Иследование точности доплеровского измерителя скорости (ДИС), страница 2

Волноводно-щелевые передающая иприемная антенны А1 и А2 формируют по три луча 1,2,3, расположенные, как показанона рис.1.Зондирующий сигнал – немодулированный: в качестве передатчика используютсятвердотельные (варакторные) умножители частоты ВУ1 и ВУ2 задающего кварцевогогетеродина КГ, работающего на частоте 500 кГц. Умножитель частоты ВУ1 питает лучи 1и 2, а умножительВУ2 – луч 3. Частоты зондирующих сигналов отличаются на 500кГц.Сигналы, принятые с направлений 1, 2 и 3, поступают на смесители СМ1, СМ2, СМ3. Вкачестве напряжения гетеродина в смесителях СМ1 и СМ2 используется колебание свыхода умножителя ВУ2, а в смесители СМ3 – с умножителя ВУ1.

На выходах смесителейобразуются колебания со средними частотами спектров соответственно 500 кГц + FДО 1,500 кГц + FДО 2 и 500 кГц - FДО 3. Таким образом, разность частот передатчиков являетсяпромежуточной частотой для приёмников всех трёх каналов. Усилители промежуточнойчастоты УПЧ1, УПЧ2 и УПЧ3 идентичны; средняя частота их полосы пропускания равна500 кГц.5Рис. 2 Функциональная схема доплеровского датчика скоростиСигналы промежуточной частоты поступают на частотомеры Ч1, Ч2 и Ч3; порезультатам оценивания частот FДО 1, FДО 2 и FДО 3 в соответствии с равенствами (3)вычисляются составляющие Vx, Vy, Vz вектора скорости ЛА относительно поверхности,используемые в АСУ.

Частотомеры всех трёх каналов идентичны; они выполнены посхеме «следящего фильтра» с дискриминатором на «квадратурных смесителях» [1]. Такиечастотомеры по дисперсии оценивания средней частоты спектра близки к оптимальным.Схема с квадратурными смесителями позволяет выявить знак доплеровского смещения,что необходимо для определения направления составляющих скорости Vx, Vy, Vz.Функциональная схема частотомеров приведена на рис. 3.Сигнал с выхода УПЧ приёмника со средней частотой спектра 500 кГц + FДОпоступает на два смесителя СМ1 и СМ2, на вторые входы которых подаетсясинусоидальное напряжение перестраиваемого гетеродина СлГ. Напряжение гетеродинана входах смесителей отличается по фазе на 900 (отсюда название – «квадратурныесмесители»). Если частота Fг перестраиваемого гетеродина близка к величине 500 кГц +FДО, то на выходах фильтров Ф1 и Ф2, полоса которых приблизительно согласована сшириной доплеровского спектра, появятся напряжения, знак разности фаз которыхзависит от знака разности частот δF=[(500 кГц + FДО)-Fг].

Эти напряжения подаются наимпульсный фазовый детектор ФД, напряжение с выхода которого поступает на схему СУуправления частотой гетеродина СлГ. Фазовый детектор состоит из ограничителей ОГР1 иОГР2, дифференцирующих цепей D1 и D2 и схем совпадения СС1 и СС2. Еслиположительная полуволна напряжения с выхода ограничителя ОГР1 совпадает сположительным импульсом на выходе дифференцирующей цепи D2 при δF > 0, то при δF< 0, будет иметь место аналогичное совпадение напряжений с выходов ограничителя ОГР2и цепочки D1.6Рис.3 Следящий частотомерИмпульсы с выходов схем совпадения поступают на дифференциальныйинтегратор И, знак приращения напряжения на котором зависит от соотношения среднихчастот следования импульсов со схем СС1 и СС2 .

Напряжение дифференциального интегратора управляет частотой перестраиваемого гетеродина СлГ таким образом, чтоподдерживает ее равной величине 500 кГц + FДО. Если частота перестраиваемогогетеродина равна средней частоте спектра сигнала на выходе УПЧ, (500 кГц + FДО)средние частоты следования импульсов на выходах схем совпадения одинаковы инапряжение на выходе дифференциального интегратора равно нулю. Частотасинусоидальных колебаний перестраиваемого гетеродина может служить аналогомсредней частоты спектра сигнала на выходе УГТЧ.Для устранения постоянного слагаемого, равного промежуточной частоте (500 кГц),служит смеситель СМ3 (см.

рис.3), на который подаются синусоидальные напряженияперестраиваемого гетеродина и задающего генератора с частотой 500 кГц. Изгармонического сигнала на выходе этого смесителя формируются импульсы, частотаследования F которых используется в качестве оценки средней чистоты доплеровскогоспектра FДО. Знак доплеровского смещения определяется с помощью "схемы знака" (СЗ нарис.3). Эта схема аналогична описанному выше дискриминатору с квадратурнымисмесителями; схема СЗ сравнивает частоту перестраиваемого гетеродина FДО =500 кГц +FДО, с опорным сигналом 500 кГц.

Отличие "схемы знака" от дискриминатора следящегофильтра заключается в ширине полосы фильтров ПФ1 и ПФ2, которая выбирается равноймаксимально возможному значению доплеровского смещения FДО. Напряжение с7интегратора И схемы знака, полярность которого определяется знаком доплеровскогосмещения FДО, подается на вычислитель.Для функционирования следящего измерителя необходимо предварительно настроитьперестраиваемый гетеродин таким образом, чтобы сигнал разностной частоты с выходовквадратурных смесителей CM1 и CM2 попадал в полосу узкополосных фильтров Ф1 и Ф2.Процесс предварительной подстройки гетеродина осуществляется "схемой поиска" (нарис.

4 схема поиска не изображена).Импульсные последовательности с выходов всех трех частотомеров, частотыследования которых FП1, FП2, FП3 отображает абсолютные величины среднихдоплеровских смещений FДО1, FДО2, FДО3, а также "сигналы знаков" доплеровскихсмещений подаются на вычислитель ВУ (см. рис. 2), алгоритм которого соответствуетравенствам (3).Вычисленные значения VX, VY, VZ, с учетом их знаков в цифровой форме подаются паСАУ автоматизированной посадки. Для возможности осуществления "ручного"управления посадкой величины "горизонтальной" составляющей скорости=Vr'Vx2 + Vy2 в "вертикальной" Vy отображаются двумерным стрелочным индикаторомИНД со скрещенными стрелками.Описание экспериментальной установкиЭкспериментальная установка позволяет исследовать зависимость основнойпогрешности доплеровских датчиков систем посадки на поверхность с неизвестнымисвойствами - ошибки смешения - от ширины и формы доплеровского спектра.Функциональная схема установки приведена на рис.

4. Установка состоит из имитатораИС, одного канала доплеровского датчика скорости ДЛС и цифрового частотомера Ч.Доплеровский спектр имитируется путем фильтрации широкополосного шума, получаемого от генератора ГШ1. Фильтр Ф1 имеет симметричную характеристику, средняячастота которой определяет среднюю частоту FДО спектра имитируемого сигнала, а полоса пропускания — ширину доплеровского спектра∆fд.

Ширину полосы фильтра Ф1можно измерять.Рис. 4. Схема экспериментальной установки.Асимметричная деформация спектра сигнала осуществляется с помощью"деформирующей схемы" - ДС, состоящей из широкополосного по сравнению с Ф1фильтра Ф2, перестраиваемого гетеродина Г и двух смесителей – СМ1,и СМ2.8Амплитудно-частотная xаpaктеристика фильтра Ф2 в пределах полосы частот фильтра Ф1практически линейна. Смеситель СМ1 работает на повышение частоты, а СМ2 - напонижение.Спектр сигнала на выходе смесителя СМ2 может быть записан в видеG(F)=G1(F)(1+nF)(9)где G1 (F) - симметричный спектр сигнала на выходе фильтра Ф1; п - коэффициент,характеризующий асимметрию спектра на выходе второго смесителя, величина которогозависит от наклона АЧХ фильтра Ф2 в окрестности частоты FПР ДО, в которуюпреобразуется частота FДО с помощью смесителя СМ1.Изменение величины коэффициента n, осуществляемое перестройкой гетеродинаГ, эквивалентно влиянию изменения наклона ДОР поверхности на форму доплеровскогоспектра.

При постоянных FДО и Δfg гетеродин может, быть проградуирован по величинепараметра поверхности p= f’(θ0)/ f(θ0), где f’(θ0) и f(θ0)- значения ДОР и ее производной в направлении θ = θ0 (сравните формулу 3).С помощью генератора шума ГШ2 и фильтра Ф3 имитируются собственные шумына выходе приемного устройства. С выхода сумматора смесь сигнала и шума, мощностькоторых контролируется с помощью вольтметра эффективных значений В, подается наследящий частотомер исследуемого датчика скорости.Отсчет скорости производится по стрелочному индикатору и цифровомучастотомеру Ч, подключенному к выходу смесителя СМ3 (рис. 4).Порядок проведения экспериментаЭкспериментально определяется зависимость "ошибки смещения" ∆V от величиныпараметра поверхности p = f’(θ0)/ f(θ0) при произвольной ширине доплеровского спектраΔfg.

Используя эту зависимость, рассчитывают максимальную ширину ДН антенны Δθмax,использование которой при работе над поверхностями с максимальной величинойпараметра p , равной pmax, обеспечивает максимальное значение относительной величиныошибки смещения, не превышающее (ΔV/V)maxПо результатам эксперимента по определению зависимости ∆V=φ1(p) при произвольном Δfд1 и заданной величине доплеровского смещения F' рассчитывается зависимостьΔV/V=φ(p).Используя график функции φ(p), определяют относительную величину ошибки смещенияφpmax, имеющую место при ширине доплеровского спектра Δfд1, использованной вэксперименте, и заданном максимальном значении pmax.Вычисляют максимально допустимую ширину диаграммы направленности антенны,используя формулу∆θmax =∆f д1Fд0 tg γ 01 ∆V рад, V max ϕ ( pmax )которая следует из (8) и выражения для ширины доплеровского спектра∆f д = ∆θ ⋅ Fд0 ⋅ tg γ o(диаграмма направленности - осесимметричная).9Содержание отчета1.

Упрощенная функциональная схема и основные тактические и технические данныетипового датчика скорости.2. Функциональная схема экспериментальной установки.3. Таблицы и график, отображающие результаты эксперимента по определению,зависимости ошибки смещения от параметра поверхности p=f’(θ0)/f(0)4. Расчет максимально допустимой ширины диаграммы направленности.5. Результат эксперимента по определению отношения сигнал/шум, обеспечивающийустойчивое сопровождение сигнала.6. Краткие выводы.ЛИТЕРАТУРА1. Колчинский В.Е., Мандуровский И.А., Константиновский М.И. Доплеровскиеустройства и системы навигации.

- М.: Советское радио, 1975.2. Тихонов В.II. Статистическая радиотехника. — М.: Советское радио, 1968.3. "Aviation Week & Space technology ", 1961 , v.9 , nu 1.4. Baker David. The LM landing radar. “Space flight”; 1970 , 12, №7 , p . 286 - 289 ..