Вейцель В.А. Радиосистемы управления (2005) (1151989), страница 55
Текст из файла (страница 55)
7.2. Измерительные устройства систем автономного радиоуправления 7.г.1. Общие положения Пря нэмереннн координат Хс, движения ЛА прнменяются активные н реже пассивные АРС, виды которых перечнслялнсь в разя. 7.1. Для работы активных АРС характерно кспсльзовавне рассеянных отражающей поверхностью рэдноснгналов, которые имеют шумоподобпую структуру н представляют собой совокупность сигналов с рзэвымя значениями амплитуды, задержкн, доплеровской частоты, рззлвчвымн напрзвзеннямн прихода радиоволн я полярвэацвей.
Зтнм объясняется специфика построенкя таких систем. Обсбщенвав схема актявкой АРС (ркс. 7. 2, а) содержнт пряемопередающую антенну А, передатчяк ПРД. устройство разэявкв УР валу мемого к прннвмаежх'о сигналов. приемник ПРМ н устройство обрэботкн снгналов УОС, ко?орое реализуется в неследящем нлк следящем виде [1, 2]. Ета рнс. 7.2, а показана следящая структура УОС, состоящая нз днскрнмннатора Д, сглажнвающих цепей СЦ, управляемого генератора УГ н индикатора И язмервемой текущей оценки ))„(?).
Модулкрукяцяй сигнал 8„„ а) Рве. 7.2. Структурная схема звтавамксй радвссвстемы (а) н форма огибающей кмвульса отраженного рзлвссягвзла (6) )с -?20 зсэ ям и„, (г) из перелет»ила по»тупа»т в УОС и используется для Формирования опорного сигнала и (»), а также длл формирования начала отсчета времени в индикаторе. В АРС применяютсл различные методы модуляции: АМ, ЧМ, »рМ и др. Принятый сигнал и„((), имеющий информационный параметр ) (г). с выхода прм на промежуточной или видеочастоте поступает в дискриминатор, тле проводится его обработка, которая практически безынерциопна и квазилинейна по отклонению ~йе(Г) - )ч(») — );,(Г). Инфорвацию о )Ч;(Г) дает опорный сигнал и (г).
На выходе дискриминатора образуется сигнал и (г), который в линейном приближении азписывается как и„(») —. В„б) (г) + и (г), (7.1) где яд — коэффициент передачи дискриминатора в линейном приближении; пж(Г) — рзвультирующая помеха на его выходе. спектр которой значительне шире эквивалентной шумовой полосы А/, замкнутого измерителя УОС в целом.
Сигнал дискриминатора и (») после сглюкивания в СЦ модулирует УГ (по параметру 3 ). в результате образуется опорный сигнал и„(Г). Погрешности ивмерителя зависят от вида принятого сигнала и помех, а также от способа обработки и (») е УОС. Оптимальный дискриминатор, как и принятый сигяел, лоляюн иметь распределенную структуру, т. е. много параллельных каналов, соответствующих частотам радиосигнала и его задержкам при разных дальностях Н,„Вп Вз, ..., В,. в пределах аффективной области Я, рассеяния (рис. 7.2, а).
Область рассеяния Я,з„определяется э(хуектиняым углом Лом диаграммы направленности приемопередающей антенны и еФфективныи углом ЛЕ диаграммы обратного рассеяния (ДОР) дла каждого участйа неоднородной поверхности. При перемножении этих диаграмм происходит усиление (или ослабление) мощностей радиосигналов от отдельных участков поверхности, в реаультате при отражении напученного сигнала меняется распределение его мсзцностн по аалержкам (рис. 7.2, б), спектр флуктуаций и другие статистические характеристики, от которых зависят погрешности измерения. Погрмпности измерения УОС пришпо подразделять на три вида: ив-ва смещения средней оценки Хе (кратко смещение оценки), флуктуационяую и динамическую. Последняя связана с инерционностью так же. как и в других следящих системах.
Флуят уационяаа козрзиияптяь характеризушся дисперсией аДе,=п( +п( +пу Ее составляющие вызываются вааимодейстенем (биениями) собственных компонент Флуктуируюп(его радиосигнала (п( ), сигнала с шУмом (а(з, ) и шУма с шУмом (п(' ). Дисперсия флуктуационной погрешности рассчитывается по пде =л/,(О +О» +Се )//»з, (7.2) г е С О, 0 — спектральные плотности соответствуюгде пн»х флуктуаций и (О па выходе дискриминатора. Иногда вместо иш(г) удобнее рассматривать зквивалеитвую помеху пд») по измеряемому параметру, пересчитав соответственно помеху с выхода дискриминатора на вход согласно соотношению и,(Г) = иш(Г)/В„(см.
равд. 3.5.2). Такая помеха имеет эквивалентную спектральную плотность См которая также опделяется тремя слагаемыми: С, —. (6 + Оз, е б )/ дз. гвг ре При отношении сигнал-шум больше пяти последним ела агаемым в (7.2) можно пренебречь. Подчеркнем, что для УОС характерно наличие флуктуационнсй оннсй погрешности и прн отсутствии аддгпивных помех (шумов) (первое слагаемое в (7.2)). Это связано со сложнои структурой сигнала, пграженного от шероховатой поверхности. Смещение ойеккк — медленно меняющаяся при смене типа отражающей поверхности или постоянная ошибка, вызванная протяжеиностью области рассеяния Я,ь,.
Смепюние оценки определяется ДНА, ДОР и зволюциямн ЛА. Часто эта оипибка наиболее существенна, так как иа-за ее медленности она плохо сглаживается в УОС. 7,2,2, рвдиовысотомеры и рвдиодвдьиомеры Зги радиоустройства (4] используют соответственно вертикальное н наклонное излучения радиоволн в направлении отражающей поверхности радиоориентира (см. рис. 7.2, а). Их общий принцип построения аналогичен принципам построения радиодельномеров для измерений дальностей до точечных объектов в радиолокации [Ц. Однако они отличаются вий д ом опорного сигнала и (Г) и распределенной структуро искримипатора, который раздельно обрабатывает радиосигд иал при каждом значении задержки тл и доплеровского слв ига частоты /Л. Раднодзльномеры (РД) используются длн косвенного измерения вькпгы исходя из состтюшения Не = Взвоз Ея где Язв 291 наклонная дальность до поверхности вдоль оси х,', ДНА, 6, — известный урал отклОнешря осн ха относительна нарьилн заа к сред.
нему уровню отражэющей (опорной) поверхности (рис. 7.2, а), Необходимость косвенного измерения высоты обычно диктуется конструктнвргыми особенностями построения АРС в целом (например, при одновременном иияерении высоты, скорости я углов ориентации). Кроме того, наличие нескольких дальномерных каналов поэволжт получать более инФормативный объемный образ рельефа местности в КЭНС (см. равд.
7.4). Диаграмма направленности антенны (совместно на передачу и прием) (рис. 7.2, а) имеет м)х)мктивную ширину Лбз,. Необходимая ширина определяется конструктивными ограничениями, требуемым знергспзческнм потенциалом и в основном вволюциями ЛА, влилющими на смещение оценки. Поэтому обычно берут ЛОз„/2 > у„р, где )~ар — — угол крена ЛА. Излу шемый сигнал РВ или РД может имезь различную модуляцию: импульсную. чешчтную, Фазакодавую и т. д.
Наиболее упатребительвы импульсная модуляция в РВ балыпих высот (1,5...15 км) и частотная — в РВ малых высот (0...1,5 км). Для орбитальных РВ на высоте 150...300 км используют более сложную модуляцию, например импульсную с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Для иллюстрации специфики работы импульсного РВ рассмотрим отраженный импульс, представленный на видеочастоте. На рис.
7.2, б изображена мгновенная мощность импульса, т. е. квеДРат его амплитУды Аез(1 — тл), где 8 — теКУщее время, тз = 2В/с — задержка для щюиэвольной дальности и ат отражающей поверхности, с — скорость распространения радиоволн.
Мгновеяная мощность Аоз от разных участков отражарощей поверхности для направлений Нр, Кн Кз, ..., К, на рнс. 7.2. б различна, что показано для соответствующих значений задержек: тя — 2Не/с, тя = 2ит/с,..., тя = 2В,./с и т. д. Как видно иа рис. 7.2, б, аедержку импульса (значение тя ) невозможно а измерить непосредственно по фронту, так как уровень отраженного сигнала при тя весьма мзл.
Поэтому обычно вроизяа водится обработка импульса в некоторой области задержек, например (тл ... тл ). Способ абработни весьма важен, так как а "' он определяет погрешность измерений лнр(г) = но(Π— нз(г). где Нс(г) — текурцая намеренная высота. а Не(р) — истинная высота полета ЛА. и Н Леа ЛО, 6„ Нр йх 2ЛОм (7.
3) где Нэ — среднее значение оценки; ЛО = ЛО „Лб [ЛО," + + ЛОз (1 + ЛОз ) веса 6 ) нз — эффективная угловая ширина за ар а области рассеяния радиоволн на поверхносги (см. рис. 7.2, а). зависящая от ЛОз, = ЛО;/2, Л΄— аффективная ширина диаграммы направленности по мощности передающей (прнемиои) антенны в рцзианах; ЛΠ— эффективная ширина диаграммы обратного рассеяния шероховатой поверхности в радианах.
В редиодальноиере относительное смещение Бл средней оценки Ве измеряемой дальности Вэ = Нр зес 6, да среднего уровня отражающей поверхноспа вдоль оси х,' (си. рис. 7.2, а) при гауссовской аппроксимации ДНА и ДОР равно Вр- Ва Б ла я ч -Л6$„(1 + ЛОзр) млз 6„[Л61,(1 + ЛОзр) + Лбзр сава 6,) а, (7А) При высокостабильной аппаратуре флуктуационная погрешность определястея отмеченными ранее тремя составляющими (7.2). Оценка высоты Нэ" смепмется в основном по двум причинен: нэ-за протяакенности области рассеяния на поверхности и из-аа эволюций ЛА по крену и тангажу, при которых отклоняется на угол 6, (рис. 7.2, а) ось ДНА радиовысо.
гомера и соответственно изменяется расположение области Я, рассеянии. Поскольку в пределах ширины Лбр принятый сигнал имеет распределенную структуру по задержкам т~ тз,та, ..., з, , ..., т, то средняя оценка высоты лежит в диелазоне (Не ... и,) и определяется способом обработки. При широко используемом интегральном способе обработки, когда обрабатывается весь радиосигнал, оценка задержки тва = е * = 2Н /с определяется как средневзвеапеинае аначение (центр тяжести) аэштриховавной Фигуры на рис. 7. 2, б. Конкретное распределение мопщости сш нэпа по задержкам (внд аависимостн АБ(г — тл)) н ошибка, вызванная смещением оценки, не зависят ат вида модуляции н опредгляютая только Формами ДОР и ДНА.
При злпроксиъищии ДОР и ДНА в виде гауссовских Фигур вршцения относительное смещение оценки высоты Часто АРС объединяют с нераднотехническнми системамн (НРС) для измерения совокупности координат Хчз ш Хс (векторов ускорения, скорости„ориентации и т. п.), которые могут частично нли полностью перекрываться с совокупностью результатов рздиоизмерений Хр . Для получения информации о 1 з испольвуют инерцизльные, магнитные, всмдушные. корпускулярные илн астрономические датчики, позволяющие намерять параметры соответствующих геофнаических полей. Совокупность АРС и НРС образует бортовой иамерительный комплекс (ВИК), а автономная система управления ЛА в етом случае называется колщлекскоб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
