Введение. Важное место в комплексе радионавигационного оборудования летательных аппаратов отводится бортовым автоматическим радиокомпасам (АРК)

Важное место в комплексе радионавигационного оборудования летательных аппаратов отводится бортовым автоматическим радиокомпасам (АРК). АРК устанавливаются практически на всех типах самолётов и вертолётов ВВС и предназначены для решения навигационных задач в составе различных навигационных комплексов, так и самостоятельно.

В учебном пособии изложен принцип схемы формирования сетки гетеродинных частот автоматического радиокомпаса АРК-15М по структурной схеме.

1. Измерительная часть.

Первоначально, частота настройки автоматического радиокомпаса (АРК) на пеленгуемую радиостанцию, т.е. частота настройки контуров высокой частоты (ВЧ) и плавного гетеродина задаётся оператором:

положением ручек выбора частот основного пульта управления;

положением переключателей одного из каналов пульта предварительной настройки или ручек выбора частоты пульта плавной настройки при упрощённом варианте.

Во всех случаях поступающий в схему формирования сетки гетеродинных частот или блок сетки частот (БСЧ) параллельный код однозначно определяет величину требуемой частоты плавного гетеродина, равную частоте настройки приемника АРК на пеленгуемую радиостанцию и промежуточной частоты.

Схема формирования сетки гетеродинных частот или БСЧ предназначена для обеспечения автоматической электронной настройки приёмника АРК на частоту принимаемого сигнала и стабилизации частоты плавного гетеродина в 3300 точках с дискретностью 500Гц с точностью ±100Гц, посредством выдачи управляющего напряжения на варикапы тракта ВЧ и плавного гетеродина.

БСЧ построен с применением счетно-логических схем, использующих в качестве основного элемента счетно-триггерные ячейки.

В состав схемы формирования сетки гетеродинных частот или БСЧ (см. рис.1) входят: измерительная (СЧ-1) и исполнительная часть (СЧ-2). Для простоты временные диаграммы, поясняющие работу схема формирования сетки гетеродинных частот или БСЧ представлены на рис.2 в характерных точках для двух случаев, когда реальная (текущая) частота плавного гетеродина выше и ниже требуемой ( _тек.> _треб. и _тек.< _треб.).

Принцип действия схемы формирования сетки гетеродинных частот или БСЧ заключается в том, чтобы сравнить длительность двух импульсов (калиброванного) и (измерительного) и в случае неравенства этих импульсов сформировать и выдать управляющее напряжение на варикапы тракта ВЧ и плавного гетеродина, пропорциональное разности длительностей этих импульсов (или пропорциональное величине отклонения реальной частоты плавного гетеродина от требуемой).

Длительность калиброванного импульса (см. рис. 2 временная диаграмма 1) определяется частотой кварцевого генератора и является высокостабильной, поэтому служит эталоном для определения равенства заданной и реальной частоты гетеродина.

Калиброванный импульс формируется триггерным делителем частоты (ДЧ) из гармонического напряжения кварцевого генератора (КвГ) и подается с его выхода на схемы сравнения (СС-1и СС-2).

Длительность измерительного импульса (см. рис. 2 временная диаграмма 3) определяется:

1) реальной (текущей) частотой плавного гетеродина _тек. и

Pиc. 1. Структурная схема БСЧ

I - измерительная часть; II - исполнительная часть

1 - установка .; 2 - совмещение заднего фронта и ; 3 - напряжения на подстройку варикапов;4 - плавно перестраиваемый гетеродин модуля ВЧ

Рис.2. Временные диаграммы, поясняющие работу БСЧ, когда

а) _тек.> _треб., б) _тек.< _треб.

1 – импульс эталонный типа меандр (выход ДЧ кварцевого генератора)

2 – импульсы: тактовый ТгУ, установки «Уст.0», установки «Уст.1»

3 – сигнал с выхода триггера управления ТгУ

4 – импульсы с частотой плавного гетеродина

5 - импульс рассогласования ИР-I или ИР- II

6 - управляющее напряжение

7 – сигнал плавного гетеродина

2) величиной заданной частоты настройки приёмника АРК _АРК с помощью пульта управления (или от значения кода, поступающего с устройства набора частоты). Если частоте настройки приёмника АРК не изменяется (или величина этого кода) зависит только от реальной (текущей) частоты плавного гетеродина.

Измерительный импульс формируется двоично-десятичным делителем частоты (ДДДЧ) и через дешифратор (ДШ) и триггер управления (ТгУ) подается также на схему сравнения (СС-1 или СС-2).

Схема формирования сетки гетеродинных частот или БСЧ построен таким образом, что равенство длительности и достигается только в том случае, если реальная (текущая) частота плавного гетеродина равна требуемой. Если такого равенства нет, то на схемах сравнения СС-1 либо СС-2 появляются импульсы рассогласования (см. рис. 2* временная диаграмма 5,6): ИР-I, если частота плавного гетеродина ниже требуемой, ИР-II, если - частота плавного гетеродина выше требуемой.

Импульсы рассогласования поступают на исполнительную часть СЧ-2, на выходе которой появится управляющее напряжение, изменяющее емкость варикапа плавного гетеродина и контуров ВЧ в ту или иную сторону, до тех пор, пока не будет достигнуто равенство .

Таким образом, схема формирования сетки гетеродинных частот или БСЧ является замкнутой следящей системой, в которой роль исполнительных элементов играт варикапы тракта ВЧ и плавного гетеродина.

Измерительная часть (СЧ-1) предназначена для сравнения требуемой и реально существующей в данный момент частот плавного гетеродина, посредством формирования и сравнения длительности двух импульсов (калиброванного) и (измерительного), и выработки по результатам сравнения импульсов рассогласования ИР-I или ИР-II.

В состав измерительной части входят: кварцевый генератор, делитель частоты (ДЧ), двоично-десятичный делитель частоты (ДДДЧ), формирователь импульсов (ФИ), триггер управления (ТгУ) и фиксирующий (Тгф), дешифратор (ДШ), схемы сравнения (СС-1, СС-2).

Измерительная часть схемы работает циклически. Весь цикл работы равен мс, образуемый импульсом типа меандр (см. рис. 2 временная диаграмма 1). Полный цикл состоит из двух полуциклов: подготовительный (установочный) полуцикл длительностью 40 мс и счётный полуцикл длительностью мс.

Кварцевый генератор КвГ и двоичный делитель частоты ДЧ предназначены для формирования импульсов (см. рис. 2 временная диаграмма 1,2): эталонной длительности , коротких тактовых импульсов, импульсов «Уст.О» и «Уст. 1».

Кварцевый генератор вырабатывает высокостабильное напряжение с частотой кГц, которое преобразуется формирующей цепью в импульсы, следующие с той же частотой на делитель частоты ДЧ.

Делитель частоты ДЧ состоит из 11 последовательных двоичных делителей ячеек. В результате деления на 2¹¹ образуются импульсы типа меандр с частотой 12,5Гц, которые подаются на схемы сравнения СС-1 и с инверсного выхода ДЧ на СС-2, как эталонные (опорные) . На схемы сравнения СС-1 и СС-2 (во время счётного полуцикла) так же подаются импульсы, снимаемые с триггера TrУ длительностью равной , причем задние фронты импульсов и совмещены и соответствуют моменту начала счётного полуцикла.

Работа СЧ-1 во время подготовительного (установочного) полуцикла.

Во время подготовительного (установочного) полуцикла - перед началом счётного полуцикла, импульсом «Уст.О» счетчик ДДДЧ, сбрасывается на нуль и в него импульсом «Уст.1» вводится некоторое начальное число , соответствующее требуемой частоте настройки приёмника АРК.

Установка нуля производится импульсом "Уст.0" через 62,5 мс после начала предыдущего цикла (см. рис. 2 временная диаграмма 2). Так как может быть больше ., импульс «Уст. О» должен быть сдвинут относительно начала полуцикла на 1/2 . с учетом максимально возможного удлинения . Счетчик очищается, т.е. все триггеры счетчика устанавливаются в исходное положение, соответствующее их нулевому состоянию.

После установки нуля, импульсом «Уст. 1» следующим через 10 мс за импульсом «Уст. О» (или сдвинут еще на , см. рис. 2 временная диаграмма 2) в счетчик вводится число , величина которого определяется требуемой частотой настройки приёмника АРК. При этом запись единицы в любом из триггеров ДДДЧ может производиться только в том случае, если нет запрещающего напряжения с наборного устройства.

Двоично-десятичный делитель частоты ДДДЧ представляет собой делитель — счетчик импульсов. Счетчик построен из отдельных триггерных ячеек. При подаче импульсов на вход триггера он перебрасывается от каждого импульса то в одно, то в другое устойчивое состояние. Таким образом, регистрируя состояния триггера, можно определить количество прошедших через него импульсов. Причем переход из одного состояния в другое на каждом плече триггера происходит при приходе каждого второго импульса, то есть с выхода триггера количество импульсов уменьшается в два раза по сравнению с входом. Таким образом, триггер представляет собой двоичную ячейку — делитель на два. Если последовательно соединить четыре триггера, то коэффициент деления схемы будет равен 2⁴ = 16.

Состояние ДДДЧ, т.е. число прошедших через него импульсов, зафиксированное положением триггеров этого счетчика, может меняться двумя путями, через два входа счетчика:

вход установки числа , соответствующего требуемой частоте настройки приёмника АРК, задаваемого с наборного устройства пульта управления параллельным двоично-десятичным цифровым кодом и записываемого во время установочного полуцикла при приходе импульса «Уст. 1»,

вход со стороны плавного гетеродина, по которому идет счет импульсов путем последовательного заполнения разрядов декад, начиная с младших разрядов, во время счетного полуцикла.

Для любой частоты настройки приёмника АРК существует определенное число = - = 80000— , где - полная емкость счетчика выбрана, а k — постоянный коэффициент пересчета.

Полная емкость счетчика выбрана = 80000 импульсов с учетом того, что максимальная частота следования импульсов определяется максимальной частотой настройки АРК, которая равна Гц. Так как длительность счетного полуцикла =40 мс, то через счетчик за это время должно пройти импульсов, что приблизительно и составляет 80000 импульсов.

Таким образом, для любой частоты настройки существует определенное , которое и записывается в счетчик до начала очередного счётного полуцикла. Отсюда следует, что полное заполнение счетчика связано с .

Работа СЧ-1 во время счётного полуцикла.

Напряжение гармонической формы с частотой плавного гетеродина реальной (текущей) (см. рис. 2 временная диаграмма 7) поступают на вход формирователя импульсов ФИ и преобразуется в импульсы остроконечной формы, следующие с этой же частотой .(см. рис. 2 временная диаграмма 4). Сформированные из колебаний плавного гетеродина импульсы поступают на вход счетчика импульсов ДДДЧ через ключевую схему.

Интервал времени, в течение которого открыта ключевая схема в каждом счётном полуцикле, определяется длительностью импульса , снимаемого с триггера управления ТгУ (см. рис. 2 временная диаграмма 3). Триггер управления в начале каждого цикла перебрасывается тактовым импульсом (см. рис. 2 временная диаграмма 2) из одного устойчивого состояния в другое, формируя задний фронт импульса (совпадающий с ). Под действием возникающего на выходе ТгУ перепада напряжения открывается ключевая схема и с этого момента начинается счетный полуцикл.

Таким образом, счет указанных импульсов открывается задним фронтом импульса , поступающего с ТгУ на вход разрешения счета первого триггера ДДДЧ. Закрывается счет - импульсом, поступающим с дешифратора ДШ на триггер ТгУ. Триггер управления, в свою очередь, перебрасывается в другое устойчивое состояние, формируя передний фронт импульса и закрывая ключевую схему.

Во время счётного полуцикла ДДДЧ работает в два этапа:

первоначально счетчик подсчитывает количество импульсов, соответствующих , и заполняется до полной емкости =80000 импульсов с учетом ввода , определяющего ,

затем подсчитывается постоянное число импульсов = 20000 импульсов, соответствующее .

За время счета ДДДЧ должен дополнительно просчитать 20000 импульсов, соответствующих , т.к. на вход счетчика поступают импульсы не с частотой настройки АРК на пеленгуемую радиостанцию, а с частотой плавного гетеродина. Как указывалось ранее, частота гетеродина выше частоты настройки приёмника АРК или сигнала пеленгуемой радиостанции на =500кГц. Поэтому = =

Факт заполнения счетчика ДДДЧ до полной емкости =80000 импульсов фиксируются триггером. Импульс с ТгФ поступает на ДШ. Это единичное состояние ТгФ сохраняется до момента поступления импульса “Уст.0”.

За это время счётчик ДДДЧ дополнительно просчитывает постоянное число импульсов , соответствующих промежуточной частоте . Момент времени подсчёта ДДДЧ постоянного числа импульсов = 20000 импульсов фиксирует дешифратор ДШ, который предназначен для обеспечения превышения частоты плавного гетеродина относительно частоты настройки приёмника АРК на величину равную 500кГц.

Дешифратор ДШ фиксирует факт полного заполнения счётчика ДДДЧ переменным числом импульсов, соответствующим , по единичному состоянию триггера ТгФ и факт прохождения через ДДДЧ постоянного числа импульсов, соответствующего , по состояние триггеров ДДДЧ.

По результатам указанной фиксации дешифратор вырабатывает импульс, который перебрасывает триггер управления TгУ в другое устойчивое состояние и формируется передний фронт импульса (см. рис. 2 временная диаграмма 3). Ключевая схема закрывается и счёт импульсов ДДДЧ прекращается.

После этого опять повторяется подготовительный (установочный) полуцикл, во время которого происходит установка нуля и запись в ДДДЧ.

Длительность сформированного измерительного импульса на выходе ТгУ зависит от величины и стороны отклонения частоты плавного гетеродина реальной (текущей) _тек к началу счётного полуцикла от требуемой _треб.

Если частота плавного гетеродина текущая равна требуемой, счет импульсов ДДДЧ происходит в течение времени, равного мс, а следовательно .

Если она ниже требуемой, т.е. импульсы гетеродина поступают реже, заполнение ДДДЧ произойдет позднее - через промежуток времени и наоборот, при превышении частоты - через промежуток . (см. рис. 2 временная диаграмма 3 для двух случаев: _тек.< _{треб., тек.}> _треб.).

С выходов ТгУ измерительные импульсы противоположной полярности поступают на две схемы сравнения CC-1 и CC-2. На выходе одной их схем сравнения при _тек.≠ _треб..возникают импульсы рассогласования ИР-1 или ИР-2 (см. рис. 2 временная диаграмма 5 для двух случаев), длительность которых равна разности и , причем, если (т.е. частота гетеродина ниже требуемой _тек.< _треб), импульс ИР-1 возникает, на выходе СС-1 и при обратном соотношении на выходе CC-2.

2.Исполнительная часть.

Исполнительная часть СЧ-2 предназначена для формирования и выдачи управляющего напряжения на варикапы тракта ВЧ и плавного гетеродина приёмника АРК, величина которого такова, что при воздействии всех факторов, влияющих на частоту гетеродина в данный момент, значение частоты гетеродина равно требуемой величине.

В состав СЧ-2 входят: зарядная (ЗЦ) и разрядная (РЦ) цепь, преобразователь длительности импульса в напряжение (ПДИН), усилитель постоянного тока (УПТ).

Основой исполнительной части СЧ-2 схемы формирования сетки гетеродинных частот или БСЧ является ПДИН. Преобразование длительности импульса в напряжение осуществляется изменением напряжения на ёмкости по двум цепям: зарядной ЗЦ и разрядной РЦ. Эта ёмкость включена на входе ПДИН таким образом, что изменение напряжения на выходе ПДИН пропорционально изменение напряжения на ёмкости.

Импульсы рассогласования ИР –1 или ИР-2 поступают со схем сравнения СС-1 или СС-2 по цепи заряда, либо разряда ёмкости преобразования соответственно.

Полученное на выходе ПДИН напряжение, возрастающее при ИР –1 или уменьшающееся при ИР –2 (см. рис. 2* временная диаграмма 6 для двух случаев) усиливается в УПТ. Далее поступает для управления варикапами тракта ВЧ и плавного гетеродина, обеспечивая заданную настройку приёмника АРК на частоту пеленгуемой радиостанции.

Поскольку период следования импульсов рассогласования не меняется (Т=80 мс), то время заряда (разряда), а, следовательно, напряжение на ёмкости пропорционально длительности этих импульсов.

Цепи заряда и разряда обеспечивает неизменность напряжения на ёмкости в периоды между поступлением ИР, а также во время их отсутствия.

Заключение

Литература

1. Вертоградов В.И. РЭО Л.А., часть I., М., Воениздат, 1979г.

2. Брицин М.И. Авиационные радиоэлектронные средства. М., Воениздат 1981г.

3. Смола А.Г. АРК, гл.II,Тамбов, ТВВАИУ им. Ф.Э.Дзержинского, 1982.

4. АРК-15М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, часть I.

Содержание

Введение 4

1. Измерительная часть 5

2. Исполнительная часть 15

Заключение 24

Литература 25