Радиотехнические координаторы как элемент построения РЛС (стр. 5 из 6)

С выхода УПЧ сигнал с обеих каналов через амплитудные детекторы поступает на устройство сумарно разностной обработки (СРО), где выполняется следующее преобразование

U_вых =

(4.10)

Затем сигнал поступает на два фазовых детектора (ФД), причем каждый детектор запитывается соответствующим опорным напряжением поступающим с ГОН (U_опβ и U_опε).

Фазовым детектором (ФД) (Рис. 30)называется устройство, напряжение на выходе которого зависит от разности фаз двух сравниваемых напряжений одной частоты или очень близких частот.

Рис. 30

Напряжение на диоде VD1 равно U_vd1=U₁(t)+U_оп, а на диоде VD2 U_vd2= U₁(t) - U_оп

Напряжение на выходе ФД пропорционально разности модулей напряжений U₁(t) и U_оп:

U вых ≈ │U₁(t) │ - │ U_оп │

Выходное напряжение зависит от разности фаз напряжений U₁(t) и U_оп.

Следовательно, если привязка фаз будет сделана к фазе опорного напряжения ГОН, то величина выходного напряжения будет соответствовать величине углового отклонения от РСН.

Выходное напряжение с выходов ФД (β и ε) поступает на соответствующий усилитель преобразователь (УП) следящей системы соответствующего канала и после усиления по мощности в виде напряжения U_упр.дв подается на стабилизирующий двигатель СД.

Исполнительные двигатели каналов через редукторы управляют положением головки антенны одновременно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В результате антенна при возникновении сигнала ошибки перемещается по азимуту и наклону до совмещения равносигнального направления с направлением на цель.

Информация о скорости перемещения антенны с датчиков угловых скоростей (ДУ), поступает в систему управления антенной в качестве сигналов обратной связи.

Таким образом, совместная работа всех элементов рассмотренной схемы РЛС сопровождения обеспечивает отслеживание положения антенны за положением цели.

5. Радиотехнические координаторы с непрерывным и квазинепрерывным излучением

5.1 Общие сведения о координаторах с непрерывным излучением

У координаторов с непрерывным излучением принцип определения дальности и скорости совершенно отличается от координаторов с импульсным излучением, тогда как угловые координаты измеряются аналогично.

Если в координаторах с импульсным излучением для измерения угловых координат используется амплитудная модуляция сигнала, а информация о дальности заложена во времени задержки отраженного сигнала, то в координаторах с непрерывным излучением (НИ), для возможности измерения дальности, излучаемый сигнал модулируется по частоте или фазе. А измерение дальности при неподвижной цели сводится к измерению частотного интервала F_rмежду отраженным и излучаемым сигналом, который пропорционален времени запаздывания отраженного сигнала относительно излученного.

Таким образом в координаторах с НИ для измерения дальности используют частотную модуляцию (ЧМ) излучаемого сигнала, а для измерения скорости используют эффект Доплера.

Особенностью таких координаторов является, то что излучение сигнала и прием осуществляется на разнесенные антенны (Рис.31). При этом, излучаемый генератором ВЧ, сигнал f_изл модулируется частотным модулятором (ЧМ) с частотой F_М. Изменение частоты F_М осуществляется по пилообразному или синусному закону. Такое преобразование называется простым.

Девиация частоты осуществляется в пределах ΔF при средней частоте излучаемого сигнала f_о.

Отраженный сигнал принимается приемной антенной и подается на смеситель, где осуществляется простое преобразование принятого сигнала. В качестве опорного сигнала на смеситель подается f_изл. Таким образом на выходе смесителя появляется частота биенийF_∑ = f_изл – f_отр . Полученный сигнал F_∑ в дальнейшем обрабатывается для получения информации о дальности, скорости и угловых координат цели.

Рис.31

5.2 Преобразование сигнала одиночной цели

В зависимости от скорости цели вид принимаемого сигнала меняется.

5.2.1 Цель не подвижная

В этом случае имеем V_Ц=0, F_д=0. Для измерения дальности до цели нужно измерять частоту биений.

Если дальность до цели равна 0, то f_изл = f_отр и F_∑ =0. При увеличении дальности будет расти и F_∑. И если дальность не меняется, то F_r = const и F_r= F_∑ частото-дальномерный сдвиг.

Определим каким образом зависит F_∑ от F_М(Т_М) и ΔF (Рис. 32).

Из треугольников ABC и abc выведем соотношение сторон:

= , ; (5.1)

если ac=t_ц, а BC= ΔF и АС=

, при условии, что период модуляции Т_М значительно превышает дальность до цели (время задержки t_ц), значение частоты биений F_r может быть принято равным дальномерному сдвигу F_∑ = F_r.

F_∑ =

= F_r , (5.2)

ΔF =

(5.3)

Рис. 32

Таким образом, при неподвижной цели, частота отраженного сигнала на восходящей и нисходящей ветви одинакова. Если частота модуляции постоянна, девиация частоты ΔF, то частота биений является непосредственной мерой расстояния до цели.

Из (5.2) можно записать:

r_ц =

(5.4)

При отношении:

= const=A (5.5)

r_ц =АF_r (5.6)

Форма напряжения на смесителе (Рис. 32) представляет собой непрерывные колебания частоты биений. При этом нулевые значения будут наблюдаться через

. Поэтому при разложении в спектр данного напряжения он будет содержать только с частотами кратными частоте колебаний. Фара частот биения через меняется на 180º. Из этого следует:

1) наименьшая частота, которая может быть выделена и измерена при простейшем преобразовании сигнала равна частоте модуляции F_м

2) частота биений может служить точной мерой расстояния лишь в том случае, когда она кратна частоте модуляции F_м.

Из (5.2) имеем:

= , (5.

При этом левая часть (5.7) представляет собой целое число.

Во всех остальных случаях измеритель будет показывать частоту кратную частоте модуляции F_м и она будет либо больше либо меньше частоты биений.

Таким образом при простейшем методе преобразования сигнала, имеется дискретность отсчета результата, а следовательно имеется постоянная ошибка измерения дальности, которая равна минимальной дальности и соответствует одному биению

r_min =

(5.8)

5.2.2.Цель движется с малой скоростью.

В этом случае отраженный сигнал помимо дальномерного сдвига имеет приращение доплеровской частоты:

F_д = f_изл

(5.9)

Учитывая, что f₀-средняя часто та излучения, значительно превышающая девиацию частоты – ΔF, то можно записать

F_д = f₀

(5.10)

Тогда частота биений для восходящей и нисходящей ветвей принятого сигнала (Рис.33) будет отличаться от восходящей и нисходящей ветвей излучаемого сигнала и может быть записана как:

F_∑В = F_r - F_д (5.11)

F_∑Н =F_r + F_д (5.12)

Среднее значение, постоянной составляющей биений, будет равно дальномерному приращению частоты:

F_∑СР =

= F_r≡ r_ц (5.13)

Переменная составляющая частоты биений будет иметь вид:

F_∑~=

= F_д≡ V_Ц(5.13)

Рис. 33

5.2.2 Цель движется с большой скоростью

При значительной скорости цели, когда F_д > F_rи Т_м>> t_ц имеем значение частоты на восходящей и нисходящей ветви следующего вида(Рис. 34):

F_∑В = F_д - F_r(5.14)

F_∑Н =F_д + F_r(5.15)

При этом постоянная составляющая:

F_∑СР =

= F_д ≡ V_Ц(5.16)

А переменная:

F_∑~=

= F_r≡ r_ц(5.17)

Таким образом, для определения однозначного значения дальности и скорости цели в случае простейшего преобразования заранее необходимо знать, что больше F_д или F_r. В противном случае определение данных параметров цели может оказаться проблематичным при переходе через граничные значения, то есть F_д = F_r. Такое значение скорости называется критичной скоростью и ее наличие является большим недостатком в работе радиотехнических координаторов с непрерывным излучением.