Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1092038), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Основы знвории измерения нарамензров сигнаяов где ()" — операции сопряжения и транспонирования. Если задержка сигнала в каждом антенном элементе равна г,г/с, то основной лепесток диаграммы направленности антенны будет ориентирован по вектору г. Фазированная антенны решетка позволяет сформировать несколько дучей, что дает возможность перейти к параллельным методам обзора пространства н измерять угловые координаты. При формировании т лучей алгоритм вычисления может быть записан в матричной форме: (5. 44) Х=АЮ, где Х вЂ” вектор выходных сигналов, соответствующий т лучам: Х' =(уь уъ ", у ), А — матрица преобразования размерности У х из.
Один из возможных вариантов схемы многоканального измерителя угловой координаты представлен на рис. 5.16. Измеритель включает диаграммообразующую схему (ДОС), имеюшую т выходов. Выходные сигналы ДОС образуются суммированием сигналов элементов антенной решетки в соответствии с соотношением (5.44), что обеспечивает формирование лз диаграмм направленности.
Выходные сигналы ДОС поступают на входы каналов временной обработки, каждый из которых включает согласованный фильтр (СФ) и детектор. Определяя максимум выходного напряжения, по номеру канала и запаздыванию сигнала формируют оценки угловой координаты и дальности соответственно. Отметим, что соотношение (5.44) идентично записанному в матричной форме выражению для анализа спектральных компонент в наблюдаемой реализации ь1. В то же время нелинейная обработка сигналов позволяет получить спектральные оценки, обладающие повышенным разрешением (по сравнению с оценками, получаемыми на основе преобразования Фурье).
Аналогично, нелинейны обработка сигналов, снимаемых с выходов элементов антенной решетки, дает возможность сформировать оценки угловых координат с повышенной разрешающей способностью (451. Рис. 5.16. Схема многоканального измерителя угловых координат 254 5.4. Иэмерекие угловых коордииат 5,4,2. Одноканальные измерители угловых координат Широкое практическое применение они нашли, в частности, в радио локаторах с зеркальными антеннами. В них конструктивно жестко определено ожидаемое направление прихода отраженного сигнала. Как правило, оно совпадает с перпендикуляром к плоскости раскрыва антенны. Изменение положения антенны, осуществляемое, в основном, механически, позволяет оценить, насколько ожидаемое направление совпадает с направлением на цель, и измерить ее координаты.
Предположим, что РЛС измеряет угловые координаты цели в режиме обзора, причем в этом режиме луч антенны равномерно перемещается по угловым направлениям в зоне ответственности. Отраженный от цели сигнал (при импульсном методе локации) представляет пачку импульсов (рис. 5.17, а), огибающая 1ф) которой определяется формой диаграммы направленности антенны, а длительность — временем Т„, облучения цели. Максимум огибающей будет наблюдаться в тот момент времени, когда антенна направлена на цель. Таким образом, полагая, что угловая скорость вращения антенны пдт Рнс.
5.17. Сигнал на выходе детектора (а) н структурная схема измерителя угловых координат (б) 255 5, Основы теории измерения параметров сигнавов Дг) = ~'„»- lсг, 0 < г < Т„, (5.45) где гн — значение частоты, соответствующее начальному положению луча антенны; к — коэффициент пропорциональности: й = ф„! Т„.
Отраженный от цели сигнал представляет собой радноимпульс дли- тельностью ,„= т„( — ') (5.46) а, с девиацией частоты 6Р'„ = Ар'„ †', средняя частота Д которого зависит от с угловой координаты 0„: 256 постоянна, и фиксируя момент времени, когда огибающая пачки достигает максимума (в этой точке выполняется условие с(У(г)/й = О), можно определить угловую координату цели. Упрощенная структурная схема такого измерителя угловой координаты представлена на рис. 5.17, б (431. С выхода приемника на вход измерителя поступают импульсы, прошедшие согласованную обработку, которые запоминаются в регистре (линии задержки (ЛЗ)) на временном интервале, равном длительности пачки.
Оценка производной обеспечивается суммированием отсчетов, снимаемых с выходов регистра, со специально подобранными весовыми коэффициентами Ьн пропорциональными производной огибающей. Момент времени, для которого производная огибающей равна нулю, определяется схемой фиксации, Чтобы исключить отсчет угловой координаты по шумовой выборке, угловая информация считывается только при наличии полезного сигнала. Решение о его наличии принимается в обнаружителе, где осуществляется накопление отсчетов с весовыми коэффициентами ан пропорциональными огибающей пачки, и сравнение накопленного сигнала с пороговым значением. Ранее предполагалось, что сканирование пространства по угловым координатам осуществлялось путем механического изменения ориентации оси антенны. В РЛС с щелевыми антенными решетками можно организовать электронное сканирование путем изменения частоты (длины волны) несущего колебания, поскольку в соответствии с формулой (5.43) изменение частоты приводит к изменению положения основного лепестка диаграммы направленности.
При изменении частоты по пилообразному закону с девиацией АГ„и периодом модуляции Т„, равном времени осмотра заданного углового сектора О„положение основного лепестка диаграммы направленности антенны определяется текущей частотой Т(~) излучаемого сигнала. Таким образом, на интервале времени, равном периоду модуляции, несущую частоту сигнала можно записать следующим образом: 5.4. Измерение углоемк координат (5.47) Здесь В, — ширина луча диаграммы направленности антенны. Таким образом, в случае частотного сканирования измерение угловой координаты может быть сведено к измерению средней частоты сигнала.
Схема такого измерителя включает набор фильтров, согласованных с импульсами длительности тн и девиацией частоты ЬР'„, отличающимися средними частотами. Номер фильтра с максимальной амплитудой выходного напряжения несет информацию об угловой координате цели. 5.4.3. Дискриминаторные методы измерения угловых координат Простейшим дискримннаторным методом измерения углового рассогласования является коническое сканирование. Метод предполагает использование антенн с характеристикой направленности, имеющей круговую симметрию. При вращении облучателя, смещенного из фокуса антенны (рис.
5.18, а), обеспечивается вращение (сканирование) диаграммы направленности антенны по конической образующей с частотой й,„. Текущее угловое положение антенны определяется фазой управляющего сигнала, снимаемого с генератора опорного напряжения. Ось конической поверхности совпадает с равносигнальным направлением. Если цель находится на равно- сигнальном направлении, амплитуда принимаемого сигнала остается постоянной и не зависит от текущей ориентации диаграммы направленности (точка Цп рис.
5.18, б). При небольших угловых отклонениях цели от равно- сигнального направления (точка Цз, рис. 5.18, а) огибающая принятого сигнала модулируегся по гармоническому закону с частотой, равной частоте сканирования, причем глубина модуляции пропорциональна радиальному смешению цели в картинной плоскости относительно равносигнального направления, а фаза между модулирующнм и опорным напряжениями характеризует направление смещения (рис 5.18, а). Таким образом, в пеленгаторах, основанных на методе конического сканирования, прн обработке должна быть выделена огибающая принимаемого сигнала, а сигналы ошибки по азимуту (а) и углу места (1з) формируются после фильтрации произведений огибающей на опорные сигналы (з1п (й,„г), сов (й,„г)).
К недостаткам РЛС с коническим сканированием, как и других одноканальных пеленгаторов, следует отнести ухудшение точности вследствие влияния амплитудных флуктуаций сигнала, отраженного от цели. Этот недостаток позволяют избежать моноимпульсные угловые дискриминаторы, которые получили в настоящее время широкое распространение. 257 9 -- 78м 5. Основы щеории измерения нарамензров гззгнааов Цз Цз Ц, Цз Рнс.
5.18. Измерение угловых координат при коническом сканировании: а — упрощенная структурная схема измерителя; б — сигналы на выхоле летектора Первоначально моноимпульсный метод был разработан для точного автоматического сопровождения целей. В настоящее время он применяется также и в обзорных радиолокационных системах. Моноимпульсный метод пеленгации основан на использовании отличий в амплитуднофазовых характеристиках сигналов, принимаемых элементами антенны, Характер извлечения информации из принимаемых сигналов позволяет различать амплитудный и фазовый угловые моноимпульсные дискриминаторы.
Амплизпудные дискриминаторы. Измерение угловых координат в амплитудных дискриминаторах основано на сравнении амплитуд колебаний, пРинимаемых парциальными лучами, формируемыми антенной системой. Парциальные диаграммы направленности имеют общий фазовый центр, а их максимумы смещены относительно равноснгнального направления на угол ЛО/2.
Величина угла Лб обычно выбирается таким обРазом, чтобы обеспечить максимальную точность измерения. 258 5.4. Измерение угловых координат Простейшая схема моноимпульсного амплитудного дискриминатора, предназначенная для пеленгации цели в одной плоскости, содержит два идентичных приемных канала и устройство сравнения модульных значений корреляционных интегралов У(Оо+ЛО/2) и У(Ов — ЛО/2). В угловых дис- криминаторах с амплитудным детектированием, как и в дискриминаторах, рассмотренных ранее, в качестве решающей статистики используют модуль корреляционного интеграла, а производная заменяется отношением сЫ е.(0 +ЛО/2)-У(Π— /зО/2) (5.48) Здесь Ов — априорная оценка углового положения цели (равносигнальное направление). Для исключения зависимости выходного сигнала пеленгатора от амплитуды полезного сигнала, изменяющегося, например, с изменением дальности до цели, можно вычислять не разность У(Оо + /тО/2) — У(Оо — /зО/2), а отношение У(9 + ЛО/2)/2(Π— /тО/2), зависящее только от углового рассо- гласования между направлением на цель и равносигнальным направлением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
