25.7. СИСТЕМЫ НАВЕДЕНИЯ И СЛЕЖЕНИЯ

25.7.1. Автоматическое сопровождение

Наведение и слежение с помощью радиолокационных установок можно рассмотреть на типичном примере запуска снаряда, который либо наводится на заданную цель, либо выводится на заданную орбиту. Запускаемые снаряды могут быть самыми различными, начиная от простого снаряда до наводимой ракеты.

Рис. 25. 21. Методы автоматического сопровождения: а — сопровождение по дальности; б - переключение лепестков диаграммы направленности; в — коническое сканирование; г - система лепестков для мононмпульсной работы в двух угловых плоскостях.

Задача слежения, реализация которой может быть весьма разнообразной в зависимости от расположения и характера движения объектов, обычно связана с задачей поиска и окончательного сопровождения цели и в некоторых случаях снаряда. Остронаправленные антенные диаграммы, которые можно получить на сверхвысоких частотах, позволяют осуществить спиральное или линейное сканирование. Поиск по дальности производится с помощью соответствующего стробирования приемника; таким образом можно осуществить обзор заданной области пространства. Для получения высокой точности, особенно в случае, когда цель может уклоняться, важно, чтобы при слежении производилась автоматическая [411, 464] непрерывная индикация дальности и углового положения, а также их производных.

Для измерения дальности до цели необходим временной дискриминатор [363], определяющий сдвиг между отраженным и стробирующим импульсами. В балансном дискриминаторе согласно рис. 25.21, а два прилегающих строб-импульс а предназначены для выделения токов противоположного направления, которые пропорциональны площади перекрытия с отраженным сигналом. Разность

этих токов определяет величину и знак отклонения, т. е. ошибку, и эту величину можно использовать для перемещения стробирующих импульсов. Таким образом, обеспечивается непрерывное сопровождение по дальности; аналогично с помощью некоторого усложнения схемы можно получить производную дальности. Такая схема измерения дальности является примером контура автоматического регулирования; наличие шумовых помех приводит к ошибкам регулирования [47].

Для определения углового положения цели используется направленность излучения антенны. Для улучшения точности измерения и получения сигнала ошибки используется сравнение принятых сигналов; сравниваться могут последовательности импульсов, принимаемых при каждом качании луча [202], но чаще сравниваются импульсы, принимаемые двумя или более антеннами с несовпадающими диаграммами направленности. В методе последовательного облучения, проиллюстрированном на рис. 25.21, б, используется отклонение луча [55]; диаграмма направленности последовательно переключается в два взаимно симметричных положения относительно центральной линии. Смещенная с центральной линии цель даст различные сигналы, с помощью которых можно определить величину и знак смещения. Для определения углов в пространстве необходимо коммутировать две пары лучей. Обычно при таком двухплоскостном методе последовательного облучения используется коническое сканирование [75, 290], показанное на рис. 25.21, б; при этом слегка смещенный от центральной линии антенный луч быстро вращается. Если линейное угловое смещение цели от оси луча (линия угловая частота сканирования, то

поскольку при сопровождении мало. Принимаемый сигнал можно записать в виде

где постоянные зависят соответственно от среднего уровня сигнала и формы луча. Из уравнений (25.14) и (25.15) получается

где сигнал цели, находящейся на центральной линии (точка О). Таким образом отраженный от цели сигнал оказывается промодулированным с частотой сканирования. Глубина модуляции определяет величину отклонения, а фаза — направление отклонения в выбранных координатных осях. Следует отметить, что в перечисленных

различных методах последовательное облучение имеет место при передаче и при приеме, если только не применяются раздельные антенны.

При последовательном облучении можно достичь углового разрешения порядка одной десятой ширины луча, однако оно может существенно снизиться из-за флюктуаций угловых данных [43, 105], обусловленных не только тепловыми шумами [49], то также быстрым федингом и мерцанием [97] сигнала цели. Некоторые из этих недостатков устраняются путем одновременного облучения, при котором измерение угла производится мгновенно и непрерывно; в этом случае не должно быть ошибок из-за флюктуации цели, поскольку измеряются лишь относительные амплитуды [104]. При таком методе статического расщепления в антенне используется многоканальный облучатель, с помощью которого формируются два или более близко расположенных лепестка диаграммы направленности. В этом методе могут сравниваться [332] амплитуды и фазы и в общем случае требуется два приемных канала. Угол измеряется в приемном канале, поэтому передача может производиться обычными методами. Метод статического расщепления применительно к импульсным радиолокаторам известен под названием моноимпульсного метода [77, 271, 495, 500, 515]. Мгновенные значения дальности и углового пеленга получаются путем измерений с помощью одного импульса; например, координаты двух или более целей могут определяться по отдельности, если они не находятся в пределах радиальной дальности одного импульса.

В одноплоскостной системе с амплитудным сравнением [312] используются два смещенных луча. Установка работает в импульсном режиме, причем применение линий задержки на входе и выходе позволяет обойтись одним одноканальным приемником. Достоинство такого метода разноса по времени состоит в том, что усиление и фазовый сдвиг обоих сигналов одинаковы в большом динамическом диапазоне. В двухплоскостной системе с фазовым сравнением [27], работающей на частоте используются четыре параболоида диаметром 40 см. Сравнение фаз производится на промежуточной частоте после стробирования по дальности. В изображенной на рис. 25.21 двухплоскостной системе используются сигналы от четырех лучей с амплитудами и работа производится по суммарно-разностному методу Как при амплитудном, так и при фазовом сравнении сигналов их разность будет нечетной функцией относительно осевого направления, а сумма будет четной функцией. Поэтому азимутальная угловая ошибка будет равна а ошибка по углу места будет равна передаваемый сигнал, который симметричен относительно оси, будет равен Если, например, по азимуту используется фазовое сравнение, а по углу места — амплитудное, то достаточно лишь двух смещенных антенных лучей. В типичной суммарно-разностной системе [253] угловая информация получается путем амплитудного сравнения. Для передачи и приема

используется общая антеииа. Передатчик соединяется с суммарным каналом через переключатель прием — передача, а принимаемые суммарный и разностный сигналы формируются в гибридном мосте. Среди усовершенствований моноимпульсных систем следует отметить: двенадцатирупорный антенный облучатель [485], независимую оптимизацию суммарного и разностного каналов [486], исследование фазированных антенных решеток [509] и подавление помех от местных предметов [493].

Как при последовательном, так и при одновременном облучении сигналы угловых рассогласований можно подать на соответствующие следящие системы [187], управляющие приводами антенны по углу места и азимуту, и таким образом цель может сопровождаться по углам. Привод может представлять собой сложное устройство [364], включающее реверсивный мотор с расщепленным полем и тахометрический генератор. Момент и направление вращения мотора определяются токами в обмотках возбуждения, которые обусловлены напряжением рассогласования. Выходное напряжение тахометрического генератора, которое пропорционально угловой скорости, подается с обратным знаком на вход. Такая обратная связь по скорости характеризуется тем, что при пропадании сигналов из-за фединга привод продолжает вращаться с постоянной скоростью. Источники ошибок радиолокатора можно исследовать [12] как теоретически, так и экспериментально; ошибки можно разложить на составляющие и для заданных условий сопровождения оценить их амплитуды и фазы.