Радиолокационные измерители дальности и скорости by Саблин В. Н. (z-lib.org) (852905), страница 56
Текст из файла (страница 56)
В то же время раздельно синтезируя дискриминатор и цепи вторичной обработки, можно практически без потери точностииспользовать существенно более простые алгоритмы линейнойфильтрации, которые более предпочтительны и с точки зренияобеспечения сходимости процесса оценивания (см. §1.5).Для синтеза оптимального измерителя на основе алгоритмовСТОУ необходимо иметь модели отслеживаемого и управляемогопроцессов, модель наблюдений (измерений) и выбрать функционалкачества [34].
Следует отметить, что в зависимости от выбранныхмоделей и функционала качества могут быть получены различныеалгоритмы функционирования.6.1.СИНТЕЗ МНОГОКОНТУРНОГО КОМПЛЕКСНОГОИЗМЕРИТЕЛЯ ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ, ОПТИМАЛЬНОГОВ ПОСТАНОВКЕ ЛЁТОВА-КАЛМАНА6.1.1.Вы бориоб о сн о в а н и е и с х о д н ы х м оделей состояни яРассмотрим синтез одного из возможных вариантов ИДС наоснове СТОУ при использовании нетерминального квадратичногофункционала Лётова-Калмана.Выбор моделей состояния (1.9.1), (1.9.2) осуществляется сучётом задач, решаемых дальномером, реализуемой на практикевычислительной производительностью ЦВМ, и возможностями целенаправленного изменения всех фазовых координат и инструментального контроля хотя бы их части. В общем случае при выборемоделей состояния необходимо учитывать следующие обстоятельства.Для повышения точности системы необходимо наиболее полноописывать отслеживаемые и управляемые процессы.
Однако, сдругой стороны, детальное описание отслеживаемого процесса изаданной части, с учетом всех малозначительных компонент, приведет к существенному возрастанию требуемого быстродействия иобъёма памяти вычислителей, усложнению системы и увеличениювремени, затрачиваемого на формирование оценок дальности и еёпроизводных. Обусловлено это прежде всего «проклятием размерности» (§1.4). Возможность целенаправленного изменения всехфазовых координат с помощью определённого набора управляющих сигналов определяется условием управляемости (1.9.26), авозможность инструментального контроля с помощью существующих датчиков - условием наблюдаемости (1.9.23).Использование оптимальных методов траекторного наведенияна интенсивно маневрирующие цели [42] требует от ИДС формирования оценок дальности до цели Д , скорости сближения носителя с целью V и ускорений носителя ан и цели ац, связанныхзависимостямиД = V,Д(0) = Д0;У = ан+ац,V(0) = VH(0) + Уц(0) = V0.(6.1.1)Дальность до цели и скорость сближения с ней кроме применения их в оптимальных алгоритмах управления самолетом, необходимы в приёмном устройстве для его стробирования и в угломерном устройстве, где на их основе определяются коэффициентыпередачи угломера.
Скорость используется также для стробирования угломера по доплеровской частоте.Модели ускорений самолета (носителя РЛС) ан и цели Эц, входящие в (6 . 1.1) получаются исходя из предположений, что самолет при полете к цели движется с постоянным ускорением, а перехватываемая цель произвольно маневрирует. Тогдаав = 0,авсгЯц +*ан(0) = ано;(6.1.2)ад(0) = ац0,(6.1.3)где а - величина, характеризующая маневренные свойства цели;^ац ~ формирующий белый шум с нулевым МО и спектральнойплотностью 0 ^ .Исходя из изложенного, модель вектора отслеживаемых(требуемых) координат х ^ Д Vац]т может быть представленасистемой дифференциальных уравненийд =у,Д(0) = Д0;V = ан + ац,V(0) = V0;ан = 0,ан(0) = ан0;ац = - о а ц +4ад.ац(0)(6.1.4)а„0.В [42] показано, что при синтезе систем на основе алгоритмовСТОУ, слежение за импульсами цели осуществляется двумя еле-дящими полустробами, местоположение которых на оси дальностиопределяется дальностью Ду, вычисляемой на основе сигналауправления uv.Исходя из того, что слежение в ИДС будет осуществляться заинтенсивно маневрирующими целями, возникает необходимостькоррекции положения следящих полустробов с учетом скоростиVy.
Введение управляемой скорости Vy диктуется также необходимостью обеспечения памяти управителя при кратковременныхпропаданиях сигналов от цели. Следовательно, заданная часть автоселектора должна содержать два интегратора. На основаниисказанного, модель заданной части будет описываться дифференциальными уравнениямиД у = V y,Д у (0 ) = Д уо*Vy = bvuv + ^vy,Vy(0) = Vy0,j gjгде bv - коэффициент эффективности сигнала управления uv, ^центрированный белый шум со спектральной плотностью Gyy.6.1.2. В ы б о р-м одели н абл ю д ен и яПри выбранной модели отслеживаемого и управляемого процессов наблюдения должны обеспечить выполнение критерия наблюдаемости (1.9.23).
В соответствии с этим критерием все координаты вектора состояния будут оцениваться в том случае, если вкаждой группе функционально связанных величин обеспечиваетсянаблюдение самых низких производных. Следовательно, для обеспечения работоспособности алюритма, синтезированного по моделям (6.1.4) и (6.1.5), необходимо иметь информацию об отслеживаемой Д и управляемой Ду дальностях.Третьей координатой, наблюдение которой необходимо обеспечить, является ускорение носителя ан.
Это связано с тем, что, получая информацию только о дальности Д, можно обеспечить оценку лишь суммы ан+ац, если не измерять хотя бы одно из данныхускорений. Так как непосредственно измерение ускорения целипрактически невозможно, то необходимо наблюдение ускорениясамолета ан.Следует отметить, что система будет тем устойчивей, чембольше она имеет наблюдаемых координат, так как при этом вфильтрах, формирующих оптимальные оценки параметров, увеличивается количество ООС.
В связи с этим желательно также иметьинформацию о скорости сближения V самолета с целью.348Наблюдение перечисленных выше координат можно обеспечить с помощ ью следующих устройств:информацию о дальности до цели Д и скорости сближения сней V можно извлечь из принятого антенной системой отраженного от цели радиосигнала;дальность управляемую Ду можно наблюдать на выходе заданной части (устройства расстановки стробов);ускорение носителя ан можно измерить акселерометром.Если в БРЛС используется зондирующий сигнал с ВЧПИ:- - r (t_kT“ )2и и зл=и иеcos[co0(t - кТп) +2 т "<р0 ] ,(6.1.6)где UH, ти, Тп - амплитуда, длительность и период повторения импульсов; ©о и Фо - частота и начальная фаза ВЧ колебаний;к=0,1,2...
- номер излученного импульса, то он позволит обеспечить наблюдение дальности до цели Д (времени запаздывания) искорости V (частоты Доплера).После отраженния от цели сигнал на входе приёмника имеетвид [17]:Ц ^=ту> *49coe((00t+— t-co0kTn+(p4>)+^4„ (6.1.7)где Unp - его амплитуда; N - количество интервалов неоднозначности; Дн - наблюдаемая (неоднозначная) дальность до цели, X длина волны; фщ, - случайная фаза принимаемого сигнала, 4пр центрированный белый шум со спектральной плотностью G ^; ©д сдвиг частоты за счёт эффекта Доплера. Фаза фщ, представляетслучайный параметр, равномерно распределенный на интервале от-71ДО 7С.С учетом того, что функционирование ИДС предполагается после захвата цели на автосопровождение, когда неоднозначностьотсчета дальности уже устранена одним из известных способов(см.
§4.2), то сигнальную функцию для выражения (6.1.7) можнополучить в виде- ~ № * - 2 Л / с 0)г4яуfic(t) = U npe 2tcos(ro0t + — j — t + фцр)+ £пр, (6 . 1.8)где Д и V - оценки дальности и скорости, формируемые в фильтре.Синтез дискриминатора и сглаживающих цепей целесообразнопроводить независимо. Возможность выполнения такой процедурыобоснована в §1.5.В дискриминаторе осуществляется «извлечение» оцениваемогопроцесса x(t) из сигнала Uc(t,x(t)), а фильтрация этого процесса отшумов производится в линейных сглаживающих цепях. Ввидуширокополосности дискриминатора время обработки в нем напряжения uc(t) существенно меньше времени корреляции траекторных фазовых координат Xj(t) (i = 1,6).
Поэтому на интервалеобработки можно считать x^const и использовать для синтезадискриминатора теорию оценки параметров.В соответствии с (1.5.6) оптимальный дискриминатор для сигналов вида (6 .1.8 ) представляет совокупность временного и частотного различителей. Напряжения на выходах данных различителей имеют вид:(6.1.9)(6. 1. 10)где й с - сигнальная функция (6.1.8), а вместо Д и V используются Ду и Vy соответственно.Учитывая, что в (6 .1.8) все фильтруемые параметры неэнергетические и представляя производные в виде конечных разностей(3.2.2), можно записать►unp(t). (6.1.11)Здесь i—1,2; 5х1=8Д=Д-Ду, 8x 2= 8V =V-Vy - малые приращениядальности и скорости соответственно. Тогда выражения (6.1.9) и(6.1.10) могут быть преобразованы к виду_ itг.“°t+f ( v' +i W71wa^RL'xe] - 4 " “‘ +i (' i;' - t K } «JU.»4L'' " Я 0 0 ^ ^ + ^ + ^ + ^ , , , (6.1.13)Преобразуя (6 .1.12) и (6.1.13) к виду (1.5.8), (1.5.9), получим:^дСЦ Ду)'*"^ди>(6.1.14)V = kv( V - Уу) + 5 „ ,(6.1.15)идд2пкгКд =<1т2 2’ТпсМKv = qвтп^к," 2%ТЛ2(6.1.16)q - отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума;Kj и К2 - размерные коэффициенты, численно равные единице; £дии- белые шумы с известными спектральными плотностямиСди и GVM.
В дальнейшем для оптимального фильтра оцениваниякомпонент вектора х в качестве наблюдений будут использованысигналы (6.1.14) и (6.1.15) на выходе дискриминаторов дальностии скорости, линейно зависящие от компонент вектора х и сопровождаемые гауссовскими шумами.Для измерения ускорения самолета-носителя ац, входящего всостав вектора состояния х, можно использовать акселерометр,ориентированный по линии визирования (оси антенны).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
