Система автоматического сопровождения цели по дальности импульсной радиолокационной станции (РЛС)

Функциональная схема системы (рис. 8.11). Задающим воздействием системы является дальность до цели, непрерывно изменяющаяся во времени. Эта дальность измеряется с помощью РЛС. Информация о дальности с выхода приемника импульсной РЛС поступает в дискретные моменты времени с частотой, равной частоте посылок

Рис. 8.11. Функциональная схема системы автоматического сопровождения цели по дальности импульсной РЛС.

станции. Эта информация содержится во времени запаздывания 4 отраженного сигнала от цели относительно импульса, излучаемого передатчиком. Действительно, дальность до цели пропорциональна времени запаздывания (где с — скорость распространения электромагнитных волн).

Если дальность до цели изменяется во времени, например, по кривой (рис. 8.11), то на выходе приемника РЛС появляется последовательность отраженных импульсов Моменты соответствуют моментам излучения импульса передатчиком. Как видно из рисунка, радиолокатор осуществляет временную импульсную модуляцию: входным сигналом (дальностью до цели) модулируется последовательность импульсов по времени. Поэтому РЛС в этом случае может быть представлена временным импульсным элементом первого рода.

Система автоматического сопровождения цели по дальности по дискретным значениям дальности воспроизводит непрерывную функцию изменения дальности до цели. Эта система является импульсной следящей системой, использующей принцип управления по отклонению. В состав системы (рис. 8.11) входят: временной дискриминатор, являющийся элементом сравнения, усилитель-преобразователь, исполнительное устройство, генератор опорных полустробов дальности.

Система работает следующим образом. В течение коротких отрезков времени, когда вращающийся луч антенны проходит через направление на цель, происходит облучение цели импульсами электромагнитной энергии, которые отражаются от цели, принимаются, усиливаются, преобразуются радиолокационной станцией и поступают на вход системы автоматического сопровождения цели по дальности. При каждом повороте антенны в период облучения цели на вход системы поступает короткая пачка импульсов. Истинное расстояние до цели пропорционально временному сдвигу (запаздыванию каждого поступающего импульса относительно момента его посылки. С другой стороны, дальность до цели вырабатывается системой. Эта дальность

Рис. 8.12. Упрощенная принципиальная схема временного дискриминатора (а) и примерные формы его напряжений (б).

сравнивается с задающим воздействием и получающееся при этом отклонение от (т. е. ошибка) используется для управления исполнительным устройством с тем, чтобы это отклонение уменьшилось.

Поскольку информация о дальности на вход системы поступает в виде последовательности импульсов, модулированных по времени, а дальность вырабатываемая системой, является непрерывной величиной, то для удобства сравнения дальность преобразуется также в дискретную величину. Для этой цели предназначен генератор опорных полустробов, который осуществляет временную модуляцию последовательности импульсов дальностью Задержка во времени опорных полустробов (рис. 8.11), вырабатываемых генератором, относительно моментов излучения импульсов радиолокационной станцией, пропорциональна дальности до цели в дискретные моменты времени. Таким образом, генератор опорных полустробов является импульсным элементом с ВИМ.

Дальности сравниваются в дискретные моменты времени во временном дискриминаторе сравнением временных положений отраженных от цели импульсов и опорных полустробов. Отклонение дальности от дальности

проявляющееся в разности времен запаздывания отраженного импульса 4 и опорных полустробов 42,

преобразуется временным дискриминатором в напряжение ошибки. Последнее используется для управления исполнительным устройством, изменяющим таким образом, что отклонение уменьшается.

Упрощенная схема временного дискриминатора и примерные формы напряжений, поясняющие принцип его работы, изображены на рис. 8.12. Временной дискриминатор интегрирует отраженный от цели импульс за время левого а затем за время правого опорного

полустроба. На выходе дискриминатора в моменты окончания отраженного импульса (на рис. 8.12, б в моменты создается напряжение, значение которого пропорционально разности площадей перекрытия отраженного импульса левым и правым полустробами. Поскольку эта разность площадей при малых значениях временного сдвига отраженного импульса и опорных полустробов пропорциональна временному сдвигу то в соответствии с выражением (8.1) уровень выходного напряжения пропорционален ошибке сопровождения цели по дальности в дискретные моменты времени:

Уровень напряжения сигнала ошибки, соответствующий моменту окончания отраженного сигнала, запоминается (фиксируется) на весь период повторения Т благодаря цепочке RC с большой постоянной времени. Перед приходом нового отраженного сигнала зафиксированный уровень сигнала снимается (конденсатор С быстро разряжается, схема разряда С на рис. 8.12, а не приведена). Позиция 1 (рис. 8.12, б) соответствует случаю точного совпадения при этом опорные полустробы расположены симметрично относительно отраженного импульса. Уровень (амплитуда) выходного импульса равен нулю, так как к моменту окончания отраженного импульса напряжение на конденсаторе становится равным нулю. Импульс, возникающий на выходе схемы в период существования отраженного импульса, в расчет не принимается — его длительность во много раз меньше длительности импульса, равного периоду повторения Т. Позиция 2 отражает случай, когда не равно что соответствует нарушению симметрии расположения опорных полустробов относительно отраженного импульса. На выходе схемы в момент окончания отраженного импульса появляется импульс, фиксированный уровень которого пропорционален ошибке, а его полярность определяется знаком рассогласования. При изменении знака рассогласования напряжение ошибки изменяет полярность (позиция 3). Как видно из рисунка, на выходе временного дискриминатора со схемой фиксации имеет место амплитудно-модулированная ошибкой последовательность импульсов напряжения с длительностью, равной периоду повторения Т.

Напряжение поступает на усилитель-преобразователь (рис. 8.11). Последний в общем случае содержит как усилительные элементы, так и корректирующие устройства, осуществляющие необходимое преобразование сигнала рассогласования. Выход усилителя-преобразователя соединен со входом исполнительного устройства.

С выхода последнего непрерывное значение дальности передается через устройство передачи данных на счетно-решающий прибор. Кроме того, поступает в цепь обратной связи на генератор опорных полустробов, который вырабатывает опорные полустробы, задержанные во времени на величину, соответствующую дальности

В качестве исполнительного устройства часто используется двигатель с фазовращателем. При вращении двигателя изменяется фаза синусоидального напряжения на выходе фазовращателя. Нулевой фазе этого напряжения соответствует появление опорных полустробов.

Рис. 8.13. Преобразование функциональной схемы импульсной системы автоматического сопровождения цели по дальности: а — исходная схема; б - преобразованная схема.

В результате вращения двигателя изменяется временное положение опорных полустробов в направлении устранения их несоответствия временному положению отраженного импульса. Так происходит автоматическое слежение по дальности или преобразование дискретных данных о дальности в непрерывную величину.

Необходимо заметить, что напряжение ошибки на вход усилителя-преобразователя в рассматриваемой схеме поступает в виде «пачки» амплитудно-модулированных растянутых импульсов через промежутки времени Та, равные периоду вращения антенны РЛС. Продолжительность каждой пачки импульсов напряжения ошибки очень мала по сравнению с периодом обзора. Поэтому пачки импульсов можно рассматривать как одиночные импульсы ошибки, следующие через промежутки времени Та. Это позволяет рассматривать систему автоматического сопровождения как замкнутую импульсную систему с периодом повторения Та.

Станция кругового обзора может обеспечить автоматическое сопровождение многих целей по дискретно получаемым данным, но для сопровождения каждой из целей станция должна иметь отдельный канал, начинающийся с выхода приемного устройства. Этот канал включает в себя систему автоматического сопровождения. На вход отдельной системы должны поступать сигналы, отраженные только от одной выбранной цели. Для этого канал открывается селекторными импульсами, вырабатываемыми специальным генератором (см. рис. 8.11), и пропускаются отраженные импульсы только от одной сопровождаемой цели. Исполнительное устройство, подавая выходной сигнал на генератор селекторных импульсов, обеспечивает соответствующее плавное перемещение селекторного импульса в интервале между облучениями,

так что положение селекторного импульса к моменту поступления сигнала от выбранной цели будет совпадать с положением отраженного сигнала от этой цели.

Структурная схема системы автоматического сопровождения цели по дальности. Прежде чем составить структурную схему системы, выполним некоторые преобразования ее функциональной схемы. В исходной функциональной схеме (рис. 8.13, а) системы один из импульсных элементов (РЛС) включен вне замкнутого контура системы, а второй (генератор опорных полустробов) — в обратную цепь ее замкнутого контура. Оба импульсных элемента относятся к временным импульсным элементам. С выхода этих элементов сигналы поступают на временной дискриминатор. Однако выходное напряжение временного дискриминатора (сигнал рассогласования) представляет собой не временно-модулированную последовательность импульсов (как на его входе), а амплитудно-модулированную, т. е. во временном дискриминаторе происходит преобразование одного вида импульсной модуляции в другой. Поскольку основным сигналом системы является сигнал рассогласования, то, очевидно, не изменяя динамические свойства системы, можно заменить отмеченные ИЭ с ВИМ одним амплитудным ИЭ, включенным на выходе элемента сравнения и осуществляющим амплитудную модуляцию последовательности импульсов непрерывно изменяющейся ошибкой системы. Коэффициент усиления этого импульсного элемента в соответствии с формулой (8.2) равен (где — коэффициент усиления временного дискриминатора). Преобразованная функциональная схема импульсной системы автоматического сопровождения цели по дальности изображена на рис. 8.13, б.

Для составления структурной схемы системы необходимо ее элементы заменить динамическими звеньями. В простейшем случае усилитель-преобразователь представляется пропорциональным звеном, а исполнительный двигатель — интегрирующим звеном. Структурная схема такой простейшей системы изображена на рис. 8.14, а. Как видим, система содержит одно интегрирующее звено, т. е. является астатической системой первого порядка астатизма. В такой системе устраняется лишь ошибка по положению. Передаточная функция непрерывной части системы (рис. 8.14, а) Дня устранения установившейся скоростной ошибки обычно в систему в качестве корректирующего устройства вводят второе интегрирующее (чаще всего электронное) звено (рис. 8.14, б). Передаточная функция непрерывной части системы в этом случае

или

Основными свойствами систем являются измерение ошибки только в дискретные моменты времени; в промежутках между двумя

Рис. 8.14. Структурные схемы импульсной системы автоматического сопровождения цели по дальности с одним (а) и двумя (б) интегрирующими звеньями.

последовательными измерениями система управления действует соответственно со значением ошибки, измеренным в конце предыдущего интервала.