ГЛАВА ДЕВЯТАЯ. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ
§ 9.1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Требования, предъявляемые к современным радиолокаторам, часто приводят к необходимости измерения не только текущих координат целей, но и скоростей их изменения. В некоторых радиолокационных системах желательно измерять как радиальную, так и тангенциальные составляющие скорости и находить в конечном итоге вектор скорости цели относительно радиолокатора. Более того, существуют технические задачи, приводящие к необходимости измерения вторых производных от координат целей для различения последних и для точной пролонгации их траекторий.
Однако наибольший интерес представляет измерение радиальной составляющей скорости. Она нужна, например, для навигационных систем, где используются доплеровские измерители путевой скорости (счислители пути). Измерение радиальной скорости в варианте автоматического сопровождения частоты отраженного сигнала является необходимым при построении любых когерентных радиолокаторов, ибо они содержат узкополосные фильтры (см. гл. 4 и 7), которые нужно настраивать при изменении частоты сигнала.
Таким образом, из принципа построения когерентных радиолокаторов вытекает необходимость измерения доп. плеровского сдвига частоты сигнала
где V — радиальная скорость; К — длина волны генерируемых колебаний.
Именно поэтому наибольший интерес представляет исследование допплеровских измерителей скорости, которое и составляет основное содержание данной главы. Помимо непосредственного измерения радиальной скорости с помощью использования эффекта Допплера применяются и другие способы ее нахождения, основанные на использовании дальномерных систем, ибо напряжения в некоторых точках фильтров дальномеров пропорциональны радиальной скорости. Такой способ является по существу единственным для некогерентных импульсных радиолокаторов при малой длительности импульсов, так как попытки измерения скорости по доплеровскому сдвигу частоты, определяемому в течение длительности импульса, обычно не выдерживают критики в связи с низкой точностью измерения. Измерение же тангенциальных составляющих скорости может быть произведено с помощью использования угломерных систем радиолокаторов. Вопросы измерения скорости с помощью дальномеров и угломеров также найдут свое отражение в главе.
Как и в предыдущих главах, мы будем интересоваться прежде всего нахождением оптимальных способов построения измерителей скорости (их дискриминаторов и сглаживающих цепей), позволяющих получить минимальные ошибки измерения при наличии шумов и при учете флюктуаций отраженного от цели сигнала. Количественная оценка этих ошибок, так же как ошибок измерения скорости при разных применяемых способах построения дискриминаторов и сглаживающих цепей, является следующей задачей главы. Кроме того, анализу подвергаются нелинейные явления в измерителях скорости, имеющие место при интенсивных шумах и приводящие к срыву слежения автоматических следящих измерителей, а также вопросы воздействия на них некоторых видов активных и пассивных помех.
Как и при исследовании дальномерных систем, мы будем широко использовать результаты гл. 6, в соответствии с которыми при синтезе оптимальных измерителей скорости, являющихся следящими системами определенного вида, нас в основном интересует синтез оптимального дискриминатора. Сглаживающие же цепи синтезированы для любых измерителей в гл. 6. Соответственно, интересуясь допплеровскими измерителями скорости, мы
определим прежде всего операции оптимального частотного дискриминатора, обсудим различные технические способы построения дискриминатора, дающие результаты, близкие к оптимальным, и сделаем некоторые рекомендации, вытекающие из сопоставления схем дискриминаторов. Сглаживающие цепи будут рассмотрены с точки зрения применения результатов гл. 6 к измерению скорости с приведением физических трактовок и примеров, иллюстрирующих точности получающихся измерителей в целом. Специально будет уделено внимание вопросу об отклонениях от оптимального способа построения измерителей и их влиянии на точность измерения скорости.
Оценка влияния сильных шумов и помех на следящие допплеровские измерители скорости дается на базе рассмотрения явления срыва слежения, которое проводится с позиций двух критериев срыва, рассмотренных в гл. 6.
В ряде случаев применяются неследящие измерители скорости, в частности измерители, содержащие блок фильтров, настроенных на разные допплеровскиечастоты. Анализ потенциальных возможностей подобных измерителей также приводится в данной главе.
Исследуя свойства измерителей скорости, определяемой с помощью дифференцирования координаты (дальности, угла), мы найдем оптимальные схемы измерителей при некоторых частных видах статистики изменения скорости, а также проанализируем точность измерения при применении обычных видов линейных фильтров с постоянными параметрами.
Все эти исследования дают возможность оценить качество измерителей скорости не только при наличии собственных шумов систем, но и при воздействии некоторых распространенных видов помех, действие которых, как будет показано, эквивалентно действию шума.
