Радиолокационные и радионавигационные измерители дальности, страница 7

РИС. 3.2

РИС. 3.3

Основными элементами рассматриваемого ИД являются ([l], с.166...169): временной дискриминатор ВД, экстраполятор Э, синтезатор задержки Синт и схемы поиска СП и захвата СЗ. Синте­затор служит для получения двух селекторных импульсов (СИ), за­держка t_M которых относительно импульса запуска передатчика Прд (импульса синхросигнала СС) меняется с помощью схемы управления СУ под действием напряжения с экстраполятора. Считается, что каж­дый из СИ, вырабатываемых генератором селекторных .импульсов ГСИ, имеет длительность τ_с.и = τ_и, где τ_и - длительность зондирую­щего импульса. Временной дискриминатор в простейшем случае сос­тоит из двух схем И и служит для сравнения задержки t_R= 2R/c отраженного сигнала с "аппаратурной" задержкой t_M и получения сигнала ошибки - двух биполярных импульсов, разность длительнос­тей которых равна ε = t_R-t_M. В состав экстраполятора входят один или два интегратора (в зависимости от степени астатизма ИД) и звенья, обеспечивающие устойчивость следящей системы.

Работа канала дальности начинается с поиска отраженного сиг­нала (режим "Поиск"). В этом режиме цепь обратной связи следящего ИД разомкнута ключом Кл и на Э подается со схемы поиска, например, постоянное напряжение. При этом напряжение U_упр на выходе Э (уп­равляющее задержкой напряжение) плавно увеличивается, что приво­дит к росту задержи t_M. Когда второй СИ совпадет с импульсом, получаемым с выхода приемника Прм, срабатывает схема захвата, ко­торая переключает ИД в режим сопровождения цели (режим "Слежение").

Схема захвата СЗ представляет собой обнаружитель импульсов и для исключения ложных срабатываний по шумовому выбросу содержит обычно накопитель совпадений n импульсов. В этом случае сигнал переключения ключа Кл вырабатывается только тогда, когда будет принято n импульсов подряд, т.е. через время nТ_п, где Т_п - период повторения зондирующих импульсов. Для СЗ с накопителем не­обходимо, чтобы СИ сместились не более чем на τ_и за n перио­дов повторения: (dt_M / dt)nT_п ≤ τ_и. С учетом изменения t_R за счет радиальной скорости V_r скорость поиска У_п.д= dt_M/dt может быть определена из условия

. (3.1)

В наиболее неблагоприятной ситуации, когда цель обнаруживает­ся на дальности R< R_max в режиме сканирования антенны РЛ, число накапливаемых импульсов n не должно превышать число импульсов в пачке. В такой ситуации время поиска цели по дальности Т_R мо­жет оказаться больше длительности τ_п пачки импульсов, формируе­мой за время обзора Т_обз заданного углового сектора пространст­ва. Соответствующая временная диаграмма принимаемых сигналов показана на рис. 3.4. При Т_R > τ_п следует предусмотреть меры по пред­отвращению срыва слежения за время t_пр пропадания сигнала. Одной из таких мер является увеличение времени памяти, имеющейся у схе­мы захвата ([I], с. 168).

(U_прм)н

РИС. 3.4

В режиме слежения за целью к экстраполятору Э подключается временной дискриминатор ВД. При этом на Э сохраняется то значение напряжения U_упр, при котором достигнуто примерное равенство t_М и t_R. Первый из биполярных импульсов ВД, имеющий отрицательную полярность, вызывает уменьшение U_упр, а второй (положительной полярности) - его увеличение. В соответствующем рис. 3.3 случае напряжение U_упр увеличивается, что приводит к росту "аппаратур­ной" задержки t_M = К_сU_упр, где К_с - коэффициент пропорциональ­ности. Равновесие в замкнутой следящей системе наступает при ε = 0, т.е. при t_М = t_R. Напряжение U_упр, пропорциональное t_М, а в установившемся режиме и t_R, подается на аналого-цифровой преобразователь АЦП, где формируется код, содержащий инфор­мацию о измеряемой дальности R.

Структурная схема канала дальности с цифровым импульсным радиодальномером. Структурная схема рассматриваемого канала подоб­на показанной на рис. 3.2, только аналоговый измеритель дальности ИД заменяется на цифровой. На рис. 3.5 приведен наиболее простой вариант цифрового ИД. На схеме рис. 3.5 опущена схема поиска и захвата СПЗ, так как входящие в нее схемы поиска СП и захвата СЗ в принципе не отличаются от используемых в аналоговом варианте ИД, разница заключается только в том, что выдаваемый на экстраполятор с СПЗ сигнал, содержащий в момент окончания поиска грубую оценку дальности, должен быть преобразован в соответствующий код N_гр. Функцию экстраполятора в цифровом ИД выполняет реверсивный счетчик РСч. Ввод в РСч кода Ν_Γρ определяет момент начала слежения за целью.

РИС. 3.5

Временной дискриминатор ВД следящего цифрового ИД ([I], с. 171 ...172) состоит из двух схем И, на которые поступают отраженные от цели импульсы с выхода приемника Прм и селекторные импульсы с соответствующих генераторов ГСИ-Ι и ΓСИ-2. Импульсы совпадения, длительность которых равна времени "перекрытия" отраженного сигна­ла первым и вторым селекторными импульсами (см.рис. 3.3), подаются на генераторы стандартных импульсов ГСтИ, выполняющие функцию аналого-цифрового преобразователя. Число выдаваемых каждым из ГСтИ импульсов пропорционально длительности импульса на его входе. Им­пульс совпадения второго селекторного импульса с отраженным сигна­лом используется для обнаружения цели схемой СПЗ (эта цепь на рис.3.5 не показана). Выход ГСтИ-Ι подключен к вычитающему входу ре­версивного счетчика РСч, а выход ГСтИ-2 - к суммирующему входу РСч.

Синтезатор Синт, как и в аналоговом варианте ИД, служит для управления задержкой t_M селекторных импульсов, вырабатываемых генераторами ГСИ-1 и ГСИ-2. Для определения момента запуска ГСИ-1 (ГСИ-2 запускается задним фронтом импульса с ГСИ-1) используется схема сравнения ССр и счетчик Сч. В момент излучения зондирующего сигнала импульс синхросигнала СC открывает электронный ключ ЭК. Счетные импульсы с генератора ГСчИ начинают поступать на счетчик Сч. Когда непрерывно возрастающее число N_c в Сч станет равным содержащемуся в РСч числу N_р.с, схема сравнения вырабатывает импульс, который запускает ГСИ-I, закрывает ЭК и обнуляет Сч.

С другой стороны, Ν_{ρ с}, равное в момент начала слежения Ν_Γρ, в каждом такте работы РЛ (в каждом периоде повторения зон­дирующих импульсов Т_п) увеличивается из-за превышения числа N₊ импульсов на суммирующем входе реверсивного счетчика РСч над чис­лом N_- импульсов на его вычитающем входе. Поэтому от такта к такту N_р.с возрастает, что приводит к сдвигу момента запуска ГСИ-Ι, а следовательно к росту t_м. В режиме установившегося слежения N₊ = N_-, N_р.с = const и t_М = t_R. Поэтому N_р.с яв­ляется метой измеряемой дальности R.

Из сказанного следует, что изменение t_M происходит дискретно, что приводит к погрешности дискретизации

, (3.2)

зависящей от периода следования счетных импульсов Т_с.и. Для снижения ΔR_дск можно увеличить частоту следования счетных импульсов или применить схему уточнения ([2], с. 59... 60).

Заметим, что в рассматриваемом ИД целесообразно использовать вместо ГСтИ электронные ключи и подавать на них те же счетные им­пульсы, что и на счетчик Сч.

х х

х

Следует иметь в виду, что для расчета параметров как аналого­вого, так и цифрового вариантов импульсного следящего радиодально­мера можно использовать общую методику, так как принцип их действия сдан и тот же.

3.2. Расчет длины волны и параметров ФАР

Примем, что в PJI используется ФАР с круглой апертурой. Если известен диаметр апертуры d_a и разрешающая способность РЛ по угловым координатам δθ, то с учетом того, что по условию δθ = 1,5 φ, где φ - ширина ДНА, длина волны зондирующего сигна­ла может быть найдена из соотношения ([12], т.2, с.61)

. (3.3)

Антенны с круглой апертурой имеют одинаковую ширину ЛДА как в азимутальной, так и в угломестной плоскостях, равную в рассмат­риваемом случае

. (3.4)

Коэффициент усиления такой антенны при φ, выраженной в градусах, будет ([12], т.2, с.56)

, (3.5)

где принято, что КПД антенны η_а= 0,78.

Для последующих расчетов и формирования требований к РЛ (см. Приложение Π Ι) необходимо знать скорость обзора пространства (в рассматриваемой ситуации - скорость обзора по азимуту), которая равна

, (3.6)

где α_обз и Т_обз- сектор и период обзора соответственно.

Рекомендуется привести в пояснительной записке схему форми­рования суммарного и разностных сигналов при использовании ФАР с круглой апертурой.

3.3. Расчет параметров сигналов

Предполагается, что в проектируемом радиодальномере исполь­зуется импульсный сигнал, представляющий собой последовательность прямоугольных импульсов, имеющих длительность τ_и и период повторения Т_п. Длительность импульса определяется заданной раз­решающей способностью РЛ по дальности δR ([l], с.164):

. (3.7)

Период повторения импульсов определяется из условия одноз­начного отсчета дальности ([1], с. 163)

, (3.8)

где R _max- максимальная измеряемая дальность. Для определенности рекомендуется заменить (3.8) равенством, введя коэффициент запаса К_з = 1,1:

. (3.9)

Откуда частота повторения импульсов

F_п = 1/Т_п. (3.10)

В заключение следует найти длительность пачки импульсов τ_п и число импульсов в пачке n_п, влияющих на параметры схем поиска и захвата. Считая, что в РЛ реализован последовательный обзор заданного сектора пространства ([1], с. 78), получаем

, (3.11)

где Ω_обз определяется из (3.6).