Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Такие формулы при равной точно- Л~Г2 ЛЛ стн измеРениЯ всех Р',„пРи- 4севВлсовгл 4селнлв1лгл 4ЯеВ„ ведены в таблице Углы Ви для всех лучей обычно одинаковы и равны Вл. При выборе угла В, следует учитывать, что уменьшение В, способствует росту радиальной скорости в направлении луча ДНА и доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала. Зто приводит к снижению масштабных коэффициентов М„н М„а следовательно, к повышению точности ДИС. Однако уменьшение В, сопровождается ростом как дальности до точки отражения радиоволны, так и угла ее падения.
Оба эти фактора вызывают уменьшение мощности принимаемого сигнала. Поэтому для со- 163 хранения заданной рабочей высоты (аналог максимальной измеряемой дальности) приходится увеличивать мощность передатчика ДИС и повышать чувствительность его приемника. Из компромиссных соображений значение В„выбирают обычно в диапазоне от 60 до 75'. Углы Гм, как следует из рис. 8.3, связаны с установочным углом Гм = Г, луча А От значения Ге зависят возможность использования доплеровского сдвига Г,„по 1-му лучу для измерения той или иной составляющей вектора скорости и точность такого измерения. Сказанное объясняется тем, что изменение Га по-разному влияет на масштабные коэффициенты М„и М,.
Об этом свидетельствуют формулы табл. 8.1. При Г~ < 45' точность измерения составляющей Ч, хуже точности измерения У„, так как М, > М„. При Г, = 45' масштабные коэффициенты М, и М. равны и зависящие от этих коэффициентов погрешности измерения У, и У„. одинаковы, Таким образом, увеличение Гя сопровождается ростом точности измерения У, и снижением точности измерения У„. Обычно выбирают Г„> а„.„„„, где а,.„„„— максимальный угол сноса, возможный в самом неблагоприятном режиме (при минимальной воздушной скорости и максимальной силе ветра).
Зон и ю ий сигнал ИС. Доплеровский измеритель скорости относится к классу частотных РНУ, оптимальный зондирующий сигнал которых представляет собой непрерывные немодулированные колебания. Такой сигнал обеспечивает однозначность и максимальную точность измерения частоты (см. п. 2.2.2 и табл. 2.2). Повышению точности способствует и хорошее использование энергии сигнала, которая сосредоточена в узкой области частот, примыкающей к Г„. Следствием применения режима непрерывного излучения является необходимость двух (передающей и приемной) антенн, обладающих идентичными ДНА и имеющих одинаковые установочные углы. Кроме ДИС с оптимальным сигналом (ДИС НМ) ограниченное применение нашли и ДИС с непрерывным частотно-модулированным сигналом (ДИС ЧМ). Оба вида ДИС излучают сигнал мощностью порядка десятых долей аатта и работают на волне длиной около 2 см.
Такая длина волны выбрана из компромиссных соображений: уменьшение Х способствует снижению значения масштабных коэффициентов и повышению точности определения составляющих вектора скорости, но одновременно возрастают и потери энергии при распространении радиоволн особенно при полетах над облаками. Одр~щы .. Д.н. у .Г ° ° .р ° ° ДИС НМ сигнал представляет собой сумму сигналов, отраженных от элементарных отражателей, находящихся в пределах облучаемого участка (ОУ) земной поверхности. Очевидно, что соответствующие Ам элементарным отражателям, расположенным под углами у, (см.
рис. 8.2), сигналы имеют различные доплеровские сдвиги частоты. Поэтому отраженный сиг- 164 нал содержит все частоты Ел„соответствующие углам у, в пределах ДНА. Начальные фазы Ах сигналов носят случайный характер, следовательно, отраженный сигнал будет случайным со сплошным спектром. Огибающая спектра отраженного (доплеровского) сигнала определяется квадратом ДНА и диаграммой обратного рассеивания (ДОР) отражающей поверхности.
Ширина доплеровского спектра (8.6) где Ау — выраженная в радианах ширина ДНА в плоскости угла ум Из выражения (8.6) с использованием (8.1) и (8.2) можно получить (при У, = О) полезную формулу для оценки относительной ширины доплеРовского спектРа АЕЛ(Рл= 0,7А718Ув ПРи типовых значениах Уя = 60 — 75' и Ау = 3 — 5' отнесенная к Рд ширина доплеровского спектра лежит в пределах О,1 — 0,5 (заметим, что в самолетных ДИС Рл < 15 кГц).
Таким образом, выделенный в приемнике ДИС доплеровский сигнал представляет собой шумовое напряжение со сравнительно узким спектром, которое можно рассматривать как квазигармонический сигнал со средней частотой Рм, соответствующей ул. Развязка пе е аю его и п немного актов. Под развязкой понимают ослабление паразитной связи указанных трактов. Характеризуют этот параметр коэффивнентом развязки К = Р /Р, „, показывающим, во сколько раз мощность Р просочившегося на вход приемника сигнала передатчика меньше мощности Р„рл последнего. Этот коэффициент позволяет оценить степень успеха в борьбе с основным недостатком режима непрерывного излучения немодулированного сигнала — влиянием просочившегося в приемный тракт сигнала передатчика на шумовые характеристики приемного о тракта, а следовательно, на Га»» „1»ц точность и предельную „, Я~ ~Я ', ля а в рабочую высоту, т.е. ту лс в +в о»» высоту, на которой еще ос в обеспечивается требуемая точность ДИС.
м м о Просочившийся сигнал (ПС) (рис. 8.4,а) со- са стоит из двух составляюо» 1 щих, каждая из которых о ~ ! о промодулирована по ам- Л Л+»ь плитуде и фазе случайным образом. Пе вая п дставляет Рне.8.4.Лу ипрохожленняпросачнв щего ° н отраженного сигналов (л) собой просочившийся сиг- и спектры этих сигналов (б н в) нал передатчика, а вторая 166 — сигнал передатчика, попадающий на вход приемника из-за электромагнитной связи между передающей н приемной антеннами ДИС.
Параметры случайной модуляции сигнала передатчика (Прд) определяются характеристиками генератора радиочастоты, в то время как параметры модуляции сигнала, обусловленного электромагнитной связью, зависят на ЛА от вызываемого вибрацией изменения взаимного расположения антенн ДИС и отражающих сигнал элементов конструкции (в том числе и обтекателя антенн). Наибольшее влияние оказывают амплитудно-модулированные составляющие просочившегося сигнала, основная доля энергии спектра Й которых на выходе смесителя (рнс. 8.4,б) приходится на низкочастотную часть, т.е, на тот участок частот, где расположены составляющие О .
спектра отраженного сигнала (ОС). Следует иметь в виду, что в приемнике с двукратным преобразованием частоты просочившийся сигнал преобразуется на Т так же, как и отраженный, и спектры будут иметь вид, показанный на рис. 8.4,в (здесь б„,„— спектр собственных шумов смесителя).
Просочившийся сигнал зависит только от особенностей ДИС и приводит к увеличению коэффициента шума приемника, который определяется теперь не только собственным шумом О, но и 0 . В результате при больших высотах полета ЛА, где интенсивность отраженного сигнала мала, уменьшается отношение мощностей сигнала н шума и снижается точность, а при заданной точности уменьшается предельная рабочая высота ДИС. Поэтому одной из основных проблем в ДИС является подавление просочившегося сигнала, т.е. увеличение развязки передающего и приемного трактов (уменьшенне коэффициента Кр). Прн определении требуемого коэффициента развязки исходят из допустимого увеличения коэффициента шума приемника ААГ из-за шума, вносимого просочившимся сигналом.
Основной вклад в ЬАг вносят вибрационные шумы и флуктуации сигнала ГРЧ, мощность которых Р, = Р„К„, где К, — параметр ГРЧ, равный отношению мощности боковых составляющих спектра сигнала ГРЧ в единичной полосе частот к мощности сигнала ГРЧ на несущей частоте Р„.
Вибрационные шумы имеют мощность Р, = т~Р„~ 4, где лы < 1Π— 1О т — коэффициент паразитной АМ внброшумами. Так как мощность шума на входе приемника при коэффициенте развязки Кр составляет ЬР =К Р „,, то АМ„=АР ~ЯТ), где )гТ = 4.10 з' Вт/Гц; Р „= = Р, + Р, — полная мощность просачивающегося сигнала, получаем выражение, позволяющее оценить требуемую развязку: Кр(ЬА1 1гТ(Р(К, + 0,25 ги„~)] '. 166 В самолетных ДИС НМ требуемое дяя обеспечения заданных максимальной рабочей высоты и точности значение Кр доходит до — (80— 90) дБ, что близко к предельно достижимым значениям Кр.
Естественным способом увеличения развязки, т. е. уменьшения Кр, является пространственное разнесение передающей и приемной антенн, что не всегда возможно на ЛА. Поэтому приемную антенну экранируют от передающей, применяют поглощающие покрытия элементов конструкции ЛА вблизи антенн ДИС, повышают жесткость конструкции антенной системы и ее обтекателя и т. п. Если этими мерами не удается добиться требуемого значения К,, то используют частотную модуляцию зондирующего сигнала, при которой спектр доплеровского сигнала переносится в приемнике в область более высоких частот, где уровень сг мая. Поэтому в ДИС ЧМ имеется возможность снизить требования к развязке на 20 — ЗО дБ и соответственно упростить антенно-вояноводную систему ДИС.
Однако при обработке ЧМ-сигнаяа возникают потери около б дБ за счет неполного использования энергии сигнала. Особенности обработки сигналов. Рассматриваемые особенности зависят от числа каналов ДИС и способов преобразования отраженного сигнала. Принятые сигнапы могут обрабатываться в одном канале, на который поочередно подаются сигналы, поступающие по каждому из лучей ДНА, ипи 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. Один из них — ограничение времени наблюдения Т, (а следовательно и времени усреднения) сигнала, что приводит к увеличению фяуктуационной 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„< 1 с. Другой 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.
Многоканальные ДИС лишены указанных недостатков и могут 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 1вт из-за наличия нескольких каналов обработки сигналов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
