Файл: Нестеров К.П. Системы автосопровождения [учебное пособие].pdf

ГЛАВА 2

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО СО ПРОВОЖ Д ЕНИЯ

. ПО ДАЛЬНОСТИ В РЛС С ЧАСТОТНОЙ М ОД УЛЯЦИЕЙ

§ 2.1. Частотный йегод измерения дальности

Частотный метод измерения расстояния чаще всего использует­ ся в радиолокационных станциях с непрерывным излучением электромагнитной энергии передатчика.

Сущность метода поясняется блок-схемой, изображенной на рис. 2.1.

Рис. 2.1

Передатчик генерирует незатухающие колебания, частота ко­ торых изменяется во времени по заданному закону. Чаще всего закон изменения частоты передатчика пилообразный-

На смеситель приемника поступают колебания отраженных от объекта' сигналов и колебания передатчика.

За время распространения электромагнитной энергии до объек­ та и обратно частота передатчика изменится на некоторую вели­ чину по сравнению с частотой колебаний, отраженных от объекта.

На выходе смесителя получается напряжение, в частоте кото­ рого заключена информация о дальности до цели. Чтобы схема измерения дальности нормально работала в условиях, когда в зо­ не обзора РЛС находятся несколько целей, она дополняется схе­ мой селекции и захвата. Схема селекции и захвата в общем слу­ чае включает в себя фильтр' настраиваемый па частоту биений, соответствующую дальности сопровождаемой цели.

42

Измерение частоты биений может производиться вручную или автоматически с помощью следящих систем по частоте.

Рассмотрим основные количественные соотношения частотного метода измерения дальности.

Предположим, что частота передатчика изменяется по пилооб­ разному закону (рис. 2.2).

Из формулы (2.3) видно, что для пилообразного закона изме­ нения частоты передатчика частота биений постоянна во времени для данного D.

Искомая дальность

43

Определим чувствительность радиолокационной станции к рас­ стоянию, которая характеризуется числом биений на единицу рас­ стояния:

ности до цели необходимо измерять частоту биений f 6.

При автоматическом сопровождении цели по дальности изме­ рение частоты биений производится с помощью следящих систем по частоте. Если радиолокационная станция производит линейное развертывание диаграммы направленности антенны (для опреде­ ления угловых координат), то информация о дальности до цели будет поступать дискретно во времени.

Ниже рассматривается один из возможных вариантов импульс­ ных следящих систем по частоте-

§ 2.2. Блок-схема системы автосопровождения по дальности

Блок-схема системы приведена на рис. 2.3.

Рис. 2.3

Следящая система по частоте производит непрерывную под­ стройку частоты гетеродина с тем, чтобы разность частот входно­ го сигнала и гетеродина оставалась бы постоянной, то есть осуще­ ствляет слежение за частотой входного сигнала, пропорционально­ го дальности до цели.

Система автосопровождения по дальности состоит из следую­ щих основных устройств:

—смесителя,

—частотного дискриминатора,

—управляющего устройства,

—перестраиваемого гетеродина.

Сигнал с выхода приемного устройства с частотой U поступает на вход смесителя, где происходит смешение с сигналом от гете­ родина. С изменением частоты входного сигнала на выходе смеси­ теля появляется сигнал с частотой, отличной от частоты настрой­ ки дискриминатора f0.

44

Дискриминатор является измерительным устройством следя­ щей системы, статическая характеристика которого имеет вид, приведенный на рис, 2.4.

Если частота сигнала на входе дискриминатора отличается от /о, то на выходе дискриминатора появится сигнал рассогласования Ug, величина и полярность которого пропорциональны величине и знаку рассогласования.

С выхода частотного дискриминатора сигнал поступает на уп­ равляющее устройство. Управляющее устройство вырабатывает напряжение для управления перестройкой гетеродина. В общем случае в состав управляющего устройства могут входить устрой­ ства, осуществляющие усиление, дифференцирование, интегриро­ вание и другие операции, необходимые для придания системе нуж­ ных динамических свойств. Объектом управления в данной систе­ ме является перестраиваемый гетеродин.

Выработанное схемой управления напряжение поступает на ка­ тушку подмагничивания гетеродина, в результате чего изменяется частота генерируемых колебаний /2-

§ 2.3. Принципиальная схема системы

Смеситель

Смеситель в данной системе выполняет функцию преобразова­ ния частоты, то есть на выходе смесителя получается сигнал раз­ ностной частоты

/ . = / i —Л-

Напряжение входного сигнала представляет собою прерывис­ тые колебания в виде периодически повторяющихся радиоимпуль­ сов. Напряжение же перестраиваемого гетеродина является не­ прерывным гармоническим колебанием. Во время действия вход­ ного сигнала через смеситель протекает ток сложной формы, в

45

частотном спектре которого содержатся частоты сигнала, пере­ страиваемого гетеродина, их гармоники, а также комбинационные частоты.

Для того, чтобы выделить напряжение разностной частоты и отфильтровать токи всех остальных частот, в качестве нагрузки смесителя используется резонансный фильтр.

Врезультате на выходе резонансного фильтра выделяется на­ пряжение, радиоимпульсов разностной частоты.

Вдиапазоне длинных, средних и коротких волн в качестве сме­ сителя выбирают ламповые двухсеточные смесители. Смеситель должен иметь ярко выраженную нелинейность. Чем больше нели­ нейность смесителя, то есть чем в больших пределах будет менять­ ся его крутизна, тем эффективнее преобразование частоты.

Резонансный фильтр должен обеспечить высокую фильтрацию, но вместе с этим фильтр должен иметь достаточно широкую по­ лосу пропускания, обеспечивающую прохождение сигнала при воз­ можном диапазоне изменения разностной частоты. Для более эф­ фективной работы смесителя амплитуда напряжения перестраи­ ваемого гетеродина выбирается такой, чтобы крутизна смесителя изменялась от

5макс ДО S mhh:= 0.

Принципиальная схема смесителя представлена на рис. 2.5.

Напряжение сигнала с частотой / 1 подается на третью сетку, а напряжение перестраиваемого гетеродина с частотой /2 на пер­ вую. Сигнал разностной частоты снимается с резонансного двух­

контурного фильтра. Смеситель можно считать безынерционным звеном с коэффициентом передачи, равным единице.

Частотный дискриминатор

В системах слежения по частоте в качестве измерительного (чувствительного) элемента используется частотный дискримина­ тор.

Наибольшее . распространение в подобных системах получили частотные дискриминаторы с двумя расстроенными контурами, которые обеспечивают наибольший диапазон линейности статиче­ ской характеристики.

Схема балансного частотного дискриминатора с двумя взаим­ но расстроенными контурами приведена па рис. 2.6.

Напряжение (Л с выхода смесителя поступает на сетки усили­ тельных ламп Л х и Л 2. В анодные цепи этих ламп включены кон­ туры / и II. Резонансные частоты контуров разнесены симметрич­ но относительно центральной частоты /п на величину Д/0 (рис. 2.7). Напряжение с контуров подается соответственно на диоды Di и D2. При отклонении частоты колебаний / е от /о напряжение иа одном контуре возрастает, на другом — падает.

После детектирования на выходе имеет место напряжение, знак и величина которого определяются направлением и величиной от­ клонения частоты / Е от /о-

Результирующая статическая характеристика имеет вид, пока-

47

данный на рис. 2.7,6. Определим в общем виде выражение для статической характеристики частотного дискриминатора, то есть

и е=П /')-

где

£7-i, U=2 — выпрямленные напряжения на выходе детекторов

77ъ 772;

Uu U2 — высокочастотные напряжения, действующие на анодах

77ь 772;

Kd— коэффициент передачи детектора.

где

Umc—напряжение на контуре при резонансе, которое может быть найдено по формуле

77,„c= ‘S£/e/?3;

S—крутизна вольтамперной характеристики лампы; R 3—эквивалентное сопротивление контура;

а0= Qj—обобщенный параметр начальной расстройки;

/о

48

а— Q] — обобщенный параметр текущей расстройки;

Рис. 2.8

Как видно из графиков (рис. 2.8), функция ф(а) достигнет максимального значения приблизительно в точке