фаз, k- целое число периодов разности фаз k, утраченных при измерении.
Сектор приема сигналов разбивается на ряд секторов од-
нозначности, каждому из которых соответствует определенное
число периодов разности фаз k, утраченных при измерении
(см. рисунок 9.23).
k=0
k=1
k=2
Рисунок 9.23. Секторы однозначности при
∆α
Одн
Процесс нахождения k называется устранением неоднозначности. Один из методов устранения неоднозначности включение в схему более грубых измерителей фазового типа,
как показано на рисунке 9.24. На схеме УУН - устройство устранения неоднозначности. Ф1, Ф2 - фазометры, приемные устройства опущены.
l
2
l
1
Ф
kπ22+ϕ
Выч
Рисунок 9.24. Структурная схема двухбазового пеленгатора
УУН
1
2
Ф
2
239
1
ϕ
1
l
2
l
{
}
PPkk
==
2
ϕ
σ
(
)
x
Существуют различные алгоритмы устранения неоднозначности. Один из них рассмотрен при изучении фазовых дальномеров. Применяя к фазовым пеленгаторам выкладки, сделан-
ные ранее для дальномеров, отметим, что разность фаз
малой базе
должна быть однозначной (то есть прием сигна-
на
лов должен осуществляться в соответствующем секторе углов),
а оценка полного числа периодов разности фаз на базе
может
быть вычислена по формуле,
1
*
k
=ϕ−
2
l
2
12
l
π
1
ϕ
, (9.15)
где квадратная скобка означает округление до ближайшего целого. Аналогичным образом вводится понятие правильного устранения неоднозначности и вероятности правильного устранения неоднозначности,
*
0
.
При нормально распределенных независимых погрешностях фазовых измерений с одинаковыми дисперсиями
полу-
чаем,
π
P
=Φ
0
21
σ+
ϕ
2
l
2
l
1
,
где
менно высокой точности пеленгования и вероятности правильного устранения неоднозначности двух измерителей может оказаться недостаточно.
мерителей, называют многобазовыми.
гобазовых пеленгаторах заключается в последовательном уст-
Φ
- интеграл вероятности.
Из этой формулы следует, что для обеспечения одновре-
Фазовые пеленгаторы, включающие в себя более двух из-
Распространенный алгоритм обработки сигналов в мно-
240
1
l
n
l
n
ϕ
n
ϕ
22sin
ϕππα
n
k
n
l
n
ll
=
1
l
nn
PPPPP
,1
iiP+
i
l
1
i
l
+
2σϕ
ранении неоднозначности от самой малой базы
шой
и использовании для расчета пеленга разности фаз
к самой боль-
на самой большой базе. Связь между пеленгом α и разностью
фаз
где
дается формулой (9.14),
l
k
+=
nn
n
λ
целое число периодов разности фаз на базе
(9.16)
, восста-а-
навливаемое в процессе устранения неоднозначности.
Среднеквадратическая погрешность измерения рассчиты-
вается по формуле (9.13), в которой надо положить
малая база
должна быть однозначной в рабочем угловом сек-
. Самая
торе, а вероятность правильного устранения неоднозначности
может быть ориентировочно оценена по формуле
≅ . (9.17)
012231
где
- вероятность правильного устранения неоднознач-
ности при переходе от базы
...
к
−
.
Особенностью рассмотренного алгоритма обработки сигналов является то, что для получения точного значения пеленга
используется только разность фаз, полученная на самой большой базе. Меньшие базы используются только для устранения
неоднозначности. Часть информации о пеленге при этом теряется. Использование статистической обработки сигналов устраняет этот недостаток.
Применим метод максимального правдоподобия для обработки сигнала в многобазовых пеленгаторах.
Рассмотрим n-базовый пеленгатор. Найдем алгоритм обработки совокупности разностей фаз, измеренных n фазометрами, используя принцип максимального правдоподобия.
Будем считать, что фазовые погрешности на всех базах
распределены нормально, независимы, имеют нулевые средние значения и одинаковые дисперсии
.
Соседние файлы в папке Учебники