Радиолокационные и радионавигационные измерители угловых координат, страница 2

Угловой дискриминатор содержит два ПУТ и фазовый детектор ФД. Сигнал ФД преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП. Входящие в ПУТ-1 и ПУТ-2 амплитудные ограничители АО служат для устранения влияния амплитудных флуктуаций сигналов и на точность определения угловых координат. Фазовый сдвиг на 90° в одном из ПУТ необходим для получения дискриминационной характеристики вида , где - сдвиг по фазе сигналов и , несущий информация о угле . На смесители См обоих ПУТ подается один и тот же сигнал гетеродина от синтезатора частот СЧ, чем обеспечивается равенство фазовых сдвигов, вносимых гетеродинирующим сигналом в сигналы, усиливаемые в УПЧ верхнего и нижнего (по схеме) приемных трактов.

На рис. 1.6,а показаны два приемных элемента и , разнесенные на расстояние Б в вертикальной плоскости, соответствующие фазовым центрам верхней и нижней частей антенной решетки, изображенной на рис. 1.4,б. Расстояние Б называют базой. Угол между направлением на цель Ц и равнофазным направлением РФН (перпендикуляром к базе) является углом рассогласования. Значение угла должно сводиться к нулю путем поворота антенной решетки в процессе автоматического сопровождения цели по углу места.

Рис. 1.6

В идеальном угломестном канале (как и в любом идеальном фазовом радиопеленгаторе) фазовые неидентичности каналов усиления принятых сигналов по высокой ( ) и по промежуточной частотам отсутствуют (т.е. ). Тогда разность фаз сигналов и (рис. 1.6,6) находится как

, (1.4)

где - длина волны принимаемого сигнала.

На выходах ПУТ-1 и ПУТ-2 (см. рис. 1.5) действуют сигналы

;

,

где - амплитуда сигнала, соответствующая порогу ограничения в амплитудных ограничителях АО. При этом напряжение на выходе фазового детектора ФД (сигнал ошибки) будет (см. рис. 1.6,в)

, (1.5)

где - коэффициент передачи фазового детектора.

Сигнал подается (в данном УМК в цифровой форме) на устройство управления диаграммой направленности УУДН, вызывая такой поворот ДНА, при котором стремится к нулю.

Структурная схема устройства коррекции. Необходимость коррекции вызывается тем обстоятельством, что при и соотношение (1.5) принимает вид

. (1.6)

Отсюда следует, что при нахождении цели на равнофазном направлении РФН, когда , не будет равно нулю и ДНА будет продолжать свое движение до тех пор, пока за счет возникающего при этом приращения не будет скомпенсирован появившийся из-за неидентичности приемных трактов фазовый сдвиг . Сказанное поясняется векторными диаграммами, показанными на рис. 1.7, где диаграмма "а" соответствует сигналам на входе ПУТ-1 и ПУТ-2, диаграмма "б" - сигналам на входе ФД, а диаграмма "в" - тоже сигналам на входе ФД, но при нахождении цели на РФН.

Рис.1.7

Таким образом неидентичность фазовых характеристик ПУТ-1 и ПУТ-2 приводит к аппаратурной погрешности

(1.7)

Источники и методы снижения аппаратурных погрешностей моноимпульсных радиопеленгаторов (в том числе и рассматриваемого класса) детально описаны в работе. В качестве примера на рис. 1.5 показана структурная схема устройства коррекции неидентичностей, основанная на введении дополнительного фазового сдвига в сигнал гетеродина, а следовательно и в выходной сигнал соответствующего смесителя. Предполагается, что паразитные фазовые сдвиги и присущи только нижнему (по схеме) тракту, что не имеет принципиального значения. Схема компенсации аналогична схеме слежения за фазой сигнала, чувствительным элементом которой является фазовый детектор ФД угломерного канала. Особенность устройства коррекции заключается в том, что оно работает в специально выделяемом для этого интервале времени в конце периода повторения зондирующих импульсов , когда не ожидается прием отраженных сигналов, т.е. за пределами , где - максимальная дальность цели. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчете периода повторения импульсов.

Момент включения устройства коррекции определяется управляющим сигналом УС-1, поступающим с ЭВМ РЛ (см. рис. 1.3 и рис. 1.5). По этому сигналу включается генератор пилот-сигнала ГПС и коммутатор К разрывает цепь обратной связи от ФД к УУДН. Пилот-сигнал несущей частоты через делители мощности подается на выходы модулей ФАР, заменяя сигналы этих модулей. При этом коррекции подвергаются все фазовые неидентичности от точки включения пилот-сигнала до входа ФД. Возможно также использование специального излучателя пилот-сигнала, установленного перед ФАР по оси симметрии антенны (на равнофазном направлении).

В режиме коррекции сигнал на выходе ФД будет

.

Этот сигнал после аналого-цифрового преобразователя АЦП подается на цифровой интегратор ЦИ, выполняющий функцию устройства, запоминающего значение сигнала ошибки на время, равное периоду повторения зондирующих импульсов. Ввод корректирующего фазового сдвига производится с помощью преобразователя цифра-фаза ПЦФ. Использование цифровой техники при коррекции фазы приводит к тому, что в общем случае не удается свести к нулю аппаратурную погрешность. Остаточная аппаратурная погрешность зависит от дискрета регулировки фазы в ПЦФ и увеличивается с ростом этого дискрета. На современном уровне техники минимальное значение не превосходит (1,5...3)°.

Устранить дискретность вводимого в сигнал гетеродина фазового сдвига можно при переходе к аналоговой схеме устройства коррекции. При этом сразу за фазовым детектором ФД включается коммутатор, который направляет сигнал ошибки с ФД либо на схему коррекции, либо на АЦП, который требуется для управления ДНА. Однако в таком устройстве коррекции требуется учет особенностей, свойственных аналоговым схемам.

При проектировании цифрового устройства коррекции необходимо обеспечить такое быстродействие элементов этого устройства, при котором время коррекции не превышает 0,1 от периода повторения зондирующих импульсов. Полученное в конце данного периода повторения значение корректирующего фазового сдвига используется на следующем периоде повторения и сохраняется в цифровом интеграторе ЦИ.

Введение коррекции не является единственным средством снижения аппаратурных погрешностей. Возможно также применение методов, основанных на объединении приемных трактов. Следует только иметь в виду, что при любом методе, как правило, остается некоторая аппаратурная погрешность, вызываемая несовершенством либо используемого метода, либо устройств его реализующих. Остаточное значение аппаратурной погрешности следует учитывать при оценке точности угломерного канала.

1.2. Расчет параметров цели

В данном разделе, исходя из заданной тактической ситуации (см. рис. 1.1), определяются диапазоны изменения дальности цели , и ее угловой скорости в пределах рабочей зоны РЛ в угломестной плоскости. Расчет выполняется в предположении, что высота подъема антенны РЛ , где - высота полета цели. При желании получения более точных результатов следует принять, что , где - размер апертуры квадратной ФАР, и для определения дальности прямой видимости , вместо (1.1) использовать соотношение

, (1.8)

в котором все величины выражаются в километрах.

Предельное значение дальности цели рассчитывается с помощью (1.1) или (1,8), т.е. считается, что

(1.9)

Значение рекомендуется вычислять по приближенной формуле

. (1.10)

где - максимальное значение измеряемого в данном РЛ угла места цели. Формула (1.10) дает несколько завышенное значение , что при больших углах не имеет принципиального значения.

Для нахождения угловой скорости цели можно воспользоваться соотношением (1.3).

1.3. Расчет длины волны и параметров ФАР.

При использовании в РЛ квадратной ФАР со стороной ширина ДНА в азимутальной плоскости и в угломестной плоскости одна и та же, т.е. . Значение определяется из заданной разрешающей способности РЛ по угловым координатам с учетом того, что эта разрешающая способность обеспечивается суммарной диаграммой направленности ФАР, с помощью которой излучается зондирующий сигнал, т.е. считая, что

. (1.11)

Тогда длина волны зондирующего сигнала может быть найдена из соотношения

. (1.12)

Коэффициент усиления рассматриваемой ФАР при , выраженной в градусах, будет

, (1.13)

где принято, что КПД антенны .

Обоснование размера базы Б антенн. С целью повышения точности определения угловых координат размер базы Б, как показано ниже в § 1,6, должен быть намного больше длины волны . При этом значение фазового сдвига принимаемых сигналов, определяемого соотношением (1.4), даже при малых углах рассогласования может превысить , т.е. выйти за пределы диапазона однозначного измерения фазы, который с учетом возможности разного знака составляет . Иными словами, при возникает неоднозначность определения , когда фазовым сдвигам и соответствует одно и то же значение (1.5). Для исключения многозначности отсчета угла рекомендуется выбирать базу антенн из условия

. (1.14)

Справедливость этого условия следует из соотношений (1.4) и (1.12), используя которые можно показать, что при выполнении условия (1.14) и , где - ширина ДНА, значение не превышает . Сказанное иллюстрируется рис. 1.8, на котором в функции от угла рассогласования показаны диаграмма направленности ФАР (а), фазовый сдвиг принимаемых сигналов (б) и выходное напряжение фазового детектора углового дискриминатора (в). Углы и считаются малыми, т.е. принимается, что .

Рис. 1.8

Таким образом в фазовом радиопеленгаторе использование суммарной ДНА позволяет не только получить разрешение по угловым координатам, но и устранить неоднозначность отсчета угла , т.е. устранить ложные равнофазные направления.

1.4. Расчет параметров сигнала

В данном разделе рассчитываются длительность импульса зондирующего сигнала и период повторения зондирующих импульсов,

Длительность импульса определяется по заданной минимальной измеряемой дальности :