Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации (1992) (1151790), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Гл а в а 3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ И СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ 3.1, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ И РАЗНОСТИ ДАЛЬНОСТЕЙ (3.3) где т„— время задержки сигнала в ответчике. 122 В однородной среде, как уже отмечалось, радиоволны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью с. Поэтому время распространения радиоволн между передатчиком и приемником, расстояние между которыми тт, т = )с)с. (3.
1) В однопозипионной РЛС время распространения радиоволн от РЛС до отражающего объекта и обратно — время запаздывания сигнала т = 2)т)с, (3.2) где )х — расстояние между РЛС и объектом. При работе с ответчиком т 2)с(с+ тот Как видим, определение дальности сводится к измерению времени запаздывания т принимаемого сигнала относительно излученного и вычислению Я в соответствии с какой-либо из приведенных формул (в зависимости от типа радиосистемы). Если принимаемое при определении дальности )с=Я(с, т) значение скорости распространения радиоволн с или измеренное время запаздывания т будут отличаться от истинных, то возникает дальномерная ошибка.
Полный дифференциал дальности с(Я= = (дй~дс)де+(дЯ!дт)гЬ, и, как следует, например, из формулы (2), Л~= (Я(с) с(с+ (с/2) ат. Заменив дифференциалы конечными приращениями, получим абсолютное значение дальномерной ошибки Лй = (Юс) Ьс+ (с(2) дт, (3.4) где Лс — абсолютная ошибка определения скорости распространения радиоволн; Лт — абсолютная погрешность измерения времени запаздывания сигнала.
Рассматриваемые ошибки имеют как систематическую, так и случайную составляющую. В силу независимости ошибок из (4) следует, что среднеквадратическая ошибка дальномегрии оя = 7 Яс)'о'+(сй)'о' (3.5) где о, и о, — среднеквадратические ошибки определения скорости распространения радиоволн и времени запаздывания соответственно. Первая составляющая дальномерной ошибки (Лс и о,) обусловлена прежде всего нестабильностью скорости распространения радиоволн в неоднородной атмосфере. Вторая составляющая (Лт и о,) зависит от вида излучаемого сигнала, характера и интенсивности помех, а также от технической реализации дальномера.
В зависимости от вида сигнала и его параметра, содержащего информацию о дальности, различают три основных метода радио. дальнометрии: импульсный (или временной), фазовый и частотный. Эти методы используют как в радиолокации, так и в радионавигации. В радионавигации, кроме того, широко применяют методы разностно-дальномериых радиоизмерений, позволяющие определять разность расстояний от подвижного объекта до радионавигационных точек. Разность расстояний находят либо путем измерения временного интервала между сигналами, принимаемыми от двух РНТ, либо путем измерения разности фаз принимаемых когерентных колебаний. В соответствии с этим в разностнодальномерных системах для местоопределения подвижного объекта используют импульсный разностно-дальномериый, фазовый разностио-дальномерный, а также комбинированный импульсно- фазовый методы радиоизмерений. 123 Рис.
3.1. Структурная схема (а) и временные диаграммы напряжений р„ (б) импульсного дальномера Импульсный метод. Импульсный метод радиодальнометрии основан на непосредственном измерении времени запаздывания принимаемого радиоимпульса относительно излученного. Работа импульсного дальномера (рис. 3.),а) поясняется эпюрами на рис.
3.),б. Передатчик, запускаемый импульсами зг синхронизатора С, генерирует радиоимпульсы длительностью т, с периодом повторения Т„. Антенный переключатель АП подсоединяет антенну к передатчику ТПдУ на время генерации импульса и к приемнику РПрУ на время до начала генерации следующего импульса. На вход приемника поступают ослабленные зондирующие импульсы и отраженный от объекта сигнал, запаздывающий на время т относительно зондирующего импульса (з,).
Если в качестве выходного устройства ВУ используется электронно-лучевая трубка, то к ее вертикально отклоняющим пластинам подводится напряжение с выхода приемника (а4), а к горизонтально отклоняющим— пилообразное напряжение развертки (за). Передатчик и схема формирования разверток запускаются одновременно импульсами зь поэтому одновременно с излучением радиоимпульса начинается горизонтальное перемещение светящегося пятна по экрану трубки со скоростью развертки ор. Расстояние, на которое сместится пятно к моменту прихода отраженного импульса, 1=опт=ор2Р)с=МИ, где М=2ор/с — масштаб развертки.
Измерив это расстояние с помощью масштабных меток на развертке, определяют дальность гт'. На точность импульсных радиодальномеров значительное влияние оказывают аппаратурные погрешности. Они вызываются: не- 124 «ллульс с«серел«сам«Ус сееоььсе ллс ульем «ллульс «еЛл ьь=эь= ллульс лср«егер« сел ьььылельсе «ль льем «ел« в) У к— вт б) Рис. 3.2.
Структурная схема (а) и диаграммы (б) цифрового съема дальности совпадением начала развертки с началом зондирующего импульса, т. е. неточностью синхронизации; непостоянством скорости развертки н ее несоответствием шкале индикатора; неточностью масштабной шкалы; неточностью визуальной индикации; запаздыванием сигнала в цепях дальномера. ?Теречисленные факторы приводят к возникновению систематических погрешностей измерения дальности, которые могут быть частично скомпенсированы при калибровке дальномера. Однако нз-,за неконтролируемых изменений условий работы радиодальномера указанные причины вызывают появление и случайных погрешностей, которые устранить нельзя. Для автоматизации процесса измерений и уменьшения аппаратурных погрешностей применяют цифровую индикацию (рис.
3.2). Импульс синхронизатора с помощью триггера Т открывает схему И, а принимаемый сигнал (импульс цели) закрывает ее. В течение времени т счетные импульсы, следующие с частотой Р,=ЦТ„ поступают на счетчик, который отсчитывает их число п,=т?Т,= =МЕ,/с. В результате получаем дальность й=сп,(2Р,. Дискретность отсчета дальности М=с/2Е, определяет ошибку цифровой индикации. Полагая, что любые значения случайной погрешности Лт (рис. 3.2,б) на отрезке Т, равновероятны, находим ее дисперсию Гс!г Т' оа = — г хаг?х= — '. ьс Тс туз Следовательно, среднеквадратическая ошибка цифровой индика- ции дальности он=(с)2)оа,=(с)2) Т,)2))3 =дЛ)2)ГЗ жО,ЗЛЯ.
(3.6) При импульсном методе дальнометрии могут возникать значительные ошибки, если не выполняется условие однозначного из. мерения дальности. Это условие требует, чтобы принимаемые сиг- 125 налы поступали в приемник до начала следующего зондирующего импульса, т.
е. максимальное время запаздывания т .„не должно превышать периода повторения импульсов Т„: т, =2Я~, (с <Т, (3.7) где Я,„— максимальная дальность объекта. В противном случае при К)сТ„'12 появляется дальномерная ошибка, кратная сТ„~2. Условие (7) позволяет выбрать период повторения импульсов для обеспечения однозначного измерения дальности. При заданном значении Т„это условие ограничивает максимальную дальность объектов, при которой дальнометрия еще является однозначной.
Отметим, что существуют и другие возможности обеспечения однозначного измерения дальности, в частности с помощью вобуляции (шатання) частоты повторения импульсов. Основными достоинствами импульсной дальнометрии являются: возможность развязки передающего и приемного каналов с помощью антенного переключателя, позволяющая строить РЛС с одной антенной, простота разрешения объектов по дальности и удобство измерения дальности многих объектов. Недостатки: необходимость использования больших импульсных мощностей передатчиков, невозможность измерения малых дальностей из-за наличия «мертвой» зоны, которая определяется длительностью излучаемых импульсов и временем протекания переходных процессов в антенном переключателе, Трудности использования импульсного метода дальиометрии в радионавигации связаны с обеспечением синхронизации между передающим и приемным устройствами РНС, Если антенна передающего устройства излучает в некоторый момент времени 1, импульсный сигнал, то он поступает в приемник, находящийся на расстоянии Й, в момент времени 1«+т, где задержка т вычисляется по формуле (1).
Для определения дальности )с по времени запаздывания импульса нужно знать начало отсчета Гм т. е. нужно обеспечить точную синхронизацию передающего и приемного устройств. Для этого используют высокостабильные генераторы (эталоны времени), один из которых запускает передатчик, а другой фиксирует начало отсчета в приемоипдикаторе. Возникающая из-за нестабильности генераторов ошибка синхронизации приводит к дальномерной ошибке, которая с течением времени может возрастать. Если предположить, что частоты двух одинаковых генераторов «уходят» в разные стороны, то к моменту времени Т после начала работы радионавигационной системы погрешность измерения дальности Ай=2стТ, где ч — относительная нестабильность частоты генератора. Например, при ч= 1О ' через ! ч после включения аппаратуры дальномерная ошибка будет равна 2160 м.
126 Необходимость в высокостабильных эталонах времени отпадает, если дальность определяется активной системой с активным ответом. В такой системе работа устройств синхронизируется по сигналам ответчика. Однако при этом возникают свои трудности. Если дальность определяется на борту ЛА, то там же должен быть установлен запросчик, содержащий наряду с приемником и передатчик. Это существенно увеличивает массу и размеры бортовой аппаратуры и, кроме того, уменьшает ее помехозащищенность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
