Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Предельным вз случаем такого сигнала является двухчастотный, спектр которого состоит из двух спектральных линий, расположенных на частотах ~, — Л~,/2 и ~э + Л),/2 (спектр можно представить в виде суммы двух дельта-функций Ю Д) = = б Ч вЂ” )о — Жо/2) + б У вЂ” 1о + Щ2), что соответствует двухчастатной фазовой системе ($ 2.7, п. 2). Ее недостаток — неоднозначность и отсутствие разрешающей способности по дальности. В данном случае эффективная ширина спектра Лв, = 2пЯ'1 + (Л),/2 ~э)*.
Приведенные соображения о потенциальной точности измерения дальности можно, перенести на угловые координаты н скорость (см. 5 1.6 и 2.2). 4. Инструментальная погрешность измерения дальности при визуальной индикации. Основную роль при визуальном способе отсчета дальности с помощью масштабных линий электронной шкалы играют погрешности интерполяции. Средняя квадратическая погрешность интерполяции при отсчете положения цели между двумя масштабными линиями может быть определена по формуле и, (О) м 0,05А„,0„, (1.6.20) где й„= 1...2 в зависимости от масштаба дальности. Коэффициент А„тем больше, чем меньше масштаб.
Чтобы повысить точность измерения, можно уменьшить интер- вал В„между масштабными линиями, но это, в свою очередь, увеличит маскировку отметки цели этими линиями. Для уменьшения погрешностей интерполяции дальность до цели можно отсчитывать путем совмещения специальной подвижной визирной линии с отметкой цели. На экране ИКО она имеет вид окружности, формируемой с помощью импульсов синхронизации, задерживаемых устройством электронной задержки.
При этом отсчет дальности производится по шкале устройства регулировки задержки, цену деления которой целесообразно выбрать так, чтобы погрешность интерполяции при отсчете была не больше других составляющих погрешности (неточности совмещения меток шкалы, калибровки, нестабильность устройства электронной задержки).
Возможна также работа этого устройства в автоматическом режиме, когда визирная линия сладит за отметкой цели. Другим фактором, определяющим точность прн любых шкалах и способах отсчета, является погрешность фиксации положения отметки цели. Прн визуальном отсчете наиболее точной является фиксация по фронту амплитудной отметки. Однако даже при идеально тонкой вертикальной 59 внэнрной линии возникают погрешности отсчета нз-за размытости отметки цели, вызванной конечными размерами следа электронного луча н влиянием шумов.
На рнс. 1.24 показана погрешность А/„вызванная размытостью отметки цели из-за шумов, что позволило оценить потенциальную погрешность. Аналогичное действие оказывает размытие отметки цели нз-за конечного размера следа электронного луча. Размытне приводит к погрешности фиксации. Иногда для уменьшения погрешности фиксацнн рекомендуется увеличить крутизну фронтов импульсов путем расширения полосы пропускання приемника по отношению К оптимальной в несколько раз. Эта рекомендация полезна тогда, когда инструментальная точность заметно хуже потенциальной н ухудшение потенциальной точностн по сравнению с оптимальной мало влияет на общую точность.
При определении положения отметки дальности, например по ее центру, на экране ИКО можно воспользоваться эмпирической формулой оэ„„(1)) т 0,03 Юр, (1.6.21) где 6Рр — размер отметки цели по дальности согласно (1.5.5). Прй недостаточно хорошей фокусировке гоявляется дополннтельная ошибка. Можно считать, что она не превышает размеры пятна в единицах дальности. Если истинное значение дальйостн является равновероятным вдоль диаметра пятна с/„то плотность распределения ш (х) = 1/Н . Отсюда дисперсия дальности а /э Дй а),„,= ~ х'ш(х)Нх= ~,х' — Их= —" ля 1з — й рс п й, следовательно, оеак (О) — дв/2)/3 А4., (1.6 22) Пренебрегая ошибками, возникающими из-за инерцион- ности оператора и нелинейности развертки, запишем форму- лу для результирующей инструментальной погрешности о„„„, (В) =У и„'„, (В)+оф„, (0)+оф„, (0), (1,6.23) причем обычно о„„„(0) ж и„„, (0). 5..
Систематическая погрешность намерения дальности вследствие задержек импульсов в РЛС. Задержка срабаты- вания /, каскадов РЛС, находящихся в ждущем режиме, может достигать нескольких десятых долей микросекунды. ез Кроме того, особое значение имеет запаздывание сигнала в приемнике. Время запаздывания выходного импульса приемника относительно входного, зависящее главным образом от усилителя ПЧ, определяющего результирующую полосу пропускания приемника, равно Гпр Фй~пл (1.6.24) где А~п,п — полоса пропускания УПЧ на уровне 0,707, а коэффициент р = 0,3...3 и зависит от типа усилителя и числа каскадов. Величина Гпр находится в пределах от долей до одной микросекунды.
Время запаздывания в антенно-фидерном устройстве гэ, в передатчике гп также определяется формулой (1.6.24), однако в этих трактах полоса й)п и гораздо шире, чем в УПЧ, и поэтому запаздывание меньше. Рассмотрим теперь значение систематической погрешности измерения дальности, обусловленной внутренним запаздыванием в трактах РЛС, на примере наиболее распространенной РЛС с внешней синхронизацией, в которой синхронизатор запускает передатчик и генератор масштабных импульсов (рис.
1.25). При оценке задержки примем в качестве исходной точку О структурной схемы (рис. 1.25). Результирующая задержка импульса на выходе приемника, поступающего на управляющий электрод ЭЛТ, относительно синхронизирующего импульса в точку О (см. стрелки 1 и 2 на рис. 1.25, а) равна Гр = Гп+ 1Ф+ Гп+ Гпр (1.6.25) Пусть импульс цели совпадает с й-м масштабным импульсом. Так как генератор масштабных импульсов находится в ждущем режиме, то все масштабные импульсы оказываются сдвинутыми относительно сиихронизирующего импульса в точке О на некоторое время Гпр, а й-й масштабный импульс (см. стрелку 8 на рис.
1.25, а) на время Г =Г, +йТм. (1.6.25) Сравнивая (1.6.25) и (1.6.26), находим, что дальность, отсчитываемая по й-му масштабному импульсу, Р =с(п/2 = = СйТм(2 Рпм. ГдЕ ' Рпм = С!2 (Гпр + Гп + Гф Гср)ж ж с/2 (Гпр — Г,р). Здесь Р,м — смещейие нулевой масштабной отметки отйосительно истинного нуля дальности (рис.1.
25, б). Так как обычно Гпр ) Г,р, то шкала масштабных отметок опережает истинную шкалу дальности на величину Р,м, что свидетельствует о наличии систематической погрешности. Для устранения этой погрешности достаточно вт перед генератором масштабных импульсов ввести регулируемую линию задержки (обычно цепочечную) с временем задержки т, = зР,„!с. Устранение систематической погрешности е)см называется калибровкой РЛС или установкой нуля дальности. Калибровка производится с помощью сиггь с I Р а) линли ьиннрсасамри ьрататааьнт ииараым Ииниаьаи царит РЦр(Р 0); РУ((а (Р— ~н -Ранг Игнтннан тиара аэньнаатн Рура/с Грр -Грр РРш/а Рнс.
1.2$. Структурная схема простейшей РЛС (о) и временные ди- аграммы, характериэушшие эапаэдыеание сигиалои (б) нала от характерного местного предмета или искусственной цели (уголкового отражателя), расстояние до которых точно известно. Для этого достаточно, регулируя задержку с„совместить отметку цели с соответствующей масштабной отметкой.
Такая регулировка особенно необходима при смене приемника или в начале эксплуатации РЛС. Иногда установка нуля дальности производится по прямому импульсу передатчика. Однако надо иметь в виду, что амплитуда этого импульса достаточно велика и приемник уже нельзя рассматривать как линейное устройство — сказывается его насыщение. В2 Если представить зависимость запаздывания в приемнике от уровня сигнала, то оно при росте сигнала от нуля сперва падает (вблизи уровня шума), затем остается постоянным (линейный режим) и после начала насыщения возрастает.
После калибровки РЛС (устранения погрешности /7„„) остается инструментальная погрешность, связанная с неточностью калибровки. Она носит случайный характер, так как зависит от флуктуаций питающего напряжения, температуры и т. д. 6. Точность измерения угловых координат цели. Для определения потенциальной точности примем, что зондирующий сигнал — немодулированный, синусоидальный. При этом отраженный сигнал в РЛС кругового обзора имеет характер радиоимпульса с огибающей (/, (11„/) = (/, Рр х х(11„/) = У„„е ' ' '~,/ ~ ", а измерение угла сводится к определению момента времени, при котором напряжение на выходе приемника достигает максимального значения, т.е.
задача измерения угловых координат аналогична задаче измерения дальности. Так как при этом эффективная полоса частот сигнала (1.6.18) Лы, = 1,66/таз — — 1,66 йл/6, „то, подставляя это значение в формулу (1.6.17), получаем о„„(Г). ' Переходя к углам, находим потенциальную погрешность измерения азимута о„„(р) =11Ап, (/) = 0,66~д/)Г2Е,/У~, где Е„. — энергия импульса, ограниченного огибающей пачки. На реальную точность измерения влияют многие факторы, в частности: дискретность отраженного сигнала, перемещение антенны и цели за время измерения, непрямолинейиость распространения радиоволн и искажения фазового фронта, неоптимальность съема угловых координат, нестабильность элементов РЛС.
При импульсном сигнале из-за случайного расположения импульсов относительно максимума ДН антенны отметка цели может оказаться несимметричной, т. е. ее середина отклоняется относительно напряжения на цель в пределах угла 11 „Т„соответствующего периоду повторения импульсов Т„, т. е. в интервале ~ Й„Т /2.
Так как закон распределения в этом интервале следует принять равномерным, то средняя квадратическая погрешность дискретности сигнала по аналогии с(1.6.22): о,„, (~) = Й„Т,/2)/3. Например, при частоте вращения антенны 11„= 36'/с (6 мин ') и Р„=200 с ' имеем о „, (р)=0,05', однако при 11,= 360'/с она уже составляет 0,5', аз За время запаздывания отраженного импульса ув = = 2 О/с ДН смещается на угол й, 20/с.
Результирующая ДН приемопередающей антенны занимает промежуточное положение между диаграммами при передаче н приеме, так что возникает систематическая погрешность Ь(), = (йд0)/с, которая может оказаться заметной при большой частоте вращения и большой дальности (например, при 11„= Збо'/с и 0 = ЗОО км Ьй, = О,Зб'). За время облучения Вз з/11 „путь, проходимый целью в тангенциальном направлении, равен от Оз з/ь1„, что соответствует углу Ьр, = от Вз з/ьз „0 (обычно весьма малая величина).
Погрешность из-за непрямолинейности распространения радиоволн и вследствие искажения фазового фронта обычно гораздо меньше других. Отсчет азимута на экране ИКО производится по угловому положению центра отметки с помощью механического или электронного визира. Если принять допущение о равновероятном законе распределения положения визира вдоль отметки цели, то средняя квадратическая погрешность и ст (Ра)=брр/2)/3, где б))р — УгловаЯ шиРина отметки (! .5/9).