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 τ_{э ьфч}=2D_max/c развертка на экране должна достигнуть длины

l =2 D _max/ c = τ ₃ V _p , (2.23)

где V _p – скорость развертки, связанная с масштабом M соотношением

M =2 V _p/ c. (2.24)

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

Длительность прямого хода пилы определяется максимальной дальностью D _max и равно τ_{3 max}. Время обратного хода обычно составляет (0,1÷0,2) τ _{3 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 F _П, 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

∆ D _c=∆ t _c c /2 (2.25)

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

Задержка сигналов ∆ t ₃ 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 ∆ D _П определяется интервалом неопределенности зондирующего сигнала τ_И и разрешающей способностью ЭЛТ Q (Q равно отношению толщине луча у диаметру ЭЛТ).

Тогда ∆ D _П= D Q + c τ _И/2. (2.27)

Наличие шумов в приемнике может увеличиваться ∆D_П на величину σ_D, определяемую потенциальной погрешностью σ_τ² определения измеряемого параметра (времени задержки) приемником (потенциальной помехоустойчивостью). Предельное значение среднеквадратического значения этой погрешности определяется отношением сигнал/шум h ²=2 E / N ₀ 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 τ _с= τ _И (для схемы И₁), второй селекторный импульс формируется линией задержки (τ_И). 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 (И_Н) 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 τ _с, а вместе с ним и селекторный импульс τ _И.

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 τ _с.

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 T_п 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 F _П. Такую систему можно рассматривать как непрерывную, если F _П≤ F _В, где F _В – верхняя частота спектра ошибки, которая определяется скоростью и маневренностью объектов наблюдения. Практически F _В=0,5÷0,2 Гц, а F _П=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 τ ₀, 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) = τ ₀(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 с ₀, с ₁ и с ₂, 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

с ₀=0, с ₁=1/ K, c ₂= T _max/ K, (2.34)

для двух интеграторов (система 2-го порядка)

с ₀=0, с ₁=0, c ₂=2/ K, (2.35)

T _max – 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 ∆ F _Э. В результате суммарная ошибка () системы АСД в установившимся режиме имеет минимум при некотором значении K = K _ОПТ. (рис.2.17).

Рис. 2.17 Зависимость ошибки определения дальности от

коэффициента усиления приёмника

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

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