Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (с содержанием) (1151797), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Широкое применение находят моноимпульсные системы авто- сопровождения по угловым координатам, в которых напряжение сигнала ошибки вырабатывается на промежуточной частоте. Эти системы отличаются наличием в них двух гетеродинов с различными частотами колебаний и усилителя сигнала ошибки на промежуточной частоте (рис. 5.76). Усиление на промежуточной более удобно, чем на видеочастоте. В втой схеме на фазовый детектор ФД со сме- Рис. 5.77. Блок-схема фазовой моноимпульсной системы углового автосопровождения с использованием непосредственного перемножения канальных напряжений 307 сителя подается напряжение с разностной частотой гетеродинов Г, и Г„соответствующее частоте сигнала ошибки, колебания которого поступают из усилителя УСО.
В некоторых моноимпульсных системах сопровождения по направлению не используют суммарно-разностных напряжений, а сразу перемножают высокочастотные напрялсения двух приемных каналов, вводя в одном из каналов фазовый сдвиг на Ю' (рис. 5.77), (и,и„) = Р' з! п (ы)+ ~р,) соз (го(+ <р ) = — (7' э)п (у, — го~). 2 Лля автосопровождения цели по двум угловым координатам достаточно иметь четыре отдельных облучателя приемной антенны. Наряду с импульсной радиолокацией подобные системы авто- сопровождения и измерения угловых координат могут использоваться в случае радиолокации с непрерывным излучением.
В этом случае вместо термина метод моноимпульсного автосопровождения, относящегося только к импульсному режиму, используют более широкий термин метод мгновенной равносигнальной зоны. $5.20. Потенциальные и реальные точности двухканального моноимпульсного углового измерения Потенциальная точность двухканального углового измерения, как и одноканального, определяется шумами и особенностями вторичного излучения цели. Наибольший интерес при этом представляет сравнительный анализ двухканальных и одноканальных систем по степени влияния этих факторов на точность измерения. Оценим ошибку углового измерения двухканальной системы, вызываемую шумами.
Анализ проведем для антенной системы (рис. 5.78) в виде двух сомкнутых излучателей с общей апертурой 2й, полагая, что отклонение направления на цель 0 от осевого направления антенной системы мало, а величина 0 определяется путем измерения разности фаз ф, — ~р, принимаемых колебаний. В рассматриваемом случае выражение ((1), з 5.1?) преобразуется к виду 0= — (р,— р,). Х За счет влияния налагающихся на сигнал шумов фаза результирующего колебания в каждом канале отличается от фазы колебания сигнала. Считая дисперсии отклонения фазы в обоих каналах одинаковыми О„, = Рч, — — о, дисперсию разности фаз представим в виде Одч — — Р (~р,— гр,) = Рч, + Оч, —— 2оч.
308 я / "ь тх я )' 2ь ов=~ — ) 2ов и ов = — ов. ~2 Е,) 2но Чтобы оценить среднеквадратичное искажение фазы шумовым колебанием ов, рассмотрим векторную диаграмму, соответствующую окрестности пика импульса и иллюстрирующую наложение шумового колебания на сигнал одного из каналов (рис. 5.79). Пусть на колебание сигнала, описываемое выражением дсозшг, накладывается колебание помехи 6 сов ш1 + т) гдп ш1, причем за=па=1. В этом случае величина о имеет смысл отношения сигнал/шум; при измерении фазы после оптимальной обработки значение этой величины будет у'2Эуй(е.
Из векторной диаграммы следует, что вызванное шумом отклонение фазы б<р при д»1 2 определяется величиной —" = ч, его дисперсия равна о' = —,, ч+$ ч в де' 1 а среднеквадратичное значение о,р — — — . ч Таким образом, окончательно имеем г' 2 ь 0,2Х ов — — — — — ' 2пд о дв Анализируя полученные зультаты, убеждаемся, что дв канальные и одноканальные сис мы пеленгации с одинаковыми о носительными размерами раскрыва антенн имеют практически одинаковые ошибки, вызываемые действием шумов.
у (2) реух- ! / т- Рис. 6.78. К сравнению одноканальных и двухканальных систем пе- ленгании Рис. 5.79. К расчету шумовой ошибки измерения угловой коорди- наты 6 6.20 309 Тогда дисперсия и среднеквадратичная ошибка измерения угловой координаты цели будут Наряду с шумами на величину ошибки измерения угловой координаты влияют особенности вторичного излучения цели. Если амплитудные флюктуации сигнала в двухканальных системах не сказываются, то к ошибкам могут вести флюктуацни угла прихода («угловой шум») из-за несферичности фазового фронта отраженной волны (см. 5 2.3). К сказанному следует добавить, что сам по себе полураскрыв антенной системы а в формуле (2) еще не является единственной мерой степени сложности ее реализации. В частности, в случае неподвижных антенных систем его можно особенно просто увеличить, переходя к базовой системе с парой сравнительно малых антенн на краях базы.
Заменяя в формуле (2) базы Ь = а' на базу Ь )) 4 получим 0,2Л 0,2Л ое= — ' « — ' (3) дь дв ' При этом разрешаюшая способность по угловой координате не увеличивается, что снижает эффективность использования подобных систем в обычной активной радиолокации с пассивным ответом. Однако в случае радиолокации с активным ответом, когда вместо угловой избирательности может использоваться избирательность по форме ответного сигнала, подобные системы могут широко использоваться в целях повышения точности измерения угловой координаты.
Для расширения рабочего сектора наряду с двухантенными измерительными однобазовыми системами могут использоваться четырехантенные системы с двумя взаимно перпендикулярными базами. Подобные системы измерения угловых координат могут использоваться в радиолокационных системах с активным ответом как при импульсном, так и при непрерывном ответном излучении. й 5.21.
Влияние условий распространения радиоволн на точность измерения координат Рассмотренные методы определения координат основаны на отмеченных в 5 1.2 фундаментальных допущениях о постоянстве скорости распространения радиоволн, ее равенстве скорости света с для вакуума и о прямолинейности распространения. Идеализация реальных условий распространения приводит к погрешностям, роль которых возрастает с увеличением требований к дальности действия и точности определения координат.
В связи с плавным изме' нением электромагнитных характеристик атмосферы для оценки погрешностей обычно достаточно приближения геометрической оптики. В этом приближении ошибка измерения дальности Лг, обусловленная отличием групповой скорости в атмосфере от скорости света 310 $ $.21 в свободном пространстве, определяется (приложение 8) соотношением Лг = — ~ — Нг, 1 гЫ(аа) 2 .) 4а о где а = е„— 1 = и' — 1 — отличие относительной диэлектрической постоянной е, атмосферы от единицы, а г„— истинная дальность до цели. Как уже отмечалось в 2 5.8, в тропосфере величина а не зависит от частоты, а в ионосфере — пропорциональна в-', поэтому из (1) для тропосферы 1 Г Лг = — ~ ш(г, 2 ~ о и для ионосферы Ошибки измерения угловых координат — угла места Ле н азимута Ь)) (приложение 8) — определяются соотношениями (2) (3) Земную атмосфе1гу в пределах действия радиолокатора обычно можно считать сферически симметричной.
В этом случае Ар=О. Характер искривления луча легко проанализировать, исходя из соотношения 1(3), 2 5.8) или ((7), прилож. 8). На рис. 5.80 изображен возможный вид радиолуча. В тропосфедл ре (до высоты 10 — 12 км) при нормальных условиях — (О и радиоан луч отклоняется вниз (участок РА).
В стратосфере (до высоты около 80 км) влиянием среды можно пренебречь и считать радиолуч прямолинейным (участок АБ). В ионосфере до максимума ионизации пл (на высоте около 300 км) — ( 0 и поэтому радиолуч так же, как и в ЫН тропосфере, отклоняется вниз (участок БВ); выше максимума иони- $ $.21 зы Рис. 5.80. Характер искривления пути радиосиг- нала в атмосфере 524 — 50,2Н+ 1,84Н' — 0,032Н'+ 0,0002Н« (Н(10 км, влажность 0%), 576 — 101,8Н + 8,78Н' — 0,49На+ + 0,0142Н' — 0,000! 2Н' (Н«"!О км, влажность 100%), а(10)е-о,>а <н — >о> (Н)10 км); а(Н) =10 — а 3!я «и зации — ) 0 и радиолуч начинает отклоняться вверх (участок «и ВГ~.
Выше ионосферы радиолуч снова становится прямолинейным. В зависимости от высоты цели Ц угловая погрешность определяется соответствующими участками изображенной на рис. 5.80 траектории. На рнс. 5.81, 5.82 приведены значения ошибок определения дальности и угла места: — в «усредненной» тропосфере, в зависимости от высоты Н, угла места и относительной влажности воздуха; — в «усредненной» ионосфере в зависимости от высоты, угла места и времени суток. Ионосферные погрешности на рис. 5.81, б и 5.82, б рассчитаны для длины волны !< = 1 м. Погрешности для других длин волн нетрудно получить, учитывая их пропорциональность величине )<а.
Разброс возможных ошибок тем больше, чем в более широких пределах меняется состояние атмосферы. Поэтому следует иметь в виду, что приведенные выше графики построены для конкретной аппроксимации зависимостисс от координат: а) в тропосфере Н,нн Н,нн !поп поп поо ув аоо гпо О гп фп,бг)н О О,г Ое ОП ОЦ л) 'ог Рис. 5,8!. Ошибка определения дальности Ьг) а — за счет влияния троиосферы и зависимости от относительной влажности ( )00%, — — — 0%), высоты Н и угла места е цели, б — за Ц счет влияния ионосферы в завиенмости от времени суток ( денев — — — ночь), высоты Н и угла места е цели.
длина волны ! и Ц И,нн уооо поп боо ув уг П г Ф У)б,УГЛНЛН П П,З УХ Дсгоезиим и/ ф Рис. 5.82. Ошибка определения угла места пели Ьвц( л — зз счет влияния троносферы в зависимости от относительной влажности ( )Ооч/, — — — 0%!, высоты и и угла места е цели; 0 — эа е ° Ц счет влияния ионосферы в зависимости зт времени суток ( день, — — — ночь), высоты Н н угла места е цели Длина волны 1 и Ц 11В Звк. (200 б) в ионосфере сс(Н) = — 80,77-т[У(гн) + У(гю) + М(геэ)1. где и — им й! = й(мехр [0,5(1 — г — е-')1, г = г(Н) =, Нм, На, Мм— и» высота максимума в нм, толщина в км и максимальная концентрация электронов в элекгпран)мз слоев Е, Р„Рю равные соответственно: в дневное время для Š— 100, 10и 0,15 10", для Р,— 200, 40 н 0,3 10", для Р, — 300, 50 и 1,25 .
1О"; в ночное время для Š— 120, 1О и 0,008 . 10", для Р— 250, 45 и 0,4 1Оьа (вместо двух слоев Р, и Р, в ночное время имеется один слой Р). Принятая при расчетах [471 модель ионосферы не расходится с полученными позднее с помощью спутников и ракет экспериментальными данными. Наряду с рассмотренными выше регулярными имеют место нерегулярные погрешности, обусловленные случайными неоднородностями атмосферы. Считая, что размеры атмосферных неоднородностей значительно превышают длину волны, для оценки их влияния на точность измерений можно пользоваться приближением геометрической оптики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
