|
| |
|
Слаботочка Книги бания отрицательной полярности в течение времени и положительной полярности в остальную- часть полупериода модуляции. Каскад совпадения .имеет два входа: на один от генератора, отрицательных эталонных импульсов поступают колебания г/д, а на другой or перемножителя - колебания Ug о лрм- Так как те и другие совпадают по знаку только в интерва!лы времени /д, то эталонные импульсы Ugj проходят к счетчику пачками Nt ~ tlTt и цифровой счетчик указывает дальность цели пропорционально числу Лэт- Д = с/д/2 = cNrTJ2 = cNJ2 F. (3.23) Ошибка дискретности измерителя соответствует периоду эталонных импульсов: ДДдкр = ± CTJ2 = ± с/2 Fex. (3.24) Увеличение частоты эт уменьшает ошибку АДдкр. но усложняет реализацию счета импульсов. При fgi == Ю Гц имеем АДдкр = = ± 3 108/2 10 = ± 15 м. Противоречие в выборе масштабной частоты разрешают применением многошкального отсчета: подобно измерению времени с помощью часовой, минутной и секундной стрелок часов, дальность определяют одновременно или последовательно с помощью грубой шкалы, соответствующей самой низкой модулирующей частоте f 1. и более точной шкалы, соответствующей масштабной частоте Fm2. которая кратна Fi, и если требуется - по еще более точным шкалам, проградуиро-ванным для более высоких масштабных частот Fm = -мз м4>- Частоту Fmi выбирают исходя из заданной максимально измеряемой дальности, а самую большую масштабную частоту - согласно требуемой точности измерений. При этом число шкал должно быть таким, чтобы при пересчете данной ошибки на ближайшую точную шкалу максимальная фазовая ошибка шкалы ие превысила 2я. 19.3. Двухчастотные фазовые дальномеры. В этих дальномерах масштабная частота образуется в результате биений синусоидальных колебаний двух несущих частот /и /г. которые генерируются с начальными фазами ifoir Фо2 в передатчике (рис. 3.19). Колебания следуют через сумматор в передающую антенну и, кроме того, в смеситель / - в качестве опорных сигналов. На выходе этого смесителя получаются колебания разностной частоты Ц - fi - /2 с зой = (2я/,.- 2я/2) t + (>01 - 02) = 2nft -Ь (ifoi - 1]Зог). (3.25) Отраженные от цели сигналы улавливаются приемной антенной, разветвляются по частотам Д, fz, проходят через усилители-ограничители и преобразуются смесителем в колебания разностной частоты h - fz- Частоты Д, /г выбираются близкими друг другу и для них фазовые сдвиги, обусловленные отражением волн от цели и задержкой в РЛС, можно считать одинаковыми. На выходе смесителя эти сдвиги полностью вычитаются и с учетом времени запаздывания сигнала = 2Д/с фазовый угол выходного напряжения f= {2nh - - 2 Д/с) + (tfoi - Рог) 2пД/ {t - -2Д/С) -f (tPoi-W. (3,26) Фазометр измеряет разность фаз i}?/, ij;,/, выраженных формулами (3.25), (3.26), и определяет дальность цели согласно выражению All) = f, - bi = 2 яД/ {t-i + 2 Д/с) -f (afo, -%) - (t]; - - M)o2) 4 яД/ Д/с = 4 яД/ДЯ,. . (3.27) Легко заметить, что фазометр двухчастотного дальномера не реагирует на сдвиг по фазе, вызванный отражением волн от цели, и позволяет получить требуемый диапазон однозначного измерения даль- Смесатель I Лере- Фазометр Лере-ffami/uH Сумматор ~т~~
Рис. 3,19. Функциональная схема двухчастотного фазового радиодальномера. ности за счет малой разности длин волн ДХ - с1Ц, которая играет роль масштабной длины волны: Я, = ДА,. Соответственно масштабная частота F= Ц. Подбором величины Д/ добиваются однозначных измерений в заданном диапазоне дальности, а многошкальным отсчетом обеспечивают необходимую точность. Высокая стабильность и кратность частот Fm этих шкал достигается тем, что сначала получают различные пары частот /1 и /2 умножением и смешением колебаний первичного кварцевого генератора, а затем образуют требуемые масштабные частоты Fm как биения частот /2. Осуществление фазового радиодальномера на биениях усложняется тем, что невозможно разделить непрерывные прямой и ответный сигналы одинаковой 1астоты. По этой причине метод биений применяется только в системах с активным ответом, где ответный сигнал излучается на частоте, отличной от частоты запросного сигнала. Пример 3.3. Определить потенциальную среднеквадрэтическую ошибку фазового дальномера, рассчитанного на измерение дальности до Дод = 150 км по трубой шкале и до 250 м по самой точной. Отношение Сигнал/шум <7о == Ю. 1. Определить масштабные длину волны и частоту для обеих шкал: Хм, - М, = 2 Додв - 2 . 150 = 300 км; / i = Afi = сД , = 3 X X 10 /3 10 = 1000 Гц; = Да = 2 Додн = 2 250 = 500 м; / 2 = = 3 . 108/500 = 6 . 10* Гц. 2. Определить потенциальные среднеквадратические ошибки при отсчете по грубой и наиболее точной шкалам. Из формулы (3.22) находим = KifiVTo = 300/4.3,14>/Ш 7,5 км; : Х ,/4п 1/0 = 500/4.3,14 VTO = 12.5 м. Такую потенциальную точность измерения можно считать высокой, особенно если учесть, что измерение дальности происходит в диа- пазоне 150 км. Ориентировочно ошибка фазовых дальномеров равна (0,1-0,8) А а в импульсных дальномерах она на порядок выше - (1-10) А. Фазовые радиодальномеры не обладают разрешающей способностью по дальности, так как их спектр излучения слишком узок для разрешения целей по дальности. § 20. Измерения, основанные на эффекте Допплера 20.1. Измерение радиальной скорости цели. В § 2 упоминалось об эффекте Допплера: если дальность цели Д изменяется от исходной величины До со скоростью Уд = djljdt, то частота отраженного сигнала получает приращение, прямо пропорциональное радиальной скорости А1 Y Генерстор (fo) - Фг Смеситель (детектор) I- Ф1 Км о- тор - Vac. 3.20. Функциональная схема допплеровского измерители радиальной скорости. jnfCTb передатчик (рис3.20) возбуждает в антенне А1 немодулированные колебания ¥п с*частотой /о (длиной волны K = olfo)- При распространении бегущей волны на единицу длины фаза волны отстает на угол 2я/Яо (коэффициент фазы). Отсюда при неподвижной цели (Д == До) сдвиг фаз отраженной и прямой волн равен 4 яДо/А,о, а в случае приближения цели к РЛС с радиальной скоростью Уд, когда дальность Д уменьшается за время t от До до До-vt, фазовый сдвиг между прямым Мцр и отраженным отр сигналами получает приращение Ai]5 = 4 яУд Яр. (3.28) Взяв производную по времени t от фазового угла Аф, получим приращение угловой частоты сигнала Q on = 2 яРдоп относительно ее исходной величины щ = 2я/о: :d т) J J 4я д 2од 21>д/о dt 2п 2п Ко Kt, с (3.29) Этот сдвиг частоты, называемый допплеровским, находится в звуковом диапазоне. Например, если частота излучаемых колебаний /о =f = 10* Гц {%Q = 30 см) и целью является самолет, имеющий радиальную скорость Уд = 2000 км/ч = 556 м/с, то допплеровский сдвиг частоты Fnou = 2/оОд/с == 2 . 10 . 556/3 10 3700 Гц. Принятые антенной Д2 отраженные сигналы с частотой /о ± доп усиливаются в УРЧ и смешиваются с опорным сигналом, имеющим частоту /о- Поскольку эти частоты различные, смешанные колебания получаются амплитудно-модулированными и после детектирования выделяется их огибающая о частотой f доп- Полученные допплеров-ские колебания усиливаются в УНЧ, затем измеряются по частоте методом паралле*тьного анализа. Для этого используются взаимно расстроенные фильтры Ф1, Ф2, ФЗ, полностью перекрывающие заданный диапазон частот доп- Выходным прибором служит ЭЛТ с разверткой по горизонтали, пропорциональной измеряемой допплеровской частоте. Коммутатор (Км) подключает к вертикально отклоняющим пластинам каждый фильтр спектроанализатора только на время развертки его полосы пропускания. Это позволяет считывать радиальные скорости целей по положению отметок на линии развертки. На экране индикатора не видно, приближается или удаляется цель, так как знак радиальной скорости теряется в детекторе (смесителе). 20.2. Совместное измерение дальности и скорости. Задача сводится к тому, чтобы совместить измерение запаздывания сигнала /д, которое производится непосредственно (импульсный метод) или косвенно (частотный и фазовый методы), с определением допплеровской частоты f доп- Решение этой задачи применительно к импульсным РЛС рассматривается в § 29, 55. Здесь же обратимся к частотным и фазовым системам. Временная диаграмма, частоты ЧМ сигнала, отраженного от непо-движнoJ цели, /отр (До) смещена по оси времени t на f д = 2 До/с относительно диаграммы частоты прямого сигнала /пр(рис. 3.21). Если же цель имеет радиальную скорость Уд, то частота отраженного сигнала /отр (Д д) получает допплеровский сдвиг доп. который отложен параллельно оси /. Результирующая частота биений F, равная разности ) /пр - /отр (Д, Уд) I, оказываегся в одну часть периода модуляции 7м меньше, а в другую часть периода - больше частоты биений f д, соответствующей исходной дальности цели До: fei = - дрп; 62 ~ Д Н доп- Эти соотношения позволяют с помощью фильтров и двух счетчиков разделить,частоты Fu Fa и вычислить дальность Цели согласно F и ее радиальную скорость согласно доп: (3.30)  Рис. 3.21. Временные диаграммы, иллюстрирующие измерение дальности и скорости частотным методом с использованием допплеровского эффекта. Метод принципиально применим и для одновременного наблюдения за несколькими целями, но реализация метода требуег выявления, какая именно пара частот битий соответствует каяедой цели, а это крайне затруднительно. Фазовый метод с непрерывным излучением отличается высокой точностью одновременного измерения радиальной скорости и дальности цели. Первое достигается возможностью весьма длительного наблюдения сигнала (непрерывное излучение), а второе благодаря сравнительно малой инструментальной ошибке современных фазометров (до одного градуса) и возможности выбора достаточно большой масштабной частоты. При фазовом лютоде совместного измерения дальности и скорости разрешаются цели только по скорости, но различия радиальных скоростей обычно недостаточно для четеого разрешения целей. 86 § 21. Радиопеп 4га1я. Основные определения. Амплитудные методы Направленные свойства антенны позволяют установить связь между амплитудой выходного напряжения приемника Um и направлением приема радиоволн (азимутом а и углом места Р), Выявить эту связь можно измерением амплитуд или фаз сигналов, принимаемых с различных направлений. Соответственно методы радиопеленгации разделяются на амплитудные и фазовые. Из них к амплитудным относятся методы максимума, минимума и сравнения. Радиопеленгаторы, подобно радиодальномерам, классифицируются следующим образом: а) одноканальные или многоканальные; б) с не-следтцим или следящим измерителем; в) с аналоговой или цифровой системой измерителя. Для радиопеленгации вид модуляции не имеет существенного значения, так как от этого не зависит направленность антенны. Рассмотрим амплитудные методы пеленгации. 21.1. Метод максимума. В процессе обзора пространства силовой привод вращает антенну (рис. 3.22, а), а угол поворота ее диаграммы направленности (ДН) контролируется указателем. Принимаемые антенной сигналы пост}пают в приемник, выход которого подключен к измерителю, например к ЭЛТ. По показаниям измерительного прибора можно построить характеристику (рис. 3.22, б): (3.31) где и mm - максимальная амплитуда выходного напряжения приемника; F (рс) - нормированная диаграмма направленности антенны, которая показывает, какую часть от составляет амплитуда выходного напряжения приемника {/ при данном направлении а мак симума диаграммы. Если одна и та же антенна используется для передачи и приема, то амплитуда сигнала дважды умножается на функцию направленности антенны и в уравнение характеристики вводится f* (а) вместо F (а). Ширина этой характеристики имеет большое практическое значение, так как она определяет потенциальные (предельные) возможности, метода пеленгации. Луч антенны, вращаясь, набегает на цель, затем удаляется от нее. Амплитуда .отметки цели на экране ЭЛТ соответственно возрастает и понижается (рис. 3.22, в). Наибольшая высота отметки Um т получается при совпадении максимума диаграммы с направлением на цель, и тогда оператор считывает угловую координату цели a по шкале указателя угла а (см. рис. 3.22, а, б). Как видно из рис. 3.22, б, приращения угловой координаты вызывают, тем меньшие приращения амплитуды принимаемого сигнала, чем ближе направление на цель к направлению максимума функции направленности антенны. Например, изменение амплитуды AUm у вершины характеристики намного меньше, чем М/т (на скате характеристики), несмотря на то, что они вызваны одинаковыми приращениями угла (Аа == Да). В таких условиях, даже при отчетливом 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [13] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 |
||||||||||||||||||||