Канал измерения дальности

ВВЕДЕНИЕ

В данном учебном пособии рассматривается принцип работы по структурной схеме радиотехнической системы ближней навигации и посадки РСБН-6С.

КАНАЛ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ

Принцип работы канала измерения дальности рассмотрим по структурной схеме канала измерения дальности (Рис.1).

Рис.1 Структурная схема канала измерения дальности

В состав канала измерения дальности входят:

самолётный запросчик дальности СЗД;

самолётный приёмник азимута-дальности СПАД;

блок измерения и отработки БИО (БИАД, БС, БО).

Временные диаграммы работы канала измерения дальности в режиме СЛЕЖЕНИЯ (рис.2) поясняют его работу.

Рис. 2 Временные диаграммы работы канала измерения дальности

в режиме СЛЕЖЕНИЯ

Импульсы запроса с частотой повторения Гц длительностью 1—4мкс поступают из блока БИО на шифратор СЗД. Шифратор формирует двухимпульсную кодовую группу «запрос». Временной интервал между импульсами кодовой группы определяется одним из четырех выбранных кодов «КОД №», устанавливаемых на ЩПК. Длительность импульсов кодовой группы мкс. Импульсы поступают на вход модулятора передатчика, усиливаются и запускают генератор СВЧ, который генерирует мощные высокочастотные импульсы длительностью около мкc, мощность в импульсе, 5 кВт. Эти импульсы подаются на высокочастотное устройство, которое представляет собой фильтр нижних частот с частотой среза по верхней частоте, равной 812МГц. С помощью АФС высокочастотные импульсы излучаются в пространство.

Передатчик СЗД имеет 88 частотно-кодовых каналов. Генератор СВЧ работает на 22 фиксированных частотах, каждая из которых стабилизируется кварцем. Выбор необходимой частоты производится на ЩПК.

Частота генератора изменяется с помощью механизма перестройки, который управляется напряжением частоты 400 Гц, подаваемым с усилителя отработки. Установка частоты генератора производится в два этапа: сначала «грубо» и затем «точно».

Грубая установка частоты генератора осуществляется с помощью мостовой схемы, входящей в усилитель отработки с точностью ±2 МГц.

Точная установка частоты генератора СВЧ производится системой АПЧ с точностью ±350кГц.

Ответные сигналы от наземного передатчика дальномера-ретранслятора принимаются АФС и поступают на смеситель приемника СПАД. На смеситель подается сигнал с частотой гетеродина приемника, стабилизированного кварцем. Частотно-кодовый канал гетеродина устанавливается на ЩПК «КВАРЦ №» и «КОД №». Образующаяся =64,8МГц подается на УПЧ-Д, усиливается, детектируется и поступает на дешифратор приемника. Одиночный импульс длительностью мкс подается в БИО в канал измерения дальности, который измеряет время запаздывания ответного импульса относительно запросного импульса. Измерение временного интервала производится с помощью кварцованных измерительных меток, которые подсчитываются на 12-разрядном двоичном счетчике. Полученное число переписывается в запоминающее устройство, откуда в виде параллельного двоичного кода поступает на преобразователь дальности код — напряжение.

Временные диаграммы работы канала измерения дальности в БИО в режиме слежения (см. рис. 2).

Генератор рабочих тактов вырабатывает импульс открывания ключевого устройства (эпюра 2), определяющий начало рабочего такта (эпюра 1), а также импульс сброса (эпюра 8), определяющий конец рабочего такта (эпюра 1). Эти импульсы формируются из импульсов типа «меандр» (эпюра 1), которые вырабатываются мультивибратором с периодом с. Из отрицательных перепадов импульсов мультивибратора формируются импульсы открывания ключевого устройства, а из положительных перепадов — импульсы сброса.

Измерительные импульсы (эпюра 7) с генератора измерительных меток при открытом ключевом устройстве поступают на вход измерительного счетчика.

Генератор измерительных меток представляет собой автогенератор, стабилизированный кварцем на частоте 959,338 кГц. С выхода генератора выдаются импульсы длительностью мкс. Интервал между импульсами равен 1мкс (150м).

Измерительный счетчик подсчитывает число импульсов, поступивших от генератора измерительных меток за время открытия ключевого устройства, которое равно временному интервалу между импульсом запроса и импульсом ответа, и измеряет этим самым величину дальности. Он представляет собой 12-разрядный двоичный счетчик на статических триггерах и состоит из счетчика «точно» (1-4-й разряды) и счетчика «грубо» (5-12-й разряды). Цена разрядов измерительного счетчика в километрах (см. табл.1).

Таблица №1

Цена разрядов измерительного счётчика дальности

Разряд

1р

2р

3р

4р

5р

6р

7р

8р

9р

10р

11р

12р

Цена разряда, км

0,155

0,31

0,62

1,25

2,5

В счетчике осуществляется ограничение измерения дальности превышающей 500км. При поступлении в измерительный счетчик импульса сброса (эпюра 8) счетчик сбрасывается в положение «0».

Схема формирования импульса запроса срабатывает от первого импульса с 3-го разряда счетчика, что соответствует четвертому импульсу генератора измерительных меток, то есть спустя 4мкс после открытия ключевого устройства. За рабочий такт формируется один импульс запроса), который поступает на запуск генератора СВЧ (СЗД) через шифратор. Схема формирования импульсов запроса приводится в исходное положение импульсом сброса по окончании рабочего такта.

Импульсы с измерительного счетчика поступают на схему запуска стробов, где сравниваются с числом (числом импульсов), находящимся в запоминающем устройстве (это число равно дальности, определяемой предыдущим ответным импульсом). В момент равенства этих чисел на выходе схемы совпадения образуется положительный импульс запуска строба, который поступает в стробирующее устройство, необходимое для обеспечения высокой помехозащищенности канала измерения дальности. Импульс запуска строба запускает стробирующее устройство, которое формирует два стробирующих импульса: рабочий строб отрицательной полярности (эпюра 3), поступающий на схему совпадения 1, и контрольный строб отрицательной полярности длительностью мкс (эпюра 4), поступающий на схему совпадения 2, Таким образом, рабочий и контрольный стробы выставляются одновременно. Стробирующее устройство сбрасывается в исходное положение импульсом сброса, поступающим от генератора рабочих тактов.

Ответный импульс дальности с выхода приемника СПАД (эпюра 5) поступает на схемы совпадения 1 и 2.

Схема совпадения 1 открывается, когда ответный импульс и импульс рабочего строба совпадают по времени. В этом случае ответный импульс поступает на вход ключевого устройства и закрывает его, прекращая таким образом поступление измерительных меток в измерительный счетчик.

Схема совпадения 2 открывается в том случае, когда ответный импульс (эпюра 5) и импульс контрольного строба (эпюра 4) совпадают по времени. В этом случае ответный импульс поступает на вход контрольного устройства. После пятикратного попадания импульса ответа в контрольный строб контрольное устройство переведет схему из в режим слежения.

На измерительном счетчике установится число, пропорциональное , где — число, пропорциональное измеренной дальности; — цена 3-го разряда.

В контрольном устройстве из импульса сброса формируются импульс переписи и импульс вычитания. Импульс переписи формируется из переднего фронта импульса сброса и поступает на схему переписи. Импульс вычитания формируется из заднего фронта импульса сброса и поступает на 3-й, разряд запоминающего устройства. Импульсом вычитания завершается рабочий такт, после чего начинается холостой такт, при котором все элементы возвращаются в исходное состояние.

При поступления импульса переписи из контрольного устройства число , полученное схемой переписи переписывается в запоминающее устройство.

Запоминающее устройство является выходным узлом канала измерения дальности и представляет собой 12-рязрядный двоичный счетчик на статических триггерах, состоит из запоминающего регистра «точно» (1—4-й разряды) и запоминающего регистра «грубо» (5—12-й разряды). Десять старших разрядов выполнены по схеме вычитающего счетчика. После переписи числа из измерительного счетчика в запоминающий регистр на триппер 3-го разряда поступает импульс вычитания с контрольного устройства и в запоминающем регистре будет записано число меньше числа, измеренного счетчиком, на величину цены 3-го разряда. Таким образом, компенсируется время задержки импульса запроса и в запоминающем устройстве будет записано число, пропорциональное измеренной дальности.

С выхода запоминающего устройства, измеренное значение дальности в виде параллельного двоичного кода поступает на преобразователь дальности. Преобразователь дальности преобразует измеренное значение дальности в двоичном коде в постоянное напряжение, пропорциональное величине дальности.

Отработка измеренного значения текущей дальности на приборе ППД.

Постоянное напряжение, пропорциональное дальности , подается с выхода преобразователя дальности на датчик рассогласования. Одновременно на датчик рассогласования подается постоянное напряжение, пропорциональное предыдущему значению текущей дальности , с потенциометра обратной связи, связанного с осью механизма дальности (ось механизма дальности в свою очередь связана жестко с двигателем Д). На выходе датчика рассогласования формируется напряжение рассогласования, пропорциональное , которое подается на сравнивающее устройство. С выхода сравнивающего устройства 1 сигнал рассогласования подается на усилитель интегрирующего привода, который управляет вращением двигателя (Д). Двигатель будет вращаться до тех пор, пока не устранится напряжение рассогласования, то есть . На вход сравнивающего устройства 1 через сравнивающее устройство 2 подается также сигнал с тахогенератора (ТГ), пропорциональный скорости изменения, дальности Д, для демпфирования механизма отработки дальность.

Отработанное значение дальности в виде поворота оси двигателя с помощью сельсина (С) поступает на прибор ППД, на счетчике которого установится значение измеренной дальности.

Режиму слежения предшествует режим ПОИСКА ответного импульса. Временные диаграммы работы канала измерения дальности в БИО в режиме поиска (см. рис. 3).

Рис. 3 Временные диаграммы работы канала измерения дальности
в режиме ПОИСК

В режиме поиска схема измерения дальности находит импульс ответа. Пусть в запоминающем устройстве имеется какое-то начальное число, пропорциональное времени относительно начала такта работы. Стробирующее устройство формирует рабочий и контрольный стробы ( и ), пропорциональные .

Любой первый одноразовый импульс (может быть и импульс помехи), пришедший в момент времени , остановит измерительный счетчик и к концу такта после переписи и вычитания в запоминающем устройстве установится число, пропорциональное . При следующем такте работы (через с) стробирующие импульсы выставятся в момент времени , а счетчик остановится следующим одноразовым импульсом, пришедшим в момент времени относительно начала такта. В дальнейшем стробирующие импульсы выставятся в момент времени а счетчик остановится следующим одноразовым импульсом, пришедшим в момент времени относительно начала такта, и т. д.

Как видно из временных диаграмм, стробирующие импульсы под действием одноразовых импульсов (помех) будут все дальше и дальше передвигаться по оси времени при этом импульсы помех не будут поступать в контрольный строб. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока счетчик не будет остановлен импульсом ответа. Импульс ответа в отличие от одноразовых импульсов будет отстоять на одно и то же время от импульса запроса в течение многих тактов работы. При первом поступлении импульса ответа в момент времени относительно начала такта импульс ответа не попадет в контрольный строб, так как последний был выставлен импульсом помехи предыдущего такта. Но к концу такта в запоминающем устройстве запишется число, пропорциональное t , в последующие такты стробы будут выставляться в момент времени и импульсы ответа начнут попадать в контрольный строб. После пятикратного попадания импульса ответа в контрольный строб контрольное устройство переведет схему из режима поиска в режим слежения. Следовательно, в режиме поиска контрольный строб является импульсом поиска, а в режиме слежения контрольный строб следит за положением импульса ответа. При изменении дальности выставление стробов в режиме слежения происходит синхронно с изменением дальности.

2. КАНАЛ ИЗМЕРЕНИЯ АЗИМУТА

Принцип работы канала измерения азимута рассмотрим по структурной схеме (см. рис 4)

Рис. 4 Структурная схема канала измерения азимута и канала посадки

В состав канала измерения азимута входят:

самолётный приёмник азимута-дальности СПАД;

блок измерения и отработки БИО (БИАД, БС, БО).

Временные диаграммы работы канала измерения азимута (рис.5) поясняют его работу.

Рис. 5 Временные диаграммы работы канала измерения азимута

Азимутальные сигналы и сигналы опорных частот принимаются АФС (эпюра 1,2,4) и поступают на вход приемника СПАД. Антенна наземного передатчика азимутального сигнала вращается со скоростью 100 об/мин. Частота следования азимутального сигнала Гц. Частоты следования опорных сигналов «35» и «36» соответственно равны: Гц=58.3Гц; Гц=60Гц (импульсы следуют через 10°).

Сигналы поступают на вход смесителя, куда подается напряжение с частотой гетеродина, стабилизированного кварцем. Гетеродин в зависимости от выбранного номера кварца на ЩПК, выдает одну из 40 фиксированных частот. На выходе смесителя образуются сигналы с частотой МГц, которые через систему входных контуров УПЧ-Д поступают на усилитель промежуточной частоты УПЧ-А. Затем они усиливаются, детектируются и с выхода детектора подаются по двум направлениям азимутальный сигнал — в блок формирования азимутального импульса (ФАИ), опорные сигналы «35» и «36» — в блок дешифратора. Дешифратор декодирует опорные сигналы и подает их на усилители блока БИО в форме одиночных импульсов длительностью мкс с амплитудой В. Номер кода определяется выбранным значением на ЩПК.

Кроме опорных сигналов, дешифратор со схемы совпадения выдает импульс северного совпадения — «С» на блок ФАИ. Импульс «С» формируется в момент прохождения азимутальной антенной направления на север, когда опорные импульсы «35» и «36» совпадают по времени.

Азимутальный сигнал представляет собой двойной колоколообразный импульс, середина которого (минимум) совпадает с направлением азимутальной антенны на ЛА. Длительность азимутального импульса около 20 мс. Блок формирования азимутального сигнала ФАИ усиливает азимутальный импульс, затем формирует прямоугольный импульс, передний фронт которого жестко связан с осью симметрии азимутального сигнала.

Для контроля нуля азимута вместо азимутального импульса в ФАИ подается импульс северного направления. Стрелка прибора НПП устанавливается на нуль потенциометром УСТАНОВКА 0 АЗИМУТА в ЩУ.

С выхода ФАИ на усилитель азимутальных каналов блока БИО подаются одиночные импульсы с частотой следования Гц, длительностью мкс и с амплитудой В.

Измерение временного интервала между моментом совпадения оси диаграммы направленности азимутальной антенны с направлением на север (северное совпадение) и моментом поступления на вход приемника СПАД азимутального сигнала производится в измерительном счетчике азимута блока БИО. Счетчик производит непрерывный подсчет измерительных импульсов, поступающих с генератора измерительных меток. Генератор измерительных меток представляет собой мультивибратор, стабилизированный кварцем. На выходе генератора формируются измерительные импульсы (метки) с частотой 30720Гц.

Измерительный счетчик представляет собой 15-разрядный двоичный счетчик на статических триггерах и состоит из счетчика «точно» (1—9-й разряды) и счетчика «грубо» (10-15-й разряды). Цена разрядов измерительного счетчика в градусах счетчика «грубо (см. табл.2). Счетчик «точно» производит подсчет импульсов, соответствующих измерению азимута в пределах 0—10°.

Таблица №2

Цена разрядов измерительного счётчика азимута

Разряд

1р

2р

3р

4р

5р

6р

7р

8р

9р

10р

11р

12р

13р

14р

15р

Цена разрядао

0,02

0,04

0,08

0,15

0,31

0,62

1,25

2,5

Для обеспечения высокой помехозащищенности канала измерения азимута применяется стробирование опорных импульсов «36» и импульсов «180».

Схема управления и контроля импульсов «36» осуществляет стробирование опорных импульсов «36» и формирует синхронизирующие импульсы сброса для установки счетчика «точно» в нулевое положение. Опорные импульсы с выхода дешифратора СПАД подаются на усилитель опорных импульсов «36», усиливаются и поступают на схему управления и контроля импульсов «36». Когда счетчик «точно» заполняется до числа 9,4°, отрицательный перепад напряжения поступает на вход триггера импульса строба «36» и устанавливает триггер в рабочее положение (строб открыт). Опорный импульс «36» проходит на вход усилителя и в форме импульса сброса «точно» поступает на счетчик «точно» и устанавливает его в нулевое положение. Кроме того, задний фронт опорного импульса «36» поступает на вход триггера импульса строба «36» и устанавливает триггер в первоначальное положение (строб закрыт). Таким образом, через каждые 10° из схемы управления и контроля импульсов «36» подается на счетчик «точно» синхронизирующий импульс, сбрасывающий счетчик в положение «0». При заполнении счетчика «точно» до 10° с него выдается сигнал перехода в следующий разряд, то есть счетчик «грубо».

Схема управления и контроля импульсов «180» осуществляет выделение импульсов «180», их стробирование и контроль за наличием опорных импульсов «35» и «36».

Опорные импульсы «35» (эпюра 2) с выхода дешифратора СПАД подаются на усилитель опорных импульсов «35», усиливаются и поступают на схему управления и контроля импульсов «180». Когда счетчик «грубо» заполнится до числа 180° (перепад напряжения на 15-м разряде счетчика), триггер импульса строба 180» установится в рабочее положение (строб открыт). При совпадении импульса «35» и импульса строба «180» (эпюра 2, 3), на выходе схемы управления и контроля импульсов «180» формируется импульс сброса «грубо» (эпюра 4), который поступает на счетчик «грубо», причем триггеры 10-14-го разрядов устанавливаются в положение «0» а триггер 15-го разряда — в положение «1» (эпюра 5) то есть на 180°. Кроме того, задний фронт стробированного импульса «180» поступает на вход триггера строба «180» и устанавливает триггер в первоначальное положение (строб закрыт). Таким образом, при каждом прохождении азимутальной антенной направления 180° из схемы управления и контроля «180» на счетчик «грубо» подается синхронизирующий импульс, сбрасывающий счетчик в положение «180°».

При вращении азимутальной антенны от 180 до 360° измерительный счетчик снова будет подсчитывать измерительные импульсы и при достижении на счетчике числа счетчики «точно» и «грубо» точно с помощью цепей обратной связи сбрасываются в исходное нулевое положение.

Схема управления и контроля азимута формирует импульс переписи (эпюра 6) и контролирует наличие азимутального импульса (эпюра 4). Азимутальный импульс с выхода ФАИ приемника СПАД подается на усилитель азимутальных импульсов, усиливается и поступает на схему управления и контроля азимута, основными элементами которого являются мультивибратор, синхронизируемый импульсами, азимута, триггер азимута и схема совпадений.

Импульс с выхода мультивибратора поступает на запуск триггера азимута и устанавливает его в рабочее положение. На схему совпадения поступают азимутальные импульсы и импульсы с 1-го разряда измерительного счетчика. С выхода схемы совпадения, импульс поступает на триггер азимута и устанавливает его в исходное положение.

Перепад напряжения на триггере используется для формирования импульса переписи. Таким образом, в момент прихода импульса азимута на вход схемы управления и контроля азимута, на выходе схемы управления и контроля азимута формируется импульс переписи, который поступает на схему переписи.

Схема переписи под воздействием напряжений, поступающих с триггеров разрядов измерительного счетчика, переписывает импульсом переписи измеренное счетчиком значение азимута в триггеры разрядов запоминающего устройства.

Запоминающее устройство является выходным узлом канала измерения азимута и представляет собой 15-разрядный двоичный счетчик на статических триггерах. Оно состоит из запоминающего регистра «точно» (1—9-й разряды) и запоминающего регистра «грубо» (10—15-й разряды).

С выхода ЗУ измеренное значение азимута поступает в преобразователь азимута. Преобразователь азимута преобразует измеренное значение азимута в двоичном коде в напряжение постоянного тока пропорциональное величине азимута.

Отработка измеренного значения азимута на прибор НПП.

Значение текущего азимута в виде постоянного напряжения подается с выхода преобразователя азимута на датчик рассогласования. Одновременно на датчик рассогласования подается постоянное напряжение, пропорциональное предыдущему значению текущего азимута , с потенциометра датчика обратной связи, подвижной контакт которого перемещается механизмом азимута (ось механизма азимута жестко связана с двигателем Д). На выходе датчика рассогласования формируется напряжение рассогласования, пропорциональное , которое подается на сравнивающее устройство 1. На вход сравнивающего устройства 1 через сравнивающее устройство 2 подается также сигнал с тахогенератора (ТГ), пропорциональный скорости изменения азимута , для демпфирования механизма отработки азимута. С выхода сравнивающего устройства 1 сигнал рассогласования подается на усилитель интегрирующего привода, который управляет вращением двигателя (Д). Двигатель будет вращаться до тех пор, пока не устранится напряжение рассогласования, то есть

Отработанное значение азимута в виде поворота оси двигателя с помощью сельсина (С) поступает через систему автоматического управления (САУ) на прибор НПП, стрелка указателя которого установится в положение измеренного значения азимута.