Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Методы измерения дальности. Импульсные методы измерения дальности. Структурная схема и принцип работы следящего измерителя. Точность измерения.





[казаринов, 288-292?,181?]

Методы измерения дальности

В РЛС и РЧС используются импульсные, фазовые и частотные мето­ды измерения дальности.

2.5.1 Импульсный метод измерения дальности основан на измере­нии времени запаздывания сигнала; кратко идея этого метода была рассмотрена в разделе 2.2. Этот метод имеет очень широкое примене­ние, особенно в РЛС; поэтому рассмотрим структурные схемы импуль­сных измерителей дальности более подробно.

Одноканальные измерители дальности могут быть реализованы на согласованном фильтре с выходным переставаемым устройством, с по­мощью которого оценивается дальность по времени задержки сигнала рис.2.11

 

Рис. 2.11

 

Сигнал с выхода согласованного фильтра подается на выходное устройство, в качестве которого может использоваться электронно­лучевая трубка (ЭЛТ), бортовая ЭВМ и др.; перестройка выходного устройства по дальности производится с помощью развертки в ЭЛТ или автоматического отсчета дальности в ЭВМ через определенные интервалы времени и т.д.

Типовая схема индикатора (выходного устройства) на ЭЛТ показана на рис. 2.12.

Рис. 2.12 Индикатор на ЭЛТ

 

Для измерения дальности до многих целей необходимо в масштабе M поставить в соответствие измеряемую дальность D и длину развертки L на экране ЭЛТ

M D = l (2.22)

Развертка по дальности может осуществляться по радиусу, диаметру или длине окружности ЭЛТ.

За время задержки τэ ьфч=2Dmax/c развертка на экране должна достигнуть длины

l=2Dmax/c=τ3Vp , (2.23)

где Vp – скорость развертки, связанная с масштабом M соотношением

M=2 Vp/c. (2.24)

 

На вход канала развертки по дальности подается синхроимпульс с частотой повторения FП=1/TП. Для формирования линейной развертки на экране ЭЛТ в генераторе пилообразного напряжения (ГПИ) формируется пилообразное напряжение.



Длительность прямого хода пилы определяется максимальной дальностью Dmax и равно τ3 max. Время обратного хода обычно составляет (0,1÷0,2) τ3 max. От линейности ГПН зависит точность измерения.

Отсчет дальности производится с помощью колибрационных меток.

В качестве генератора меток используется генератор с контуром ударного возбуждения (ГКУВ), который генерирует затухающее синусо­идальное напряжение в ответ на импульс запуска развертки. Это напряжение преобразуется амплитудным компаратором (АК), состоящим из ограничителей и дифференцирующих цепей, в импульсы меток времени (колибрационные метки). Эти метки подаются на смеситель (СМ), на второй вход которого поступают принятые приемником сигналы, полу­ченные от объектов наблюдения. Выход смесителя подключается к от­клоняющим пластинам ЭЛТ. Для подсветки экрана ЭЛТ во время прямого хода луча используется формирователь напряжения подсветки (ФП), работающий от ГПИ.

Для увеличения стабильности частоты FП и колибрационных меток часто используются кварцевые генераторы (рис.2.13). Делитель частоты в схеме рис.2.13 используется для понижения частоты колибрационных меток до частоты FП, благодаря чему обеспечивается жесткая связь частоты меток и развертки. Схема И формирует короткий импульс начала развертки.

Рис. 2.13 Формирование колибрационных меток и синхроимпульсов

 

Измерение дальности сопровождается ошибками, причинами которых является:

Неточность синхронизации

Dc=∆tcc/2 (2.25)

где ∆tc – время рассогласования запуска развертки на начальном участке излучения зондирующего импульса РЛС;

Задержка сигналов ∆t3 в цепях обработки сигнала приемником дальномера

. (2.26)

Неточность масштаба и способа отсчета дальности на индикаторе, в том числе в результате искажения сигнала помехами.

Предельная разрешающая способность по дальности ∆DП определяется интервалом неопределенности зондирующего сигнала τИ и разрешающей способностью ЭЛТ Q (Q равно отношению толщине луча у диаметру ЭЛТ).

Тогда ∆DП=D Q+c τИ/2 . (2.27)

Наличие шумов в приемнике может увеличиваться ∆DП на величину σD, определяемую потенциальной погрешностью στ2 определения измеряемого параметра (времени задержки) приемником (потенциальной помехоустойчивостью). Предельное значение среднеквадратического значения этой погрешности определяется отношением сигнал/шум h2=2E/N0 и эффективной полосой пропускания СФ - :

. (2.28)

Для повышения помехоустойчивости в РЛС часто используются следящие измерители дальности, которые получили название: системы автоматического сопровождения по дальности (АСД).

Одна из возможных схем АСД, реализующая критерий максимального правдоподобия при оценке дальности, приведена на рис 2.14.

 

 

Рис 2.14 Структурная схема АСД и временная диаграмма её работы

 

Сигнал x(t) от приёмника измерителя дальности поступает на согласованный фильтр (СФ), на выходе которого формируется сигнал u(t) в виде прямоугольного импульса. Временной модулятор (ВМ) формирует первый селекторный импульс τс= τИ (для схемы И1), второй селекторный импульс формируется линией задержки (τИ). Дискриминатор на схеме совпадения И1 и И2 определяет время перекрытия селекторных импульсов с сигналом u(t) на выходе согласованного фильтра (причем схеме И1 имеет на выходе сигнал положительный полярности, схема И2 - отрицательной). В интеграторе (ИН) происходит усреднение энергии выходных импульсов схем И1 и И2, в результате чего создается результирующаее напряжение ∆U, величина и знак которого определяются рассогласованием селекторных импульсов и сигнала u(t). На эпюре рис. 2.14 а) показано состояние, при котором оба селекторных импульса находятся в пределах длительности сигнала u(t) и имеется сигнал как на выходе схемы И1 , так и на выходе схемы И2. При этом результирующее напряжение на выходе интегратора ∆U = 0 и схема управления (УУ) не меняет положения селекторных импульсов.

Если имеет место опережение селекторных импульсов (эпюре рис. 2.14 б)), то на выходе схемы И2 сигнал отсутствует и результирующее напряжение на выходе интегратора ∆U >0 и схема управления (УУ) действует на временной модулятор (ВМ) так, чтобы уменьшить это рассогласование, то есть доплнительно задерживает селекторный импульс τс , а вместе с ним и селекторный импульс τИ.

Если имеет место отставание селекторных импульсов (эпюре рис. 2.14 в)), то на выходе схемы И1 сигнал отсутствует и результирующее напряжение на выходе интегратора ∆U <0 и схема управления (УУ) во временном модуляторе уменьшает задержку селекторного импульса τс .

Схема упраления (УУ) строится так, чтобы процесс устранение временного рассогласования был подобен переходному процессу в следящей системе. После окончание переходного процесса выдается оценка измеряемого параметра (в данном случае дальности) в соответствии с положением селекторного импульса временного модулятора. В цифровых электронных схемах АСД в качестве временного модулятора может использоваться реверсивный счётчик импульсов.

Для работы следящего измерителя необходимо, чтобы селекторные импульсы перекрывались сигналом на выходе СФ; поэтому для пер­воначального перекрытия используются схемы поиска и захвата сигна­ла x(t). Один из возможных вариантов такой схемы, совмещенной со следящим измерителем, приведен на рис.2.15

Рис. 2.15 Структурная схема АСД с автоматом захвата

 

В режиме поиска сигнала следящая система разомкнута: УУ отключены от ВМ. Селекторный импульсы ВМ перемещаются периодически с периодом Tп вдоль оси времени путем подачи на ВМ линейно-меняющегося напряжения со схемы поиска через автомат захвата. Как только селекторные импульсы совмещаются с сигналом, срабатывает автомат захвата, отключает систему поиска и переключает следящий измеритель в режим сопровождения по дальности – схема УУ подключается к ВМ.

Точность сопровождения по дальности. В системе АСД, как и в любой следящей системе, имеют место быть ошибки переходного процесса и ошибки установившегося режима. Ошибки установившегося режима состоят из ошибок регулирования (динамических ошибок) и ошибок, обусловленных действием помех, которые будут определены аналогично тому, как это сделано в неследящем измерителе (2.28).

Рассмотрим ошибки регулирования. Система АСД является импульсной следящей системой, значения рассогласования получаются в дискретные моменты времени с частотой FП. Такую систему можно рассматривать как непрерывную, если FПFВ, где FВ – верхняя частота спектра ошибки, которая определяется скоростью и маневренностью объектов наблюдения. Практически FВ=0,5÷0,2 Гц, а FП=300-2000 Гц.

Представим систему АСД в виде 2-х звеньев рис.2.16: радиоприемное устройство с передаточной функцией К (в сравнении со следящей системой радиоприемное устройство является широкополосным и его можно считать безынерционным) и интегратор, усредняющий напряжения временного дискриминатора с передаточной функцией W(p).

Рис. 2.16 Эквивалентная схема системы АСД

 

На вход АСД поступает истинное значение τ0, а по цепи обратной связи измененная оценка задержки . В результате временное рассогласование воздействует на систему с передаточной функцией .

Изображение выходного сигнала

τ(p) = ε(p) , (2.29)

а передаточная функция замкнутой системы

. (2.30)

Тогда τ(p) = τ0(p) Ф(р);

.

Следовательно, передаточная функция ошибки

. (2.31)

Из теории регулирования известно, что значение ошибки установившимся режиме определяется разложением передаточной функций ошибки (2.31) в ряд возрастающим степеням p. Если ограничиться тремя членами, то получим

, (2.32)

где в точке p=0.

Ряд (2.32) сходится при p→0.

Применяя к каждому члену ряда обратное преобразование Лапласа, получим

, (2.33)

сходящийся при больших значениях t.

Первый член ряда (2.33) определяет статическую ошибку дальности, второй – скоростную, третий – ошибку ускорения. Зная закон изменения τ0(t) и коэффициенты с0, с1 и с2, можно вычислить ошибки регулирования (динамические ошибки).

Коэффициенты ряда, как видно из (2.32) определяются передаточной функцией ошибки. Если АСД один интегратор, то это система первого порядка и

с0=0, с1=1/K, c2=Tmax/K, (2.34)

для двух интеграторов (система 2-го порядка)

с0=0, с1=0, c2=2/K , (2.35)

Tmax – максимальная постоянная времени системы.

С увеличением порядка системы динамическая ошибка уменьшается, а при увеличении К динамическая ошибка так же уменьшается, но увеличивается ошибка флуктационного шума (2.28), так как с ростом усиления увеличивается полоса пропускания ∆FЭ. В результате суммарная ошибка ( ) системы АСД в установившимся режиме имеет минимум при некотором значении K = KОПТ. (рис.2.17).

Рис. 2.17 Зависимость ошибки определения дальности от

коэффициента усиления приёмника

 

 









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.