Радиолокационные измерители дальности и скорости by Саблин В. Н. (z-lib.org) (852905), страница 59
Текст из файла (страница 59)
При изменении условийфункционирования, связанных с типом сопровождаемой цели, видом её манёвров, турбулентностью атмосферы, солнечной активностью, используемая статистика не будет соответствовать той, которая была принята при синтезе фильтра. В результате реальнаяточность оценивания будет хуже по сравнению с теоретической,рассчитанной по формуле (1.4.5) для выбранной статистики.6.1.6.Ст р у к т у р н а яс х е м а м н о го к о н ту рн о го и зм ери тел яд ал ьн о стии СКОРОСТИСтруктурная схема комплексного ИДС, приведённая на рис.6.1.1 получена на основании уравнений заданной части (6.1.5),первичных измерителей (6.1.19), алгоритмов формирования сигналов управления (6.1.39) и оптимальных оценок (6.1.56)(6.1.57).
На этом рисунке: ПРМ - радиолокационный приёмник;ВД и ЧД - временной и частотный дискриминаторы, формирующие наблюдаемые сигналы (6.1.14) (6.1.15); УРС и ГОЧ - устрой-364Рис. в . 1 .1 .ство расстановки стробов и генератор опорной частоты, управляемые сигналами Ду и Vy с выхода управителя (заданной части).Сигналы с выходов измерителей поступают на вычитающиеустройства, где вычисляются невязки Azj - Az4 (6.1.57), затемвзвешиваются с коэффициентами усиления(i = l,6, j = l,4)(6.1.58) и подаются в интеграторы, на выходе которых и формируются оценки Д, V , ан, ац и Ду , Vy .
Первые четыре оценки поступают к потребителям информации, а Д,V и Ду ,Vy используются в регуляторе для вычисления сигнала управления uv. Этот сигнал управляет значениями Ду и Vy заданной части, определяющими временное положение стробов, формируемыхУРС, и значение опорной частоты, вырабатываемой ГОЧ для ЧД,и поступает в оптимальный фильтр в качестве корректирующеговоздействия.ИДС представляет собой многомерную, нестационарную, многоконтурную систему. Многомерность обусловлена наличием нескольких входных (идд, u ^ , гду, za) и нескольких выходных сигналов в виде формируемых оценок. Нестационарность дальномераобусловлена наличием в фильтрах переменных коэффициентовусиления, которые изменяются от своих наибольших значений вмомент начала работы до наименьших в установившемся режиме.Такое изменение коэффициентов дает возможность быстро отработать начальные ошибки захвата цели за счет широкой полосыпропускания фильтров.
В то же время существенно более узкаяполоса в установившемся режиме позволяет обеспечить хорошеесглаживание случайных возмущений.В рассматриваемом дальномере можно выделить несколькотипов контуров. Четыре из них, типичные для фильтровых систем, образованы за счет ООС по наблюдаемым фазовым координатам в процессе формирования невязок Azi, Az2, Az3 и Az4. Пятый ишестой замыкаются через оптимальные дискриминаторы по времени запаздывания и доплеровской частоте посредством ООС черезрегулятор, заданную часть, УРС и ГОЧ.
В них используется сформированный в регуляторе сигнал управления uv, реагирующий наошибки не только по дальности, но и по скорости. Специфиченседьмой контур, образованный цепями, по которым в оптимальный фильтр вводится комбинированный управляющий сигналbvUv, учитывающий эволюции и наблюдаемых (Д, Ду и V) и ненаблюдаемых (Vy) координат.Многоконтурный тип следящей системы позволяет разрешитьпротиворечия между требованиями одновременного обеспечениявысокой точности, быстродействия и устойчивости. Высокие точность и быстродействие, обеспечиваемые оптимальным фильтром,обусловлены следующими особенностями ИДС.
Во-первых, к потребителям поступают непосредственно оценки Д и V , а не их запаздывающие аналоги Ду и Vy, как это имеет место в одноконтурных системах. Во-вторых, оценки Д и V формируются по болееточным моделям, в которых учитываются маневры не только самого объекта управления (ан), но и цели (ац), что особенно важнопри сопровождении интенсивно маневрирующих целей. В третьих,оценки Д , V и ац вычисляются по более совершенным алгоритмам калмановской фильтрации, которые отличаются от a-(i алгоритмов переменными, адаптивными к априорной статистике коэффициентами усиления невязок.Высокое быстродействие предопределено исключением из цепей формирования оценок Д , V и ац наиболее инерционной части: УРС и ГОЧ.
Проведенные исследования показали, что постоянная времени отработки начальных ошибок захвата в фильтреотслеживаемого процесса на один-два порядка меньше, чем в одноконтурных следящих дальномерах с двумя интеграторами.Высокая устойчивость сопровождения цели следящими стробами и опорной частотой обеспечивается контуром управителя засчет использования оптимального сигнала управления. Спецификой такого управления является то, что в нем наряду с ошибкамипо дальности используется и корректирующая поправка, обусловленная ошибками по скорости. Использование такой поправкипредотвращает выход динамических ошибок АД за пределы линейного участка дискриминационной характеристики временногоразличителя при маневрах цели и ОУ.
Эта особенность, наряду соптимизацией кд и ку, обеспечивает бессрывное сопровождениесигнала цели во всем реальном диапазоне скоростей и ускоренийсближения. Поскольку к потребителю поступают оценки изфильтра, а не из управителя, то к последнему не предъявляетсявысоких требований к точности отслеживания следящими стробами сигналов цели. Вполне достаточно, чтобы ошибка по временизапаздывания (дальности) не превышала половины ширины дискриминационной характеристики ВР, а ошибка по доплеровскойчастоте (скорости сближения) была меньше половины полосы пропускания доплеровского фильтра. В такой ситуации на вход формирователя оценок Д , V , ан и ац по-прежнему будут поступатьрезультаты измеренийи и^, обеспечивая его функционирование.
В то же время в контуре управителя может быть сделан основной упор на обеспечение устойчивости, а не точности. Крометого, выбирая коэффициенты кд и ку по правилу, учитывающемуреальные ограничения, можно избежать нелинейных режимов работы регулятора, что также повышает его устойчивость. Устойчивость формирования всех оценок в маневренном воздушном боюобеспечивается не только устойчивой подачей сигналов \хм и и^,но и введением корректирующей поправки ан, учитывающей маневр носителя и комбинированного сигнала коррекции byUv*В рассмотренном дальномере необходимо отметить очень высокую степень избыточности информации.
Так, информация одальности до цели содержится в оценках Д, Ду и в сигналах Дуна выходе управителя. Информация о скорости сближения имеется в V, Vy и Vy. Такая избыточность позволяет применять высокоэффективные алгоритмы защиты от различного рода помех.6.2. АНАЛИЗ МНОГОКОНТУРНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИЦелью анализа является исследование показателей эффективности ИДС, алгоритм функционирования которого был синтезирован в §6.1. В рамках этого анализа исследуются потенциальныепоказатели качества, аналогичные показатели в условиях, приближённых к реальным, и вырабатываются рекомендации по упрощению алгоритмов работы ИДС, не приводящие к потере основных достоинств многоконтурных следящих систем.6.2.1.
Анализ потенциальных показателей эффективностиНиже под потенциальными показателями эффективности понимаются показатели потенциальной точности, оцениваемой дисперсиями ошибок фильтрации и динамическими ошибками в установившемся режиме, а также быстродействие, определяемое постоянными времени отработки ошибок захвата.
Следует подчеркнуть, что многоконтурный принцип построения ИДС предопределяет необходимость исследования однотипных показателей какдля фильтровых контуров, так и контура регулятора.Исследования потенциальной точности фильтрации проводилось в процессе численного решения на ЭВМ уравнений Риккати(1.4.5), при подстановке в них соотношений (6.1.65), в широкомполе значений спектральных плотностей шумов состояния (Gx) иизмерений (GH) в реальном диапазоне соотношения энергии сигналов к спектральной плотности шума.Результаты исследований представлены на рис. 6.2.1-6.2.6,где приведены области возможных изменений дисперсий ошибокформируемых оценок.
Верхние кривые на каждом из рисунков соответствуют условиям функционирования ИДС при наибольшихвыбранных значениях спектральных плотностей шумов возмущений и измерений, нижние кривые соответствуют наилучшим условиям работы.Рис. 6.2.1.Рис. 6.2.2.На этих рисунках: Du , D22 , D33, D44,и Dee - соответственнодисперсии ошибок оценивания Д, V, ан, ац, Ду и Vy.Анализ полученных результатов позволяет сделать следующиевыводы.Все дисперсии ошибок фильтрации сходятся от своих первоначальных значений к существенно меньшим установившимсязначениям во всем реальном диапазоне изменения начальных дисперсий и спектральных плотностей шумов состояния и измерений.Сходимость дисперсий позволяет сделать предположение о том,что ИДС будет устойчиво формировать оценки в широком диапазоне изменения фильтруемых параметров.Значения дисперсий ошибок фильтрации в установившемсярежиме свидетельствует о достаточно высокой точности оценивания отслеживаемых и управляемых координат.Анализ максимально возможных потенциальных ошибок слежения по дальности АДП^3 y]Dn +3^/D56 « 0 , 5 тис0 и по скоростиAVn= 3 ^ 2 2 +3-/De6« 0 ,5 A F ^ (где ти - длительность зондирующегоимпульса, с0 - скорость света, AF - полоса пропускания доплеровского фильтра, X - длина волны) позволяет предположить, чтофильтр не накладывает ограничений на возможность осуществления бессрывного сопровождения целей.Исследование динамических ошибок и быстродействия ИДСпроводилось по результатам совместного моделирования эволюцийманеврирующего самолёта, соответствующих модели (6.1.4), измерений (6.1.19), алгоритмов функционирования регулятора (6.1.39)и фильтра (6.1.56)-(6.1.58) при следующих допущениях:интенсивность манёвра отслеживаемого самолёта соответствуетв (6.1.4) значениям а=(0,01-10) с 1;все виды случайных возмущений в формируемых реализацияхсостояния (6.1.4), (6.1.5) и измерений (6.1.19) отсутствуют;допустимые значения постоянной времени и максимальногонапряжения регулятора при расчёте коэффициентов передачиошибок слежения (6.1.52) и (6.1.53) определялись величинамиТр доп~1 с; Uraax=24 В, а коэффициент эффективности управленияв (6.1.5) bv=100 м /(с2В);в начальный момент времени в фильтре имеются случайныепо величине и знаку ошибки оценивания ДД=Д-Д, AV=V-V,Аад-ая-а,,,АЯц Яц-Нц,АДу= Ду-Ду,AVy=Vy-VyизахватаЛДр-Д-Ду, AVp=V-Vy в регуляторе.Графики переходных процессов в фильтре и регуляторе приразличных сочетаниях начальных ошибок захвата показаны нарис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
