Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Когда г,ь = Р„ показания РВ соответствуют минимальной измеряемой высоте: Нт„= сосу') . (9.5) Плавное увеличение высоты полета приводит к резкому увеличению показаний РВ на величину АН из-за появления в спектре составляющей с частотой 2г„. Максимального значения составляющая 2Р„ достигает при Г„о = 2Г„. Так как никаких промежуточных значений между Е'„и 2Р;, в спектре нет, в РВ будет сначала измерена частота Гю а затем 2тт„, т.е. измеряемая частота скачком изменяется на Р'„, которой соответствует, как следует из (9.2), дискрет по высоте ЛН = 0,25с/Л( = = Н в.
Дальнейшее увеличение Н сопровождается появлением в спектре ПРС все более высоких гармоник частоты Е'„и скачкообразными изменениями показаний РВ при каждом переходе от лГ„к (н + ! )Г„. Следует иметь в виду, что при диффузном отражении зондирующего сигнала составляющие спектра ПРС расширяются и погрешность ЛН практически не сказывается на точности измерения высоты. От погрешности дискретности отсчета можно избавиться, применяя следящие измерители частоты, которые вместе с предварительной узкополосной фильтрацией обеспечивают близкую к оптимальной обработку ПРС.
Такой измеритель выполняется по схеме часютной авто- подстройки (ЧАП), основным элементом которой является частотный дискриминатор (ЧД), определяющий степень отклонения Рта от частоты настройки дискриминатора ге. Возможности следящего измерителя зависят от формы дискриминационной характеристики К, . В показанной на рис. 9.6 ситуации ширина дискриминационной характеристики ЬЕ, соответствует ширине спектра сигнала ЬР;, и измеритель реагирует на среднюю частоту ПРС. При этом измеритель оказывается чувствительным к изменениям формы огибающей спектра ПРС при, например, смене характера подстилающей поверхности.
Рис. 9.6. Возможное взаимное расположение дискриминационной характеристики ( () и огибающей спектра ПРС (2) Изменяя форму дискриминационной характеристики, можно повтасить точность измерения высоты путем слежения за минимальной частотой спектра ПРС или за частотой Ер„, соответствующей максимуму этого спектра. В таких измерителях используется разрешающая способность частотного РВ по высоте (по дальности), т.е.
способность вы- 186 делять сигнал, соответствующий определенному участку отражающей площадки. Из рис. 9.5 следует, что РВ может различать высоты (дальности), частоты спектра ПРС которых отличаются на бг" > Е;„т.е. разрешающая способность по высоте будет, как следует из 9.2, ЬН = с/(4/р/) = = Н„,м = /ьН. Следящий частотный высотомер. Рассмотрим возможный вариант следящего частотного РВ, контур слежения за частотой в котором замыкается через трассу распространения сигнала до Земли и после отражения от нее обратно до приемной антенны.
При использовании несимметричного пилообразного закона ЧМ (рис. 9.7) в тракте обработки выделяется частота Гм Если Т„ »/ , то ПРС становит- н, „' ся почти гармоническим с узким спектром, что облегчает его фильтрацию. У такого РВ тракт обработки (узкополосный фильтр и частотный дискриминатор) постоянно настроен на час- Рис. 9.7. Изменение частоты тоту Рр. Эту частоту выбирают из со- зоршируюшсго сигнала(а) НПРС (б) ображений простоты технической реа при линейном несимметричном лизации узкополосного фильтра. Обычно гр = 20-30 кГц. В связи с отмеченными особенностями зондирующего сигнала и схемы обработки ПРС необходимо так изменять параметры зондирующего сигнала (девиацию частоты ЛТ или период модуляции Т„), чтобы разностная частота (9.1) оставалась постоянной.
Обычно изменяют период модуляции, который является в этом случае информативным параметром сигнала: Т„= — Н. 2ф (9.6) сг„ Тогда основное уравнение РВ приобретает вид ~»= м,т„, где масштабный коэффициент Мт = 0,5сгр/ог". Здесь учтено, что в рассматриваемом РВ чаще всего применяют несимметричный пилообразный закон модуляции частоты (НСЛЧМ) зондирующего сигнала (рис, 9.7) и выделяют в тракте обработки ПРС частоту Ррь В следящем РВ (рис. 9.8) зондирующий сигнал формируется генератором высокой частоты (ГВЧ), частота которого изменяется 187 под воздействием сигнала управляемого генератора пилообразного напряжения (УГПН).
Управляющее напряжение У(г) поступает с сумматора Е. В общем случае (Г,,(г)=У,(г)+сг,(г), где (4(г) — напряжение, выдаваемое схемой поиска и захвата СПЗ; У,(г) — сигнал, пропорциональный рассогласованию е = Рр~ — Ем вырабатываемый частотным дискриминатором (ЧД) и фильтром (Ф) системы слежения за частотой. Полученный зондирующий сигнал с НСЛЧМ поступает через направленный ответвитель (НО) на передающую рупорную антенну А! и излучается в сторону земной поверхности.
Рис. 9.8. Структурная схема следящего РВ Отраженный сигнал, имеющий частоту~„р„, подается с приемной, антенны А2 (аналогичной антенне А!) на балансный смеснтель (БС), на который с НО поступает часть зондирующего сигнала с частотой г Балансный смеснтель исключает амплитудную модуляцию сигнала ГВЧ н тем самым способствует уменьшению коэффициента шума приемного тракта РВ. Преобразованный сигнал с частотой гр = р -у' „~ усиливается в усилителе низких частот (УНЧ). Узкополосный фильтр (УПФ) и ЧД настроены на частоту Г„а УПФ имеет полосу пропускания ЬРг в, согласованную со спектром преобразованного сигнала.
Поиск ПРС. Работа РВ начинается с поиска сигнала. В режиме поиска цепь слежения разомкнута ключом (Кл) и на Е поступает со схемы поиска и захвата (СПЗ) линейно наРастающее напРЯжение Уя(Г), что вызывает медленное изменение периода модуляции от Т„в до Тм по линейному закону: Т (г) =Т +ЬТ(гlТл), где ЬТ = Т вЂ” Т и; Т„- максимальное значение времени поиска сигнала, соответствующее Н = Н Из сказанного следует, что рост Т„ приводит при гг = сопзг к уменьшению разностной частоты, так как 1вв РР) = Н= — ", гЛТ Н„ ~Т„(г) Т„Я ' где Н„= Н~сК2ЛТ)) ' — нормированная высота.
При этом неизбежно наступит момент, когда Р станет примерно равной частоте настройки УПФ и спектр преобразованного сигнала попадет в полосу пропускания Лгг,е узкополосного фильтра. Когда мощность выделяемого УПФ преобразованного сигнала достигает порогового значения, срабатывает обнаружитель, входящий в состав СПЗ. Сигнал обнаружения замыкает ключ Кл и РВ переходит в режим измерения высоты, т.е. в режим слежения. При этом в СПЗ прекращается изменение ~4(Г) и с нее на Е подается то значение напряжения Ун при котором г" = Ро И~ ~~~~ '.ВР Р ЙЛ Р Р вырабатывает сигнал рассогласования (сигнал ошибки е), который после фильтрации в фильтре (Ф) добавляется к Ц,.
В результате период модуляции Т„продолжает изменяться до тех пор, пока сигнал ошибки не станет равным нулю, что достигается при Ер, = Г,. Установившееся значение периода модуляции Т„измеряется измерителем периода (ИП). В современных радиовысотомерах обычно используют измеритель периода цифрового типа. В нем формируются два импульса, соответствующие началу и концу нарастающего участка пилообразного напряжения, используемого для управления частотой ГВЧ. Интервал между этими импульсами заполняется счетными импульсами, число которых пропорционально Т, и определяется счетчиком.
9.2. Основные нсточннкв погрешностей РВ Среднеквадратическая погрешность РВ = ДъЁ мъ!~, где г — информативный параметр (разностная частота Рр или период, модуляции Т,); ои, а, — СКП определения высоты н измерения информативного параметра сигнала; о„— среднеквадратнческое значение нестабильности масштабного коэффициента М. Несгабильносп масштабного коэффициента а„ьгожет стать причиной существенного снижения точности РВ. Для предотвращения появления соответствующей погрешности в РВ принимают меры по стабилизации масштабного коэффициента. С этой целью в состав РВ вводят контрольный канал, в котором имитируется определенная высота с помощью линии задержки, включенной между выходом передатчика и входом приемника РВ.
Отклонение разностной частоты иа выходе контрольного канала от рассчитанного для данной линии задержки значения свидетельствует о непрелу- 1вэ смотренном изменении входящих в М параметров н используется для авто- подстройки М обычно путем изменения девиации частоты Л?. Применяют также специальные схемы стабилизации с)г; поэтому с большой степенью достоверности можно считать М = сопзб Уменьшения М достигаот обычно увеличением девиации частоты зондирующего сигнала.
Точность эксплуатируемых сейчас РВ (2ал) на высотах порядка 10 м не хуже 0,6 м, а на высотах более 20 м доходит до 5% от О. Погрешность измерения информативного параметра сигнала о„ определяется характером ПРС и особенностями построения тракта обработки этого сигнала. По характеру сигнала РВ близок к доплеровскому измерителю скорости. Общие черты свойственны и трактам обработки сигналов этих РНУ. Поэтому РВ присущи такие же методические погрешности (флуктуационные и смещения), как и ДИС (см.
и, 8.4), и в данном раз- Г() деле не рассматриваются. Отметим только погреш- ность частотного РВ, вызываей мую доплеровским сдвигом частоты. Доплеровский сдвиг частор) ты Е;, приводит к изменению часйю) Г') тоты ПРС, которое воспринимается РВ как изменение высоты (рис. 9.9). Для учета этой погрешности Рис. 9.9. Влияние эффекта Доплера используют симметричные закона частоты снпшлов в частотрюм РВ: ны ЧМ и раздельную обработку а — высокая частата; б — ршностнан ч"с'ета сигнала в двух нолупериодах модуляции. Тогда на первом полупериоде частоты модуляции Рр~ = Грр — Г„, а на втором Грг = Гн+ Еж откуда Рн = 0 5(Ерз+ Ер~); Рд= 0 5(Грг Е !), где гл и г„- частоты, пропорциональные высоте и скорости. Из сказанного следует целесообразность, применения симметричного пилообразного закона ЧМ в РНУ, в котором необходимо измерение не только высоты полета, но и скорости снижения или набора высоты.
Контрольные вонросы К Что препятствует использованию частотного радновысотомера ляя измерения больших высот? 2. В какой составляющей слекгра преобразованного сигнала раановысотамера содержится информация об истинной высоте полста? 3. Что такое погрешность дискретности отсчета в частотном РВ н как ет нее избавиться? 4. На чем основан принцип действия следящего частотного РВ? 5. Как устранить влияние эффекта Доллара на точность частотного РВ? 190 Глава 10.
ОБЗОРНО- СРАВНИТЕЛЬНЫЕ РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 10.1. Принцип построения Обзорно-сраапительпые системы (ОСС) предназначены для автономного определения местоположения ЛА по результатам сравнения некоторых наблюдаемых с помощью бортовых датчиков физических параметров, характеризующих местность, над которой совершается полет, с эталонными параметрами, хранящимися в памяти системы. В радиотехнических ОСС наблюдаемыми параметрами являются высоты точек рельефа местности, дальность и угловые координаты радиолокационных ориентиров на местности, а также другие величины, измеряемые радионавигационными и радиолокационными устройствами и системами. Простейшим примером, иллюстрирующим обзорно-сравнительный метод, может служить нахождение местоположения ЛА путем наблюдения экипажем ЛА наземных ориентиров (непосредственно или с помощью радиолокатора) и сравнение наблюдаемой местности с полетной картой, выполняющей в данном случае функцию памяти системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
