Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 6. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ РАДИОДАЛЬНОМЕРОВРассмотрим принципы построения, основные характеристики и методические погрешности некогерентных и когерентных радиодальномеров, основанных на двухчастотном фазовом методе. Некогерентный радиодальномер. При двухчастотном фазовом методе излучаются два немодулированных колебания с отличающимися, но близкими частотами
причем разностная частота После отражения от цели на вход приемника поступают два колебания вида
где
При движении цели относительно РИУ наклонная дальность R и время задержки сигнала
где В выражении При малом разносе частот условия распространения и отражения для обоих колебаний идентичны, поэтому можно принять, что
Здесь
В выражении (X.25) В двухчастотном фазовом дальномере информация о дальности заключена в разности фаз двух принятых колебаний, представленных выражениями На рис. Принятый двухчастотный сигнал усиливается на промежуточной частоте
Рис. Х.15. Упрощенная блок-схема двухчастотного фазового некогерентного дальномера: Путем простых геометрических преобразований этот сигнал может быть выражен в виде одного сложного колебания частоты
где
Сигнал на выходе амплитудного детектора Из выражения двухчастотного фазового радиодальномера включает в себя постоянную и периодическую (с частотой Сигнал на выходе квадратичного детектора
Из выражения (X.29) следует, что при квадратичном детектировании периодическая составляющая представляет собой гармоническое колебание, причем амплитуда этого колебания, так же как и величина постоянной составляющей, пропорциональна квадрату амплитуд принятых колебаний. Выходной сигнал линейного детектора в небольшой области значений, соответствующей участкам с наибольшей крутизной, может быть достаточно точно представлен выражением
В этой области все значения косинуса в выражении Из выражения Постоянная и периодическая составляющие сигнала на выходе амплитудного детектора разделяются с помощью фильтров нижних и верхних частот по двум каналам: обнаружителя и измерителя дальности. Постоянная составляющая подается на пороговое устройство обнаружителя и используется в схеме АРУ. Периодическая составляющая подается на фазометр для измерения сдвига фаз Из выражения
Мгновенное значение сдвига фаз, измеренное в момент времени
Из этого выражения находим интервал однозначного измерения дальности
Фазометр в блок-схеме дальномера (рис. Х.15) осуществляет фазовую демодуляцию поданного на его вход сигнала. Фактически фазометр выполняет роль измерительного элемента, чувствительного к фазовому рассогласованию принятого продетектированного колебания относительно опорного колебания. Фазометр может быть выполнен как по разомкнутому, так и по замкнутому циклам в виде следящей по фазе системы. В радиотехнических устройствах элементы автоматических систем, чувствительные к рассогласованию параметров демодулируемого и опорного сигналов, называют дискриминаторами или различителями [12], [16]. Статические характеристики чувствительности, выражающие зависимость выходного напряжения от текущего рассогласования, называются дискриминационными характеристиками. Дискриминатор выполняет роль датчика сигнала ошибки, с помощью которого автоматически регулируется значение параметра опорного сигнала до его совпадения с соответствующим параметром демодулируемого сигнала. На блок-схеме рис. В простейшем случае в качестве разомкнутого фазометра или фазового дискриминатора может быть использован обычный фазовый детектор. Демодуляционная характеристика фазового детектора, т. е. зависимость его выходного напряжения
где
Если начальный фазовый сдвиг
то согласно выражениям
Выражение частоту выбирать из условия Выражая ошибку следящей системы в величинах рассогласования по дальности
Поскольку не требуется, чтобы дискриминационная характеристика была линейна во всем диапазоне измерения дальности, разностная частота При таком выборе частоты
Динамические характеристики радиодальномера определяются его оконечным устройством — фазометром. Причем в случае разомкнутого фазометра эти характеристики определяются лишь фильтром нижних частот, включенным на его выходе. Фильтр нижних частот играет роль сглаживающего фильтра, его основное назначение — уменьшение флуктуационной ошибки радиодальномера, обусловленной воздействием шумов. В случае отсутствия шумов быстродействие радиодальномера ограничивалось бы лишь дискретным харак-. тером процесса измерения во времени. Поскольку дискретизация осуществляется с высокой тактовой частотой, численно равной В радиодальномере со следящим фазометром функции сглаживающего фильтра выполняет замкнутая следящая система. Динамические характеристики следящей системы выбираются такими, чтобы в режиме сопровождения высокоскоростных и маневренных целей обеспечивалось хорошее сглаживание выходных данных при приемлемых значениях динамических погрешностей. Когерентный радиодальномер. В двухчастотном фазовом радиодальномере с амплитудным детектированием принятого сигнала технически невозможно обеспечить достаточно хорошую развязку приемного канала от просачивающегося сигнала передатчика даже при использовании раздельных антенн. Хотя колебания, полученные в результате детектирования сигнала от подвижной цели и просачивающегося сигнала передатчика, сдвинуты по частоте они не могут быть разделены, так как при реальных скоростях целей величина частотного сдвига незначительна. Частотное разделение этих колебаний становится возможным, если вместо амплитудного детектора в радиодальномере используется когерентный детектор. Принципы построения когерентного (с когерентным детектором) двухчастотного фазового радиодальномера поясняются упрощенными блок-схемами, приведенными на рис. Х.16-Х.18.
Рис. Х.16. Оконечные устройства когерентного двухчастотного фазового дальномера с аппаратурой СДЦ: а — с амплитудным детектированием биений допплеровских колебании;
Сигнал от подвижной цели на выходе когерентного детектора состоит из колебаний с частотами (кликните для просмотра скана) подавления в канале фазометра колебания разностной частоты
Необходимо также, чтобы допплеровские частоты
Просачивающийся сигнал передатчика, а также сигнал от неподвижной цели на выходе когерентного детектора включает в себя постоянную составляющую и колебание частоты Простейшим из когерентных радиодальномеров является радиодальномер с аппаратурой СДЦ (см. рис. Х.16). Единственными дополнительными элементами оконечных устройств этого радиодальномера по сравнению с некогерентным радиодальномером являются полосовые фильтры. Частота нижнего среза Выделение сигнала дальности в канале фазометра возможно путем амплитудного детектирования смеси допплеровских колебаний (см. рис. Х.16, а) или путем фазового сравнения этих колебаний (см. рис. Х.16, б). Принципиального различия между этими вариантами нет, но в отношении технической реализации второй вариант предпочтительнее, так как он позволяет обеспечить большую идентичность каналов при изменении амплитуды сигнала. Недостатком первого варианта является также необходимость выполнения операции вычитания для исключения постоянной составляющей, обусловленной средним значением огибающей биений. В когерентном радиодальномере с аппаратурой СДЦ (см. рис. Х.16) разрешающая способность по скорости не используется, а разрешающая способность по дальности в нем (как и во всяком фазовом радиодальномере) принципиально отсутствует. Поэтому такой радиодальномер является одноцелевым — за время облучения одного углового направления В когерентном двухчастотном фазовом радиодальномере с аппаратурой СЦСД используется разрешающая способность по скорости. Этот радиодальномер может быть многоцелевым (см. рис. Х.17) или одноцелевым (рис. Х.18). Оконечное устройство многоцелевого радиодальномера на выходах полосовых фильтров разделяется на В этом дальномере нет принципиальной необходимости в использовании полосовых фильтров. Однако предварительное подавление пассивной помехи, осуществляемое этими фильтрами, упрощает техническую реализацию устройства. Ширина полосы пропускания фильтров низкой частоты согласуется с временем облучения одного углового направления. Общий порог для всех пороговых устройств формируется путем усреднения сигналов на выходах всех каналов обнаружения. Число целей, которое может обработать многоцелевой радиодальномер за время облучения одного углового направления, равно числу каналов скорости, при этом по каждой цели, кроме дальности, выдается дискретное значение ее скорости. Общее число целей, которое может обработать радиодальномер в режиме обнаружения, равно произведению числа элементов разрешения по скорости и угловым координатам. В одноцелевом когерентном радиодальномере с аппаратурой СЦСД разрешающая способность по скорости реализуется благодаря использованию в опорном канале узкополосного следящего фильтра. В зависимости от того, за каким параметром (фазой или частотой) опорного колебания осуществляется слежение, различают радиодальномер со следящей по фазе системой — СФС (рис. Х.18, а) или со следящей по частоте системой — СЧС (рис. Х.18, б). Оконечное устройство радиодальномера с СФС по своему построению аналогично оконечному устройству радиодальномера с аппаратурой СДЦ в варианте с фазовым сравнением допплеровских колебаний (см. рис. Колебание на выходе СЧС совпадает с входным опорным колебанием лишь по частоте (или смещено относительно него по частоте на постоянную величину обусловливает некоторое отличие построения оконечного устройства радиодальномера с СЧС. С помощью смесителя частоты и узкополосного резонансного фильтра в канале фазометра и опорном канале выделяются отфильтрованные от шумов колебания частоты Применение следящего фильтра в одноцелевом радиодальномере с аппаратурой СЦСД позволяет не только выделить одну из многих целей, находящихся на одном и том же угловом направлении, но и обеспечить более высокую (по сравнению с одноцелевым радиодальномером с аппаратурой СДЦ) помехоустойчивость, поскольку при отфильтрованном от шумов опорном колебании устраняется подавление слабых сигналов. При сильных сигналах одноцелевой радиодальномер с аппаратурой СЦСД не обладает этим дополнительным преимуществом, поскольку такие сигналы не подавляются и в дальномере с аппаратурой СДЦ. Оконечные устройства, приведенные на рис. Х.16-Х.18, относятся к категории устройств с двухполосной демодуляцией сигнала. Такие устройства не реализуют предельной помехоустойчивости радиодальномера, так как в них существуют энергетические потери в знаке допплеровского сдвига частоты оба колебания оказываются в фазе, а амплитуда суммарного колебания равна удвоенной амплитуде одного колебания. При положительном знаке допплеровского сдвига частоты полярность синусного колебания изменяется на противоположную, а косинусного — остается неизменной. Поэтому суммируемые колебания оказываются в противофазе и взаимно компенсируются.
Рис. Х.19. К пояснению принципа построения оконечных устройств когерентного двухчастотного фазового дальномера с однополосной демодуляцией сигнала: КД — когерентный детектор, — фазовращатель на у; Если вместо суммирования осуществлять вычитание колебаний, подавленной окажется нижняя боковая полоса, а радиодальномер будет чувствителен только к удаляющимся целям. Используя как суммирование, так и вычитание колебаний, можно разделить сигналы от движущихся целей по двум идентичным каналам, один из которых будет чувствителен только к приближающимся целям, а другой — только к удаляющимся. Причем каждый из каналов, включающий в себя канал фазометра и опорный канал, начиная с полосовых фильтров, может быть выполнен по любой из схем, приведенных на рис. Х.16-Х.18. Радиодальномер с таким оконечным устройством чувствителен к направлению движения целей. Методические погрешности. Расчет флуктуационной ошибки радиодальномера, как и любого радиолокационного измерителя, имеет некоторую специфику, обусловленную тем, что шум на входе оконечного устройства аддитивен по отношению к сигналу, несущему полезную информацию, а не по отношению к измеряемому параметру. Ниже в качестве примера будет приведен расчет флуктуационной ошибки одноцелевого радиодальномера с аппаратурой СЦСД в варианте с СФС (рис. Х.18, а). Расчет погрешности этого радиодальномера при учете некоторых особенностей других структур позволит оценить точность двухчастотного фазового метода в целом. Кроме того, этот расчет позволит найти общие закономерности, влияющие на погрешности всех других методов дальнометрии. В качестве исходных данных для расчета принимаются параметры: средняя удельная мощность принятого двухчастотного сигнала Требования, которые должны быть предъявлены к приемнику, определяются следующими соображениями. Излученный двухчастотный сигнал занимает полосу частот Требования, предъявляемые к следящему измерителю, формулируются в результате анализа точности дальномера. На рис. Х.20, а показана исходная структурная (расчетная) схема следящего измерителя Особенностью устройства измерения. Несущее колебание фильтруется и лишь после этого путем фазового (синхронного) детектирования преобразуется в сигнал ошибки. Представление устройства
Рис. Х.20. Структурные схемы следящего измерителя дальности: а - исходная схема; б — преобразованная схема Через
где
Условие флуктуации дальности на входе следящего измерителя белым шумом с ограниченной шириной спектра. В результате рассмотрения структурных схем следящего измерителя можно наметить следующий порядок расчета флуктуационной ошибки дальномера. Вычисляется спектральная плотность флуктуаций сигнала ошибки
Среднеквадратическое значение флуктуационной ошибки дальномера
Так как Придерживаясь изложенного выше порядка расчета, найдем выражение для флуктуационной ошибки дальномера (рис. Спектральная плотность шума на выходе полосового фильтра при однополосной демодуляции
Спектральная плотность флуктуаций сигнала ошибки (на выходе фазового детектора)
В последнем выражении коэффициент 2 учитывает, что флуктуации сигнала ошибки на выходе фазового детектора обусловлены некоррелированными шумами обоих каналов — фазометра и опорного. Крутизна дескриминационной характеристики на ее линейном участке находится из выражения
Учитывая, что полосовой фильтр канала фазометра выделяет лишь одно из двух принятых колебаний амплитудой
Спектральная плотность эквивалентных флуктуаций дальности на входе следящего измерителя находится после подстановки в формулу
Среднеквадратическое значение флуктуационной ошибки дальномера на основании выражений
где В формуле Введем обозначение:
Из этой формулы следует, что флуктуационная ошибка двухчастотного дальномера обратно пропорциональна произведению квадратного корня из энергетического отношения сигнал/шум на разностную частоту. Потенциальная точность дальнометрии обычно оценивается известной формулой Вудворда [6], [29]
в этой формуле
Р — среднеквадратичная ширина спектра огибающей излученного сигнала (аналитическое определение (см., например, в работах [6], [29]). В § 5 настоящей главы для ширины спектра излученного сигнала использовалось обычное обозначение Формула Вудворда может быть применена для расчета потенциальной точности любого метода дальнометрии. В зависимости от метода дальнометрии и формы сигнала в ней будет изменяться лишь параметр замечаем, что в дальномере Для импульсного метода с колоколообразной формой сигнала Формула Вудворда получена в предположении, что за время наблюдения дальность не изменяется. В этом случае полная энергия сигнала при заданной средней мощности В случае следящего измерителя Передаточная функция разомкнутой цепи имеет вид
Сглаживающая цепь с такой структурой при соответствующем выборе ее параметров по своим показателям несущественно отличается от оптимальной структуры [27], полученной в предположении, что изменение дальности аппроксимируется полиномом первой степени, а помеха является белым шумом. ЛИТЕРАТУРА(см. скан) (см. скан)
|
1 |
Оглавление
|