Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 45
Текст из файла (страница 45)
На его выходе формируется величина, пропорциональная г (Кд). Сигнал на выходе второго канала, включающего фильтры, настроенные на частоты Кд + ЬГ! 2 и Гд — г1Г! 2 и усз- ройство вычитания, пропорционален разности я(Кд, л- АГ /2) — г(Гд + ЬГ /2). После перемножения сигналов в фазовом детекторе и фильтрации формируется сигнал ошибки. 5.4. Измерение угловых координат Измерение угловых координат основано на определении положения волнового фронта отраженной от цели электромагнитной волны относительно приемной апертуры.
Процесс измерения угловых координат часто называют пеленгацией, а соответствующие измерители — пеленгаторами. Последние могут содержать один или несколько приемных каналов. Соответственно, методы пеленгации подразделяются на одноканальные и многоканальные. 252 5.4. Изиерение угловых координат 5.4.1. Многоканальные измерители угловых координат и,(г)=в 1+ — ')л-п,Я, О < 1< Ф вЂ” 1, (5. 42) о с где п,(1) — компонента аддитивного шума, г;ге — скалярное произведение векторов, с = 3 1О м/с. В случае линейной эквидистантной антенной решетки гге — — (1 — 1)а'з)пОе, где Ое — угол между направлением распространения сигнала и нормалью к антенной решетки; а' — расстояние между антенными элементами, 1 — порядковый номер антенного элемента. Введем вектор-столбец А, называемый опорным вектором и характеризующий ориентацию основного лепестка диаграммы направленности антенны, элементы которого имеют вид (,2к а, =Ь, ехр~ у' — г,.г, (5.43) где Ь, — элемент вектора весовых коэффициентов.
Формирование результирующего сигнала происходит путем суммирования выходных сигналов элементов антенной решетки с весами Ь, и задержками г,г/с: О г; ° ° ° ° ° Ф у=А 'П, Рис. 5.15. Плоская антенная решетка 253 В общем случае сигнал я(О Х), отраженный от цели, принимается антенной решеткой, состоящей из Ж элементов. На рис. 5.15 обозначено: г,— единичный вектор, характеризующий направление прихода электромагнитной волны; г, — вектор, определяющий положение 1'-го элемента антенной решетки; г — единичный вектор, характеризующий положение основного лепестка диаграммы направленности антенны в пространстве.
Предположим также, что сигнал является узкополосным, т. е. интервал корреляции комплексной огибающей сигнала (для сигналов без внутри- импульсной модуляции — длительность импульса) существенно превышает временнбй интервал между моментами прихода сигнала в наиболее разнесенные точки апертуры антенны. Это допущение позволяет разделить пространственно-временную обработку на пространственную и временную и далее рассматривать только пространственную обработку. Сигнал на выходе элементов антенны запишем в виде Ю-мерного вектора П(г) с компонентами 5. Основы знвории измерения нарамензров сигнаяов где ()" — операции сопряжения и транспонирования. Если задержка сигнала в каждом антенном элементе равна г,г/с, то основной лепесток диаграммы направленности антенны будет ориентирован по вектору г.
Фазированная антенны решетка позволяет сформировать несколько дучей, что дает возможность перейти к параллельным методам обзора пространства н измерять угловые координаты. При формировании т лучей алгоритм вычисления может быть записан в матричной форме: (5. 44) Х=АЮ, где Х вЂ” вектор выходных сигналов, соответствующий т лучам: Х' =(уь уъ ", у ), А — матрица преобразования размерности У х из. Один из возможных вариантов схемы многоканального измерителя угловой координаты представлен на рис. 5.16.
Измеритель включает диаграммообразующую схему (ДОС), имеюшую т выходов. Выходные сигналы ДОС образуются суммированием сигналов элементов антенной решетки в соответствии с соотношением (5.44), что обеспечивает формирование лз диаграмм направленности. Выходные сигналы ДОС поступают на входы каналов временной обработки, каждый из которых включает согласованный фильтр (СФ) и детектор.
Определяя максимум выходного напряжения, по номеру канала и запаздыванию сигнала формируют оценки угловой координаты и дальности соответственно. Отметим, что соотношение (5.44) идентично записанному в матричной форме выражению для анализа спектральных компонент в наблюдаемой реализации ь1. В то же время нелинейная обработка сигналов позволяет получить спектральные оценки, обладающие повышенным разрешением (по сравнению с оценками, получаемыми на основе преобразования Фурье). Аналогично, нелинейны обработка сигналов, снимаемых с выходов элементов антенной решетки, дает возможность сформировать оценки угловых координат с повышенной разрешающей способностью (451.
Рис. 5.16. Схема многоканального измерителя угловых координат 254 5.4. Иэмерекие угловых коордииат 5,4,2. Одноканальные измерители угловых координат Широкое практическое применение они нашли, в частности, в радио локаторах с зеркальными антеннами. В них конструктивно жестко определено ожидаемое направление прихода отраженного сигнала. Как правило, оно совпадает с перпендикуляром к плоскости раскрыва антенны. Изменение положения антенны, осуществляемое, в основном, механически, позволяет оценить, насколько ожидаемое направление совпадает с направлением на цель, и измерить ее координаты.
Предположим, что РЛС измеряет угловые координаты цели в режиме обзора, причем в этом режиме луч антенны равномерно перемещается по угловым направлениям в зоне ответственности. Отраженный от цели сигнал (при импульсном методе локации) представляет пачку импульсов (рис. 5.17, а), огибающая 1ф) которой определяется формой диаграммы направленности антенны, а длительность — временем Т„, облучения цели. Максимум огибающей будет наблюдаться в тот момент времени, когда антенна направлена на цель.
Таким образом, полагая, что угловая скорость вращения антенны пдт Рнс. 5.17. Сигнал на выходе детектора (а) н структурная схема измерителя угловых координат (б) 255 5, Основы теории измерения параметров сигнавов Дг) = ~'„»- lсг, 0 < г < Т„, (5.45) где гн — значение частоты, соответствующее начальному положению луча антенны; к — коэффициент пропорциональности: й = ф„! Т„.
Отраженный от цели сигнал представляет собой радноимпульс дли- тельностью ,„= т„( — ') (5.46) а, с девиацией частоты 6Р'„ = Ар'„ †', средняя частота Д которого зависит от с угловой координаты 0„: 256 постоянна, и фиксируя момент времени, когда огибающая пачки достигает максимума (в этой точке выполняется условие с(У(г)/й = О), можно определить угловую координату цели. Упрощенная структурная схема такого измерителя угловой координаты представлена на рис. 5.17, б (431. С выхода приемника на вход измерителя поступают импульсы, прошедшие согласованную обработку, которые запоминаются в регистре (линии задержки (ЛЗ)) на временном интервале, равном длительности пачки. Оценка производной обеспечивается суммированием отсчетов, снимаемых с выходов регистра, со специально подобранными весовыми коэффициентами Ьн пропорциональными производной огибающей. Момент времени, для которого производная огибающей равна нулю, определяется схемой фиксации, Чтобы исключить отсчет угловой координаты по шумовой выборке, угловая информация считывается только при наличии полезного сигнала.
Решение о его наличии принимается в обнаружителе, где осуществляется накопление отсчетов с весовыми коэффициентами ан пропорциональными огибающей пачки, и сравнение накопленного сигнала с пороговым значением. Ранее предполагалось, что сканирование пространства по угловым координатам осуществлялось путем механического изменения ориентации оси антенны.
В РЛС с щелевыми антенными решетками можно организовать электронное сканирование путем изменения частоты (длины волны) несущего колебания, поскольку в соответствии с формулой (5.43) изменение частоты приводит к изменению положения основного лепестка диаграммы направленности. При изменении частоты по пилообразному закону с девиацией АГ„и периодом модуляции Т„, равном времени осмотра заданного углового сектора О„положение основного лепестка диаграммы направленности антенны определяется текущей частотой Т(~) излучаемого сигнала. Таким образом, на интервале времени, равном периоду модуляции, несущую частоту сигнала можно записать следующим образом: 5.4.
Измерение углоемк координат (5.47) Здесь В, — ширина луча диаграммы направленности антенны. Таким образом, в случае частотного сканирования измерение угловой координаты может быть сведено к измерению средней частоты сигнала. Схема такого измерителя включает набор фильтров, согласованных с импульсами длительности тн и девиацией частоты ЬР'„, отличающимися средними частотами. Номер фильтра с максимальной амплитудой выходного напряжения несет информацию об угловой координате цели.
5.4.3. Дискриминаторные методы измерения угловых координат Простейшим дискримннаторным методом измерения углового рассогласования является коническое сканирование. Метод предполагает использование антенн с характеристикой направленности, имеющей круговую симметрию. При вращении облучателя, смещенного из фокуса антенны (рис.
5.18, а), обеспечивается вращение (сканирование) диаграммы направленности антенны по конической образующей с частотой й,„. Текущее угловое положение антенны определяется фазой управляющего сигнала, снимаемого с генератора опорного напряжения. Ось конической поверхности совпадает с равносигнальным направлением. Если цель находится на равно- сигнальном направлении, амплитуда принимаемого сигнала остается постоянной и не зависит от текущей ориентации диаграммы направленности (точка Цп рис. 5.18, б). При небольших угловых отклонениях цели от равно- сигнального направления (точка Цз, рис. 5.18, а) огибающая принятого сигнала модулируегся по гармоническому закону с частотой, равной частоте сканирования, причем глубина модуляции пропорциональна радиальному смешению цели в картинной плоскости относительно равносигнального направления, а фаза между модулирующнм и опорным напряжениями характеризует направление смещения (рис 5.18, а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
