Измерители скорости (1014416), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

где i соответствует определенной координате (x , y или z).

На ЛА часто используют ⋌-образное расположение лучей АС (луч 4 на рис. 3.2,а отсутствует). При такой конфигурации лучей ДНА связь определяемых составляющих скорости V_i с F_дк описывает­ся соотношениями, приведенными в табл. 3.1. Из этих соотношений, используя известную методику ([l] , с.246), можно получить фор­мулы для расчета масштабных коэффициентов M_i. Такие формулы при равной точности измерения всех F_дк имеют вид, показанный в табл. 3.2.

Таблица 3.1

Vx	Vz	Vy

Таблица 3.2

Mx	Mz	My

Углы В_ok для всех лучей обычно одинаковые и равны B₀. Исклю­чение составляет только треугольная схема расположения лучей, при которой B₀₁ = B₀₂ = B₀ , а B₀₃ = 90°. При выборе угла B₀ следует учитывать, что уменьшение B₀ способствует росту радиальной ско­рости в направлении луча ДНА и доплеровского сдвига частоты при­нимаемого сигнала. Это приводит к снижению масштабного коэффици­ента, а следовательно и повышению точности ДИС. С другой стороны, уменьшение B₀ сопровождается ростом как дальности до точки отраже­ния радиоволны, так и угла ее падения. Оба этих фактора вызывают уменьшение мощности принимаемого сигнала. Поэтому для сохранения заданной рабочей высоты (аналог максимальной измеряемой дальности в радиолокаторе) приходится увеличивать мощность передатчика ДИС и повышать чувствительность его приемника. Из компромиссных сооб­ражений значение B₀ выбирают обычно в диапазоне от 60° до 75° .

Углы Г_οκ, как следует из рис. 3.2, а, связаны с установочным углом Г₀₁ = Г₀ луча 1. От значения Г_0K зависят возможность использования доплеровского сдвига F_дк по к -му лучу для измерения той или иной составляющей вектора скорости и точность такого измерения. Сказанное объясняется тем, что изменение Г₀ по-разному влияет на масштабные коэффициенты Μ_x и M_z. Об этом свидетельствуют формулы табл. 3.2 и график рис. 3. 3. На этом рисунке показана за­висимость функции М_zx=M_z/М_x от угла Г₀ . При Г₀ < 45° точ­ность измерения составляющей V_z хуже точности измерения V_x, так как М_z>М_x. При Г₀ = 45° масштабные коэффициенты М_x и М_z равны и зависящие от этих коэффициентов флуктуационные погрешно­сти измерения \/_x и \/_z одинаковые. Таким образом, увеличение Г₀ сопровождается ростом точности измерения V_z и снижением точ­ности измерения V_x . Обычно выбирают Г₀ >_{c max} , где _{с max} -максимальный угол сноса, возможный в самом неблагоприятном режиме (при минимальной воздушной скорости и максимальной силе ветра).

Рис. 3.3

Число каналов обработки сигналов. Принятые сигналы могут об­рабатываться в одном канале, на который поочередно подаются сигналы, поступающие по каждому из лучей ДНА, или одновременно в нес­кольких каналах, число которых равно числу лучей ДНА. Первые из указанных ДИС называют одноканальными, а вторые - многоканальными.

Одноканальные ДИС имеют более простую структурную схему, но им присущи по крайней мере два недостатка. Первый из них - огра­ничение времени наблюдения Т_н (а следовательно и времени усред­нения) сигнала, что приводит к увеличению флуктуационной состав­ляющей общей погрешности ДИС. Этот недостаток связан с необходи­мостью практически одновременного получения информации по всем лучам ДНА, что требует быстрого переключения лучей антенной систе­мы. Поэтому период коммутации лучей составляет несколько секунд, а интервал Т_н <1 с. Второй недостаток - ухудшение шумовых пара­метров приемного тракта из-за шумов коммутации и снижение надеж­ности ДИС - также является следствием коммутации сигналов на радиочастоте. Достоинством одноканальных ДИС можно считать то, что по каждому из лучей ДНА излучается вся вырабатываемая передат­чиком мощность. Кроме того рассматриваемые ДИС проще многоканаль­ных.

Многоканальные ДИС лишены указанных недостатков и могут в си­лу этого обеспечить большую точность. Основным недостатком таких ДИС является деление мощности между несколькими лучами ДНА, что должно компенсироваться увеличением мощности передатчика, необ­ходимой для сохранения заданной максимальной высоты, на которой может использоваться ДИС. Кроме того структурная схема ДИС услож­няется из-за наличия нескольких каналов обработки сигналов. Одна­ко последнее не имеет существенного значения при выполнении ап­паратуры на современной элементной базе.

Вид зондирующего сигнала. Для измерения скорости в ДИС при­меняют непрерывные немодулированные сигналы (ДИС НМ) или частотно-модулированные сигналы (ДИС ЧМ). Наиболее перспективны ДИС НМ, так как в них хорошо используются энергетические возможности ДИС: вся мощность преобразованного в ДИС отраженного сигнала сосредоточе­на в узкой (ограниченной шириной доплеровского спектра) области частот вблизи F_дк. Возможность применения ДИС НМ ограничена только требуемой развязкой передающего и приемного трактов. Тща­тельное конструирование антенно-волноводного тракта ДИС позволяет реализовать коэффициент развязки K_p  -80дБ, т.е. снизить мощность просачивающегося сигнала передатчика в 10⁸ раз по отношению к мощ­ности излучаемого сигнала. Если требуется K_p<-80 дБ, то нужно ис­пользовать частотно-модулированный зондирующий сигнал.

Отличительной особенностью ДИС ЧМ является возможность сни­зить требования к развязке на 25...30 дБ и соответственно упрос­тить антенно-волноводную систему ДИС. Кроме того при частотной модуляции зондирующего сигнала можно измерять не только, скорость, но и дальность по лучу ДНА, а также высоту полета ЛА. Подобного рода дополнительная информация требуется в некоторых радионавига­ционных системах. При выборе типа ДИС следует иметь в виду, что ДИС ЧМ отличается от ДИС НМ худшим использованием энергии сигна­ла. Энергия преобразованного сигнала в ДИС ЧМ сосредоточена в спектральных полосах вблизи частот nF_м  F_д, а используются только составляющие спектра на определенных частотах, соответст­вующих выбранному номеру n гармоники частоты модуляции F_м. На энергетические параметры ДИС ЧМ отрицательно влияет также поя­вление слепых высот при периодическом модулирующем сигнале. Энер­гетические потери, вызываемые только первым из указанных факто­ров, составляют примерно 6 дБ по сравнению с ДИС НМ.

Способ преобразования отраженного сигнала. Находят примене­ние два способа преобразования сигнала в приемном тракте ДИС. Пер­вый из них называют преобразованием на нулевую промежуточную час­тоту. При этом на смеситель приемника подают в качестве опорного зондирующий сигнал, мощность которого предварительно снижается в требуемое число раз. Достоинством такого способа является просто­та построения приемного тракта. Однако спектр доплеровского сигна­ла G_c(f) при этом располагается в области низких частот, где кро­ме шумов приемника G_ш(f) и шума просачивающегося сигнала G_п.с(f) присутствуют и шумы смесителя G_см(f) (рис.3.4,а). Поэтому коэф­фициент шума приемника с нулевой промежуточной частотой превы­шает 20 дБ.

Преобразование сигнала на отличную от нуля промежуточную час­тоту f_пч позволяет за счет переноса спектра доплеровского сигна­ла частоту f_пч10 МГц уменьшить уровень шума смесителя, попадаю­щего в полосу пропускания выделяющего этот сигнал фильтра и тем самым повысить чувствительность приемника примерно на 10 дБ. Сле­дует обратить внимание на то, что при таком преобразовании умень­шается влияние только шума смесителя G_см(f), а шум просачиваю­щегося сигнала G_п.с(f), как следует из рис. 3.4,б, не уменьшается.

Рис. 3.4

С труктурные схемы ДИС. Возможная структурная схема ДИС НМ, содержащего три канала обработки КО принятых сигналов, показана на рис. 3.5. Передающий тракт ДИС содержит генератор радиочасто­ты ГРЧ, делитель мощности ДМ, распределяющий сигналы между тремя входами передающей антенны A-1, и самой передающей антенны A-1, формирующей лучи ДНА с требуемыми установочными углами. Часть мощности ГРЧ подается на балансный модулятор БМ, предназначенный для получения гетеродинного сигнала для балансных смесителей БС всех каналов обработки сигналов. В качестве модулирующего на БМ поступает сигнал с генератора опорной (промежуточной) частоты ГОЧ. Фильтр ФБП выделяет нижнюю боковую частоту f₀-f_пч сигнала, где f₀ - несущая частота. Использование нижней боковой частоты позволяет (при необходимости) сохранить знак F_д при преобразова­нии сигнала в БС. Усиленный в УПЧ преобразованный сигнал направ­ляется на синхронный детектор СД, куда поступают также колебания с частотой f_пч от ГОЧ. Общий источник (ГОЧ) частоты f_пч, исполь­зуемый как при первом, так и при втором преобразовании частоты, дает возможность избавиться от влияния нестабильности частоты ГОЧ на точность ДИС.

Рис. 3.5

После синхронного детектора СД сигнал проходит через полосо­вой фильтр доплеровских частот ФДЧ, выделяющий полезный сигнал в диапазоне возможных доплеровских частот, и поступает на измери­тель частоты ИЧ. Вычислительное устройство ВУ определяет вектор скорости или его составляющие, а также рассчитывает местопо­ложение (МП) ЛА методом счисления пути. Для этого на ВУ подают сигналы с ИЧ каждого из каналов обработки КО, а также информацию об угловых положениях самолета УПС

Структурная схема ДИС ЧМ с общим каналом обработки сигналов приведена на рис. 3.6. Особенность этого канала - выделение n-ой гармоники основной частоты модуляции F_м преобразованного сигнала с помощью настроенного на частоту nF_м усилителя промежу­точной частоты УПЧ. Для выделения сигнала доплеровской частоты служит синхронный детектор СД, на который в качестве сигнала гете­родина поступает умноженный в n раз по частоте в УЧ сигнал моду­лятора М передатчика. Полосовой усилитель ПУ выполняет функцию фильтра доплеровских частот и включен на входе измерителя частоты ИЧ. Коммутаторы K-1 … K-3 управляются сигналом с устройства управ­ления УУ, которое одновременно через устройство вобуляции УВ из­меняет частоту модуляции F_м в пределах примерно 0,2F_м. Данная мера направлена на уменьшение влияния слепых высот на точность ДИС ЧМ.

Рис. 3.6

В показанных на рис. 3.5 и 3.6 схемах ДИС целесообразно·при­менить следящие измерители, частоты, аналогичные, или подобные тому, схема которого приведена на рис. 1.4 раздела 1.1.

3.2. Определение параметров полета и отражающей поверхности

В данном разделе находят те параметры, которые требуются для последующих расчетов и являются производными от заданных в исходных данных величин. К их числу относятся составляющие век­тора скорости ЛА, выраженные в м/с, и угол сноса ЛА во всех за­данных режимах полета, а также удельная площадь рассеяния отража­ющей площадки и ее производная по углу в вертикальной плоскости, соответствующие заданному углу B₀ и типу отражающей поверхности.

Целесообразно присвоить каждому режиму полета свой индекс j = 1, 2, 3, 4 и считать, что j =1 соответствует максимально­му режиму, j = 2 - крейсерскому, j=3 - режиму мало высотного полета (МВП), a j = 4 - полету с минимальной скоростью (посад­ке). Получаемые результаты рекомендуется представить в виде таб­лицы, головка которой имеет вид

j

Vxj

Vzj

Vгj

cj

Параметры полета. Исходные данные содержат указание на тип самолета или вертолета, для которого предназначен ДИС, и даются летные характеристики этого самолета либо непосредственно, либо ссылкой на таблицу, подобную табл. 1.1. При этом обычно считается, что скорость полета V соответствует воздушной скорости V_воз, т.е. полету при отсутствии ветра. В этом случае, как следует из рис. 3.2, в, составляющая скорости V_x = V_воз. Для перевода зна­чений V, выраженных, как правило, в км/ч, в м/с можно исполь­зовать соотношение 1.1.

В исходных данных фактически задана и составляющая скорости V_z , максимальное значение которой соответствует, как следует из того же рисунка, скорости ветра \/_вт (при перпендикулярном отно­сительно продольной оси направлении последнего), т. е. V_z =V_вт. Тогда горизонтальная составляющая скорости (путевая скорость)

, (3.1)

а угол сноса

. (3.2)

При последующих расчетах следует иметь в виду, что угол сно­са может быть как положительным, так и отрицательным. В вертолетных ДИС знак может менять не только _с, но и составляющие скорости, причем последние могут равняться нулю (режим висения).

Характеристики

Список файлов книги