Радиотехнические координаторы как элемент построения РЛС

Рис. 10

Структурная схема такого координатора представлена на рис. 11.

Рис.11

Мощные электромагнитные импульсы сформированные в передатчике (ПРД) поступают на раскрыв антенны, где формируется игольчатая ДН. При этом коническое вращение луча антенны достигается за счет вращения рупора антенны (щелевого вибратора, петли-согласования) модулятором (М). Задача модулятора обеспечить постоянною частоту сканирования Щск.

Отраженный сигнал от цели поступает в приемник (ПРМ), где осуществляется усиление сигнала и преобразование (понижение) несущей частоты. Далее сигнал поступает в автомат дальности (АД) и в канал сигнала ошибки (КСО).

В канале выделения сигнала ошибки (КСО) выделяется огибающая Ucо. С выхода КСО сигнал поступает на два угловых дискриминатора УДв и УДе , на второй вход которых поступает напряжение с генератора опорного напряжения (ГОН). При этом опорные напряжения сдвинуты друг относительно друга на 90є и жестко связаны с частотой вращения модулятора Щск.

С выходов угловых дискриминаторов напряжение управления Uупрв и Uупре в систему управления антенной СУАв и СУАе, где осуществляется отработка этого напряжения и совмещения РСН с целью. При этом:

Uупре=Ucоsin ц= Uccos(Щскt- ц) sin ц; (3.4)

Uупрв=Ucоcos ц= Uccos(Щскt- ц) cos ц; (3.5)

3.2 Основные ошибки измерения углов и координат при коническом сканировании

- методические ошибки.

Они обусловлены двойной модуляцией сигналов цели при излучении и приеме вращающейся диаграммой направленности и конечной скоростью распространения радиоволн.

Рис. 12

На Рис.12 положение диаграммы направленности А -соответствует моменту излучения, Б - положение ДН в момент приема, В - результирующая ДН. Таким образом, за время равное tц (время распространения электромагнитной энергии до цели и обратно) диаграмма направленности повернется на угол Дц?

Временные развертки ДН (Рис.13) при передаче А, при приеме Б и результирующая В имеют разные фазы. Так как фаза опорного сигнала определяется фазой вращения ДНА на излучение (реальная ДН), а фаза огибающей сигнала ошибки определяется фазой вращения результирующей ДН, то возникает разность фаз между опорным напряжением Uоп и сигнала ошибки Ucо.

Рис. 13

Эта разность фаз и является методической ошибкой:

Дцм= Щск Fск Fск (3.6)

tц =180є tц (3.7)

Таким образом, методическая ошибка в РТК с коническим сканированием воздействует на фазу сигнала ошибки и в следящих координаторах не оказывает существенного влияния на точность измерения углов координат, так как при взятии цели на автосопровождение (АС) РСН перемещается на цель.

В РТК с фиксированной осью эта ошибка приводит непосредственно к ошибкам измерения координат.

-ошибки за счет флюктуаций амплитуд принимаемых от цели сигналов

Флюктуация амплитуды принимаемых сигналов приводят к возникновению паразитной амплитудной модуляции, что вызывает паразитный сигнал ошибки.

Паразитная флюктуация возникает и тогда, когда цель находится на РСН. Ошибка эта случайна и среднеквадратическая ошибка определения углов координат вычисляется по формуле:

уец = увц =mэф (3.8)

где:

mэф -эффективная глубина модуляции вызванная флюктуациями,

Кmg -крутизна модуляционной характеристики,

Sm(Fcк) и Sm(0) -энергетическая спектральная плотность на частоте сканирования и нулевой частоте,

ДFкц -полоса пропускания приемника угловой следящей системы,

ДFn -эквивалент полосы помехи.

Соотношение и ДFn определяется из графика (Рис.14):

Рис.14

3.3 Повышение точности измерения угловых координат

Для подавления паразитной амплитуды модуляции используют 2-х канальные координаторы с коническим сканированием (Рис.15). Антенной создаются две диаграммы направленности смещенные на угол Дб. При сканировании двух ДН принимаемый сигнал модулируется по амплитуде в противофазе. Паразитная амплитудная модуляция в обеих каналах будет в фазе.

Сигналы, принятые двумя ДН, можно записать как:

UI = E(1+x(t))]FI(Дб)[1+mIcos(Щск t-цI) (3.9)

UII= E(1+x(t))]FII(Дб)[1-mIIcos(Щск t-цII) (3.10)

Где:

Е - средний уровень напряженности поля принимающей антенной волны,

x(t) - паразитная амплитудная модуляция,

mI и mII - коэффициент амплитудной модуляции.

Если mI = mII =m, а FI(Дб)= FII(Дб)= F(Дб) и цI= цII =ц, то после суммарно-разностной обработки получим - сигнал ошибки Ucо равный:

Рис.15

Ucо(t) = = m cos(Щск t-ц) (3.11)

Таким образом, как видно из формулы, сигнал паразитной амплитудной модуляции отсутствует. Реализация этого принципа осуществлено в двухканальных радиотехнических координаторах с коническим сканированием с применением суммарно-разностной обработки сигнала.

Такая обработка сигнала позволяет вести борьбу не только с паразитной амплитудной модуляцией, но и с ответной угловой помехой, так как сигнал ответной угловой помехи будет приниматься в фазе.

Иногда такие координаторы называют координаторами с биконическим сканированием.

Функциональная схема такого координатора представлена на Рис.16.

Рис. 16

4.Моноимпульсные координаторы

4.1 Общие сведения о моноимпульсном методе измерения угловых координат

Моноимпульсный метод позволяет устранить ошибки в определении угловых координат возникающих за счет флюктуаций амплитуд сигнала. При этом методе используется сравнение амплитуды и фазы принимаемых одновременно сигналов с помощью многоканальной системы.

Дальность в моноимпульсных координаторах определяется как и в координаторах с коническим и линейным сканированием.

Основным отличием моноимпульсных координаторов является формирование равносигнальной зоны (РСЗ) неподвижными диаграммами направленности созданными антеннами моноимпульсных координаторов.

Зависимость сигналов принятых амплитудной и фазовой диаграммой направленности определяется формулой:

Fк(б)= = F(б) (4.1)

где,

Fк(б) - сигнал амплитудной ДН,

-сигнал фазовой ДН,

б -угол прихода радиоволн,

Ек1(б) и Ек2(0) -комплексная амплитуда сигнала принятого с направления б и максимума диаграммы направленности (б =0).

В зависимости от того какая из ДН используется при определении направления различают два основных вида моноимпульсных систем:

1) Система с амплитудной пеленгацией,

2) Система с фазовой пеленгацией.

Для осуществления амплитудной пеленгации в одной плоскости антенны моноимпульсных систем должны формировать две ДН развернутые друг относительно друга на угол 2Дб, где Дб -угол скоса (Рис.17)

Рис. 17

Характерной особенностью для сигнала принятого такой системой является неравенство амплитуд сигналов Е1 и Е2, при этом фазы сигналов равны н1(е) =н2(е).

Для пеленгации сигнала в двух плоскостях в и е создаются четыре ДН по две в каждой плоскости.

Для получения фазовой пеленгации антенна такой моноимпульсной системы должна формировать две ДН максимумы, которых направлены параллельно и разнесены в пространстве на величину базы S (Рис.18).

Тогда при приеме сигнала появляется разность «схода» Ssinе, а запаздывание во времени дt= , в данном случае разность фаз определяется из формулы:

ц(е)= н1(е)-н2(е)= що дt= дt= = Ssinе (4.2)

амплитуды сигналов при этом будут практически равны.

Рис. 18

Для фазового пеленгатора для измерения углов в 2-х плоскостях должны быть созданы 4-е ДН, при помощи четырех рефлекторов расположенных симметрично относительно оси антенны.

4.2 Постулаты моноимпульсного метода

Моноимпульсный метод определения координат базируется на трех постулатах, определяющих преимущества этого способа.

1) Угловая информация извлекается в виде отношения сигналов принятых различными ДН моноимпульсных антенн (Рис 19).

Рис. 19

a) Простое отношение (мультипликативное):

b)

rm (е)= = = (4.3)

б) суммарно-разностное отношение (?-Д) (аддитивное):

ra (е)= = = = , (4.4)

где

EK1(е) и EK2(е) -комплексная амплитуда сигнала принятая I и II антенной с направления е.

EK Д(е) -комплексная амплитуда разностного сигнала, состоящего из сигнала EK1 и EK2 и является не четной симметричной функцией угла е.

EK ? (е) -комплексная амплитуда суммарного сигнала EK1 и EK2, который является четной функцией угла прихода сигнала.

FK Д(е) -комплексная разностная ДН.

FK ?(е) -комплексная суммарная ДН.

ra (е) и rm (е) являются функциями только угла прихода волны и не зависят от абсолютного уровня принятого сигнала.

2) Измеряемое отношение принятых сигналов, при переходе от положительного угла к равному отрицательному меняется на обратное. Это требование верно относительно симметричных ДН моноимпульсной антенны.

3) Пеленгационная характеристика моноимпульсной системы является не четной действительной функцией угла прихода е (Рис 20).

Рис. 20

Это означает, что пеленгационная характеристика должна указывать как на величину так и на знак угла прихода волны, то есть обладает не четной симметрией.

4.3.Преимкщества и недостатки моноимпульсного метода.

Преимущества:

1) Так как угловая информация выделяется в виде отношений сигналов, то точность измерения не зависит от амплитуды флюктуаций отраженных сигналов.

2) Выделение отношений принимаемых сигналов происходит в течении действия каждого импульса, то сесть информация о трех координатах извлекается при получении одного импульса от цели, а не за счет накопления информации от пачки импульсов.

3) Моноимпульсные координаторы защищены от угловых ответных помех, а также от непрерывных шумовых помех (за счет изменения амплитуды сигнала от импульса к импульсу).

4) В моноимпульсных системах отсутствуют методические ошибки по сравнению с координаторами линейного и конического сканирования. Кроме этого отношение принимаемых сигналов не зависит то скорости распространения радиоволн.

5) Дальность действия моноимпульсных координаторов превышает аналогичные по параметрам координаторы с линейным и коническим сканированием, за счет того, что линия излучения электромагнитной энергии совпадает с РСН антенн при приеме сигналов.

Недостатки:

1) Трудность создания симметрии при формировании суммарной и суммарно-разностных ДН.

2) Сложность обеспечения идентичности приема амплитудных и фазовых характеристик приемных систем

4.4 Построение моноимпульсного координатора для пеленгования в двух плоскостях

Моноимпульсные координаторы могут быть:

1) Трехканальные с четырьмя ДН.

2) Двухканальные с четырьмя ДН.

3) Двухканальные с двумя ДН.

Трехканальные моноимпульсные координаторы с четырьмя ДН для пеленгации в двух плоскостях (по азимуту и углу места) используют четыре ДН (Рис. 21).

Для определения азимута берется соотношение сигналов левых и правых ДН (ad и bc). Для определения угла места используется соотношение верхней и нижней пары ДН(ab и dc).

Для преобразования информации в суммарную и разностную используют четыре кольцевых моста (Рис.22).

Рис. 21

Излучение электромагнитной энергии осуществляется через все четыре ДН. Логика образования суммарного и разностного сигнала следующая:

- суммарный сигнал ? = a+b+c+d

- разностный Де = (c+d)-(a+b) и Дв = (a+d)-(b+c).

Рис. 22

Третий разностный сигнал, по диагонали (a+c)-(b+d) не используется и компенсируется нагрузкой.

Суммарный и разностный сигналы подаются на трехканальный суммарно-разностный угловой дискриминатор.

Двухканальные моноимпульсные координаторы с четырьмя ДН используют принцип сложения 2-х разностных каналов (Де и Дв) со сдвигом фазы одного из них на 90є. Такой сдвиг можно получить пропустив один из разностных каналов через дополнительную секцию, тем самым обеспечив больший путь прохождения разностного сигнала.

После общего усиления разностных сигналов в фазовых детекторах углового дискриминатора осуществляется разделение этих сигналов по плоскостям за счет того, что к одному из фазовых детекторов подается в фазе (Дв) (Рис.23), а ко второму в противофазе со сдвигом на 90є (Де).

Рис. 23

Недостатками такой системы является:

-жесткие требования к идентичности характеристик усилителей каналов

-при наличии паразитного сдвига между суммарным и общим разностным каналом, в каналах образуются паразитные сигналы (пролазы).

Двухканальные моноимпульсные координаторы с двумя ДН используют принцип поочередной запитки вращающимся волноводом или петлей связи соответствующей пары антенн с частотой вращения ГОН. Причем в одном из принятых разностных сигналов, для дальнейшей обработки, используют дополнительный сдвиг фазы на 90є.

4.5 Особенности построения помехозащищенных моноимпульсных координаторов

В большинстве случаев работа РЛС сопровождения осуществляется в сложной помеховой обстановке и прежде всего в условиях сильных пассивных помех. В этом случае для защиты используется режим СДЦ. Но в этом случае при обработке сигналов теряется информация об угловом положении цели.

Поэтому, возникает необходимость, для сохранения информации об угловом положении цели содержащуюся в амплитуде и фазе высокочастотного сигнала использовать амплитуду и фазу низкочастотной огибающей последовательности импульсов, которые на разрушаются при обработке в режиме СДЦ.

В этом случае моноимпульсные координаторы теряют одно из своих преимуществ - способность определения угловых координат по одному импульсу и приобретают свойства системы с интегральной равносигнальной зоной.

Для того, чтобы моноимпульсный координатор сохранил свое свойство - независимость от абсолютной амплитуды принимаемого сигнала, мгновенную пространственную равносигнальную зону преобразуют в две противофазных интегральных РСЗ, аналогичных как в радиотехнических координаторах с коническим сканированием.

Эта система называется моноконической системой. В ее составе (Рис.24) антенна формирующая четырех лепестковую ДН, суммарно-разностный преобразователь, на выходе которого имеем три канала: Дв, Де и ?. В дальнейшем происходит преобразование в 2-х канальную систему с одним разностным (Дcos(Щt-ц)) и одним суммарным каналом (?).

Общий разностный канал (Дcos(Щt-ц)) получается при помощи круглого волновода, на который подаются два разностных сигнала (Дв и Де) в квадратуре:

Д= (4.5)

Интенсивность поля в круглом волноводе (Рис. 25) характеризует величину отклонения цели от РСН. Фаза поля характеризует знак или направление отклонения цели от РСН:

(4.6)

Информация об угловом положении цели отбирается из круглого волновода при помощи модулятора, который вращается с угловой скоростью Щ.

Рис. 24

Характерным является то, что при переходе модулятором нулевого положения, фаза высокочастотного сигнала в нем меняется на противоположную. Нулевым положением считается положение, когда широкая стенка волновода совпадает с расположением электрических линий.

Страницы: 1, 2, 3