Радиотехнические координаторы с коническим сканированием

 

3.1 Сущность метода конического сканирования и принцип измерения координат

 

Данные координаторы могут быть следящего типа и с фиксированной осью, причем ось антенны связана с осью координатора.

Рассмотрим ДНА игольчатого типа смещенной относительно оси антенны на угол скоса Δα. Затем диаграмму направленности антенны приведем во вращательное движение со скоростью Ω_ск. При этом в пространстве образуется окружность, конус вращения, через центр которого проходит РСН (Рис.8).

 

Рис.8

 

Если цель находится на РСН (Рис. 9), то принимаемые отраженные сигналы цели имеют одинаковую амплитуду и имеют запаздывание по отношению к зондирующим (излучаемым) импульсам равное t_ц. Исходя из этого дальность до цели можно определить

D_ц=  , (3.1)

где С – скорость света.

Рис. 9

 

Направление на цель определяется направлением равносигнального направления в азимутальной и угломестной плоскости.

В случае отклонения цели от равносигнального направления, принимаемые сигналы будут промодулированы частотой сканирования ДН Ω_ск, при этом в параметрах огибающей будет заложена информация о величине и направлении отклонения цели от РСН (Рис. 10). При этом глубина модуляции определяется как:

m=  (3.2)

то есть

 U_cо = U_c *cos(Ω_ск t- φ) (3.3)

Таким образом, глубина модуляции определяет амплитудой сигнала U_c, а направление отклонения от РСН - фазой φ.

Координатор цели с коническим сканированием при облучении цели модулирует сигнал дважды: при непосредственном облучении цели и при приеме отраженного сигнала. Такие координаторы принято называть с двухсторонней равносигнальной зоной.

Рис. 10

 

Структурная схема такого координатора представлена на рис. 11.

 

 

Рис.11

 

Мощные электромагнитные импульсы сформированные в передатчике (ПРД) поступают на раскрыв антенны, где формируется игольчатая ДН. При этом коническое вращение луча антенны достигается за счет вращения рупора антенны (щелевого вибратора, петли-согласования) модулятором (М). Задача модулятора обеспечить постоянною частоту сканирования Ω_ск.

Отраженный сигнал от цели поступает в приемник (ПРМ), где осуществляется усиление сигнала и преобразование (понижение) несущей частоты. Далее сигнал поступает в автомат дальности (АД) и в канал сигнала ошибки (КСО).

В канале выделения сигнала ошибки (КСО) выделяется огибающая U_cо. С выхода КСО сигнал поступает на два угловых дискриминатора УДβ и УДε, на второй вход которых поступает напряжение с генератора опорного напряжения (ГОН). При этом опорные напряжения сдвинуты друг относительно друга на 90º и жестко связаны с частотой вращения модулятора Ω_ск.

С выходов угловых дискриминаторов напряжение управления U_упрβ и U_упрε в систему управления антенной СУАβ и СУАε, где осуществляется отработка этого напряжения и совмещения РСН с целью. При этом:

U_упрε=U_cоsin φ= U_ccos(Ω_скt- φ) sin φ; (3.4)

U_упрβ=U_cоcos φ= U_ccos(Ω_скt- φ) cos φ; (3.5)

 

3.2 Основные ошибки измерения углов и координат при коническом сканировании

 

- методические ошибки.

Они обусловлены двойной модуляцией сигналов цели при излучении и приеме вращающейся диаграммой направленности и конечной скоростью распространения радиоволн.

Рис. 12

На Рис.12 положение диаграммы направленности А –соответствует моменту излучения, Б – положение ДН в момент приема, В – результирующая ДН. Таким образом, за время равное t_ц (время распространения электромагнитной энергии до цели и обратно) диаграмма направленности повернется на угол Δφ≡  

Временные развертки ДН (Рис.13) при передаче А, при приеме Б и результирующая В имеют разные фазы. Так как фаза опорного сигнала определяется фазой вращения ДНА на излучение (реальная ДН), а фаза огибающей сигнала ошибки определяется фазой вращения результирующей ДН, то возникает разность фаз между опорным напряжением U_оп и сигнала ошибки U_cо.

 

Рис. 13

 

Эта разность фаз и является методической ошибкой:

Δφ_м= Ω_ск  F_ск  F_ск (3.6)

t_ц =180º t_ц  (3.7)

Таким образом, методическая ошибка в РТК с коническим сканированием воздействует на фазу сигнала ошибки и в следящих координаторах не оказывает существенного влияния на точность измерения углов координат, так как при взятии цели на автосопровождение (АС) РСН перемещается на цель.

В РТК с фиксированной осью эта ошибка приводит непосредственно к ошибкам измерения координат.

-ошибки за счет флюктуаций амплитуд принимаемых от цели сигналов

Флюктуация амплитуды принимаемых сигналов приводят к возникновению паразитной амплитудной модуляции, что вызывает паразитный сигнал ошибки.

Паразитная флюктуация возникает и тогда, когда цель находится на РСН. Ошибка эта случайна и среднеквадратическая ошибка определения углов координат вычисляется по формуле:

 

σ_εц = σ_βц = m_эф  (3.8)

 

где:

m_эф –эффективная глубина модуляции вызванная флюктуациями,

К_mg –крутизна модуляционной характеристики,

S_m(F_cк) и S_m(0) –энергетическая спектральная плотность на частоте сканирования и нулевой частоте,

ΔF_кц –полоса пропускания приемника угловой следящей системы,

ΔF_n –эквивалент полосы помехи.

Соотношение и ΔF_n определяется из графика (Рис.14):

 

Рис.14

3.3 Повышение точности измерения угловых координат

 

Для подавления паразитной амплитуды модуляции используют 2-х канальные координаторы с коническим сканированием (Рис.15). Антенной создаются две диаграммы направленности смещенные на угол Δα. При сканировании двух ДН принимаемый сигнал модулируется по амплитуде в противофазе. Паразитная амплитудная модуляция в обеих каналах будет в фазе.

Сигналы, принятые двумя ДН, можно записать как:

U_I = E(1+x(t))]F_I(Δα)[1+m_Icos(Ω_ск t-φ_I) (3.9)

U_II= E(1+x(t))]F_II(Δα)[1-m_IIcos(Ω_ск t-φ_II) (3.10)

Где:

Е – средний уровень напряженности поля принимающей антенной волны,

x(t) – паразитная амплитудная модуляция,

m_I и m_II – коэффициент амплитудной модуляции.

Если m_I = m_II =m, а F_I(Δα)= F_II(Δα)= F(Δα) и φ_I= φ_II =φ, то после суммарно-разностной обработки получим – сигнал ошибки U_cо равный:

 

Рис.15

U_cо(t) =  = m cos(Ω_ск t-φ) (3.11)

 

Таким образом, как видно из формулы, сигнал паразитной амплитудной модуляции отсутствует. Реализация этого принципа осуществлено в двухканальных радиотехнических координаторах с коническим сканированием с применением суммарно-разностной обработки сигнала.

Такая обработка сигнала позволяет вести борьбу не только с паразитной амплитудной модуляцией, но и с ответной угловой помехой, так как сигнал ответной угловой помехи будет приниматься в фазе.

Иногда такие координаторы называют координаторами с биконическим сканированием.

Функциональная схема такого координатора представлена на Рис.16.

 

Рис. 16