Автоматическое сопровождение целей по направлению и дальности автономными рлс

1. Общие сведения об автоматическом сопровождении целей

АРЛС, осуществляющие автома­тическое сопровождение целей, представляют собой замкну­тые следящие системы.

Различают автома­тическое сопровождение по направле­нию (АСН), по дальности (АСД), и по скорости (АСС).

2.Автоматическое сопровождение целей по направлению (АСН)

Два основных метода АСН: конического сканирования и моноимпульсный. Идея метода конического сканирования заключается в том, что в результате непрерывного вращения антенны вокруг оси, направленной под углом к оси диаграммы направленности (ОДН), происходит амплитудная модуляция отраженного от цели сигнала (рис. 1).

Рис. 1. Коническое сканирование (а) и сигнал на входе

приемника АРЛС (б)

При небольших углах отклонения цели от оси вращения антенны γ (рис.2) можно получить выражение для огибающей сигнала на входе приемника.

Рис.2. Определение напряжения на входе приемника

при коническом сканировании

Если цель находится в точке Ц, ось диаграммы направлен­ности пересекает плоскость XOY в точке М, а ось вращения антенны пересекает эту плоскость в начале координат О, то из косоугольного треугольника МОЦ находим

(МЦ)² = (ОМ)² + (ОЦ)² - 2 (ОМ)(ОЦ)cosξ.

Расстояние от АРЛС, т. е. точки Р, до плоскости XOY равно D, поэтому МЦ ≈ Dφ, OM ≈ Dβ, ОЦ ≈ Dγ,

где: φ —угол между направлением на цель РЦ и осью диаграммы направленности РМ;

β — угол между равносигнальным направлением (РСН) РО и осью диаграммы направленности РМ. Этот угол является одним из параметров антенного устройства с кони­ческим сканированием луча.

Если вращение диаграммы направленности происходит с постоянной угловой скоростью Ω, а за начало отсчета времени выбран тот момент, когда максимум диаграммы (т.е. ее ось) пересекает ось Ох, тогда

где ψ₀ — угол между радиус-вектором ОЦ и осью х.

С учетом приведенных выше соотношений, после несложных преобразований получим

Для небольших отклонений цели от равносигнального направления, когда γβ<<1, имеем

Напряжение на входе приемника

где k — коэффициент пропорциональности;

F(φ) — нормированная характеристика (функция) направленности.

Разложив U_вх в ряд Тейлора, приняв значения φ=β и ограничившись двумя первыми членами, получим

Если цель находится на равносигнальном направлении (γ=0), то

.

Обозначив

запишем

(1)

Напряжение U_вх представляет собой амплитудно-модулиро-

ванный сигнал, огибающая которого зависит от смещения цели относительно РСН, т.е. от m=γ и ψ₀ (см. рис.1, б).

Если АРЛС работает в импульсном режиме, то для выде­ления огибающей применяется расширитель сигналов (обыч­но используется пиковый детектор). Частота следования импульсов в этом случае должна удовлетворять условию

.

(по теореме отсчетов достаточно, например, F_и = 2F_M и более).

После расширителя это напряжение усиливается и проходит через фильтры, настроенные на частоту F_M..

Выде­ленное здесь напряжение

называется сигналом ошибки.

Напряжение сигнала ошибки используется для управ­ления антенной в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (вертикальной и горизонтальной). Для этого сигнал ошибки раскладывается на две ортогональные составляющие, одна из которых служит для управления положением антенны в вертикаль­ной (азимутальной) плоскости, а вторая— в горизонталь­ной (угломестной).

Разложение сигнала ошибки на составляющие произ­водится с помощью фазовых детекторов. На один фазовый детектор в качестве опорного подают напряжение, началь­ная фаза которого выбирается так, чтобы

,

а на второй

.

Амплитуда опорного напряжения U_m.оп >> U _ВХ.0 , поэтому напряжения на выходах фазовых детекторов каждого из каналов будут

.

Так как

,

,

то, отфильтровав составляющие, частоты которых равны Ω и 2Ω, в каждом из каналов соответственно получим

.

Из рис.2 (см.прошлую лекцию №9) видно, что

, где ρ = ОЦ.

Из прямоугольных треугольников РОЦ, РОХ и РОУ соответственно найдем

; ; .

Таким образом,

, ,

поэтому

. (2)

Т.о. напряжения в каналах пропорциональны отклонениям цели по азимуту и углу места углам φ_аз и φ_ум,, что позволяет осуществить раздельное слежение за движением цели по каждой координатной оси.

Результат измерений зависит от эффектив­ности работы системы автоматической регулировки усиления (АРУ), обеспечивающей постоянство отраженного сигнала (U_{вх о} ) при изменении расстояния до цели и флюктуации ее отражающей площади.

АРУ предотвращает насыщение приемника при сильных сигналах, приводящее к потере сигнала ошибки. Кроме того, АРУ обеспечивает устойчивость системы автоматиче­ского регулирования, стабилизируя напряжение на выходе приемника.

Т.к. управление антенной осуществляется с помощью электродвигателей, то сигнал ошибки усиливается с помощью усилителей.

Коническое сканирование диаграммы направленности достигается путем вращения рефлектора или облучателя, смещенного относительно фокуса антенны. На оси двига­теля, осуществляющего такое вращение, размещается гене­ратор двух квадратурных опорных напряжений.

Функциональная схема РЛС сопровождения с кониче­ским сканированием изображена на рис.3.

Рис. 3. Функциональная схема РЛС сопровождения с кониче­ским сканированием