Методы одновременного сравнения

Методы одновременного сравнения – это методы, в которых отраженные от цели сигналы принимаются и сравниваются одновременно, но в различных точках приема.

Методы одновременного сравнения основаны на том, что отраженный от цели сигнал в разных точках приема может иметь различные параметры. Поэтому сравнение сигналов, принятых одновременно несколькими приемными антеннами в разных точках приема, позволяет определить угловое отклонение цели от РСН.

Таким образом, в отличие от метода последовательного сравнения информация об угловых координатах цели содержится здесь не в амплитудно-модулированной последовательности принятых радиоимпульсов, а только в одном импульсе, но принятом в разных точках приема. Поэтому метод одновременного сравнения часто называют моноимпульсным, т.е. одноимпульсным методом.

При использовании метода одновременного сравнения отраженные от цели сигналы можно сравнивать либо по амплитуде, либо по фазе. В соответствии с этим различают разновидности метода одновременного сравнения:

- амплитудный метод одновременного сравнения;

- фазовый метод одновременного сравнения;

Сущность амплитудного метода одновременного сравнения при определении одной угловой координаты заключается в сравнении амплитуд отраженных сигналов, принятых двумя приемными антеннами, ДН которых образуют РСН. Равенство амплитуд сигналов свидетельствует о нахождении цели на РСН. В случае определения двух угловых координат необходимо иметь четыре точки приема и сравнивать сигналы, принятые парами соответствующих приемных антенн (рис.7.12).

Рис.7.12. Амплитудный метод одновременного сравнения.

Так, например, для определения курсового угла φ_z сравниваются сигналы от правой и левой пар антенн (2,4 и 1,3), а для определения угла тангажа φ_y – сигналы от верхней и нижней пар антенн (1,2 и 3,4). Причем сигналы каждой пары предварительно суммируются. Нормирование сигналов ошибки в каждой плоскости рассогласования производится по амплитуде суммарного сигнала, принятого всеми четырьмя антеннами.

Нормированная функция сигнала ошибки при определении угловых координат в двух плоскостях и использовании метода одновременного сравнения, как и для метода последовательного сравнения, имеет вид:

S_{so z}(t) = β^’φ_z sin(ω₀t – γ),

S_{so y}(t) = β^’φ_y sin(ω₀t – γ),

где: β^’ – амплитудная пеленгационная чувствительность антенн;

φ_Z, φ_y – угловые отклонения цели от РСН в плоскости XOZ и XOY;

ω₀ – угловая частота принятых высокочастотных колебаний;

γ – фазовый сдвиг сигнала ошибки относительно фазы высокочастотных колебаний (принимает значение 0 или π в зависимости от направления отклонения цели в каждой плоскости).

Амплитудная пеленгационная чувствительность антенного устройства при определении угловых координат амплитудным методом одновременного сравнения одновременно в двух плоскостях определяется выражением:

β^’ = ,

где: β – амплитудная пеленгационная чувствительность антенного устройства при одновременном амплитудном сравнении в одной плоскости.

Следовательно, амплитудная пеленгационная чувствительность антенного устройства по каждой координате в двухплоскостном случае в раз меньше. Это объясняется тем, что при определении углового отклонения цели в двух плоскостях осевые сечения ДН антенн не совпадают с координатными плоскостями XOZ и XOY (рис.7.12).

Таким образом, как и в случае последовательного сравнения, при методе одновременного сравнения амплитуда нормированной функции сигнала ошибки однозначно определяет величину углового отклонения цели от РСН, а фаза – направление этого отклонения. Ось ОХ является РСН, т.к. только по этому направлению сигнал ошибки равен нулю.

Различие между методами сравнения состоит в том, что при последовательном сравнении функция S_so (t) имела период частоты сканирования, а при одновременном сравнении она имеет период принимаемых высокочастотных колебаний.

Точность амплитудного метода одновременного сравнения.

Аналитическое выражение для определения точности амплитудного метода одновременного сравнения имеет тот же вид, что и при последовательном сравнении.

Однако если при последовательном сравнении точность метода зависит от способа использования ДН антенны (сканирование только на прием или на излучение и прием), то при одновременном сравнении точность метода зависит от задачи, которая решается этим методом (определение угловых координат в одной плоскости или в двух плоскостях).

Анализ показывает, что амплитудный метод одновременного сравнения при его использовании для определения угловых координат в одной плоскости обладает такой же точностью, как и метод последовательного сравнения при сканировании ДН только на прием, т.е.

ε = , 1/рад.

Причем все рекомендации по достижению максимальной точности метода и выбору оптимального значения угла Θ₀, полученные для этого варианта последовательного сравнения, полностью применимы для метода одновременного сравнения амплитуд в одной плоскости.

При работе в двух плоскостях точность метода одновременного сравнения амплитуд в два раза хуже точности, которая обеспечивается при работе в одной плоскости, т.е.

ε^' = , 1/рад.

Это объясняется ухудшением пеленгационной чувствительности антенного устройства в раз.

Разрешающая способность метода одновременного сравнения.

Угловая разрешающая способность в главных сечениях XOZ и XOY

δ_φ = Δθ₀ + Θ₀.

Следовательно, при амплитудном методе одновременного сравнения угловая разрешающая способность выше, чем при последовательном сравнении. Это объясняется тем, что ширина ДН антенн по нулевым радиус-векторам при одновременном сравнении ограничена не конической поверхностью, а поверхностью четырехгранной пирамиды.

Достоинства амплитудного метода одновременного сравнения:

- большое быстродействие, т.к. дает возможность определения угловых координат лишь по одному отраженному импульсу;

- исключает влияние флюктуаций амплитуды отраженного от цели сигнала на точность определения угловых координат.

При одновременном сравнении различие в амплитудах отраженных от цели сигналов не может возникать вследствие помех или флюктуаций этих сигналов, т.к. все антенны принимают один и тот же отраженный сигнал. Причиной такого различия может быть только смещение цели относительно РСН в горизонтальной или вертикальной плоскости.

- позволяет определять угловые координаты нескольких целей, попадающих в поле зрения антенной системы.

Недостатки метода:

- наличие нескольких приемных антенн;

- многоканальность приемоусилительной аппаратуры.

Последнее обстоятельство осложняется жесткими требованиями к идентичности и стабильности амплитудных и фазовых характеристик приемоусилительных трактов каждого приемного канала. Нестабильность этих характеристик приводит к нестабильности РСН, что обычно недопустимо.

Суммарно-разностная обработка отраженных сигналов позволяет избавиться от жестких требований к приемоусилительным трактам при амплитудном методе одновременного сравнения. При этом сравнение амплитуд отраженных от цели сигналов производится до приемоусилительных трактов, т.е. непосредственно после антенной системы.

Для этого принятые сигналы поступают сначала в волноводную высокочастотную мостовую схему, в которой осуществляется их попарное сложение и вычитание для каждой из плоскостей. Далее суммарный и разностный высокочастотный сигнал поступают в соответствующие приемоусилительные тракты.

В результате суммарно-разностной обработки принятых сигналов амплитуда разностного сигнала определяет величину углового отклонения цели относительно РСН, а разность фаз между суммарным и разностным сигналами – направление этого отклонения. ДН антенной системы при суммарно-разностной обработке сигналов представлена на рис.7.13.

Рис.7.13. ДН антенны при суммарно-разностной обработке сигналов:

а – полярная система координат; б – прямоугольная система координат.

Суммарно-разностный вариант моноимпульсной радиолокационной системы является наиболее совершенным, т.к. обеспечивает наибольшую точность определения угловых координат по сравнению с другими моноимпульсными методами. Это связано с тем, что при суммарно-разностной обработке отраженных сигналов достигается наибольшая стабильность РСН, т.к. в этом случае РСН определяется не равенством напряжений на выходе двух приемных каналов, а нулевой амплитудой разностного сигнала.