Радиолокационные и радионавигационные измерители угловых координат, страница 3
Описание файла
Документ из архива "Радиолокационные и радионавигационные измерители угловых координат", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "радиотехнические системы" из 9 семестр (1 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "радиотехнические системы" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Радиолокационные и радионавигационные измерители угловых координат"
Текст 3 страницы из документа "Радиолокационные и радионавигационные измерители угловых координат"
Период повторения импульсов выбирается из условия однозначности отсчета дальности:
которое с целью конкретизации расчета рекомендуется заменить равенством
где значение коэффициента запаса . Введение коэффициента запаса приводит к увеличению минимально необходимого значения периода повторения на , где - максимальная измеряемая дальность цели. Этот дополнительный интервал времени целесообразно использовать для коррекции неидентичностей приемных трактов, обеспечив соответствующее быстродействие устройства коррекции.
1.5. Расчет полосы пропускания УПЧ
В проектируемом фазовом радиопеленгаторе усилитель промежуточной частоты является единственным устройством, фильтрующим сигнал перед чувствительным элементом углового дискриминатора - фазовым детектором. Поэтому от полосы пропускания этого устройства в существенной степени зависят точность и дальность действия угломерного канала. Для достижения наибольшего возможного в данной ситуации отношения мощностей сигнала и шума q на входе фазового детектора рекомендуется использовать УПЧ в качестве квазиоптимального фильтра и выбирать его полосу пропускания из соотношения
При такой полосе пропускания потери энергии сигнала из-за неоптималъности фильтра составляют всего 1,12, т.е. значение q уменьшается при прохождении сигнала через УПЧ в 1,12 раза или примерно на 0,5 дБ по сравнению с оптимальным фильтром.
Основным фактором, препятствующим согласованной фильтрации сигнала в УПЧ, является доплеровский сдвиг частоты этого сигнала.
Максимальное значение доплеровского сдвига частоты в заданной тактической ситуации (см. рис. 1.1) составляет
где - центральный угол между позицией наземного РЛ и точкой на траектории цели, соответствующей . Значение рассчитывается как
Доплеровский сдвиг частоты может составлять десятки килогерц, а в некоторых случаях превышать 100 кГц, что требует соответствующего расширения полосы пропускания УПЧ.
Для компенсации можно использовать оценку доплеровского сдвига частоты, получаемую в устройстве измерения скорости цели или применить автоматическую подстройку частоты (АПЧ). В обоих устройствах выходная частота первых смесителей приемных трактов приводится к номинальному значению промежуточной частоты путем изменения частоты гетеродина. Для упрощения схем устройства компенсации на рис. 1.3 и 1.5 не показаны. Однако расчет по формуле (1.19) позволяет сформулировать требования к этим устройствам.
1.6. Расчет погрешностей
Полная погрешность проектируемого угломестного канала складывается из следующих составляющих:
- флуктуационной погрешности , вызываемой шумом и помехами, поступающими на угловой дискриминатор следящего радиопеленгатора вместе с полезным сигналом;
- динамической погрешности , обусловленной изменением измеряемого угла и инерционностью следящего измерителя;
- погрешности углового шума , возникающей из-за флуктуации угла прихода отраженного от цели сигнала при "блуждании" центра отражения относительно центра цели;
- тропосферной погрешности , появляющейся в угломестном канале из-за рефракции радиоволн в тропосфере;
- аппаратурной погрешности , свойственной моноимпульсным пеленгаторам с неидентичными приемными трактами.
Обычно первые две составляющие характеризующие следящий измеритель угла , объединяют, используя так называемую суммарную погрешность следящего измерителя , дисперсия которой
Тогда полная погрешность угломестного канала будет
В данном разделе рассчитываются погрешности и полученные при оптимизации следящего измерителя для дальностей и соответственно, определяются оптимальные полосы пропускания следящего измерителя и при этих вариантах оптимизации и выбирается тот вариант, при котором достигается максимальная точность на заданной или выбранной из тактических соображений дальности до цели. Точность измерения угла оценивается на всех дальностях от до .
Погрешности следящего измерителя. Ниже излагается методика расчета суммарной погрешности следящего измерителя угла с использованием соотношения (1.21). При этом считается, что:
1. закон изменения угла , вызываемого движением цели и/или объекта, на котором установлен РЛ, - детерминированный с известным значением первой производной угла по времени ;
2. структура следящего измерителя задана и на устойчивость не проверяется;
3. оптимизация измерителя производится на основе критерия минимума дисперсии суммарной погрешности:
Основные соотношения. При расчете точностных параметров угломерного канала используются соотношения, приведенные в табл.1.1. Аббревиатура "СА" в таблице означает степень астатизма следящего угломера, а обозначения H(p) и соответствуют операторному коэффициенту передачи фильтра в цепи слежения за углом и оптимальной полосе пропускания следящего измерителя, найденной с использованием критерия (1.23). Принято, что в измерителе с астатизмом 1 порядка имеется интегратор с коэффициентом передачи и пропорционально- интегрирующий фильтр. Постоянные времени форсирующего и инерционного звеньев этого фильтра обозначены и соответственно. Рекомендуется считать, что =1с.
В измерителе с астатизмом 2 порядка функцию сглаживания флуктуаций выполняет двойной интегратор с коэффициентом передачи и корректирующее звено с постоянной времени .
Таблица 1.1
СА | H(p) | |||
1 | ||||
2 |
Входящая в приведенные в табл.1.1 соотношения величина представляет собой эквивалентную спектральную плотность (на нулевой частоте) флуктуаций на выходе фазового детектора, вызываемых шумом, действующим на его входе. Величина при измерении углов имеет размерность рад2/Гц и в предположении равномерности спектра флуктуаций в пределах полосы пропускания измерителя рассчитывается по формуле
где M - масштабный коэффициент; q - отношение мощностей сигнала и шума на входе фазового детектора; - ширина спектра флуктуаций на входе фазового детектора, значение которой определяется полосой пропускания УПЧ, т.е.
Масштабный коэффициент M связывает средние квадратические погрешности определения координат объекта и измерения информативного параметра сигнала . Соответствующее соотношение называют основным уравнением для погрешностей данного РТУ. Для фазового радиопеленгатора, в котором , а , основное уравнение погрешностей имеет вид
Из соотношения (1.26) следует, что размерность масштабного коэффициента M есть рад /рад или град /град .
Значение масштабного коэффициента, как следует из (I.4), рассчитывается как
Максимальная точность определения утла достигается на равнофазном направлении, что имеет место в следящих фазовых радиопеленгаторах с поворотной базой, в которых . При
Включение масштабного коэффициента M в (1.24) отображает тот факт, что проникающий на выход фазового детектора шум воспринимается следящей за углом системой как случайное изменение угла и является источником флуктуационной угломерной погрешности .
При расчете погрешностей угломерного канала следует обращать внимание на размерности используемых величин. В частности, размерность , равная рад2/Гц, получается из-за того, что в (1.24) входит сомножитель , где - дисперсия оценки фазы, характеризующая потенциальную точность измерения фазы и имеющая размерность рад2.
Погрешности угломерного канала рекомендуется выражать в угловых секундах (1 угл.с = 1/3600 градуса). Поэтому значение можно выражать в (угл.с)2/Гц и использовать вместо (1.24) формулу
Порядок расчета. Расчет погрешностей , и рекомендуется разделить на четыре этапа (i=1,…,4), отличающихся значениями дальности цели и дальностями , для которых оптимизируется следящий угломер. Эти этапы и соответствующие им и указаны в табл. 1.2, в которой приведены подлежащие расчету или используемые при расчете величины.
Формулы для нахождения флуктуационной и динамической погрешностей, а также оптимальной полосы пропускания следящего измерителя следует брать из табл. 1.1. Результаты вычислений заносятся в таблицу, форма которой соответствует табл. 1.2.
Таблица 1.2
N | R | ||||||||
1 | |||||||||
2 | |||||||||
3 | |||||||||
4 |
При вычислениях считается, что равна заданной погрешности на дальности , а минимальное значение достигается при оптимизации измерителя для этой дальности, т.е. при . В оптимизированном следящем измерителе выполняется условие
которое справедливо только на дальности и при приведенных в табл. I.I формах H(p).
На рис. 1.9 приведена схема "алгоритма" расчета погрешностей и выбора той дальности , для которой целесообразно оптимизировать измеритель в заданной тактической ситуации. Соответствующие этой дальности значения полосы пропускания измерителя и точностных параметров используются в последующих расчетах и при разработке требований к элементам следящего радиопеленгатора. Выбор основан на сравнении (символ на рис. 1.9) погрешностей . Ниже приведены особенности расчета, выполняемого на разных этапах.
Этап I ( ). По заданному значению определяются с помощью (1.30) погрешности и . Используя табл. I.I и считая =1с, последовательно находят и . Из соотношений (1.29) и (1.28) рассчитывается то значение отношения мощностей сигнала и шума на входе фазового детектора , при котором обеспечивается заданное значение на дальности .