Содержание

I. Введение 2

1. Обзор методов радиолокационного сопровождения. 2

1.1 Моноимпульсные методы измерения угловых координат. 2

2. Выбор оптимальной схемы, по критерию точности сопровождения, моноимпульсной РЛС. 15

II. Расчетная часть 25

1. Расчет основных параметров моноимпульсной РЛС: угла отклонения диаграмм, мощности РЛС, флюктуационной и систематической ошибки сопровождения. 25

1.2 Расчет угла отклонения диаграмм: 25

1.3 Расчет мощности РЛС: 25

Расчет флюктуационной и систематической ошибки сопровождения 27

Расчет надежности схемы 28

III. Практическая часть 29

3. Разработка устройства усилителя промежуточной частоты (усилителя постоянного тока, ФД, АД) 29

3.1 Фазовый детектор. 29

3.2 Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 32

3.3 Амплитудный детектор (АД) 37

3.4 Усилитель постоянного тока 39

Введение

Пеленгование целей, заключающееся в определении направления на цель, является одной из основных задач радиолокации. Ранее для точного автоматического определения направления на источник сигнала применялись методы конического (плоскостного) сканирования и последовательного переключения диаграмм направленности (ДН), которые реализовались в одноканальных пеленгаторах. Характерным для этих методов является то, что направление на источник определяется сравнением сигналов, последовательно принимаемых антеннами с различными ДН, а угловая информация о цели формируется в виде амплитудной модуляции принимаемых сигналов. При этом глубина модуляции определяет величину сигнала ошибки, а фаза - направление рассогласования оси антенны по отношению к направлению на пеленгуемую цель.

Модуляционный метод формирования сигнала угловой ошибки требует приема последовательности отраженных импульсов, поэтому он является чувствительным к флуктуациям амплитуды принимаемых сигналов, порождаемым случайными изменениями эффективной площади рассеяния цели. Это наиболее существенный недостаток одноканального метода пеленгования, использующего коническое и линейное сканирование луча или последовательное переключение ДН.

Широкое распространение получил моноимпульсный метод определения направления на цель, при котором отраженный импульс содержит полную информацию об угловом положении цели. Этим и объясняется происхождение термина "моноимпульсная" (одноимпульсная) пеленгация. Для технической реализации моноимпульсной пеленгации необходим многоканальный прием. Отраженные от цели сигналы одновременно принимаются двумя независимыми приемными каналами по каждой координатной плоскости пеленгации (двумя в азимутальной плоскости и двумя в угломестной). Так как в моноимпульсных системах пеленгование осуществляется по одному импульсу и используется два независимых канала приема в каждой координатной плоскости, то амплитудные флуктуации отраженного сигнала не оказывают заметного влияния на точность измерения угловых координат.

В зависимости от характера извлечения угловой информации о цели из принимаемых сигналов различают три основных способа определения координат в моноимпульсных системах: амплитудный, фазовый и комплексный(рис 1.1.1).

Рис. 1.1.1 Виды парциальных диаграмм направленности и сравнение сигналов в моноимпульсных системах с амплитудной (а), фазовой (б) и комплексной (в) пеленгацией

В качестве источника угловой информации в рассмотренных системах соответственно используются амплитудные, фазовые и амплитудно-фазовые соотношения сигналов, принимаемых независимыми каналами. Различия в способах извлечения угловой информации, в свою очередь, порождают определенные различия в обработке принимаемых сигналов и, следовательно, в структуре моноимпульсных РЛС в целом.

Автоматическое сопровождение целей производится по каждой угловой координате раздельно либо одновременно по двум. Раздельное сопровождение обеспечивается, например, при линейном развертывании диаграммы направленности антенны, одновременное - при коническом развертывании.

В моноимпульсных системах с амплитудной пеленгацией для определения угловой координаты в одной плоскости формируются две перекрещивающиеся диаграммы направленности антенны, разнесенные на углы ± 0 от равносигнального направления (рис. 1.1.1,а). При отклонении цели на угол от равносигнального направления (PCH) (цель находится в точке А) сигнал, принятый по нижней диаграмме, больше сигнала, принятого по верхней диаграмме. Разность амплитуд принятых сигналов определяет угол отклонения цели от равносигнального направления. Знак этой разности характеризует направление смещения равносигнального направления относительно цели. Когда равносигнальное направление совмещается с целью, амплитуды отраженных сигналов, принятых по обеим диаграммам, равны, а их разность обращается в нуль.

Рис. 1.1.2. Блок-схема двухканального амплитудного пеленгатора

Рис. 1.1.3. Диаграммы направленности (а) и зависимость отношения амплитуд от углового положения цели (б)

На рис. 1.1.2 представлена простейшая двухканальная амплитудная система пеленгации. На приемные каналы поступают колебания от сдвинутых из фокуса зеркала антенны облучателей. Различным каналам соответствуют смещенные на некоторый угол СМ диаграммы направленности. Продетектированные импульсы с выхода приемников первого и второго каналов поступают на схему сравнения амплитуд, которая определяет их отношение. График зависимости отношения амплитуд от положения цели относительно оси антенной системы для смещенных диаграмм направленности каналов показан на рис. 1.1.3. В соответствии с этим графиком по величине отношения амплитуд может быть найдено смещение цели относительно равносигнального направления (U1/U2 = 1). Угловая координата цели ц = + 0 определяется при этом алгебраической суммой измеренной величины и угла поворота антенны 0, который вводится в счетно-решающее устройство.

В отличие от одноканального амплитудный двухканальный метод позволяет измерять угловую координату по одному принятому импульсу и вместе с другими многоканальными методами (применительно к случаю импульсного зондирования пространства) относится к классу моноимпульсных методов пеленгации. Наиболее важным их достоинством является нечувствительность к флюктуациям амплитуд отраженного сигнала, что для схемы рис. 1.1.2 непосредственно вытекает из принципа их сравнения в один и тот же момент времени.

Задача сравнения амплитуд облегчается, если в приемнике используются усилители с логарифмическими амплитудными характеристиками. Схема сравнения сводится в этом случае вычитающему устройству, поскольку

(1.1.1)

Другой способ сравнения амплитуд связан с использованием автоматической регулировки усиления (АРУ) колебаний промежуточной частоты обоих каналов (рис. 1.1.4). Если в качестве регулирующего используется одно и то же напряжение, а усилители идентичны, то амплитуды их выходных напряжений и пропорциональны амплитудам входных, причем коэффициент пропорциональности (коэффициент усиления k) в обоих случаях одинаков. Пусть регулирующее этот коэффициент напряжение выбирается из условия практического постоянства амплитуды выходного напряжения второго канала . В этом случае

а амплитуда выходного напряжения первого канала Uвых = c(U1/U2) оказывается пропорциональной отношению амплитуд напряжений на входе первого и второго каналов.

Рис. 1.1.4. Пояснение способа сравнения амплитуд с использованием автоматической регулировки усиления

С учетом боковых лепестков диаграмм направленности зависимость или не всегда является гладкой и монотонной. Немонотонность этой зависимости может вести к неоднозначности измерений при или .

Последняя несущественна, если измеряются лишь малые отклонения равносигнального направления от направления на цель( ) или если для измерения используются несколько (более двух) приемных каналов.

На рис. 1.1.5 показана моноимпульсная амплитудная система с рядом парциальных каналов, перекрывающих сектор обзора по одной из угловых координат, например по углу места. Сама антенная система может при этом поворачиваться, например, по другой координате, осуществляя обзор (сканирование). Сканирование может производиться также электрическим путем без перемещения антенной системы. Продетектированные напряжения приемных парциальных каналов поступают на схему сравнения амплитуд. В этой схеме направление на цель грубо определяется по номеру парциального канала, выходной сигнал которого имеет наибольшую амплитуду.

Рис. 1.1.6. Принцип пеленгации методом парциальных диаграмм

Для уточнения и устранения неоднозначности отсчета могут использоваться значения амплитуд соседних каналов.

Решение об измеренной координате может выдаваться в результате аналоговой или цифровой обработки. В последнем случае значения амплитуд напряжений на выходе канальных приемников квантуются и переводятся в цифровую форму.

В моноимпульсных системах с фазовой пеленгацией направление на цель в одной координатной плоскости определяется сравнением фаз сигналов, принимаемых двумя антеннами. В дальней зоне каждая антенна облучает один и тот же объем пространства, в результате чего исходящие от точечной цели отраженные сигналы практически одинаковы по амплитуде, но различаются по фазе. На рис. 1.1.1,6 показано, как происходит сравнение по фазе в моноимпульсной системе, имеющей две антенны, отстоящие одна от другой на расстоянии l.

Линия визирования цели образует угол с осью, перпендикулярной к линии, соединяющей обе антенны, т. е. с равносигнальным направлением. Расстояние между антенной l и целью составляет

(1.1.2)

а расстояние между антенной 2 и целью

(1.1.3)

Разность расстояний от цели до антенн

(1.1.4)

даст разность фаз

(1.1.5)

где - длина волны.

Это дает возможность определить угол прихода по измеренной величине фазовых сдвигов отраженных от цели сигналов, принимаемых на две разнесенные антенны.

Выражение (1.1) показывает, что фазовый сдвиг сигналов обращается в нуль не только при в = 0, но также и при других углах рассогласования, соответствующих условию

(1.1.6)

.

В результате пеленгационная характеристика получается знакопеременной и имеет наряду с основным направлением много ложных равносигнальных направлений. В этом причина неоднозначности измерений фазовым методом. Однако неоднозначность не является серьезным недостатком, если ложные равносигнальные направления находятся за пределами главного лепестка диаграммы направленности, а для этого расстояние между центрами приемных антенн должно быть не больше диаметра каждой из них. Такая система может быть выполнена, например, в виде двух расположенных рядом антенн.

В моноимпульсных системах, использующих амплитудно-фазовый (комплексный) метод пеленгования, угловые координаты определяют сравнением амплитуд и фаз сигналов, принимаемых двумя антеннами (рис. 1.1.1в).

Список литературы

Библиография

1. Ширман Я. Д., Голиков В. Н., Бусыгин И. Н. и др. - Теоретические основы радиолокации - Москва, 1970.-560 с., ил.

2. Леонов А. И., Фомичев К. И. - Моноимпульсная радиолокация - Москва, 1984.-312 с., ил.

3. Борисов Ю. П., Цветнов В. В. - Математическое моделирование радиотехнических систем и устройств - Москва, 1985.-176 с., ил.

4. Леонов А. И., Фомичев К. И. - Моноимпульсная радиолокация - Москва, 1970.-392 с., ил.

5. Кукин П. П., Лапин В.Л., Подгорных и др. - Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств - Москва, 1999.-318 с., ил.

6. Свистов В. М. - Радиолокационные сигналы и их обработка - Москва, 1977.-448 с., ил.

7. Клич С. М., Кривенко А. А., Носикова Г. Н. и др. - Проектирование радиоприемных устройств - Москва, 1976.-487 с., ил.

8. Шахгильдян В. В., Козырев В. Б., Ляховкин А. А. и др. - Радиопередающие устройства - Москва, 2003.-560 с., ил.

9. Гришин Ю. П., Ипатов В. П., Казаринов Ю. М. и др. - Радиотехнические системы - Москва, 1990.-496 с., ил.

10. Титце У., Шенк К. - Полупроводниковая схемотехника - Москва, 1982.-512 с., ил.

11. Богданович Б. М., Ваксер Э. Б., Окулич Н. И. и др. - Проектирование элементов радиоприемных устройств - Минск, 1979.-192 с., ил.

12.Сосулин Ю. Г. - Теоретические основы радиолокации и радионавигации - Москва, 1992.-304 с., ил.

Примечания:

Примечаний нет.