Локк А.С. Управление снарядами (1957) (1242424), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Существует множество типов подобных устройств, например так называемое переключение лепестков, при котором применяется синхронизация частоты повторения импульсов и частоты сканирования; однако во всех этих модификациях основной принцип остается неизменным. Во всех случаях выход системы есть сигнал, амплитуда и фаза которого (или полярность в случае постоянного тока) являются мерой ошибки.
Этот сигнал может быть подведен к визуальному индикатору для осуществления ручного управления или использован в системе с обратной связью для автоматического сопровождения. При проектировании системы сопровождения, основанной на этом принципе, приходится учитывать много дополнительных факторов, таких, как наивыгоднейшее смещение (или «перекашивание») диаграммы, симметрия лепестков, боковые лепестки и т. д.; рассмотрение этих вопросов можно найти в общей литературе. Это все— инженерные проблемы. Их влияние на характеристики автосопровождения может быть сведено к достаточно малым размерам.
Однако существенным является влияние отражающих свойств цели, которые при элементарном рассмотрении работы системы обычно не принимаются во внимание. 11.6. Определение дальности Определение дальности или сопровождение по дальности, в зависимости от необходимости, можно осуществлять с различной степенью точности. Поисковые радиолокаторы, использующие индикаторы с модуляцией по яркости, довольно грубы; более точные данные можно получить при помощи амплитудной индикации.
При точном сопровождении требуется непрерывное измерение, причем для автоматического сопровождения особенно важен нуль-метод. С целью его использования вырабатывают пару согласованных стробов, управляемых при помощи линии задержки, между которыми попадает эхо-сигнал. Энергии частей сигнала, приходящихся иа каждый строб, сравииваютоя во временндм дискриминаторе, вырабатывающем таким путем новый сигнал, амплитуда и фаза (или полярность) которого укааывают на отклонение от нулевого положения. Этот сигнал ошибки используется при автоматическом сопровожлении по дальности совершенно таким же образом, как и при сопровождении по углам. Однако существует серьезное различие между сопровождением по дальности и сопровождением по углу. Следящая система по дальности добывает свою информацию скорее не из отдельного импульса, а из импульсов, разделенных по времени, хотя и были построены системы, использующие один строб с временндй модуляцией.
Сравнение этих методов будет сделано ниже в связи с отражательными характеристиками цели. 477 11.7! ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ШУМА ЦЕЛИ 11.6. Определение шумов прн сопровождении Аналиа точности сопровождения радиолокатора очень прост, пока рассматривается идеальная цель. Однако известно, что на практике, при сложных целях, сопровождение не осуществляется плавно, а имеет заметные «дрожания» или шумы. Их можно оценить экспериментально, и это было сделано, но оказалось чрезвычайно трудным связать измеренный шум с типом цели, параметрами системы управления и степенью ее несовершенства. Шумы системы управления можно оценить, если воспользоваться маяком или сферическим телом в качестве, отражателя.
Если эта система линейна, то шум цели можно найти, измерив общий шум и исключив шум системы с помощью метода наименьших квадратов. При этом предполагается, что между шумом цели и шумом системы не существует корреляции; это предположение, по-видимому, разумно, но оно не проверено. Главные трудности такого метода состоят в технике эксперимента, в статистических флюктуациях, порождаемых выборками малого объема, и в нелинейностях системы при малых амплитудах. Второй метод состоит в том, чтобы измерить зависимость сигнала от угловой ошибки, получающуюся в разомкнутом контуре, и сравнить результат с оптическими измерениями. Здесь предполагается, что шум в разомкнутом контуре, преобразованный при помощи переходных характеристик замкнутого контура, дает веф$мй отклик замкнутого контура на шум.
Эгот метод, по-видимому, можно считать достаточно удовлетворительным, по крайней мере для одиночных целей. Конечно, здесь снова предполагаются линейность и отсутствие корреляции, а также принимается, что входной шум обладает свойствами стационарного случайного процесса. 1!.7. Причины возникновения шума цели Статистические характеристики цели в $ 1!.3 описаны по свойствам выходного сигнала приемника. Для лучшего понимания явления желательно пояснить причины его возникновения.
Сложная цель состоит из многих отражающих элементов, ориентация которых в пространстве случайна. Каждый из этих элементов, подсвеченный плоской волной, отражает некоторую часть приходящей энергии. В силу того, что размеры каждого отражающего элемента малы по сравнению с длиной волны, отражение от него приблизительно изотропно, в то время как большие плоские поверхности или поверхности с малой кривизной отражают направленно. Если рассматривать самолет как твердое тело, составленное из различных комбинаций малых элементов, то эхо-сигнал будет состоять из суммы таких отражений, обладающих случайной фазой.
Если самолет поворачивается относительно линии визирования, отдельные отражения 478 О сВОЙСтВАх шали [гл. 11 будут модулированы по фазе вследствие изменения длины оптического пути. Сумма всех этих отражений и представляет собой входную функцию сопровождающего радиолокатора. 11.8.
Анализ цели,-состоящей из двух отражающих элементов Нетрудно изучить отклик системы при сопровождении, если сложную цель заменить целью, состоящей всего из двух отражающих элементов. Не следует ожидать, что такая простая модель в какой-то мере похожа на действительную цель, но она представляет собой одну из ступеней идеализации явления и может дать много ценЛВ ных сведений.
На рис. 11,1 показаны два последовательных положения диаграммы направленности антенны. В некоторый заданный момент цель осматривается при помощи диаграммы А, а несколько позже — при помощи диаграммы В. Угол смещения оси е диаграммы направленности по- добран так, что точка пересечеРиц 11.1. Диагпамма направленности ния лежит на два децибела ниже сопровождающего радиолокатора. максимального значения. Пол- ный сигнал, полученный в положении А, усиливается, детектируется и сравнивается с тем, что получается таким же образом в положении В. Разность (в идеальном случае †отношен) этих двух сигналов определяет угловую ошибку цели.
Для удобства аналитического исследования форма каждого лепестка может быть описана некоторой функцией а!и 0 71(0) типа —, — 1 — Оэ и т. д. или может быть задана экспери- 0 ' З иентальной таблицей. Эту функцию можно вблизи равносигнальной зоны 0э разложить в ряд Тэйлора У(0) = 7.(0,) + (0 — 0,) У' (0,) + †,' (0 0,)э У" (0,) + ... Для малых ошибок достаточно удержать только первые два члена; это эквивалентно предположению, что отклик есть линейная функция от угловой ошибки.
Тогда амплитуду отклика можно выразить так: е = Ео [1 ~ р (0 — 0 )!. Для цели, состоящей иа одного отражающего элемента, сигнал от лепестка А будет: ел = 0 [1 — р (0, — 0 )[ соз вг, 1!.8[ анализ цвли, состоящий из двзх отглжлющих элиминтов 479 а от лепестка В: ел= 0[1+р(От — О1)сов<'1 где 0 есть коэффициент, учитывающий размеры цели, усиление системы и т. п. детектор определяет квадраты е и е , а фильтр л в нижних частот пропускает только составляющие постоянного тока низкочастотную. Сигнал ошибки ел — ел принимает вид в в а = 20вр(Вт — Оо) В случае, если одноэлементная цель лежит на равносигнальной линии, От =Во и в = О. Здесь нет членов, происходящих от шумов.
Если цель состоит из двух отражающих элементов, то каждый из них будет участвовать в образовании сигнала ошибки. Обе составляющие будут иметь одну и ту же частоту, а фаза будет зависеть от относительной дальности. Поэтому сигналы от каждого из лепестков будут: е = 0[1 — р(Ьтв — Оо)[созв1+а0[1 — р(Ьтг — Оо)[соз(а!+а), ев — — 0 [1+ р (От, — Оо)[ соз в! + а0 [1+ р (Ото — Оо)[ соз (ш1+ а), где а есть отношение амплитуд сигналов обоих элементов. После детектирования сигнал ошибки будет: е = 20'р [(От, — Оо)+ ав (Втв — Оо)+ а соз а [(Ьто — Ьо)+(Отв — Оо)Ц.
Зто выражение~в[бжно переписать так: в = 20 р [От,(1+асоза)+Ьт,(а'+асоза) — Оо(!+аз+ 2асоза)[. Если цель находится на равносигнальной линии, то в = О, откуда От, (1 + а сов «) + В та (аз + а сов «) 1+ аз+ 2а сов а Если положить Ото=От,+Оп, где Ьв есть угловое расстояние между обоими элементами, то О =Ь в Ь, ав+асова 1+ аз + 2а сов « Если оба сигнала находятся в фазе, а = О и соз а = 1; тогда а коэффициет при Ор будет —, и система не обнаружит ошибки, а+1' когда ось антенны проходит через «центр тяжести» амплитуд обоих сигналов.
Если а=180', сова= — 1 и коэффициент обращается а в —. Теперь при нулевой ошибке ось антенны будет проходить [гл. 11 о свойствлх цвли 480 Рнс. 11.2. Ошибки сопровождения двухзлементной цели. вне границ обоих отражающих элементов. При этом в обоих случаях мы никаким способом не сможем установить, что цель состоит из двух элементов. Интересно отметить, что в последнем случае, при а = 1, коэффициент а обращается в бесконечность. В дей- а — 1 ствительности, конечно, это не будет иметь места, поскольку это означало бы выход системы за пределы линейного участка диаграммы антенны; однако ошибка может достигнуть порядка нескольких размеров цели.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
