§ 18.4. СЛЕДЯЩИЕ ИЗМЕРИТЕЛИ НАПРАВЛЕНИЯ

Задачей следящего измерителя направления (СИЛ) является непрерывное совмещение опорного направления антенны измерителя с направлением прихода волны от источника сигнала к измерителю. Таким образом, СИН имеет два канала, осуществляющих слежение в азимутальной плоскости [по направляющему косинусу и по углу места (по направляющему косинусу ].

Каждый канал содержит угловой дискриминатор, экстраполятор и синтезатор поворота, образующие замкнутую следящую систему. Угловой дискриминатор вырабатывает сигнал, пропорциональный рассогласованию между направлением на объект и опорным направлением. Экстраполятор преобразует сигнал рассогласования, обеспечивая требуемое управление синтезатором поворота, совмещающим опорное направление с направлением на объект.

Поворот опорной оси может осуществляться непосредственно поворотом антенной системы или ее элементов с помощью электродвигателя, являющегося в этом случае синтезатором поворота и одновременно последним, а иногда и единственным, интегратором в схеме экстраполятора.

При электронном управлении синтезатор поворота изменяет угол наклона фазовой характеристики антенны относительно раскрыва до совмещения опорной оси направлением на пеленгуемый объект; оценкой этого направления является направляющий косинус угла смещения опорной оси относительно раскрыва антенны или в азимутальной и угломестной плоскостях.

Дискриминатор является устройством нелинейным, поэтому для упрощения анализа предполагают его работу при больших отношениях сигнал/шум и малых рассогласованиях измеряемого и опорного значений параметров, что позволяет воспользоваться результатами линейной теории.

Для СИН условия для линеаризации выполняются, поскольку угловые координаты сопровождаемой цели, как правило, изменяются медленно, а отношение сигнал/шум в режиме автоматического сопровождения велико. При этих условиях [8] оптимальная характеристика дискриминатора в функции рассогласования по обобщенному параметру

где — производные корреляционного интеграла.

Формулой (18.29) можно воспользоваться для расчета любого из двух каналов углового дискриминатора, измеряющих направляющие косинусы их и ; их подставляют в (18.29) вместо обобщенного параметра .

Однако практически применяют модифицированный дискриминатор с характеристикой

(18.30)

где — пространственный корреляционный интеграл; — его первая производная; — коэффициент, учитывающий различие модулей функции и ее второй производной , которая входит в формулу для характеристики оптимального дискриминатора и заменяется в реально используемом модифицированном дискриминаторе. Функция описывает огибающую входного сигнала, принимаемого с направления и, а функция является передаточной функцией согласованного пространственного фильтра, настроенного на направление , причем сигнал и фильтр представлены функциями координат раскрыва .

Функция образует производную корреляционного интеграла и является передаточной функцией измерительного канала.

Оптимальный угловой дискриминатор можно реализовать на основе ФАР с электронным управлением. Полагая функцию раскрыва симметричной, можно записать коэффициент передачи пространственного фильтра для сигнала -го элемента решетки с координатой или в виде в опорном и в измерительном канале. Обычно и являются вещественными амплитудными коэффициентами, пропорциональными и . Настройка ФАР на направление осуществляется изменением угла наклона линейной по раскрыву фазовой характеристики антенны путем введения компенсирующего фазового сдвига с помощью перестраиваемых фазовращателей. Для -го элемента ФАР фазовый сдвиг относительно сигнала в центре раскрыва . Если расстояние между элементами ФАР постоянно и равно и фазовый сдвиг при нечетном числе N элементов ФАР и при четном числе N, причем — фазовый сдвиг между сигналами соседних элементов решетки.

Рис. 18.9

На рис. 18.9 представлена структурная схема углового дискриминатора как пространственного фильтра с использованием ФАР при (элементы ФАР ).

Сигналы, суммируемые с весовыми коэффициентами подаются на вход опорного (суммарного) канала. На вход измерительного (разностного) канала сигналы поступают с весовыми коэффициентами , причем сигналы с отрицательными весовыми коэффициентами — вводятся через схему вычитания; множитель учитывается фазовым сдвигом разностного сигнала на .

Суммарный сигнал позволяет образовать с помощью схемы АРУ отношение он служит и в качестве опорного напряжения синхронного детектора для выявления знака рассогласования.

Оптимальный угловой дискриминатор является амплитудно-фазовым, поскольку его характеристика (18.30) зависит от амплитудных и фазовых соотношений. В реальных системах используются подоптимальные амплитудные (разностный и суммарно-разностный) и фазовые дискриминаторы. Такие дискриминаторы применяются, например, в моноимпульсных СИН.

При измерении угловых координат и угловой дискриминатор становится двумерным. В этом случае в канале каждого элемента ФАР предусматривается два отвода с весовыми коэффициентами и , соответствующими измерительным каналам азимута и угла места. Опорный канал является общим.

Управление фазовращателями поворота опорной оси антенны осуществляются также с помощью двумерного синтезатора поворота.

При использовании многоэлементной ФАР синтезатор поворота строится на основе специализированной ЭВМ, которая преобразует выходные данные экстраполяторов каналов азимута и угла места , представленные в аналоговом или цифровом виде, в цифровой код, требуемый для управления фазой каждого элемента ФАР. При этом программа ЭВМ обеспечивает максимальное приближение закона изменения фазы по раскрыву антенны к линейному.

Задача экстраполяции движения сопровождаемой цели решается с помощью соответствующих схем или имеющейся ЭВМ. Характеристики передачи экстраполяторов азимута и угла места (порядок астатизма, быстродействие) выбираются согласно параметрам движения сопровождаемых целей.