11.3. Многоканальные (моноимпульсные) радиопеленгаторы

Многоканальными (моноимпульсными) называют такие РП, в которых информация о направлении на источник излучения извлекается при одновременном сравнении параметров сигналов, на выходе приемных каналов, каждый из которых соединен с соответствующей антенной. При импульсном сигнале такая информация заключена в одном принятом импульсе, чем и объясняется название рассматриваемых РП. По построению моноимпульсные РП в отличие от РП с коническим сканированием, имеющим один приемный канал, относятся к РП многоканального типа. Число приемных каналов определяется числом одновременно обрабатываемых сигналов, и при пеленгации в одной плоскости равно двум. Основное достоинство моноимпульсных большая точность, реализуемая ценой увеличения числа приемных каналов.

Моноимпульсные РП обычно используются для автоматического сопровождения целей по угловым координатам и состоят из двух основных элементов: углового датчика и углового дискриминатора. Широкое применение получили фазовые и амплитудные угловые датчики, представляющие собой антенные системы, обеспечивающие полученные разности фаз на заданной базе (в фазовом датчике) или равносигнального

направления (в амплитудном датчике). Фазовый угловой датчик не отличается от антенной системы фазового РП (см. рис. 11.12). В качестве амплитудных датчиков используют как зеркальные антенны (рис. 11.17, а), так и ФАР (рис. 11.17, б), формирующие требуемые ДНА (рис. 11.17, в) и нужное соотношение векторов выходных сигналов (рис. 11.17, г). В амплитудных датчиках на ФАР фазовые сдвиги фазовращателей подбирают при настройке антенны для получения равносигнального направления, фазовращатели у изменяют положение РСН при пеленгации до совпадения с направлением на источник излучения (точка Управляет фазовращателями сигнал с экстраполятора следящего радиопеленгатора. Угловые дискриминаторы в зависимости от вида информативного параметра сигнала разделяются на фазовые, амплитудные и суммарно-разностные (амплитудно-фазовые). Название моноимпульсного РП образуется из названий входящих в него углового датчика и дискриминатора. Из возможных сочетаний этих элементов наиболее употребительны: фазовый угловой датчик фазовый угловой дискриминатор, т.е. фазофазовый амплитудный угловой датчик амплитудный угловой дискриминатор, т.е. амплитудно-амплитудный фазовый или амплитудный угловой датчик суммарно-разностный угловой дискриминатор, т.е. фазовый или амплитудный суммарно-разностный РП. В суммарно-разностных РП необходим преобразователь информации, содержащейся в разности фаз или в соотношении амплитуд принятых сигналов, в информацию, заключенную как в амплитуде, так и в фазе сигнала.

Рис. 11.17. Примеры амплитудных угловых датчиков, формируемые ими сигналы и ДНА

Принцип действия фазо-фазового РП. Этот РП по принципу действия аналогичен следящему фазовому РП (рис. 11.18). Если требуется измерить две угловые координаты то используют четыре антенны со взаимно перпендикулярными базами и четыре приемных канала.

Рис. 11.18. Фазо-фазовый моноимпульсный РП

Принцип действия амплитудно-амплитудного РП. При определении одной угловой координаты этот РП (рис. 11.19) состоит из амплитудных углового датчика и углового дискриминатора. Последний содержит два приемных канала, в тракте УПЧ которых применены усилители с логарифмическими амплитудными характеристиками. Поэтому на выходе вычитающего устройства формируется дискриминационная характеристика вида

где угол между направлением на цель и значение нормированной ДНА, соответствующее углу

Рис. 11.19. Структурная схема амплитудно-амплитудного моноимпульсного радиопеленгатора

Логарифмические усилители служат для нормировки принятых сигналов в дискриминаторе, т.е. для формирования их отношения. При такой нормировке выходной сигнал дискриминатора не зависит от дальности до цели, величины и амплитудных флуктуации принимаемых сигналов (при изменении амплитуды сигнала, одновременно принимаемого по двум ДНА, отношение остается постоянным). Тем самым повышается точность определения угловых координат.

Принцип действия суммарно-разностных РП. В таких РП с помощью преобразователя, в качестве которого обычно используют кольцевой волноводный мост (рис. 11.20, а), называемый суммарно-разностным формируют суммарный и разностный сигналы. Как следует из рис. вне зависимости от типа углового датчика (амплитудный (АУД) или фазовый (ФУД)) информация об угле заключена в амплитуде разностного сигнала, а о знаке в его фазе. Суммарный сигнал используется как опорный для определения знака и для нормировки сигналов.

Угловой дискриминатор суммарно-разностного РП (рис. 11.21) построен по двухканальной (при определении одной угловой координаты) схеме. Чувствительным к информативным параметрам разностного сигнала элементом является фазовый детектор.

Рис. 11.20. Кольцевой волноводный мост (а) и векторные диаграммы сигналов (б)

На рис. 11.21 показана схема фазового суммарно-разностного моноимпульсного РП. Построение амплитудного суммарно-разностного РП отличается тем, что используется амплитудный угловой датчик и отсутствует фазовращатель на Для нормировки сигналов служит устройство МАРУ по суммарному сигналу, поэтому коэффициенты усиления УПЧ меняются обратно пропорционально

Рис. 11.21. Структурная схема суммарно-разностного моноимпульсного радиопеленгатора

При таком построении получается дискриминационная характеристика вида

где К - коэффициент пропорциональности; амплитуды разностного и суммарного сигнала, угол между направлением на цель и РСН (или перпендикуляром к базе антенн при формируется фазовым детектором.

Напряжение на выходе последнего с учетом нормировки по суммарному каналу

Поскольку при изменении угол между и может принимать два значения и 180°,

Здесь учтено, что при малых значение не зависит

Нормировка устраняет влияние амплитуды сигнала и повышает точность пеленгации.

При оптимальном построении амплитудного суммарно-разностного РП (рис. 11.22) с дискриминационной характеристикой вида

в качестве углового датчика используется ФАР, выполняющая функцию пространственного фильтра. Весовые коэффициенты выбирают из условия формирования суммарной и разностной диаграмм. При пеленгации в пространстве необходимы три или четыре пеленгационных канала и соответствующие преобразователи на волноводных мостах (рис. 10.23).

Точность моноимпульсных РП. Точностные параметры таких РП зависят главным образом от типа РП и степени идентичности приемных каналов.

Рис. 11.22. Структурная схема оптимального амплитудного суммарно-разностного радиопеленгатора (а) и диаграмма, поясняющая выбор весовых коэффициентов (б)

Рис. 11.23. Угловой датчик и преобразователь суммарно-разностного пеленгатора при пеленгации в пространстве

Тогда

где (Ту - погрешность измерения фазы, нижнее значение которой дает формула потенциальной точности, т.е.

С учетом этой формулы потенциальная точность фазо-фазового РП характеризуется погрешностью

или

где учтено, что при указанных на рис. 11.12 размерах антенн фазового РП база и ширина при той же базе. При использовании ФАР с теми же размерами ширина при той же базе.

Заметим, что при направленных антеннах с шириной диаграммы можно устранить прием сигналов, приходящих с направлений, лежащих вне угла и тем самым избежать многозначности отсчета угла при сохранении высокой точности пеленгации. Наибольшая точность при однозначности отсчета достигается, если выбирать базу из условия где размер апертуры антенной системы.

Точность амплитудно-амплитудного РП можно найти, используя выражение (11.16). Разлагая в степенной ряд в первом приближении получаем

где пеленгационная чувствительность. Тогда при

Если уровень пересечения ДНА выбран равным примерно 0,5 [см. (11.6)], то откуда окончательно

Точность амплитудного суммарно-разностного РП при оптимальной обработке сигнала (потенциальная точность) характеризуется погрешностью

Таким образом, можно утверждать, что при любом типе моноимпульсного РП точность измерения характеризуется погрешностью

где коэффициент к слабо зависит от типа РП и лежит в пределах

Погрешность фазо-фазового РП определяется выражением (11.14), в котором следует учесть, что при сопровождении цели по угловым координатам

Общим недостатком всех моноимпульсных РП является влияние отличия (неидентичности) фазовых или амплитудных (соответственно в фазовых или амплитудных характеристик приемных каналов на точность определения угловых координат цели. В суммарно-разностных РП это влияние слабее, однако только при высокой идентичности высокочастотных трактов кольцевого моста). Последнее нетрудно показать при построении соответствующих векторных диаграмм сигналов.

Для ослабления влияния неидентичности характеристик приемных каналов в угловых дискриминаторах применяют коммутацию (перемену мест) приемных каналов с определенным периодом. В импульсных системах возможно также усиление сигналов углового датчика в общем приемном канале с использованием сдвига сигналов во времени (рис. 11.24,а), а в системах с смодулированным сигналом - с разделением сигналов по частоте (рис. 11.24,б). Известны и другие способы ослабления этого влияния.

Точность следящих измерителей угловых координат характеризуется относительными значениями составляющих, образующих суммарную погрешность одноканальных с коническим сканированием и многоканальных моноимпульсных радиопеленгаторов. На точность одноканальных следящих РП влияют шумы приемника, приводящие к погрешности аппаратурная погрешность угловой шум сгуш и амплитудный шум флуктуаций отраженного сигнала (рис. 11.25).

В моноимпульсных РП (при идеальной нормировке сигналов) погрешность

Рис. 11.24. Схемы одноканальных моноимпульсиых радиопеленгаторов

отсутствует, что приводит к повышению точности пеленгации. Этому же способствует большая пеленгационная чувствительность суммарно-разностных моноимпульсных РП, примерно в два раза превышающая аналогичный параметр в РП с коническим сканированием. Отмеченные преимущества моноимпульсных РП привели к широкому распространению этого типа угломерных устройств.

Разрешаюгцая способность амплитудных радиопеленгаторов характеризуется соотношениями:

Величина флуктуационных ошибок радиопеленгаторов обычно оценивается единым соотношением:

где К - зависит от типа пеленгатора и аппроксимации ДНА.

Так, при получаем

(см. скан)

Рис. 11.25. Составляющие погрешностей водно- и многоканальных следящих радиопеленгаторах

Контрольные вопросы

(см. скан)

(см. скан)