Этап 4 (R=R₁; R₀=R₂; R₁=R_min). Здесь по полученным на предыдущих этапах значениям G_э1 и ΔF_и2 рассчитываются с помощью табл. 1.1 погрешности σ₄, ΔR_д4 и σ_Σ4 в предположении, что измеритель оптимизирован для дальности R_max, а измеряемая дальность равна R_min.

Расчеты должны иллюстрироваться графиками. На первом из них представляются зависимости σ_Σ от относительной дальности R/R_max, одна из которых соответствует ΔF_и1, а вторая - ΔF_и2, т.е. оптимизации измерителя для дальности R_min или R_max. Эти графики строятся для V=V_max или а = а_max в зависимости от степени астатизма следящей системы. На третьем графике приводятся зависимости σ_Σ от R/R_max для V=V_max и V=0,5V_max (или для а = а_max и а = 0,5а_max) при выбранной полосе пропускания измерителя ΔF_иi.

1.6 Расчет энергетических параметров

Под энергетическими в данном разделе понимаются следующие параметры запросчика и ответчика:

для запросчика – мощность передатчика Р_1з и минимальная мощность принимаемого сигнала Р_{2min з};

для ответчика – мощность передатчика Р_{1 от}.

Расчет должен быть основан на получении таких энергетических параметров, при которых обеспечивается расчетная точность измерения дальности.

Для упрощения считается, что коэффициент потерь L_{Σ з} включает потери энергии во всех высокочастотных элементах запросчика кроме потерь в антенне, учтенных ранее в КПД антенны, а потери энергии в аппаратуре ответчика включены в значение минимальной принимаемой ответчиком мощности Р_{2 min от}.

Параметры запросчика и ответчика должны выбираться так, чтобы обеспечить наибольшую экономичность системы запросчик-ответчик в энергетическом смысле ([1], с.65), когда

. (1.20)

Если в запросчике используется общая приемо-передающая антенна, а приемная и передающая антенны ответчика идентичны, то из соотношения (1.20) следует, что

. (1.21)

Мощность передатчика запросчика следует рассчитывать по формуле

, (1.22)

где Р_10з – мощность передатчика без учета потерь при распространении радиоволн; ν – удельный коэффициент затухания в осадках; R_ос – протяженность зоны осадков. Значения ν берутся из графиков, подобных показанным на рис. 1.5 ([1], с.74), для конкретной интенсивности осадков Q, выраженной в мм/ч (в некоторых литературных источниках интенсивность осадков обозначается I), и полученной при расчетах длине волны зондирующего сигнала.

Расчетная формула для определения Р_10з имеет вид

, (1.23)

где G_а.от – коэффициент усиления антенны ответчика, который при ненаправленной антенне следует принять равным единице.

Минимальная мощность принимаемого запросчиком сигнала определяется известным соотношением (см. например, [13], §2.5):

, (1.24)

где q_min = q₂ – минимальное значение отношения мощностей сигнала и шума, соответствующее дальности R_max, при котором обеспечивается расчетная точность измерения дальности; kT^°=4.1*10^-21 Вт/Гц – произведение постоянной Больцмана на стандартную температуру (в градусах Кельвина), при которой определяются шумовые параметры ПУТ; ΔF_ф – шумовая полоса пропускания тракта обработки сигналов, равная в рассматриваемом ФРД полосе пропускания полосового усилителя; N_ш – коэффициент шума приемника; ζ_Σз – коэффициент потерь энергии сигнала при обработке.

Мощность передатчика ответчика рассчитывается с помощью соотношения (1.21).

1.7 Расчет вспомогательных параметров

В данном разделе рассчитываются параметры, необходимые при разработке требований к элементам ФРД (см. Приложение П 1). При проектировании ФРД к таким параметрам относятся параметры выдаваемого радиодальномером двоичного кода дальности и параметры измерителя периода масштабной частоты.

Параметры кода дальности. Информация о дальности поступает внешним потребителям в кодированном виде. При использовании двоичного кода определению подлежат следующие параметры: цена младшего разряда ΔR и число разрядов m_р. Значение ΔR находят в предположении, что погрешность дискретизации

, (1.25)

т.е. не превышает 0,1 от рассчитанной ранее минимальной дальномерной погрешности. Так как

, (1.26)

то

. (1.27)

Полученное значение ΔR следует округлить до ближайшего меньшего значения, которое можно записать целым числом десятых или сотых долей единицы. Так если расчетное значение ΔR = 0,13 м, то следует принять ΔR = 0,1 м, а если ΔR = 0,015 м, то принять ΔR = 0,01 м.

Число разрядов кода определяется динамическим диапазоном дальностей:

, (1.28)

где R_max – максимальная измеряемая дальность. Число разрядов

. (1.29)

Если выразить d_R в децибелах:

, (1.30)

то

. (1.31)

В предшествующих соотношениях знак ] [ означает округление до ближайшего большего целого числа.

Таким образом, один разряд кода соответствует шести децибелам динамического диапазона (6 дБ на разряд). Соотношение (1.31) легко получить, используя формулу перехода от логарифма с основанием 2 к десятичному логарифму.

Параметры измерителя периода. Из параметров измерителя периода Т_м масштабного колебания (см. рис.1.3) определению подлежат: период Т_с.и (или частота F_с.и) повторения счетных импульсов и емкость счетчика N_сч.

Значение Т_с.и находят с учетом того, что в рассматриваемом случае информация о дальности (код дальности) формируется за время Т_ф.к=0,5 Т_м. Из (1.4) при N=1 имеем

ΔR = с Т_с.и. (1.32)

Максимальное число счетных импульсов, записываемое в счетчик, будет

. (1.33)

Это число и определяет емкость счетчика N_сч = N_max.

Примечание. Рассмотренная методика при малых ΔR дает значения Т_с.и порядка 10^-10…10^-11с, что практически не осуществимо. Поэтому приходится загрублять точность измерителя периода и рассчитывать ΔR, исходя из возможностей существующей элементной базы (Т_с.и ≤ 10^-8с). При этом ΔR может оказаться существенно больше того значения, которое получено из (1.27) и соответствующую погрешность дискретизации σ_дск (1.26) следует учитывать при расчете точности ФРД.

2. ЧАСТОТНЫЙ СЛЕДЯЩИЙ РАДИОВЫСОТОМЕР

Рассматриваемые в данной главе РТУ относятся к классу радиовысотомеров (РВ) малых высот и предназначены для измерения текущей высоты Н до находящейся под объектом отражающей поверхности. Такие РВ используются при посадке ЛА, контроле высоты судна на воздушной подушке и в других подобных ситуациях.

При проектировании частотных следящих РВ следует учитывать следующие их особенности:

1. Непрерывный характер излучаемого на частоте f_изл, а следовательно и отраженного, имеющего частоту f_прм сигналов, и модуляцию частоты f_изл по несимметричному пилообразному закону (рис. 2.1).

Рис. 2.1

Такой вид модуляции обычно называют несимметричной линейной частотной модуляцией (НСЛЧМ). При непрерывном сигнале обязательно применение в РВ отдельных передающей и приемной антенн и принятие мер по предотвращению проникновения в приемный тракт сигнала передатчика.

1. Информация о высоте Н содержится в частоте биений F_δ1 (рис. 2.1, б), а сигнал с частотой F_δ2 отфильтровывается при обработке. Сигнал биений, т.е. сигнал с частотой |f_изл- f_прм |, называется преобразованным сигналом. В рассматриваемом РВ с НСЛЧМ считают, что частота биений F_δ1=F_δ и индекс «1» при ее обозначении опускают. В общем случае ([1], §5.12)

, (2.1)

где масштабный коэффициент по частоте, имеющий размерность м/Гц, равен

. (2.2)

В последней формуле Δf_д – девиация частоты при частотной модуляции (см. рис. 2.1, а).

1. Слежение по высоте осуществляется путем такого изменения периода модуляции Т_м, при котором на любой высоте частота биений поддерживается постоянной и равной F_δ = F₀. При этом информативным параметром является Т_м и высота определяется из соотношения

, (2.3)

где масштабный коэффициент по периоду, имеющий размерность м/с, равен

. (2.4)

Во всех частотных дальномерах должно выполняться условие

Т_{м min} >> t_{н max} , (2.5)

где Т_{м min} – минимальное значение периода модуляции, а - время запаздывания отраженного сигнала при максимальной измеряемой высоте Н_max. При этом увеличивается доля полезного сигнала с частотой F_δ1 в периоде Т_м преобразованного сигнала (см. рис. 2.1,б), что приводит к приближению расчетного значения F_δ1, определяемого соотношением (2.1), к среднему значению частоты биений, измеряемому в РВ, и повышению точности РВ.

1. Режиму измерения должен предшествовать режим поиска сигнала по высоте (по частоте биений). Цель этого режима заключается в совмещении спектра преобразованного сигнала с полосой фильтра, выделяющего сигнал с частотой F₀.

2. Принимаемый сигнал формируется при отражении зондирующего сигнала от участка подстилающей поверхности, выделяемого диаграммой направленности антенны (ДНА). При любом типе отражающей поверхности (кроме зеркально-отражающей) отраженный сигнал является случайным.

Типовое задание на проектирование частотного следящего РВ (КП-32) приведено в Приложении П 2.

2.1 Обработка преобразованного сигнала

Структурная схема РВ. Упрощенная структурная схема возможного варианта частотного следящего РВ, учитывающая указанные выше особенности этого РТУ, приведена на рис. 2.2 ([9], §6.3)

Ф

Σ

УГПН

ГВЧ