Бондаренко В.Н., Тяпкин В.Н., Дмитриев Д.Д. и др. Радиоавтоматика. Под ред. В.Н.Бондаренко (2013)

1Министерство образования и науки Российской ФедерацииСибирский федеральный университетРАДИОАВТОМАТИКАУчебное пособиеПод общей редакцией доктора технических наук, профессораВ. Н. БондаренкоДопущено Министерством обороны Российской Федерациив качестве учебного пособия для студентов, обучающихсяпо специальности 210304.65 «Радиоэлектронные системы»а также для студентов направления подготовки бакалавров210300.62 «Радиотехника», 200100.62 «Приборостроение»,210302.65 «Радиотехника», 200101.65 «Приборостроение»,210303.65 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура»КрасноярскСФУ20132ПредисловиеУДК 621.396.6.52Р154Авторы:В.Н. Бондаренко, В.Н.

Тяпкин, Д.Д. Дмитриев,Е.Н. Гарин, Р.Г. Галеев, В.Ю. Градусов, А.В. Гребенников,В.М. Владимиров, Ю.Л. Фатеев, А.Н. ФоминР154Радиоавтоматика : учеб. пособие / В.Н. Бондаренко, В.Н. Тяпкин,Д.Д. Дмитриев [и др.] ; ред. В.Н. Бондаренко. – Красноярск : Сиб.федер. ун-т . – 2013. – 172 с.ISBN 978-5-7638-2772-9В учебном пособии изложены основы теории линейных непрерывныхавтоматических систем и принципы построения систем радиоавтоматики (систем частотной и фазовой автоподстройки и др.), широко используемыхв радионавигации, радиолокации, радиосвязи и других областях радиоэлектроники.Рассмотрены вопросы анализа и синтеза систем радиоавтоматики. Приведеныпримеры практического применения радиотехнических автоматических систем,а также примеры и задачи по теории линейных непрерывных автоматическихсистем.Предназначено для студентов специальности 210304.65 «Радиоэлектронные системы» а также для студентов направления подготовки бакалавров 210300.62 «Радиотехника», 200100.62 «Приборостроение», специальностей 210302.65 «Радиотехника», 200101.65 «Приборостроение», 210303.65 «Бытовая радиоэлектроннаяаппаратура».УДК 621.396.6.52ISBN 978-5-7638-2772-9 Сибирский федеральныйуниверситет, 2013Предисловие3ПРЕДИСЛОВИЕВ пособии рассматриваются вопросы, составляющие основноесодержание курса «Радиоавтоматика», который в образовании радиоинженера занимает важное место.

При его изучении студент сталкиваетсяс комплексным использованием знаний, полученных в курсах высшей математики и физики, общетехнических и специальных технических дисциплин, предусмотренных учебными планами для студентов, обучающихся поспециальности 210304.65 «Радиоэлектронные системы».В главе 1 дается общая характеристика автоматических систем,а также излагаются основы теории линейных непрерывных систем автоматического управления (САУ): типовые звенья систем радиоавтоматики;методы математического описания радиотехнических следящих систем;устойчивость автоматических систем. Рассмотрены вопросы оценки показателей качества систем автоматического управления: прямые и косвенные методы оценки качества переходного процесса; точность автоматических систем при типовых воздействиях (статические и динамические ошибкитиповых САУ); точность автоматических систем при воздействии помех; оптимальные линейные фильтры систем радиоавтоматики; оптимизация следящей системы при детерминированном и случайном воздействиях.Основное внимание уделено изучению факторов, определяющих основные качественные показатели автоматических систем: точность, запасустойчивости, быстродействие и др.

Требования к точности, быстродействию, надежности радиотехнических автоматических систем неуклонно растут, что указывает на актуальность изучения данных вопросов. Приведенные в конце каждого параграфа контрольные вопросы, а также примерырешения задач способствуют более глубокому усвоению материала.Глава 2 посвящена изучению принципов построения типовых радиотехнических автоматических систем: автоматической регулировки усиления (АРУ), частотной и фазовой автоподстройки частоты (АПЧ и ФАПЧ),систем слежения за задержкой сигнала (ССЗ), систем слежения за направлением (ССН). Основными областями их применения являются радио-4Предисловиесвязь, радиолокация, радионавигация, радиоуправление.

Важное место занимает изучение принципа действия и практического применения типовыхавтоматических систем и факторов, определяющих основные показателикачества автоматических систем. Контрольные вопросы, примеры решениязадач, приводимые в конце каждого параграфа, способствуют более глубокому усвоению материала.Радиотехнические автоматические системы относятся к классу информационно-управляющих технических систем, осуществляющих извлечение, обработку и преобразование информации с использованием радиосигналов.

По виду применяемых сигналов различают непрерывные,импульсные и цифровые системы радиоавтоматики. В непрерывных системах информация отображается в изменении параметров (амплитуды,частоты, фазы) непрерывного (обычно гармонического) колебания.В импульсных системах сигнал представляет последовательность радиоимпульсов, в параметрах которых (амплитуде, задержке, частоте, фазе)может содержаться информация, используемая для управления каким-либообъектом (например, подстраиваемым генератором).В цифровых системах сигнал предварительно квантуется по времении уровню.

Каждому уровню соответствует определенная кодовая комбинация импульсов, которую принято называть цифровым сигналом. Цифровыесистемы легко сопрягаются с персональным компьютером или специализированным вычислителем, осуществляющим обработку и запоминаниеинформации, воспроизводимой затем устройством отображения.Особенностью радиотехнических САУ является то, что сообщение,содержащееся в каком-либо параметре сигнала (в теории автоматическогоуправления его принято называть задающим воздействием) представляетсобой медленно меняющийся случайный процесс, энергетический спектркоторого сосредоточен в области очень низких частот (обычно, не выше10 Гц). Благодаря узкому спектру задающего воздействия могут использоваться узкополосные следящие измерители параметров сигналов, обеспечивающие высокую помехоустойчивость и точность измерений.В цифровых системах радиоавтоматики могут использоваться близкие к оптимальным (квазиоптимальные) алгоритмы фильтрации, обеспечивающие практически потенциальные (предельно достижимые) показатели качества (прежде всего, точность и помехоустойчивость).Основные показатели качества работы систем радиоавтоматикиимеют вероятностный (статистический) характер, что связано с влияниемразличных случайных факторов (помех, флуктуаций характеристик радиоканала и пр.) в процессе формирования, распространения и обработки радиосигналов.

Это предопределяет необходимость статистического подходак анализу и синтезу систем радиоавтоматики, в связи с чем значительноеместо в пособии занимает изложение основ статистической теории радио-Предисловие5технических следящих систем. При этом основное внимание уделяется задачам слежения за частотой, фазой и задержкой сигнала применительнок системам АПЧ, ФАПЧ и ССЗ, которые широко применяются в навигациисамолетов, морских судов и других подвижных объектов, а также для решения других задач, требующих высокоточной «привязки» местонахождения объекта (геодезия, разведка полезных ископаемых и пр.).Особенностью изложения материала в пособии является использование системного подхода, базирующегося на знаниях студентов, полученных при изучении предшествующих курсов. При этом учтены особенностиспециализации радиоинженеров по эксплуатации автоматических систем,для которых вопросы анализа систем более важны, чем вопросы их синтезаи проектирования.6ВведениеВВЕДЕНИЕПредмет изучения дисциплины «Радиоавтоматика» – системы радиоавтоматики, охватывающие широкий класс автоматических систем,применяемых в радиолокации, радионавигации, радиосвязи, радиоуправлении и других областях радиоэлектроники.Отличительной особенностью таких систем является использованиерадиосигналов для управления, а сами объекты управления – радиотехнические устройства (генераторы, усилители, антенны и пр.).

Необходимаядля управления информация содержится в том или ином параметре сигнала (амплитуде, частоте, фазе, времени запаздывания, направлении прихода) и выделяется в результате обработки сигнала.Сходство систем радиоавтоматики (РА) с автоматическими системамидругого назначения определяется, прежде всего, единством теории –теории автоматического управления, а также общностью многихэлементов, из которых строятся эти системы (усилители, корректирующиеи исполнительные элементы, управляющие ЭВМ и др.).Первые системы РА – системы автоматической регулировки усиления – появились в 1930-е годы.

Системы АРУ широко используются в приемниках современных радиосистем самого разного назначения.Большое применение находят также системы частотной и фазовойавтоподстройки частоты. Они используются для стабилизации промежуточной частоты приемников, в качестве демодуляторов сигналов с частотной и фазовой модуляцией, в синтезаторах частот, в следящих измерителяхкоординат и скорости подвижных объектов.В радиолокации и радионавигации широкое применение находятсистемы слежения за задержкой сигнала, на основе которых строятся следящие измерители дальности. Кроме того, они используются в радиосвязив качестве систем синхронизации.Еще один важный класс систем РА составляют системы слежения занаправлением.