Описание систем радиоавтоматики (стр. 2 из 2)

2.2. Математическое описание работы системы. Структурная схема

На вход системы ФАПЧ поступает напряжение

Пусть

, (10)

где

; (11)

– фаза сигнала; – начальная фаза сигнала.

Напряжение на выходе подстраиваемого генератора:

(12)

Фазовый дискриминатор определяет разность фаз

(13)

Если качестве фазового дискриминатора использован перемножитель сигналов, напряжение на выходе фазового дискриминатора равно:

(14)

В общем случае напряжение на выходе ФД можно представить выражением:

(15)

- дискриминационная характеристика (рис. 8); ξ (t)- флюктуационная составляющая.

Если в системе нет ограничения, то ξ не зависит от φ.

При нулевой расстройке разность фаз φ между входным и опорным сигналами составляет

и автоматически устанавливается в системе.

Рис. 8. Дискриминационная характеристика

Если бы входной и опорный сигналы описывались одинаковыми функциями –

и или и , то в результатом перемножения была бы четная функция cosφ, и при нулевой расстройке присутствовало бы управляющее напряжение, изменяющее фазу опорного сигнала на .

(16)

Сигнал с ФД поступает на ФНЧ с операторным коэффициентом передачи W(p), затем воздействует на контур генератора и изменяет его частоту. Работа генератора описывается тем же уравнением, что и для системы ЧАП.

На основании уравнений (10 ─ 16) может быть составлена структурная схема (рис. 9).

Рис. 9. Структурная схема ФАПЧ

С помощью интегратора обеспечивается операция перехода от частоты к фазе.

Эта схема обеспечивает, в отличие от системы ЧАП, слежение с точностью до фазы, т.е. частотная ошибка в стационарном режиме в среднем равна нулю.

В качестве примера применения системы ФАПЧ рассмотрим схему, осуществляющую амплитудное синхронное детектирование ( рис. 9).

Рис. 9. Схема ФАПЧ в составе амплитудного синхронного детектора

3. Система слежения за временным положением импульсного сигнала

3.1. Функциональная схема

Система слежения за временным положением импульсного сигнала используется в импульсных радиолокационных системах и системах передачи информации, использующих импульсные сигналы.

Работу системы рассмотрим на примере ее применения в качестве следящего автодальномера импульсной РЛС. Функциональная схема части приемника РЛС представлена на рис. 10.

Рис. 10. Схема следящего автодальномера:

АСД – система автоматического слежения по дальности (следящий автодальномер); ВД – временной дискриминатор;УРЗ – устройство регулируемой задержки; ГСИ – генератор следящих импульсов; Г – гетеродин; АД – амплитудный детектор; ВУ – видеоусилитель.

Рис. 11. Временные диаграммы

Смеситель, гетеродин, УПЧ, АД, ВУ составляют часть схемы супергетеродинного приемника радиолокационной станции. В этих цепях осуществляется преобразование, усиление и детектирование сигнала. В результате на выходе ВУ формируется огибающая отраженного от цели импульсного радиосигнала (рис. 11- 1). ГСИ вырабатывает стробирующий импульс (рис.11-4) и два опорных импульса (рис. 11-2,3), совмещенные фронтом и срезом; таким образом, эти импульсы образуют общий фронт.

Селекторный импульс 4, связанный с импульсами 2 и 3 по временному положению, открывает приемник только в момент прихода отраженного радиосигнала. В оставшееся время приемник заперт. Это предотвращает проникновение помех при отсутствии на входе радиосигнала. Открывать и закрывать приемник желательно во входных широкополосных цепях, где мала длительность переходных процессов. Таким образом, селекторный импульс совмещен по длительности с импульсами 2 и 3, и в режиме слежения совмещен с отраженным радиосигналом. При этом общий фронт импульсов 2 и 3 должен быть совмещен с центром импульса 1. Величина Δτ – ошибка слежения, возникающая при несовпадении фронтов импульсов 2 и 3.

Следящая система функционирует следующим образом.

На вход ВД поступает импульс 1 и опорные импульсы 2 и 3. ВД определяет рассогласование Δτ между общим фронтом импульсов 2 и 3 и центром импульса 1 и вырабатывает напряжение, пропорциональное величине и знаку измеренного рассогласования. Напряжение с выхода ВД, пройдя через ФНЧ, поступает на управляющий вход УРЗ. На сигнальный вход УРЗ подается опорная импульсная последовательность. Под воздействием управляющего напряжения опорная импульсная последовательность задерживается пропорционально управляющему напряжению. Далее опорная последовательность используется для запуска ГСИ, формирующего следящие импульсы и стробирующий импульс. Таким образом, временное положение импульсов 2, 3 и 4 зависит от величины напряжения, поступающего с выхода ФНЧ. Под воздействием этого напряжения импульсы 2, 3 и 4 смещаются по временной оси так, что первоначальная ошибка Δτ уменьшается. Опорная импульсная последовательность связана по временному положению с зондирующим сигналом передатчика.

Для обеспечения такого режима необходимо произвести начальный ввод в синхронизм, чтобы совместить временное положение отраженного и опорного сигналов. Эта операция производится с помощью схемы поиска, которая не изображена на рис. 10.

Функциональная схема временного дискриминатора приведена на рис. 12.

Рис. 12. Функциональная схема временного дискриминатора:

Кс – каскады совпадений; D1,D2 – детекторы

На вход подается импульс 1 (рис. 13), на другие входы подаются опорные (следящие) импульсы 2 и 3. Кс1 и Кс2 определяют степень совпадения (перекрытия) входного и опорных импульсов. В результате через Кс проходит только часть входного напряжения,

Рис. 13. Временные диаграммы работы временного дискриминатора

совпадающая по времени со следящим импульсом. Эта часть показана на диаграмме 4 и 5 (рис. 13). Далее напряжение поступает на детекторы, выполняющие роль интеграторов. Перед приходом сигнала на вход ВД детекторы D1 и D2 сбрасываются (разряжаются) импульсом 9. Напряжение с выходов детекторов с разными знаками подается на сумматор (вычитающее устройство). На выходе вычитающего устройства формируется напряжение, пропорциональное по величине и знаку величине ошибки Δτ, которое через ФНЧ, подается на вход устройства регулируемой задержки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Коновалов. Г.Ф. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. – М.: Высш.шк., 2000.

2. Радиоавтоматика: Учеб. пособие для вузов./ Под ред. В.А. Бесекерского.- М.: Высш. шк., 2005.

3.. Первачев. С.В Радиоавтоматика: Учебник для вузов.- М.: Радио и связь, 2002.