2.2. Моноимпульсний метод пеленгации

В отличие от одноканального двухканальный метод позволяет измерять угловую координату по одному принятому имлульсу. Рассмотрим амплитудный метод пеленгации (рис. 50а,б,в.). Отношение амплитуд принятых сигналов на выходе антенны пропорционально отношению модулей диаграммы направленности

(61)

При изменении угловой координаты источника излучения будет изменяться отношение амплитуд, а следовательно, и значение функции () (рис.50). Если вид диаграмм известен (их можно снять экспериментально), то известен вид функции (). В секторе пеленгации (рис. 50) функция () монотонна, поэтому существует (в этом секторе) обратная функция

=^-1(А₁/А₂) (62)

Приёмно-решающее устройство, выполняющее операции (62), определяет угловую координату источника излучения. Однако, задача вычисления мгновенного отношения амплитуд принимаемых сигналов является технически сложной. Она упрощается, если используются УПЧ с логарифмическими амплитудными характеристиками. Разность выходных напряжений приёмников равна

(63)

Логарифм может быть и не натуральный, но это в данном случае не является принципиальным. Поскольку логарифмическое преобразование является монотонным (рис.51), то однозначная связь между угловой координатой  и отношением амплитуд не нарушается. Логарифмируя правую и левую часть (61), получаем

(64)

При симметрично расположенных диаграм­мах направленности функция ()=ln() явля­ется нечётной (рис. 50.г) и называется пеленгаци­онной характеристикой моноимпульсного измерителя. Используя паленгацион­ную характеристику, значение y₁=ln A₁/A₂ можно преобразовать в значение угло­вой координаты ₁ (см. стрелки на рис. 50,г). Переход от Y к  связан с выполне­нием обратной операции =^-1 (Y). На рис. 52 приведена схема устройства из­мерения угловых координат целей моноимпульсным методом. Временные диа­граммы, поясняющие работу схемы, представлены на рис.53.

Сигналы преобразуются на промежуточную частоту и усиливаются УПЧ с логарифмическими амплитудными характеристиками. Суммарный сигнал используется для обнаружения. На выходе схемы разности формируются значения . На участках дистанции, где превышен порог обнаружения, цели считаются обнаруженными; значенияУ₁ и У₂ определяют отклонения их от РСН; У₁ – положительно, цель (1) отклонена вправо от РСН, У₂ – отрицательно, цель (2) отклонена влево. Значения У₁ и У₂ селектируются сигналами обнаружения на выходе строб-каскада и поступают в счётно-решающее устройство, преобразующее их в значения угловых координат. Угловая координата цели определяется как алгебраическая сумма измеренного значения  и углового положения равносигналыюго направления _рсн

(65)

На рис. 50 пеленгационная характеристика определена лишь в секторе пеленгации, на участке, где она монотонна. Реальная пеленгационная характеристика существует во всей зоне приёма сигналов, включая боковые лепестки диаграмм направленности и является немонотонной функцией (рис. 54). Немонотонность пеленгационной характеристики приводит к неоднозначности измерений угла. На рис. 54 показано, что значение Y может быть получено при положениях цели ₁, ₂, ₃ и ₄. Неоднозначность измерений характерна для мощных импульсов помех, проникающих по боковым лепесткам антенны на выход канала обнаружения.

Дня пеленгации целей моноимпульсным методом необходимо значительное энергети­ческое превосходство принимаемых сигналов над уровнем внутрипри­ёмного шума. Если сиг­налы невелики, то значе­ния y= ln A₁/A₂ искажены шумами и являются слу­чайными величинами. Зависимости среднего значения величины и дисперсии² от рассогласования цели относительно РСН определяют пеленгационную и флюктуационную характеристики. На рис. 55 показаны пеленгационная и флюктуационная характеристики при большом и малом (пунктир) отношении сигнал/шум. При малом отношении сигнал/шум крутизна пеленгационной харак­теристики уменьшается, что приводит к ошибке пеленгации  (рис. 55). На­блюдается также увеличение флюктуационной ошибки.

Следует отметить, что хотя пеленгационная и флюктуационная характеристики для следящего (рис. 43) и моноимпульсного (рис. 45) измерителей по форме подобны, между ними есть важное принципиальное различие. В моноимпульсном измерителе осуществляется мгновенное вычисление отношения амплитуд сигналов (мгновенная нормировка). Флюктуации этого отношения обусловлены искажающим влиянием шума на это отношение. В следящих измерителях мгновенная нормировка отсутствует. Сигнал ошибки определяется как разность амплитуд (А₁-А₂) для схемы на рис. 38, или как произведение А_А_cos(_-_) для схемы на рис. 46, и изменяется с изменением амплитуды принимаемого сигнала. Лишь средняя величина сигнала ошибки нормируется с помощью инерционной АРУ в схеме на рис. 46.

Рассмотрим фазовый ме­тод моноимпульсного измерения угловой координаты. На рис. 56 изображена двухканальная фазо­вая система пеленгации. Сигналы принимаются антеннами А₁ и А₂ со сдвигом фаз

, (66)

зависящим от рассогласования цели относительно оси. Сигналы преобразуются на промежуточную частоту с помощью общего гетеро­дина, что необходимо для сохра­нения сдвига фаз. Суммарный сиг­нал используется для обнаружения целей. На выходе УПЧ с ограниче­нием сигналы нормированы по ам­плитуде и отличаются лишь сдви­гом фаз  . Напряжение на вы­ходе фазового детектора является монотонной функцией разности фаз. Преоб­разование ^-1(y) напряжения фазового детектора в значение угловой координаты должно учитывать соотношение (66) и вид характеристики фазового детектора. Как и амплитудная, фазовая система моноимпульсной пеленгации нечувстви­тельна к флюктуациям отражённого сигнала и позволяет определять угловое по­ложение цели по одному принятому импульсу. Поскольку разность фаз  опре­деляется с точностью до слагаемого, кратного 2, то возможна неоднозначность измерений угла. Неоднозначность устраняется за счёт обеспечения высокой на­правленности антенн А₁ и А₂ лишь в пределах углов, где  < 2.

Для расширения сектора однозначных измерений вводится третий канал с уменьшенной базой d₂ (рис. 57). По разности фаз сигналов (₁ - ₂), принятых первым и вторым каналами, угловая координата определяется с высокой точностью, но неоднозначно. Измерив разность фаз (₂ - ₃), можно устранить неоднозначность. Подобным образом не­однозначность отсчёта времени по минутной стрелке устраняется отсчётом по часовой.

Если сигналы узкополосны (когерентные системы), то моноимпульсное измерение угловой коор­динаты возможно в суммарно-разностной схеме с использованием нормирующего действия быстродействующей АРУ (БАРУ) (рис. 58). Поскольку БАРУ имеет малую постоянную времени, то она успевает следить за изменением амплитуды входного суммарного сигнала (А_), поддерживая амплитуду на выходе УПЧ_ .

Амплитуды на выходе и входе УПЧ_ связаны соотношением

(67)

k – коэффициент усиления УПЧ_.

Из (67) следует, что

k=А₀/А_, (68)

т.е. за счёт наличия БАРУ коэффициент усиления УПЧ_ изменяется обратно пропорционально амплитуде входного суммарного сигнала. Амплитуда напряжении на выходе разностного канала равна

А_вых=kА_ , (69)

А_вых - амплитуда сигнала на выходе разностного канала. Поскольку для регулировки усиления используется управляющее напряжение АРУ суммарного канала, а регулировочные характеристики усилителей идентичны, то коэффициент усиления разностного канала определяется также сотношением (68). Тогда

(70)

Таким образом, амплитуда на выходе УПЧ_ пропорциональна отношению амплитуд суммарного и разностного сигналов. Напряжения на выходах УПЧ_ и УПЧ_ с учётом нормирующего действия БАРУ равны

(71)

Напряжение на выходе фазового детектора пропорционально произведению выходных сигналов УПЧ_ и УПЧ_

(72)

Второе слагаемое отфильтровывается. Полагая, получаем напряжение на выходе схемы

(73)

Выражение (73) определяет нормированную пеленгационную характеристику суммарно-разностного моноимпульсного измерителя (рис. 59). Отношение амплитуд пропорционально отношению модулей разностной и суммарной диаграмм направленности

Направление отклонения от оси определяется так же, как и в суммарно-разностном следящем измерителе cos(_ - _). При отклонении влево разностная диаграм­ма отрицательна, (_ - _)=, cos(_ - _)= -1, значение отсчёта отрицательно. При отклонении вправо (_ - _)=0, cos(_ - _)=1, значение отсчёта у положительно. Для перехода от значения y к угловой координате  необходимо обратное преобразование ^-1(у), так же, как в схемах на рис. 52 и рис. 56

Возможность измерения угловых координат целей в секторе пеленгации за один импульс определяет перспективность применения моноимпульсных методов пеленгации в обзорных РЛС с электронным управлением положением лучей. .