Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Выбрать исходные модели интересующих процессов и синтезируемых систем, тип первичных измерителей (датчиков информации), статистические характеристики возмущений (помех), условия применения проектируемой системы и связанные с ними ограничения. 2. Выбрать критерий оптимизации процессов. 3. Сформировать алгоритмы функционирования системы, оптимальные по выбранному критерию с учетом ограничений, связанных с условиями работы системы.
Для синтеза систем используется теория оценивания, из которой известно, что формирование оценки непосредственно в момент текущего измерения является процессом фильтрации, формирование оценок на моменты, опережающие по времени моменты измерения, — процессом экстраполяции, а оценка после получения измерений — процессом интерполяции, или сглаживаиием. Именно эти процессы и осуществляются в рассмотренных ранее простейших схемах автодальномеров.
Рассмотренный подход характерен и для решения более общей задачи — траекторной обработки радиолокационной информации, рассмотренной в гл. 14. 7.3. Фазовый метод измерения дальности Измерение времени задержки сигнала тр фазовым методом заключается в определении соответствующего фазового сдвига колебаний масштабной частоты ср„= 2к/„', в качестве которой может быть использована несущая частота сигнала, частота модуляции или частота биений несущих частот. Фазовый сдвиг сигнала при его задержке на время тр равен ур = = гр„тр = 2лАт„откуда то = уо/рзч = уо/2л/м = урХ„/2яс. (7.3) В случае применения фазового метода измерения в дальномере с ответным сигналом или активной РЛС сигнал проходит удвоенное расстояние и, следовательно, тр = 2Р/с, откуда 267 0 = <рлс/2о)„= (рлс/4я/„= ~роЪ.ч/4я.
(7.4) В РНС, работающих в дальномерном беззапросном режиме, фаза принимаемых сигналов радиомаяков сравнивается в приемо- индикаторе с фазой опорного колебания генератора, поэтому время задержки связано с дальностью соотношением тл = О/с и, следовательно, 0 = фас/сзм = фас/2Фм = фаХм/2л. (7.5) В разностно-дальномерных РНС измеряется задержка сигнала ведомой станции В относительно ведущей А, следовательно, разность дальностей Л0 связана с измеряемым фазовым сдвигом у,в выражением (7.6) /„< с/20 „. (7.7) Выполнение этого условия обычно невозможно непосредственно на несущей частоте.
Так, при 0 = 150 км частота/„< 1 кГц. Даже сверхдлинноволновые РНС работают на частотах излучаемых колебаний/ > ! О кГц, поэтому измерение фазового сдвига производится на частотах модуляции несущей или на частотах биений двух несущих. В первом случае излучаемый сигнал модулируется по частоте или амплитуде колебаниями с масштабной частотой /, которая выделяется при детектировании принимаемых ответных сигналов. Измеряемая фазовая задержка сигнала ~р, включает не только фазовый сдвиг, пропорциональный временнбй задержке т, но и дополнительные фазовые сдвиги при формировании ответного сигнала в ответчике (или при отражении объектом) у и при прохождении приемного тракта у„,.
Полагая, что эти дополнительные фазовые сдвиги могут быть учтены и скомпенсированы, можно считаться только с погрешностью измерения временнои задержки тл, вызванной неточностью измерения фазового сдвига Лул фазометром: ~'Рл 2л/„ (7.8) 268 Поскольку однозначное измерение фазового сдвига возможно только в пределах от О до 2я, то при временнбй задержке т, превышающей период масштабных колебаний Т„= 1//„, возникает проблема устранения неоднозначности ее измерения. Если фазовый ралиодальномер должен иметь максимальную измеряемую дальность 0 , то масштабная частота, удовлетворяющая условию однозначности: Таким образом, при известной погрешности фазометра Ьуо снижение погрешности отв может быть достигнуто только увеличением 7„'. Для сохранения однозначного измерения дальности приходится использовать несколько масштабных частот~„(иметь несколько шкал дальности).
Обычно достаточно иметь три шкалы дальности: грубую наД„„, точную на 7„', и промежуточную на~„ь. На грубой шкале дальности масштабная частота выбирается из условия однозначности измерения дальности 7„' „< с/2Р,„. На точной шкале выбору„', определяется заданной погрешностью измерения дальности 2лт, 2Лр, с су'„, откуда > ~гра 2л сЛР Промежуточная шкала обы шо необходима лля выполнения условия согласования смежных шкал, которое заключается в том, чтобы удвоенная максимальная погрешность измерения на грубой шкале не превышала всего интервала измерения на соседней более точной шкале.
Это позволяет исключить возникновение грубых (аномальных) ошибок измерения при изменении фазы на величину, превышающую 2н на более точной шкале. При измерении фазы уа на частоте биений излучаются два гармонических сигнала, частоты )"„и 7; которых отличаются на величину у„= Х,— А (рис. 7.3). На выходе смесителя См! выделяется Рис. 7.3. Структурная схема фазового дальномера на частоте биений 269 опорный сигнал на масштабной частоте ~„, фаза которого с~)ответствует излучаемым сигналам, а на выходе второго смеси)еля См2 в приемном канале — колебания ответного сигнала на тобй же частоте~„(если не учитывать допплеровский сдвиг при взаи ном перемещении дальномера и объекта).
Измерение фазового сдвига двух сигналов производится различными методами, в том числе и цифровым, при котором гармонические колебания преобразуются в последовательности импульсов с частотой повторения, равной масштабной частоте ~„. Измерение дальности при этом сводится к измерению временной задержки одной последовательности импульсов относительно другой, как в рассмотренном ранее импульсном методе. Таким образом, рациональным выбором шкал измерения обеспечивается точное и однозначное измерение дальности или разности дальностей.
Однако при непрерывном сигнале отсутствует разрешение по дальности, а также имеются определенные трудности устранения влияния сильных излучаемых сигналов запроса на прием слабых ответных или отраженных. При наличии ответчика на объекте эта задача решается использованием разных частот в режимах запроса и ответа. При работе по отраженным сигналам лля частотной селекции принимаемых сигналов может быть использовано допплеровское смещение частоты отраженных сигналов при взаимном перемегцении дальномера и объекта. 7.4.
Частотный метод измерения дальности Применение частотной модуляции излучаемого сигнала позволяет создать дальномер с непрерывным излучением, обладающий высокой точностью и разрешающей способностью при измерении дальности. При этом сохраняется возможность измерения скорости движения объекта допплеровским методом. Определение дальности частотным методом сводится к измерению изменения частоты излучаемых колебаний за время распространения сигнала до отражающего объекта и обратно. Если частота излучаемых колебаний у„изменяется непрерывно по линейному закону со скоростью у = оГ„/Ж, то приращение частоты излучаемых колебаний за время распространения сигнала та = 2Р(с будет равно Лг„= утр. Измеряя разность частот излучаемых и принимаемых колебаний Лг„' = /„' - 7; = гр, определим дальность объекта (7.9) Однако непрерывное изменение частоты по линейному закону практически не осуществимо, и приходится применять периоди- 270 ческую модуляцию частоты, что вносит существенные особенности в работу системы.
Практически используются три вида частотной модуляции: симметричная линейная (СЛЧМ), несимметричная линейная (НЛЧМ) и гармоническая (ГЧМ). Рассмотрим работу частотного дальномера при использовании симметричной линейной модуляции. Структурная схема простейшего частотного дальномера включает в себя элементы, изображенные на рис.
7.4, а. Работу дальномера при неизменном расстоянии до объекта 0 поясняет временная диаграмма, представленная на рис. 7.4, б. Верхний график диаграммы (см. рис, 7.4, б)изображает изменение частоты излучаемых и принимаемых (пунктир) колебаний, имеющих среднюю частоту 4, период модуляции Т„и девиацию частоты Ил Ниже изображено изменение разностной частоты биений Ел. При выполнении условия Ел» Е„= 1/ Т„можно записать: 2И'~ Л =А~уг=А+ — б Т„ 2И'~ ( 20 ) .7; = А+7(г-тл) = Л+ — ~г- — !. Т„~, с Отсюда частота биений Т,= ҄— Т, = — О. 4И~~ сТ„ Выражение для Рв нс учитывает провалы кривой Ел(г) при равенстве Т, и Т,.
Фактически частотомер фиксирует срсднюю частоту биений за период модуляции Р /0 м то При выполнении условия т, «Т„; Р = Р'„и, следовательно, (7.10) 4И~~ Р'„4И~~ Р„ Обычно в частотных системах измерения дальности одного объекта в качестве частотомера используется счетчик импульсов, который фиксирует число биений за период модуляции лр — — Р'рТ„= — 0, 4И~~ с Дискретность отсчета а0, соответствующая изменению числа биений лл на ч.1, может быть найдена из соотношения 271 Рис.
7.4. Структурная схема частотного дальномера (а) и его временные диаграммы (б) Отсюда (7. ! 1) где величина 7 „— модуляционная длинна волны, Х„= с/ Ил Дискретность дР является методической погрешностью системы и может достигать больших значений. Так, при девиации частоты И~ — — 1 МГц погрешность ЬР = 75 м, что неприемлемо при измерении малых дальностей. Очевидным путем уменьшения этой погрешности является увеличение девиации частоты. Однако в силу ряда причин возможности увеличения И~ ограничены, поэтому при необходимости радикального уменьшения постоянной погрешности применяют усложненные системы, например системы с двойной частотной модуляцией.
272 Приведенное объяснение дискретной погрешности частотного дальномера весьма наглядно, но из него можно сделать неправильный вывод, что причина этой погрешности в дискретности счетчика. На самом же деле причина заключается в дискретности спектра периодического сигнала, используемого в частотных дальномерах. Спектр биений также дискретный со спектральными линиями, расположенными на шкале частот в точках Р'„= lсР„(/с = ), 2, ...).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
