где q_min – значение отношения мощностей сигнала и шума на высоте Н_max, равное округленному до ближайшего большего целого числа значению q₁; kT˚= 4.1*10^-21 Вт/Гц – произведение постоянной Больцмана на стандартную температуру (в градусах Кельвина), при которой определяются шумовые параметры приемного тракта РВ; ΔF_ф – шумовая полоса пропускания тракта обработки сигналов, равная в рассматриваемом РВ полосе пропускания узкополосного фильтра; N_ш – коэффициент шума приемника; ζ_Σ – коэффициент потерь энергии сигнала при обработке.

Требуемая мощность передатчика РВ рассчитывается по формуле ([14], §6.3)

, (2.30)

где L_Σ - коэффициент потерь энергии сигнала во всех высокочастотных элементах РВ, кроме антенн, потери в которых учтены ранее коэффициентом полезного действия η_а; S_у.п – удельная эффективная площадь рассеяния отражающей поверхности; φ – ширина ДНА. При φ ≤ 30˚ функция tg(0,5φ) ≈ 0,5φ (где φ выражается в радианах). Погрешность такого приближения не превышает 2%.

Тогда

. (2.31)

Следует иметь в виду, что при расчете энергетических параметров РВ с помощью приведенных выше соотношений все величины, выраженные в децибелах, подставляются в формулы в абсолютных единицах.

Заметим, что в соотношениях (2.30) и (2.31) не учтены потери энергии сигнала при распространении, что допустимо при сравнительно большой длине волны сигнала и малом расстоянии, проходимом радиоволной.

2.7 Расчет вспомогательных параметров

В данном разделе рассчитываются параметры, необходимые при разработке требований к элементам РВ (см.Приложение П 1). При проектировании РВ к таким параметрам относятся параметры выдаваемого радиовысотомером двоично-десятичного кода дальности (высоты) и параметры измерителя периода модулирующего сигнала.

Параметры двоично-десятичного кода высоты. Информация о высоте поступает к внешним потребителям в кодированном виде. Часто используют двоично-десятичный код, который содержит n_д декад по количеству значащих цифр в числе, содержащем информацию о высоте. Каждая декада, в свою очередь, содержит четыре разряда, необходимых для записи чисел от 0 до 9 двоичным кодом.

Основные параметры рассматриваемого кода – цена младшего разряда ΔН и число разрядов m. Значение ΔН находят в предположении, что погрешность дискретизации

, (2.32)

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

, (2.33)

то

. (2.34)

Полученное значение ΔН следует округлить до ближайшего меньшего значения, которое можно записать целым числом десятых или сотых долей единицы. Так если расчетное значение ΔН = 0,12 м, то следует принять ΔН = 0,1 м, а если ΔН = 0,012 м – принять ΔН = 0,01 м.

Число декад равно

, (2.35)

где n₁ – число значащих цифр до запятой в числе, соответствующем Н_max, n₂ – число значащих цифр после запятой, равное 1 при ΔН = 0,1 м и равное 2 при ΔН = 0,01.

Число разрядов кода, как следует из его структуры, равно

. (2.36)

Параметры измерителя периода. Рассчитываются период повторения счетных импульсов Т_с.и и емкость счетчика импульсов N_сч. Значение Т_с.и определяется из (2.3) с учетом, что Т_м = N Т_с.и и Н = ΔН при N = 1:

Т_с.и = ΔН/М_т. (2.37)

Значение N_сч вычисляется по (1.33) при Т_ф.к = Т_{M max}.

3. ИМПУЛЬСНЫЙ СЛЕДЯЩИЙ РАДИОДАЛЬНОМЕР

Рассматриваемый импульсный радиодальномер (КРД) входит в состав канала дальности бортового радиолокатора (РЛ) тактическо­го самолета, в данном случае - истребителя. Этот РЛ, кроме изме­рения дальности цели, должен в процессе автоматического сопровож­дения цели определять ее угловые координаты и радиальную скорость.

Типовое задание на проектирование канала дальности бортово­го РЛ (КП-33) приведено в Приложении Π 2.

При проектировании такого РЛ следует учитывать следующее:

1. Радиолокатор должен использоваться при любой высоте поле­та цели, в том числе и для атаки цели, совершающей маловысотный полет, когда цель наблюдается на фоне интенсивных пассивных помех, создаваемых отражением сигнала от подстилающей поверхности.

2. Для упрощения задачи считается, что канал дальности рабо­тает при атаке цели, находящейся на той же высоте, что и носитель РЛ. Сближение с целью производится по линии визирования цели на встречных курсах в пределах дальностей от R_max до R_п, где R_max - максимальная измеряемая дальность, определяемая требуе­мым для достижения заданной точности отношением мощностей сигнала и шума q, a R_п - дальность пуска ракетного оружия.

3.1. Выбор структурных схем

Разработка любого из каналов РЛ, в том числе и канала измере­ния дальности, требует системного подхода, когда производится оценка структуры и параметров не только данного канала, но и РЛ в целом. При таком подходе можно учесть взаимозависимость парамет­ров отдельных каналов, проявляющуюся, в частности, в том, что сиг­налы и устройства, позволяющие получить наилучшие показатели кана­ла дальности, оказываются неподходящими для канала скорости. Учет указанных взаимозависимостей приводит к структурным схемам, осно­ванным на компромиссе между конфликтующими требованиями к отдель­ным каналам РЛ. Если такой компромисс достичь не удается, прихо­дится идти по пути усложнения РЛ, например, за счет последователь­ного во времени решения поставленных перед РЛ задач. В этом слу­чае на предельных дальностях может производиться поиск цели по уг­ловым координатам, затем измеряется скорость цели, а при сближении с целью осуществляется измерение ее дальности. При соответст­вующем построении обнаружителя и сравнительно низких требованиях к точности измерения скорости оценка скорости цели может выполняться одновременно с обнаружением сигнала.

В данном разделе предлагается один из вариантов разработки структурной схемы РЛ, а также схемы канала дальности. Предпола­гается, что в РЛ используется простой импульсный сигнал, а моду­лирующие импульсы имеют прямоугольную форму. Угловые координаты измеряются моноимпульсным пеленгатором с суммарно-разностным уг­ловым дискриминатором. Канал обнаружения цели детально не рас­сматривается, так как считается, что цель обнаружена до начала работы радиодальномера.

Структурная схема РЛ. В соответствии с поставленными перед ним задачами РЛ тактического самолета должен иметь канал обнару­жения движущихся целей (ОДЦ) и три измерительных канала, служа­щих для определения угловых координат, скорости и дальности. На­личие ОДЦ и необходимость измерения скорости цели требуют приме­нения когерентного зондирующего сигнала, а реализация разрешения целей по дальности - импульсного характера этого сигнала. Для об­легчения селекции движущихся целей на фоне отражений от земной поверхности на этапе обнаружения цели и измерения ее скорости сле­дует применить высокую частоту повторения импульсов ([I] , п. 4.4.5), что способствует также и лучшему использованию мощнос­ти передатчика РЛ.

Из сказанного следует, что проектируемый РЛ должен относить­ся к классу импульсных истинно-когерентных с высокой частотой повторения и малой скважностью (импульсно-доплеровский РЛ). Одна­ко в таком РЛ не обеспечивается однозначность измерения дальнос­ти. Поэтому необходимо предусмотреть переход на низкую частоту повторения импульсов при такой дальности до цели (R_max), ког­да достигается требуемое для обеспечения заданной точности значе­ние отношения мощности сигнала к мощности шума (помех). При этом однозначное измерение скорости воздушной цели невозможно.

Упрощенная структурная схема бортового РЛ, учитывающая ука­занные особенности, приведена на рис. 3.1.

РИС. 3.1

Источником когерентных колебаний служит синтезатор частот СЧ. Основой СЧ является коге­рентный генератор частоты f_к.г, из которой путем дробно-рацио­нальных преобразований формируются частоты всех сигналов, необхо­димых для работы РЛ. Передатчик Прд представляет собой усилитель радиочастоты f₀, периодически отпирающийся при поступлении с СЧ синхросигнала СС - модулирующих импульсов с требуемой частотой повторения F_п. Частота F_п меняется в зависи­мости от режима работы РЛ по управляющему сигналу УС-1, поступаю­щему от ЭВМ радиолокатора ЭВМ РЛ. Полученный в Прд зондирующий сигнал через переключатель прием-передача ППП поступает на суммарно-разностный мост волноводного тракта ВТ (на то плечо моста, с ко­торого в режиме приема снимается суммарный сигнал) и излучается антенной системой АС в пространство. Суммарно-разностный мост при передаче выполняет функцию делителя мощности между отдельны­ми элементами АС. Управление сканированием ДНА в процессе поиска цели осуществляется устройством управления диаграммой направлен­ности УУДН по сигналу УС-2, поступающему с ЭВМ РЛ.

Принятые АС сигналы подаются на суммарно-разностный мост, в котором образуются суммарный U '_Σ и два разностных U '_Δ сигнала (на рис. 3.1 показан только один из разностных сигналов). Эти сиг­налы усиливаются и фильтруются в приемно-усилительном тракте ПУТ. Суммарный сигнал U_Σ с выхода ПУТ направляется на обнаружитель движущихся целей ОДЦ, измеритель дальности ИД и па фазовые детек­торы ФД (на рис. 3.1 показан только один ФД). Предполагается, что в ОДЦ входит фильтровое устройство селекции движущихся целей СДЦ и обнаружитель Обн. Фильтровое устройство СДЦ, работающее на про­межуточной частоте, позволяет оцепить радиальную скорость цели V_r.

Дальность измеряется импульсным методом, для чего в ИД подают­ся с СЧ опорные (модулирующие передатчик) импульсы. Информация о дальности R используется в ЭВМ РЛ только при работе РЛ с низ­кой частотой повторения импульсов.

Фазовые детекторы ФД являются выходными устройствами дискри­минаторов каналов измерения угловых координат ([1], п. 5.2.3). Сигналы, содержащие информацию об угловом рассогласовании равносигнального или равнофазного направления АС и направления на цель, через УУДН поворачивают ДНА в сторону цели. Данные об азимуте α и угле места β цели снимаются с УУДН. Кроме суммарного сигнала U_Σ на ФД подаются и соответствующие разностные сигналы U_Δ с выхода ПУТ.

Информация о дальности R, скорости V_r и угловых коорди­натах α и β, а также сигнал обнаружения СО поступают (обыч­но в цифровой форме) в ЭВМ РЛ, где вырабатываются сигналы управ­ления самолетом и его оружием, управления режимами работы РЛ, а также сигналы, поступающие потребителям информации ПИ.

Структурная схема канала дальности с аналоговым импульсным радиодальномером. Возможная структурная схема измерителя дальнос­ти ИД представлена в упрощенном виде на рис. 3.2, а на рис. 3.3 показаны графики сигналов в соответствующих номерам графиков точ­ках этой схемы.