11. ИМИТАЦИЯ СИГНАЛОВ ДОППЛЕРОВСКИХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Автономные навигационные системы, основанные на использовании эффекта Допплера, широко применяются на практике. Работа этих систем основана на измерении допплеровского смещения частоты сигнала, отраженного от земной поверхности. В качестве полезного входного воздействия в допплеровских системах используется случайный сигнал, представляющий узкополосный шум со средней частотой:

где -модуль путевой скорости самолета;

длина рабочей волны станции;

-угол между вектором путевой скорости и осью диаграммы направленности антенной системы станции, несущей информацию о скорости.

Ширина диаграммы направленности приемо-передающей антенны имеет конечную величину, а условия отражения непрерывно меняются. Поэтому при излучении монохроматических колебаний принимаются шумы, ширина спектра которых:

Мощность принимаемого сигнала не зависит от скорости летательного аппарата, а определяется параметрами станции и свойствами отражающей поверхности.

Узкополосный характер шума объясняется малой величиной отношения

Форма спектра определяется формой диаграммы направленности антенной системы станции и достаточно хорошо аппроксимируется выражением (4).

Рис. 36. Блок-схема имитатора допплеровского сигнала с управляемым гетеродином.

Существуют два метода получения случайного сигнала такого типа. Первый состоит в создании перестраиваемого по частоте избирательного усилителя, на вход которого подается широкополосный случайный сигнал с равномерным во всем диапазоне перестройки спектром. По второму методу диапазонные генераторы реализуются путем переноса спектра узкополосного шума с фиксированной средней частотой методом преобразования частот.

Блок-схема имитатора с управляемым по частоте гетеродином представлена на рис. 36. Шумы генератора ГШ усиливаются в регулируемом, сравнительно широкополосном усилителе УШ, затем проходят через узкополосный усилитель — формирователь спектра УФ, расщепляются в фазорасщепителе на две противофазные составляющие и поступают на вход балансного коммутатора. Использовать балансный коммутатор в качестве преобразователя частоты целесообразно по той причине, что при этом число образующихся комбинационных составляющих оказывается меньшим, чем при других типах преобразователей. После сместителя сигнал поступает на полосовой фильтр полоса которого выбирается так, чтобы пропускать допплеровские

частоты во всем диапазоне их изменений. Имитатор движения ИД вырабатывает напряжение, меняющееся по закону изменения скорости. Стабилизация мощности генерируемых флуктуаций обеспечивается системой автоматической регулировки усиления (АРУ).

Рис. 37. Принципиальная схема широкодиапазонного гетеродина.

Для уменьшения динамического диапазона работы АРУ желательно стабилизировать амплитуду колебаний управляемого гетеродина УГ. С этой целью используется усилитель-ограничитель УО, в котором колебания гетеродина преобразуются в прямоугольные импульсы. Далее эти колебания проходят через фазорасщепитель и поступают на балансный коммутатор БК. Для облегчения условий работц выходного фильтра целесообразно использовать гетеродин с верхней настройкой.

Наиболее сложно при реализации имитатора создать широкодиапазонный гетеродин с линейной модуляционной характеристикой и фильтр с изменяющейся полосой. Схема генератора, позволяющего получать колебания с линейной характеристикой пределах приведена на рис. 37.

На лампе собран генератор, а на лампе реактивная лампа. Широкий диапазон перестройки обеспечивается применением в каскаде управления лампы с большой крутизной и двухзвенной фазо-сдвигающей цепи Диапазон перестройки гетеродина регулируется сопротивлением в цепи

катода реактивной лампы, вследствие чего меняется коэффициент отрицательной обратной связи. Условия самовозбуждения генератора и частично диапазон его перестройки, определяются резистором В качестве двустороннего ограничителя используются стабилитроны Фазорасщепитель собран на лампе

Рис. 38. Принципиальная схема узкополосного усилителя и балансного фазового детектора.

Схема имитатора должна обеспечивать возможность регулировки ширины спектра генерируемых флуктуаций в широких пределах. Наиболее просто это достигается использованием избирательных усилителей, охваченных положительной обратной связью (рис. 38). Широкополосные шумы поступают на вход резонансного усилителя Колебания с анода через двухкаскадный усилитель (лампа вновь подаются в контур чем достигается увеличение избирательности усилителя. Нагрузкой второго каскада усилителя является тот же избирательный контур, поэтому положительная связь оказывается избирательной. Регулировка полосы пропускания усилителя осуществляется изменением коэффициента положительной обратной связи, например регулировкой коэффициента усиления первого каскада усилителя обратной связи. Для этого можно использовать лампу с переменной крутизной или перемещать по закону изменения скорости летательного аппарата движок потенциометра

Для регулировки коэффициента усиления каскада наиболее просто использовать блок переменных коэффициентов от моделей постоянного тока. Выбор диапазона изменений полосы фильтра осуществляется регулировкой коэффициента отрицательной обратной связи (резистор в катоде левой половины лампы Усилитель обеспечивает устойчивое усиление при относительной полосе пропускания в пределах для что полностью удовлетворяет требованиям имитации сигналов различных типов допплеровских систем. Балансный коммутатор собран на лампах коммутируемых по третьей сетке. В качестве полосового фильтра, включаемого на выходе балансного коммутатора, целесообразно использовать расстроенные -контуры.

Описанная схема позволяет имитировать узкополосные флуктуации, средняя частота которых изменяется в пределах от 20 до при хорошей линейности модуляционной характеристики.

Для имитации сигнала с учетом изменений ширины его спектра, можно рекомендовать схему, аналогичную рассмотренной выше схеме гетеродина. Если увеличением коэффициента отрицательной обратной связи сорвать в нем колебания, то схема будет работать как избирательный усилитель, резонансная частота которого зависит от управляющего напряжения поданного на сетку реактивной лампы. Одновременно и синхронно с изменением настройки фильтра будет меняться и его полоса пропускания. Ввести в контур шумы можно путем использования слабой индуктивной или емкостной связи его контура с источником шумов. Практически описанная схема позволяет удовлетворить уравнениям (73) и (75) в диапазоне перестройки не превышающем при средней частоте, равной 70 кгц. В том случае, когда нет необходимости изменять полосу флуктуаций, целесообразно применить схему с перестраиваемым гетеродином.