Радиолокационные и радионавигационные измерители угловых координат, страница 9

Структурная схема РЛ. В соответствии с поставленными перед РЛ общими задачами он должен иметь канал обнаружения движущихся целей (ОДЦ) и четыре измерительных канала, служащих для определения азимута, угла места, скорости и дальности цели. Наличие ОДЦ и необходимость измерения скорости требуют применения когерентного зондирующего сигнала. Последний, как указывалось, должен быть импульсным. Упрощенная структурная схема такого РД представлена на рис.2.2. Описание этой схемы дано в § 2.1.

Рис. 3.1

Отличительной особенностью амплитудного суммарно-разностного радиолокатора является использование антенной системы (АС) с амплитудным угловым датчиком (i, с.189...191). Такая АС может состоять из приемно-передающей фазированной антенной решетки ФАР, включающей диаграммообразующую схему, и суммарно-разностного преобразователя СРП, подобного показанному на рис. 2.3. В режиме приема АС формирует суммарный сигнал и два разностных сигнала и , несущих информацию о углах рассогласования в азимутальной и угломестной плоскостях. При пеленгации в одной плоскости диаграмма направленности ФАР имеет вид, показанный на рис. 3.1. Равносигнальное направление РСН, от которого отсчитывается угол рассогласования , проходит через точку пересечения диаграмм и , максимумы которых сдвинуты на угол относительно РСН.

Структурная схема азимутального канала. Входящий в состав РЛ измеритель угловых координат должен определять азимут и угол места цели и содержит в связи с этим два идентичных по схеме канала: канал азимута и угломестный канал (УК).

Рис. 3.2

Структурная схема азимутального канала показана на рис. 3.2. Предусмотрены два режима работы этого канала: рабочий, когда измеряется угол , и калибровочный, когда корректируются неидентичности трактов обработки сигналов. Последний режим и соответствующая ему схема устройства коррекции УК (выделена на рис. 3.2) будут рассмотрены отдельно.

В рабочем режиме коммутатор К соединяет выход углового дискриминатора с устройством управления диаграммой направленности УУДН. Кроме того, отключается генератор пилот-сигнала ГПС.

Угловой дискриминатор содержит два ПУТ и фазовый детектор ФД. Сигнал ФД преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП. Устройство мгновенной автоматической регулировки усиления МАРУ служит для нормировки сигналов, с помощью которой уменьшается влияние амплитудных флуктуации входных сигналов на точность измерения угловых координат.

В идеальном амплитудном суммарно-разностном радиопеленгаторе (т.е. в радиопеленгаторе с идентичными характеристиками трактов приема и усиления сигналов) суммарный и разностный сигналы синфазны или противофазны (в зависимости от знака угла ). Такой же фазовый сдвиг имеют и сигналы и подаваемые на ФД. Поэтому в отличие от фазового суммарно-разностного радиопеленгатора дополнительный фазовращатель на в разностном канале здесь не требуется.

Информация о угле рассогласования содержится в амплитудах принимаемых по диаграммам и сигналов (см. рис. 3.1), которые при идентичных диаграммах, т.е. при , и малых углах имеют вид

; .

Разложение функций в степенной ряд дает

; ,

где - нормированная крутизна ДНА на РСН.

При одинаковых коэффициентах усиления ПУТ- и ПУТ- , т.е. при , суммарный и разностный сигналы на входе ФД будут

;

.

Таким образом в идеальном амплитудном суммарно-разностном моноимпульсном радиопеленгаторе на выходе углового дискриминатора (на выходе ФД) действует сигнал ошибки

, (3.1)

где - коэффициент передачи фазового детектора, а наличие члена в знаменателе есть следствие работы схемы МАРУ, уменьшающей коэффициенты усиления ПУТ- и ПУТ- пропорционально значению .

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

Как следует из сказанного, после суммарно-разностного преобразования информация о угле содержится в амплитуде и фазе разностного сигнала, а сигнал используется как опорный при определении фазы сигнала .

Структурная схема устройства коррекции. В реальных амплитудных суммарно-разностных радиопеленгаторах тракты обработки сигналов обычно неидентичны, что приводит к появлению аппаратурной погрешности при определении угловых координат цели. Наибольшее влияние на аппаратурную погрешность оказывают:

- - неидентичность фазовых сдвигов сигналов и на высокой частоте (до СРП);

- - неидентичность коэффициентов передачи трактов прохождения этих сигналов до СРП;

- - неидентичность фазовых сдвигов суммарного и разностного сигналов в трактах усиления на промежуточной частоте (в ПУТ).

Сигнал на выходе углового дискриминатора (3.1) при неидентичных трактах приема и усиления сигналов принимает вид

. (3.2)

При нахождении цели на равносигнальном направлении РСН, когда , сигнал не равен нулю и ДНА продолжает свое движение до тех пор, пока за счет возникающего приращения амплитуд и не будет достигнуто условие . Как следует из векторной диаграммы, показанной на рис. 3.3,а, когда цель находится на РСН, разностный сигнал на выходе СРП не равен нулю и не ортогонален сигналу . В усилительном тракте к углу между и добавляется фазовый сдвиг и сигналы и оказываются сдвинутыми по фазе на угол υ= (рис. 3.3,б). Так как в общем случае υ , то и сигнал ошибки также не равен нулю. Движение ДНА будет продолжаться, пока не будет выполнено условие , что в рассматриваемой ситуации возможно только при υ .

Рис. 3.3

Таким образом при неидентичных трактах радиопеленгатора РСН в установившемся состоянии системы слежения за углом , когда , отличается от направления на цель на некоторый угол , который и является аппаратурной погрешностью радиопеленгатора. Приравнивая нулю значение в соотношении (3.2), можно получить формулу для расчета аппаратурной погрешности амплитудного суммарно-разностного радиопеленгатора:

. (3.3)

Для уменьшения аппаратурной погрешности можно использовать также коррекцию неидентичностей трактов приема и усиления сигналов. На рис. 3.2 показан наиболее простой вариант устройства коррекции, основанный на введении дополнительного фазового сдвига в сигнал, усиливаемый в ПУТ- . Целесообразность применения этого варианта коррекции обоснована в § 2.1 данного пособия.

По принципу действия рассматриваемое устройство коррекцией идентично описанному в § 1.1.

3.2. Расчет длины волны и параметров ФАР

При использовании в РЛ круглой ФАР с диаметром 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, которая составляет

(3.4)

Тогда длина волны зондирующего сигнала может быть найдена из соотношения

. (3.5)

Коэффициент усиления рассматриваемой ФАР при , выражен­ной в градусах, будет

, (3.6)

где принято, что КПД антенны .

Обоснование угла смещения максимума ДНА. Угол (см. рис. 3.I), характеризующий отклонение максимума диаграмм или от равносигнального направления РСН, в амплитудном суммарно-разностном радиопеленгаторе выбирается из компромиссных соображений. Дело в том, что увеличение отношения с одной стороны приводит к повышению точности пеленгации, так как сопровождается ростом крутизны пеленгационной характеристики на РСН (см. § 3.5 данного пособия), а с другой - к снижению уровня суммарного сигнала на РСН и, как следствие, к уменьшению отношения мощностей сигнала и шума и сокращению дальности действия РЛ.

Исходя из сказанного, рекомендуется принимать

. (3.7)

При таком значении диаграммы и пересекаются на уровне, близком к уровню половинной мощности.

3.3. Расчет параметров сигнала

В данном разделе рассчитываются длительность и период повторения зондирующих импульсов.

Длительность импульса определяется из заданного значения разрешающей способности РЛ по дальности :

. (3.8)

Период повторения импульсов выбирается из условия однозначности дальнометрии:

,

которое с целью конкретизации расчета рекомендуется заменить равенством

, (3.9)

где коэффициент запаса . Появляющийся при этом дополнительный интервал времени, равный , где - максимальная дальность цели, целесообразно использовать для коррекции неидентичностей приемных трактов, обеспечив соответствующее быстродействие устройства коррекции.

3.4. Выбор параметров устройств обработки сигналов

Основными устройствами, подлежащими рассмотрению в данном разделе, как следует из рис. 3.2, являются усилитель промежуточной частоты и устройство мгновенной автоматической регулировки усиления.