Определение углового положения объекта (пеленгация)

Определение угловых координат наблюдаемого объекта относительно корпуса БЛА можно производить различными методами.

Амплитудный метод. Он используется для определения направления на цель при сканировании антенной.

При движении антенны по мере попадания цели в сектор, определяемый диаграммой направленности, РК получает отраженные сигналы. Если объект точечный (т.е. угловой размер цели Dy_ö<<q₀), то угловой сектор Dy, в котором обнаруживаются отраженные сигналы, соответствует угловому размеру диаграммы направленности антенны (рис. 2.8).

Рис. 2.8

Угловая координата y_ö определяется либо как среднее значение:

где n - число импульсов в пачке, либо с учетом возможной флюктуации амплитуды отраженного сигнала:

_{n n}

y_ö = å (y _i, u_i) å (u_i), (2.16)

^{i=1 i=1}

где u_i - амплитуда отраженного сигнала при нахождении антенны в y_i положении.

Этот метод используется в РК для грубого определения угловых координат целей во время сканирования при поиске цели. Точность метода определяется диаграммой направленности антенны и числом импульсов в пачке. При n = 50-100 среднеквадратическая погрешность измерения величины y_ц не превышает 0,1q.

Необходимо отметить, что точность измерения угловых координат зависит от соотношения сигнал / шум. Чем больше сигнал превосходит уровень шума, тем точнее определяется значение y_ц. Это относится и к другим методам, рассматриваемым далее.

Разновидностью амплитудного метода является определение по максимуму отраженного сигнала:

y_ц =y _i ® max u_c(y _i).

Этот метод используется в случаях, когда наблюдаемый объект имеет угловые размеры, превышающие диаграмму направленности антенны.

Равносигнальный метод. Эти методы требуют приема сигнала либо одновременно двумя антеннами с разнесенными в пространстве диаграммами, либо одной антенной при двух различных положениях в пространстве ее диаграммы направленности. Равносигнальные методы по сравнению с амплитудными позволяют повысить точность измерения угловых координат, уменьшить время измерения и достаточно просто осуществить автоматическое слежение за целью по угловым координатам.

Исторически первые РК, использующие равносигнальный метод пеленгации, имели вращающуюся антенну, электрическая ось которой наклонена к оси вращения под углом примерно 0,3- 0,25q₀. Упрощенная схема такой антенной системы приведена на рис. 2.9,a, где 1 и 2 - диаграммы направленности антенны в ее крайних положениях, РСН - равносигнальное направление, y_ц - угол отклонения цели от равносигнального направления. Антенна вращается вокруг оси, совпадающей с равносигнальным направлением. На рис. 2.9,б приведены зависимости амплитуды сигнала, принимаемого антенной в положении 1 и 2, от угла отклонения направления на объект локации относительно РСН, а также показана разностная характеристика Du_c, образованная вычитанием амплитуды сигнала, полученной в первом положении антенны, из амплитуды сигнала, получаемой во втором положении антенны. Duc позволяет в некоторой зоне (~0,5q) получить линейную зависимость сигнала Du от величины отклонения цели от равносигнального направления.

Рис. 2.9

Направление y_ц на объект локации в РК определяется относительно корпуса БПЛА в линейной зоне:

y_ц = y_А + kDu, (2.17)

где y_А - угол поворота антенны (РСН) относительно корпуса; k - постоянный коэффициент, определяющий крутизну пеленгационной характеристики в линейной зоне; Du = u₁ - u₂ - разность сигналов, получаемых от объекта в двух крайних положениях антенны.

Из выражения (2.1) и рис. 2.9 очевидно, что точность измерения направления на цель будет наибольшей при совпадении направления на цель с РСН. Обеспечение этого условия является одной из основных функций контура углового сопровождения ГСН. Недостатками описанного способа пеленгации являются наличие дополнительного вращения антенны, пониженная частота измерения (по крайней мере, в четыре раза относительно частоты зондирующих импульсов) углового положения цели и, наконец, существенная зависимость измерений от флуктуации амплитуды отраженного сигнала.

От этих недостатков свободны РК, использующие суммарно-разностный метод. Он получил также название моноимпульсного и лег в основу моноимпульсной радиолокации. Он позволяет определить угловое положение цели по одному принятому сигналу.

Суть этого метода в том, что антенная система в неподвижном состоянии формирует четыре диаграммы направленности, смещенные относительно друг друга на величину примерно 0,5 q. Эти диаграммы называются парциальными. Каждой из них принадлежит свой высокочастотный такт. Схема одного из вариантов расположения рупоров в фокальной плоскости моноимпульсной РЛС показана на рис. 2.10,a.

Рис. 2.10

При излучении зондирующего импульса энергия равномерно распределяется по всем высокочастотным трактам и парциальным диаграммам. Во время приема сигнала в режиме поиска и обнаружения цели энергия, принимаемая каждой парциальной диаграммой, суммируется, образуя суммарную диаграмму и суммарный принимаемый сигнал (рис. 2.10, б и в). Таким образом обеспечиваются максимальная чувствительность РК и дальность обнаружения объектов.

В режиме сопровождения цели, когда отраженный сигнал значительно превышает уровень шума в каждом из четырех высокочастотных трактов, сигналы, принимаемые попарно противоположными диаграммами, вычитаются друг из друга, образуя разностный сигнал Du_y и Du_J для горизонтальной и вертикальной плоскостей. Эквивалентная разностному сигналу диаграмма направленности называется разностной диаграммой, а зависимость величины сигнала Du_y (или Du_J) от угла рассогласования линии визирования цели от равносигнального направления (или электрической оси антенной системы) - разностной или пеленгационной характеристикой РК.

Сложение и попарное вычитание происходят в едином блоке, называемом суммарно-разностным преобразователем (СРП), находящимся в высокочастотном тракте РК. Отметим, что необходима тщательная настройка СРП, путем фазировки каждого высокочастотного тракта, во избежание потерь при суммировании и искажения пеленгационной характеристики при вычитании.

B системе автоматического управления (системе углового сопровождения цели) СРП является дискриминатором - устройством, выделяющим ошибки рассогласования истинного положения объекта и направления электрической оси антенны. Дискриминатор с характеристикой u_y, приведенной на рис. 2.10, в, принято называть линейным в силу того, что в районе нуля u_y имеет линейный участок. Строго говоря, это звено с неоднозначной нелинейной характеристикой может быть принято за линейное только тогда, когда ошибка рассогласования мала и не превышает примерно 0,1q.

В некоторых РК для упрощения обработки сигналов используют релейный дискриминатор, характеристика которого приведена на рис. 2.10, г. Однако в этом случае упрощение радиотехнической аппаратуры приводит к ухудшению качества автоматической системы сопровождения объекта по угловым координатам или к усложнению этой системы.