Выбор структурных схем

Разработка любого из каналов РЛ, в том числе и канала измере­ния дальности, требует системного подхода, когда производится оценка структуры и параметров не только данного канала, но и РЛ в целом. При таком подходе можно учесть взаимозависимость парамет­ров отдельных каналов, проявляющуюся, в частности, в том, что сиг­налы и устройства, позволяющие получить наилучшие показатели кана­ла дальности, оказываются неподходящими для канала скорости. Учет указанных взаимозависимостей приводит к структурным схемам, осно­ванным на компромиссе между конфликтующими требованиями к отдель­ным каналам РЛ. Если такой компромисс достичь не удается, прихо­дится идти по пути усложнения РЛ, например, за счет последователь­ного во времени решения поставленных перед РЛ задач. В этом слу­чае на предельных дальностях может производиться поиск цели по уг­ловым координатам, затем измеряется скорость цели, а при сближении с целью осуществляется измерение ее дальности. При соответст­вующем построении обнаружителя и сравнительно низких требованиях к точности измерения скорости оценка скорости цели может выполняться одновременно с обнаружением сигнала.

В данном разделе предлагается один из вариантов разработки структурной схемы РЛ, а также схемы канала дальности. Предпола­гается, что в РЛ используется простой импульсный сигнал, а моду­лирующие импульсы имеют прямоугольную форму. Угловые координаты измеряются моноимпульсным пеленгатором с суммарно-разностным уг­ловым дискриминатором. Канал обнаружения цели детально не рас­сматривается, так как считается, что цель обнаружена до начала работы радиодальномера.

Структурная схема РЛ. В соответствии с поставленными перед ним задачами РЛ тактического самолета должен иметь канал обнару­жения движущихся целей (ОДЦ) и три измерительных канала, служа­щих для определения угловых координат, скорости и дальности. На­личие ОДЦ и необходимость измерения скорости цели требуют приме­нения когерентного зондирующего сигнала, а реализация разрешения целей по дальности - импульсного характера этого сигнала. Для об­легчения селекции движущихся целей на фоне отражений от земной поверхности на этапе обнаружения цели и измерения ее скорости сле­дует применить высокую частоту повторения импульсов ([I] , п. 4.4.5), что способствует также и лучшему использованию мощнос­ти передатчика РЛ.

Из сказанного следует, что проектируемый РЛ должен относить­ся к классу импульсных истинно-когерентных с высокой частотой повторения и малой скважностью (импульсно-доплеровский РЛ). Одна­ко в таком РЛ не обеспечивается однозначность измерения дальнос­ти. Поэтому необходимо предусмотреть переход на низкую частоту повторения импульсов при такой дальности до цели (R_max), ког­да достигается требуемое для обеспечения заданной точности значе­ние отношения мощности сигнала к мощности шума (помех). При этом однозначное измерение скорости воздушной цели невозможно.

Упрощенная структурная схема бортового РЛ, учитывающая ука­занные особенности, приведена на рис. 3.1.

РИС. 3.1

Источником когерентных колебаний служит синтезатор частот СЧ. Основой СЧ является коге­рентный генератор частоты f_к.г, из которой путем дробно-рацио­нальных преобразований формируются частоты всех сигналов, необхо­димых для работы РЛ. Передатчик Прд представляет собой усилитель радиочастоты f₀, периодически отпирающийся при поступлении с СЧ синхросигнала СС - модулирующих импульсов с требуемой частотой повторения F_п. Частота F_п меняется в зависи­мости от режима работы РЛ по управляющему сигналу УС-1, поступаю­щему от ЭВМ радиолокатора ЭВМ РЛ. Полученный в Прд зондирующий сигнал через переключатель прием-передача ППП поступает на суммарно-разностный мост волноводного тракта ВТ (на то плечо моста, с ко­торого в режиме приема снимается суммарный сигнал) и излучается антенной системой АС в пространство. Суммарно-разностный мост при передаче выполняет функцию делителя мощности между отдельны­ми элементами АС. Управление сканированием ДНА в процессе поиска цели осуществляется устройством управления диаграммой направлен­ности УУДН по сигналу УС-2, поступающему с ЭВМ РЛ.

Принятые АС сигналы подаются на суммарно-разностный мост, в котором образуются суммарный U '_Σ и два разностных U '_Δ сигнала (на рис. 3.1 показан только один из разностных сигналов). Эти сиг­налы усиливаются и фильтруются в приемно-усилительном тракте ПУТ. Суммарный сигнал U_Σ с выхода ПУТ направляется на обнаружитель движущихся целей ОДЦ, измеритель дальности ИД и па фазовые детек­торы ФД (на рис. 3.1 показан только один ФД). Предполагается, что в ОДЦ входит фильтровое устройство селекции движущихся целей СДЦ и обнаружитель Обн. Фильтровое устройство СДЦ, работающее на про­межуточной частоте, позволяет оцепить радиальную скорость цели V_r.

Дальность измеряется импульсным методом, для чего в ИД подают­ся с СЧ опорные (модулирующие передатчик) импульсы. Информация о дальности R используется в ЭВМ РЛ только при работе РЛ с низ­кой частотой повторения импульсов.

Фазовые детекторы ФД являются выходными устройствами дискри­минаторов каналов измерения угловых координат ([1], п. 5.2.3). Сигналы, содержащие информацию об угловом рассогласовании равносигнального или равнофазного направления АС и направления на цель, через УУДН поворачивают ДНА в сторону цели. Данные об азимуте α и угле места β цели снимаются с УУДН. Кроме суммарного сигнала U_Σ на ФД подаются и соответствующие разностные сигналы U_Δ с выхода ПУТ.

Информация о дальности R, скорости V_r и угловых коорди­натах α и β, а также сигнал обнаружения СО поступают (обыч­но в цифровой форме) в ЭВМ РЛ, где вырабатываются сигналы управ­ления самолетом и его оружием, управления режимами работы РЛ, а также сигналы, поступающие потребителям информации ПИ.

Структурная схема канала дальности с аналоговым импульсным радиодальномером. Возможная структурная схема измерителя дальнос­ти ИД представлена в упрощенном виде на рис. 3.2, а на рис. 3.3 показаны графики сигналов в соответствующих номерам графиков точ­ках этой схемы.

РИС. 3.2

РИС. 3.3

Основными элементами рассматриваемого ИД являются ([l], с.166...169): временной дискриминатор ВД, экстраполятор Э, синтезатор задержки Синт и схемы поиска СП и захвата СЗ. Синте­затор служит для получения двух селекторных импульсов (СИ), за­держка t_M которых относительно импульса запуска передатчика Прд (импульса синхросигнала СС) меняется с помощью схемы управления СУ под действием напряжения с экстраполятора. Считается, что каж­дый из СИ, вырабатываемых генератором селекторных .импульсов ГСИ, имеет длительность τ_с.и = τ_и, где τ_и - длительность зондирую­щего импульса. Временной дискриминатор в простейшем случае сос­тоит из двух схем И и служит для сравнения задержки t_R= 2R/c отраженного сигнала с "аппаратурной" задержкой t_M и получения сигнала ошибки - двух биполярных импульсов, разность длительнос­тей которых равна ε = t_R-t_M. В состав экстраполятора входят один или два интегратора (в зависимости от степени астатизма ИД) и звенья, обеспечивающие устойчивость следящей системы.

Работа канала дальности начинается с поиска отраженного сиг­нала (режим "Поиск"). В этом режиме цепь обратной связи следящего ИД разомкнута ключом Кл и на Э подается со схемы поиска, например, постоянное напряжение. При этом напряжение U_упр на выходе Э (уп­равляющее задержкой напряжение) плавно увеличивается, что приво­дит к росту задержи t_M. Когда второй СИ совпадет с импульсом, получаемым с выхода приемника Прм, срабатывает схема захвата, ко­торая переключает ИД в режим сопровождения цели (режим "Слежение").

Схема захвата СЗ представляет собой обнаружитель импульсов и для исключения ложных срабатываний по шумовому выбросу содержит обычно накопитель совпадений n импульсов. В этом случае сигнал переключения ключа Кл вырабатывается только тогда, когда будет принято n импульсов подряд, т.е. через время nТ_п, где Т_п - период повторения зондирующих импульсов. Для СЗ с накопителем не­обходимо, чтобы СИ сместились не более чем на τ_и за n перио­дов повторения: (dt_M / dt)nT_п ≤ τ_и. С учетом изменения t_R за счет радиальной скорости V_r скорость поиска У_п.д= dt_M/dt может быть определена из условия

. (3.1)

В наиболее неблагоприятной ситуации, когда цель обнаруживает­ся на дальности R< R_max в режиме сканирования антенны РЛ, число накапливаемых импульсов n не должно превышать число импульсов в пачке. В такой ситуации время поиска цели по дальности Т_R мо­жет оказаться больше длительности τ_п пачки импульсов, формируе­мой за время обзора Т_обз заданного углового сектора пространст­ва. Соответствующая временная диаграмма принимаемых сигналов показана на рис. 3.4. При Т_R > τ_п следует предусмотреть меры по пред­отвращению срыва слежения за время t_пр пропадания сигнала. Одной из таких мер является увеличение времени памяти, имеющейся у схе­мы захвата ([I], с. 168).

(Uпрм)н

РИС. 3.4

В режиме слежения за целью к экстраполятору Э подключается временной дискриминатор ВД. При этом на Э сохраняется то значение напряжения U_упр, при котором достигнуто примерное равенство t_М и t_R. Первый из биполярных импульсов ВД, имеющий отрицательную полярность, вызывает уменьшение U_упр, а второй (положительной полярности) - его увеличение. В соответствующем рис. 3.3 случае напряжение U_упр увеличивается, что приводит к росту "аппаратур­ной" задержки t_M = К_сU_упр, где К_с - коэффициент пропорциональ­ности. Равновесие в замкнутой следящей системе наступает при ε = 0, т.е. при t_М = t_R. Напряжение U_упр, пропорциональное t_М, а в установившемся режиме и t_R, подается на аналого-цифровой преобразователь АЦП, где формируется код, содержащий инфор­мацию о измеряемой дальности R.

Структурная схема канала дальности с цифровым импульсным радиодальномером. Структурная схема рассматриваемого канала подоб­на показанной на рис. 3.2, только аналоговый измеритель дальности ИД заменяется на цифровой. На рис. 3.5 приведен наиболее простой вариант цифрового ИД. На схеме рис. 3.5 опущена схема поиска и захвата СПЗ, так как входящие в нее схемы поиска СП и захвата СЗ в принципе не отличаются от используемых в аналоговом варианте ИД, разница заключается только в том, что выдаваемый на экстраполятор с СПЗ сигнал, содержащий в момент окончания поиска грубую оценку дальности, должен быть преобразован в соответствующий код N_гр. Функцию экстраполятора в цифровом ИД выполняет реверсивный счетчик РСч. Ввод в РСч кода Ν_Γρ определяет момент начала слежения за целью.

РИС. 3.5

Временной дискриминатор ВД следящего цифрового ИД ([I], с. 171 ...172) состоит из двух схем И, на которые поступают отраженные от цели импульсы с выхода приемника Прм и селекторные импульсы с соответствующих генераторов ГСИ-Ι и ΓСИ-2. Импульсы совпадения, длительность которых равна времени "перекрытия" отраженного сигна­ла первым и вторым селекторными импульсами (см.рис. 3.3), подаются на генераторы стандартных импульсов ГСтИ, выполняющие функцию аналого-цифрового преобразователя. Число выдаваемых каждым из ГСтИ импульсов пропорционально длительности импульса на его входе. Им­пульс совпадения второго селекторного импульса с отраженным сигна­лом используется для обнаружения цели схемой СПЗ (эта цепь на рис.3.5 не показана). Выход ГСтИ-Ι подключен к вычитающему входу ре­версивного счетчика РСч, а выход ГСтИ-2 - к суммирующему входу РСч.

Синтезатор Синт, как и в аналоговом варианте ИД, служит для управления задержкой t_M селекторных импульсов, вырабатываемых генераторами ГСИ-1 и ГСИ-2. Для определения момента запуска ГСИ-1 (ГСИ-2 запускается задним фронтом импульса с ГСИ-1) используется схема сравнения ССр и счетчик Сч. В момент излучения зондирующего сигнала импульс синхросигнала СC открывает электронный ключ ЭК. Счетные импульсы с генератора ГСчИ начинают поступать на счетчик Сч. Когда непрерывно возрастающее число N_c в Сч станет равным содержащемуся в РСч числу N_р.с, схема сравнения вырабатывает импульс, который запускает ГСИ-I, закрывает ЭК и обнуляет Сч.

С другой стороны, Ν_{ρ с}, равное в момент начала слежения Ν_Γρ, в каждом такте работы РЛ (в каждом периоде повторения зон­дирующих импульсов Т_п) увеличивается из-за превышения числа N₊ импульсов на суммирующем входе реверсивного счетчика РСч над чис­лом N_- импульсов на его вычитающем входе. Поэтому от такта к такту N_р.с возрастает, что приводит к сдвигу момента запуска ГСИ-Ι, а следовательно к росту t_м. В режиме установившегося слежения N₊ = N_-, N_р.с = const и t_М = t_R. Поэтому N_р.с яв­ляется метой измеряемой дальности R.

Из сказанного следует, что изменение t_M происходит дискретно, что приводит к погрешности дискретизации

, (3.2)

зависящей от периода следования счетных импульсов Т_с.и. Для снижения ΔR_дск можно увеличить частоту следования счетных импульсов или применить схему уточнения ([2], с. 59... 60).

Заметим, что в рассматриваемом ИД целесообразно использовать вместо ГСтИ электронные ключи и подавать на них те же счетные им­пульсы, что и на счетчик Сч.

х х

х

Следует иметь в виду, что для расчета параметров как аналого­вого, так и цифрового вариантов импульсного следящего радиодально­мера можно использовать общую методику, так как принцип их действия сдан и тот же.