Фазові кутові моноімпульсні системи (стр. 1 из 2)
Фазові кутові моноімпульсні системи
1. Фазовий кутовий пеленгатор
У оглядових моноімпульсних системах із фазовою пеленгацiєю напрямок на ціль визначається порівнянням фаз сигналів, прийнятих двома рознесеними на відстань l антенами А1 і А2 (рис. 1). Оскільки відстань від цілі до антен значно більше базової відстані l між антенами, то прийняті від відповідача сигнали практично однакові за амплітудою, але різняться за фазою на Дш. Різниця фаз Дш визначається різницею відстаней DS від цілі до антен А1 і А2, де розмір DS є, у свою чергу, функцією кутового відхилення цілі DjЦ від РСН
.Отже
, (1)де l – довжина хвилі сигналу відповіді.
Оскільки кути DjЦ зазвичай не перевищують двох-трьох градусів, то
.Звідси
або в градусах
.  |
На рис. 2 показані графіки цієї залежності для чотирьох випадків, коли відносні значення антенної бази l/l дорівнюють 5, 10, 20 і 40. Крутизна відповідних характеристик, тобто
дорівнює, відповідно, 31, 62, 124 і 248.
 |
Таким чином, чим більше відносне рознесення антен А1 і А2, тим із більшою точністю можна визначати кутове положення цілі відносно РСН антени.
Здобуття інформації, яка міститься у різниці фаз прийнятих сигналів, провадиться за допомогою найпростішого кутового дискримінатора – фазового детектора (ФД). Якщо характеристика ФД описується виразом
,де U – відносне значення амплітуди сигналу на його виході, а Dy – різниця фаз сигналів, що надходять до ФД, то вираз (1) прийме вигляд
. (2)Звідси
. (3)Відповідні графіки для чотирьох співвідношень l/l наведені на рис. 3.
Однозначне визначення DjЦ у функції амплітуди сигналу U на виході ФД можливе лише в тому випадку, коли різниця фаз сигналів Dy лежить у межах ±90°. Таким чином граничні однозначні значення кутів Dj°Ц ГРАН будуть згідно з рівнянням (1) визначатися виразом
.  |
Для зазначених вище співвідношень l/l (5, 10, 20 і 40) граничні значення кутових відхилень Dj°Ц ГРАН, що можуть бути визначені за допомогою фазового пеленгатора і ФД, складуть, відповідно, ±2,68°, ±1,48°, ±0,72° і ±0,36°, але з огляду на значне падіння на ділянках 0,8 < UВІДН < 0,9 і – 0,9 < UВІДН < – 0,8 (рис. 3) крутизни характеристик UВІДН = f(DjЦ) реальні граничні значення DjЦ орієнтовно дорівнюватимуть ±1,64°; ±0,41° і ±0,21°.
Розглянемо деякі питання практичної реалізації фазових пеленгаторів.
У фазовому пеленгаторі антенна система має сформувати дві ідентичні ДН, рівносигнальні напрямки яких строго паралельні, а фазові центри рознесені на відстань l відносно один одного. Ширина ДН кожної з антен A1 і A2 згідно з рекомендаціями ICAO не повинна перевищувати 3°. Ця вимога обумовлена необхідністю зменшення кількості ПС, що одночасно потрапляють у промінь антени, тобто відповідають одночасно на запити, передані ВРЛ. Крім того, з вузькими ДН антен радіолокаторів поліпшуються енергетичні показники їхніх передавачів.
У фазових пеленгаторах ДН можуть формуватися дзеркальними антенами або антенними ґратками. У випадку застосування дзеркальних антен виконати таку антену з одним відбивачем і двома рознесеними на достатньо велику відстань опромінювачами неможливо. Сформовані такою антеною ДН виявляються неідентичними, а РСН – непаралельними. Отже, антенна система такого пеленгатора повинна складатися з двох самостійних дзеркальних антен, розміщених на обертовій балці і рознесених, як мінімум, на відстань поземного розкриву (діаметра) їхніх дзеркал.
Поземний розкрив дзеркала кожної з антен може бути визначений із таких міркувань.
Ширина ДН параболічних антен на рівні половинної потужності (Dj°А) в градусах визначається за формулою
,де R – радіус розкриву антени; l – довжина хвилі; f– фокусна відстань параболічного дзеркала; a=0,5 для площини Е, яка збігається з площиною поляризації випромінюваної або прийнятої хвилі, і а=0,2 для площини Н, перпендикулярної до площини Е.
Для ВРЛ, які задовольняють вимоги ICAO, сигнали відповіді передаються на частоті 1090 МГц із прямовисною поляризацією. Отже, обраний коефіцієнт а дорівнює 0,2, а l=27,5 см. З практичних міркувань для отримання задовільної форми ДН краще використовувати довгофокусні антени. Тому обираємо f = 3 м. Тоді для DjА°=2,5° отримуємо радіус R = 3,7 м, тобто відстань l між антенами А1 і А2 буде не меншою 7,4 м. За графіками на рис. 10 і за формулою (3), у якій значення U обирається 0,9, визначаємо граничне значення кутової поправки Dj°ц ГРАН однозначного визначення азимутального положення цілі. Отримуємо
Якщо ширина ДН
°, сигнал відповіді може прийти під будь-яким кутом у межах цієї діаграми, але такий обмежений діапазон визначення азимута цілі є неприпустимим.У тих випадках, коли як фазовий кутовий пеленгатор використовуються антенні ґратки, поземний розмір однієї антени за тих самих вихідних вимог до ДН і рівня бокових пелюсток може становити 5…8,5 м. Для граничного випадку, коли поземний розмір антенних ґраток дорівнює 5 м, діапазон однозначного визначення азимута цілі буде дещо більшим
, але і він є неприпустимим.Зазначений вище головний недолік фазового пеленгатора, а також деякі інші недоліки, як наприклад, конструкційні труднощі реалізації двоантенної системи, вимоги високої фазової стабільності каналів, відсутність єдиного каналу відповідей, за яким приймається додаткова інформація, труднощі в реалізації систем придушення сигналів бокових пелюсток ДН антен за запитом і відповіддю та ін. призвели до того, що на цей час у вторинних оглядових радіолокаторах фазовий принцип побудови пеленгаторів не використовується. Це саме зауваження стосується і комбінованих кутових пеленгаторів.
2. Фазовий кутовий дискримінатор
Головним недоліком амплітудних кутових дискримінаторів є необхідність точного узгодження амплітудних характеристик сумарного і різницевого каналів. Для такого узгодження необхідне застосування ряду додаткових заходів, що ускладнюють просту, на перший погляд, структуру дискримінатора. Для радикального зменшення впливу неузгодженості амплітудних характеристик і коефіцієнтів передачі каналів приймачів використовують метод, заснований на застосуванні сумарно-різницевих фазових кутових дискримінантів, або, як їх іноді називають, фазових дискримінаторів. Суть цього методу полягає в тому, що амплітудні співвідношення вхідних сигналів US і UD перетворюються у фазові співвідношення сигналів r+ і r-, отриманих векторними додаванням і відніманням вхідних сигналів. Отримані у такий спосіб сумарні і різницеві сигнали перетворюються в сигнали проміжної частоти, підсилюються й обмежуються за амплітудою. Остання операція провадиться для того, щоб надалі за оберненого перетворення фазових співвідношень сигналів в амплітудні, що провадиться ФД, результат перетворення залежав би тільки від співвідношення фаз сигналів, які надходять на ФД, і не залежав від коефіцієнтів передачі сумарного і різницевого каналів приймачів. Отримана у такий спосіб пеленгаційна характеристика в результаті буде функцією співвідношення амплітуд сигналів US і UD, прийнятих сумарною і різницевою ДН антени, а проміжне перетворення амплітудних співвідношень сигналів у фазові необхідно лише для зменшення впливу амплітудних характеристик каналів приймача на результат зміни напрямку на ціль Djц° щодо миттєвого азимутального положення осі антени цА. Це ілюструється рис. 4 і рис. 5, на яких зображена спрощена функціональна схема фазового кутового дискримінатора і векторні діаграми сигналів у різних точках цієї функціональної схеми.
 |
Наведемо опис роботи фазового дискримінатора.
На вхід дискримінатора надходять сигнали, прийняті сумарною і різницевою ДН пеленгатора і позначені на функціональній схемі і векторних діаграмах як å і ∆ (точки 1 і 2 на функціональній схемі). На векторних діаграмах показаний випадок, коли обидва сигнали попередньо фазовані і сумарний сигнал å більше різницевого ∆. Ці сигнали перетворяться у векторну суму å + i∆ і векторну різницю å − i∆ цих сигналів. Перетворення здійснюється сумарно-різницевим перетворювачем П i фазообертачем
, що виконує операцію множення на – i. Множення на i відповідає повороту фази вектора на +90˚, множення на – i – повороту фази вектора на -90˚. Перетворення провадиться на високій частоті за допомогою пасивних елементів. За такі елементи можуть бути використані кільцеві хвилеводні або смужкові мости, подвійні хвилеводні трійники і хвилеводні або смужкові фазообертачі.