Радиолокационные измерители дальности и скорости by Саблин В. Н. (z-lib.org) (852905), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Производные скорости впрямоотсчётных измерителях не оцениваются.Ко второй группе относятся следящие измерители, использующие отрицательные обратные связи. Структурная схема такогоизмерителя показана на рис. 3.1.1. На этом рисунке: z - входнойсигнал; ДР - дискриминатор, выделяющий сигнал рассогласования между текущим (истинным) значением времени задержки иего измеренным (оценочным) значением; Ф - сглаживающийфильтр, на выходах которого формируются оценки дальности Д,скорости V и её производных (на рисунке объединены в вектороценок х ); ГОС - исполнительный элемент (генератор опорныхсигналов), параметры сигналов которого изменяются в соответст150вии со сформированными оценками х ;ДКС - датчики корректирующих сигналов, позволяющие улучшить точность,фустойчивостьипомехозащищённостьДРизмерителей дальности и скорости.
Следует отметить, что в следящих измеритего с *лях оцениваются не только дальность искорость, но и их производные, оценкиРве. 3.1.1.которых можно формировать не толькопо задержке принятого сигнала, но и подоплеровскому смещению частоты. В этом случае дискриминаторДР будет комплексным, обеспечивающим выдачу сигналов рассогласования не только по задержке, но и по доплеровскому смещению частоты. Под ГОС тогда следует понимать исполнительныеэлементы устройства расстановки стробов и опорного генератора.Если оценивание дальности, скорости и её производных выполняется независимо на основе информации, извлекаемой толькоиз радиосигналов, то говорят об автономных измерителях. Средиавтономных измерителей различают одно- и двухдиапазонные измерители дальности и скорости.
В последних первичными источниками 'информации являются, два радиосигнала, спектры которых достаточно далеко разнесены друг от друга.Измерители дальности и скорости, в которых кроме радиосигналов используются сигналы от датчиков другой физической природы, называются комплексными. В качестве таких датчиков,формирующих корректирующие сигналы, используют чаще всегоакселерометры и датчики воздушной скорости.Если параметры дальномеров и измерителей скорости не изменяются во времени, то говорят о стационарных измерителях.Нестационарные измерители, параметры которых изменяются вовремени, могут быть трёх типов.
В одном из них параметры изменяются произвольно, вызывая изменение показателей эффективности следящей системы. К таким параметрам относятся, например, коэффициенты передачи дискриминаторов, величины которых изменяются в зависимости от дальности до цели.
В другомтипе - параметры изменяются программно. Такое изменение параметров имеет место в измерителях, функционирующих по алгоритмам калмановской фильтрации. В измерителях третьего типа,при изменении условий функционирования, целенаправленно (автоматически) изменяются параметры следящих систем, обеспечивая их приспособление к указанным изменениям. Измерители такого типа называются адаптивными.ДКСАлгоритмы оценивания дальности и скорости, наилучпше втом или ином смысле, считаются оптимальными. Среди неадаптивных измерителей наилучшими в потребительском плане считаются те, которые обеспечивают наивысшие точности, быстродействие и устойчивость сопровождения при минимальной чувствительности показателей эффективности к изменению условийфункционирования.Если в процессе слежения за целью чувствительный элементДР, фильтр Ф и исполнительный элемент (ГОС) (рис. 3.1.1) соединены последовательно, составляя единый контур, то говорят ободноконтурных измерителях.
Если в составе следящей системыможно выделить несколько параллельно действующих контуров,то говорят о многоконтурных измерителях.В зависимости от количества одновременно сопровождаемыхцелей различают измерители (алгоритмы): сопровождения одиночной цели (СОЦ) в режиме непрерывной пеленгации (РНП); автоматического сопровождения нескольких целей в режиме обзора;сопровождения больших групп целей (десятки-сотни летательныхаппаратов).Специфика сопровождения воздушных и наземных целейтакже предопределяет наличие соответствующих измерителей.Своеобразие дискретных и аналоговых процедур обработкиинформации обусловливает использование дискретных (цифровых), аналоговых и аналогово-дискретных алгоритмов функционирования измерителей дальности, скорости и её производных.Заметим, что значительная часть материала этой книги ориентирована на получение алгоритмов, которые реализуются программным способом в быстродействующем программируемом процессоре сигналов (ППС) и связанной с ним ЦВМ средней производительности.
В связи с чем, структурную схему дальномера (рис.3.1.1) можно представить в ином виде, приведённом на рис. 3.1.2.Рис. 3.1.2.При таком способе построения аналоговыми элементами являются лишь датчики параметров движения самолёта (ДКС) иприёмный тракт, которые заканчиваются блоками АЦП. Все следующие операции выполняются на алгоритмическом уровне вППС и ЦВМ.Особенности построения и функционирования рассмотренныхвыше разновидностей измерителей дальности и скорости будутрассмотрены в последующих главах книги.3.1.3.О п ти м ал ьн оеоц ен и ван и е дал ьн о сти и рад и ал ьн о йСКОРОСТИ ПРИ ПОЛНОСТЬЮ ИЗВЕСТНОМ СИГНАЛЕВ гл. 1 отмечалось, что для синтеза следящих измерителейразличного назначения широко используется теория оптимальнойфильтрации. Там же приведены общие соотношения теории иобобщенные структурные схемы.
В данном разделе иллюстрируется применение общих соотношений теории фильтрации к решениюконкретных задач оценивания дальности и скорости на основе информации, извлекаемой из радиолокационных сигналов.Рассмотрим задачу автономного оценивания дальности. Пустьна вход измерителя поступает аддитивная смесь сигнала и шумаz(t) = s(U ,n) + SH(t),(3.1.7)где £и - белый гауссовский шум с нулевым математическим ожиданием и спектральной плотностью G„; 8 - сигнальная функция; X- информативный параметр сигнала, в качестве которого в задачеизмерения дальности выступает задержка т 3 = 2Д / с 0 принятогосигнала относительно зондирующего; р - вектор неинформативныхпараметров, т.е. тех параметров, которые не подлежат оценке врассматриваемой задаче. Как отмечалось выше, в радиолокационных дальномерах используют импульсный сигнал.
Поэтому определим сигнальную функцию в форме (3.1.3). Полагая частоту сигнала Oq известной, из (3.1.3) следует, что неинформативными параметрами сигнала являются амплитуда U0 и начальная фаза <ррадиоимпульса.Рассмотрим сначала задачу синтеза для полностью известногосигнала, когда амплитуда и фаза сигнала известны.Прежде всего необходимо задать модель изменения информативного параметра та. В простейшем случае движения РЛС и наблюдаемого объекта на встречном или догонном курсах изменениевременной задержки отраженного сигнала описывается уравнениямит3 = 2 Д / с 0;Д = У;V = a(t),(3.1.8)где V - скорость сближения; a(t) - ускорение вдоль линии РЛСцель (которое для простоты будем называть радиальным ускорением).
Не останавливаясь на обосновании возможных моделей радиального ускорения, примем для простотыa(t) = $(t),(3.1.9)где £(t) - гауссовский белый шум с нулевым математическим ожиданием и спектральной плотностью G$.Уравнения (3.1.8), (3.1.9) можно представить в эквивалентнойвекторной форме, введя вектор х=[Д V]T. Тогдах3 = Стх;X = Fx + G$(t),О 1'с = 2 /с0(3.1.10)гдеF =О0J ’ОGx= G^(3.1.11)Формализовав таким образом задачу, можно воспользоватьсяуравнениями оптимальной фильтрации (1.5.2), (1.5.3).
Так, например, уравнения, описывающие структуру оптимального измерителя, имеют видх = Fx +(z(t) - s(x3,t))l;D = FD + DFT+ GG§GT- DCG"1'(3.1.12)CTD, (3.1.13)где D(t) - матрица дисперсий ошибок фильтрации.Из уравнения (3.1.12) следует, что оптимальный измерительможет быть представлен структурной схемой рис. 3.1.1. При этомпроцесс на выходе дискриминатора описывается соотношением^ x(t) = G"13s(x3,t)[z(t)-s(x3,t)](3.1.14)Уравнение фильтра в контуре следящей системы имеет вид154x = Fx + K(t)u„T(t)(3.1.15)K(t) = D(t)C(3.1.16)где- векторный коэффициент усиления фильтра.На обобщённой структурной схеме следящего измерителя (рис.3.1.1) блок ГОС определён как «исполнительный элемент - генератор опорного сигнала».
В оптимальных системах фильтрации вкачестве такого опорного сигнала удобно понимать производнуюАот сигнальной функции s(t, X) по оцениваемому параметру А. (длядальномера А,=^т3), взятую в точке оценки А,. Следуя такой трактовке, для измерения дальности можно записать;(t) = 3s(T3,t)/dT3.В полученной структурной схеме измерителя дальности отсутствует датчик корректирующих сигналов, что обусловлено отсутствием дополнительных датчиков информации в постановке задачи. Введем для примера один из возможных датчиков - датчиксобственного радиального ускорения РЛС a ^ . Тогда уравнениедля производной радиальной скорости в (3.1.8) принимает вид(3.1.17)где ац - ускорение цели вдоль линии визирования, для которогопримем модель (3.1.9).При такой модели движения объектов уравнения фильтра(3.1.15) в контуре следящего измерителя преобразуются кX = Fx + Варлс + D(t)CuAT(t);В=[0 1]т.(3.1.18)Второе слагаемое в правой части этого уравнения отражаетвЬод информации от датчика компенсирующих сигналов в систему, что и соответствует структурной схеме рис.
3.1.1.Рассмотрим задачу автономного опенивания радиальной скорости. Пусть на вход измерителя по-прежнему поступает аддитивная смесь сигнала и шума (3.1.7), а в качестве зондирующего сигнала используется импульсный сигнал. В целях обеспечения однозначного измерения доплеровской частоты будем полагать в соответствии с (3.1.6), что частота повторения импульсов достаточновысокая. Выделим в сигнальной функции (3.1.3) в явном виде доплеровское смещение частоты юд, а вместо Uq для удобства будемписать А (т.е. U0=A)s(t, X, ц) = A h (t - x3 )c o s (© 0t + © flt + cp),(3.1.19)где coq - несущая частота сигнала.
Полагая параметры А, т, ©о, <ризвестными, определим в качестве информативного параметра Xдоплеровское смещение частоты, динамику изменения которого, всоответствии с (3.1.8), (3.1.9) и (3.1.17), определим соотношениями2VV = apJlc+^(t)<0д = — ©0;(3.1.20)с0Воспользовавшись уравнением оптимальной фильтрации(1.5.2), получаем алгоритм работы оптимального измерителя радиальной скорости-1^ д » * ) [z(t)-s(©fl,t)]l;а©дV = а рлс +Ь= g 5 - D2cG;1(as(©fl, t)/a© д)2,где(3.1.21)(3.1.22)с = 2©0/с0; <вд = c V .Из уравнения (3.1.21) следует, что процесс на выходе дискриминатора оптимального измерителя описывается выражением= G;1% % t ) - s(©fl,t)];О Шд(3.1.23)ГОС формирует сигналUrocft) = Эз(©дД)/а©д;(3.1.24)фильтр в контуре следящего измерителя описывается уравнениемV = apflC+D(t)cuflf(t),(3.1.25)а в качестве датчика корректирующих сигналов используется датчик собственного ускорения РЛС.Как следует из приведенных соотношений, структура автономного оптимального измерителя радиальной скорости соответствует обобщенной схеме рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
