5.7. Измерение координат и параметров движения РЛЦ

5.7.1 Радиолокационное измерение координат

Решение задачи оценки информативного параметра сигнала (то есть измерения координат цели ) приводит к операции вычисления модуля корреляционного интеграла. Следовательно, различие алгоритмов оптимального обнаружения и измерения заключается только в использовании выходного сигнала приемника: при решении задачи обнаружения его необходимо сравнить с порогом, а при измерении необходимо найти такое значение измеряемого параметра, при котором выходной сигнал приемника максимален .

Метод прямого измерения

Максимум модуля корреляционного интеграла может быть найден путем анализа выходных напряжений многоканального приемника, каждый канал которого настроен на свое ожидаемое значение измеряемого параметра.

Например, измеритель доплеровской частоты может содержать h узкополосных фильтров, резонансные частоты которых отличаются на ширину полосы пропускания отдельного фильтра DfУПФ. В этом случае количество фильтров h определяется из соотношения

,

где:  FДmax - FДmin  - диапазон измеряемых доплеровских частот.

При таком способе измерения измеренному значению параметра будет соответствовать номер канала приемника, в котором достигается максимальное значение корреляционного интеграла.

Другим примером реализации того же принципа может служить последовательный просмотр k разрешаемых объемов одноканальным приемником. Именно так, как правило, строят измерители угловых координат в обзорных импульсных РЛС. Принцип их действия предполагает сохранение информации о значениях корреляционного интеграла, полученных при зондировании в каждом угловом положении с дальнейшим определением максимального значения среди них (рис. 1).

Рис. 1. Определение угловой координаты методом прямого измерения

В рассматриваемом случае значению координаты соответствует не номер канала, а номер зондирования - n.

Использование таких измерителей целесообразно в тех случаях, когда требуется измерить координаты большого числа целей за минимальное время, при невысоких требованиях к точности измерения. Указанные условия характерны для работы обзорных РЛС.

Следящее измерение координат

Максимум корреляционного интеграла может быть найден при помощи замкнутой системы автоматического управления (САУ) по измеряемому параметру, которую принято называть следящей системой (СС).

Для следящего измерения координат высокоскоростных и высокоманевренных целей следует воспользоваться замкнутой СС с отрицательной обратной связью и астатизмом второго порядка .

В установившемся режиме в памяти СС хранится информация об измеряемой координате и ее производной. Такой режим работы называется режимом автоматического сопровождения (АС) .

При первом обращении к цели СС работает в режиме поиска (другие названия этого режима - наведение, захват). Обратная связь разомкнута, сигнал ошибки (СО) на выходе дискриминатора не формируется. В формирователь сглаженных оценок необходимо записать начальное значение измеряемого параметра x0 с точностью, достаточной для формирования опорного сигнала дискриминатора Sn(x0) (рис. 2).

Рис. 2. Следящая система и цепи наведения

С помощью схемы поиска осуществляется перестройка обнаружителя и СС по измеряемому параметру х, до такого значения x0, при котором достигается максимум значения корреляционного интеграла по принимаемой выборке Sn(x). Далее цепь обратной связи замыкается и после затухания переходных процессов система переходит в режим АС.

Наведение следящих систем может производиться как вручную операторами, так и автоматически.

Структура СС справедлива для измерения любой координаты цели и ракеты, различия между СС обусловлены в первую очередь структурой дискриминаторов.

5.7.2. Измеритель дальности

Измерение дальности в корреляционно-фильтровом приемнике основано на измерении времени запаздывания tз между моментами излучения зондирующего и приема отраженного сигналов:

D = c tз/2 ,

где: с = 3∙108 м/с.

Дискриминатор следящей системы дальности (СС Д) измеряет:

Δtз = tзn - tзn э,

где:   tзn – истинная задержка в n периоде обращения к цели;

tзn э– экстраполированная задержка.

tзn э характеризует положение пары сомкнутых стробов дальности , т.е. эталона, с временным положением которого сравнивается временное положение принятого сигнала.

Длительность каждого строба равна половине длительности принятого импульса. Начальные фазы стробов различаются на p.

Схема дискриминатора показана на рисунке 1, где УПФ - узкополосный фильтр.

Рис. 1. Дискриминатор дальности

В качестве опорного сигнала фазового детектора (ФД) используется сигнал суммарного канала, в котором сдвиг фазы на p не вводится. Временные диаграммы работы дискриминатора приведены на рисунке 2 а,б,в.

а)  Δtз < 0                           б) Δtз = 0                           а)  Δtз > 0

Рис. 2. Временные диаграммы работы дискриминатора дальности.

Дискриминаторная характеристика по Д имеет вид, представленный на рис. 3.

Рис. 3. Дискриминаторная характеристика по Д

5.7.3. Измеритель радиальной скорости

Основным методом измерения радиальной скорости цели является использование эффекта Доплера:

где:   λ – длина волны излучаемого сигнала;

Vr – радиальная скорость цели.

В качестве дискриминатора следящей системы скорости (СС V) используется частотный детектор с парой взаимно расстроенных узкополосных фильтров (УПФ) (рис. 1, 2).

Рис. 1. Дискриминатор радиальной скорости

Рис. 2. Взаимное расположение АЧХ УПФ дискриминатора

Особенностью работы данного устройства является то, что для измерения сигнала ошибки (СО V), разность амплитуд сигналов, накопленных в первом (А1) и втором (А2) фильтрах, вычисляется в процессе цифровой обработки после амплитудного детектирования (в АД 1, 2) и преобразования обоих напряжений (UА1, UА2) в цифровой код (в ПНК 1, 2):

NCOV = NA1 – NA2.

5.7.4. Измеритель угловых координат

Для измерения угловой координаты применяется метод мгновенной равносигнальной зоны. Формируются две парциальные диаграммы направленности (ДН) в каждой плоскости измерения (рис. 2).

Рис. 1. ДН по j в прямоугольных координатах

Ошибка по угловой координате Dj это отклонение направления на объект от равносигнального направления (РСН), положение РСН в пространстве определяет текущее значение угловой координаты j.

Под равносигнальным понимается направление, совпадающее с линией, проходящей через точку пересечения ДН и начало координат.

Для формирования сигнала ошибки (СО) используется разностный сигнал U р (Δ φ ), формируемый путем вычитания сигнала, принятого одной парциальной ДН из сигнала, принятого другой:

U р (Δ φ ) = U 2 (Δ φ ) – U 1 (Δ φ ),

где:

U 1 (Δ φ ) = U m 1 (Δ φ ) Cos (ωt+ ψ ) сигнал принятый первой ДН;

U 2 (Δ φ ) = U m 2 (Δ φ ) Cos (ωt+ ψ ) сигнал принятый второй ДН;

ψ – начальная фаза сигналов, принятых парциальными ДН.

Величина U р (Δ φ ) определяется разностью амплитуд сигналов, а фаза – направлением отклонения Δ φ от РСН:

ìU р (Δ φ ) = | F2(Δ φ ) - F1(Δ φ )| Cos (ωt + ψ ), при Δ φ>0;

í

îU р (Δ φ ) = | F2(Δ φ ) - F1(Δ φ )| Cos (ωt + ψ + π), при Δ φ<0.

Поскольку значение СО зависит не только от амплитуды разностного сигнала, но и от его фазы, необходимо использовать фазовый детектор (ФД). В качестве опорного сигнала ФД применяется суммарный сигнал:

U S (Δ φ ) = U 2 (Δ φ ) + U 1 (Δ φ ),

фаза которого не изменяется в окрестностях РСН.

На выходе ФД будет формироваться напряжение СО:

ìUСО = | F2(Δ φ ) - F1(Δ φ )|, при Δ φ>0;

í

îUСО = - | F2(Δ φ ) - F1(Δ φ )|, при Δ φ<0.

Схема, реализующая приведенный алгоритм работы дискриминатора показана на рисунке 3.

Рис. 2. Дискриминатор угловой координаты