Рсп сантиметрового диапазона

Основная часть РСП СД - угломерная подсистема, включающая азимутальный (АРМ) и угломестный (УРМ) радиомаяки, работающие поочередно на одной несущей частоте f ₀ 5ГГц ( 6 см).

В РСП СД реализуется импульсный (временной) метод измерения угловых координат ЛА  где  (в АРМ) или  (в УРМ), заключающийся в измерении (цифровым методом) интервала  между импульсами C ₁ я С ₂, принимаемыми на ЛА при проходе ДНА радиомаяка через точку приема (рис. 7.3). Антенна радиомаяка излучает непрерывный немодулированный сигнал, а ее ДНА сканирует в плоскости утла (в горизонтальной плоскости в АРМ или в вертикальной плоскости в УРМ) со скоростью обычно равной = 0,02 °/мкс.

Рис. 7.3. Зона сканирования ДНА УРМ (а), временная диаграмма сканирования (б) и принимаемые сигналы (в) в угломестном канале РСП СД

ДНА радиомаяков АРМ и УРМ по полю имеют вид

где - ширина ДНА по уровню 0,7 (-3 дБ) от максимума значение которой порядка нескольких градусов.

При такой ДНА сигналы С ₁и С ₂представляют собой импульсы с оги­бающей, повторяющей форму ДНА и длительностью

Информативный параметр в РСП СД - интервал времени

В бортовой аппаратуре РСП СД интервал сравнивается с заданным для данного ЛА временем соответствующим при нахождении ЛА на оптимальной для него ТЗП. Отклонение ЛА от этой ТЗП

Для определения интервала а следовательно и  можно использовать соотношение

где - сектор сканирования ДНД;  - угловая координата ЛА; Т _пз - длитель­ность паузы между сканированиями ДНА в прямом и обратном направлениях.

Влияние отражений от местных объектов в РСП СД проявляется в зна­чительно меньшей степени, чем в РСП МД в силу сканирования и на порядок меньшей ширины ДНА. Появление отраженного от МО сигнала приводит к смещению точки отсчета и интервала на переднем фронте импульса С ₁и на заднем фронте импульса С ₂(рис. 7.4), а следовательно к погрешности  определения отклонения ЛА от ЗТП.

Рис.7.4. Смещение точки отсчета ТО при интерференции синфазных сигналов от РМ и МО

Наибольшего значения погрешность достигает при разности угловых по­ложений ЛА и МО  когда максимум отраженного сигнала со­ответствует точке отсчета (ТО) интервала  Можно считать, что при

погрешность  отсутствует, если МО точечный.

Значение  можно определить, найдя крутизну фронта импульса S _ф, оп­ределяемую крутизной ДНА в ТО на уровне 0,7 от максимума сигнала (т.е. в точке отсчета интервала )

где U _пуровень напряжения помехи от МО в точке, соответствующей ДНА на уровне 0,7 от максимума.

ДОПЛЕРОВСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ И РАДИОВЫСОТОМЕРЫ МАЛЫХ ВЫСОТ

Справочный материал

Измерители скорости (ДИС)

Доплеровский сдвиг частоты (доплеровская частота)

где V - скорость ЛА; - длина волны сигнала, излучаемого ДИС; - угол ме­жду вектором скорости V и направлением прихода отраженного сигнала.

Величина V _r =Vcos - радиальная скорость.

Антенна ДИС - обычно прямоугольная ФАР с размерами l_x и l_z =0,5 l_x, формирующая трех лучевую -образную ДНА.

Установочные углы лучей (рис. 8.1) в вертикальной плоскости В₀ и горизонталь­ной плоскости Г₀, а также в наклонных плоскостях  и V₀ должны выдерживаться строго постоянными, так как их значения определяют измеряемый сдвиг частоты F _д При заданных В₀ и Г₀ углы   и   опреде­ляются из соотношений:

Масштабные коэффициенты М _i (размерностью (м/с)/Гц), определяющие связь где  и  - СКП измерения V и Fд приведены в табл. 8.1.

Рис. 8.1. Установочные углы луча ДНА ДИС

Таблица 8.1.

мх	Mz	м,

Ширина ДНА, т.е. ширина каждого из лучей ДИС, определяет ширину спектра доплеровского сигнала, а следовательно и точность ДИС, и рассчитывается в связанной с носителем ДИС координатной системе ХУ Z. В вертикальных плоскостях, параллельных осям X и Z ширина ДНА  равна

Для нахождения  в наклонных плоскостях, содержащих углы  и В₀, (при <10°) используют приближенные соотношения:

Коэффициент усиления антенны ДИС

где  - коэффициент, полезного действия антенны, а значения .и  подстав­ляются в градусах.

Ширина спектра доплеровского сигнала, формируемого в результате гео­метрического сложения спектров, обусловленных конечной шириной ДНА в плоскостях углов  и  определяется как

где  а составляющие  и  характеризуют расширение спектра из-за влияния вертикальной скорости ЛА:

В этих формулах значение  и  заданы в градусах.

Эквивалентная спектральная плотность флуктуации (на нулевой часто­те) на выходе частотного дискриминатора (ЧД) измерителя частоты ДИС, вызы­ваемых шумом, действующим на входе ЧД, равна

где М _i - масштабный коэффициент при i =х,у, z;   - ширина спектра флуктуации на входе ЧД (считается, что  определяется полосой пропускания соответствующего фильтра, равной ширине спектра сигнала ), a F (q)- функ­ция, характеризующая зависимость G_э от отношения сигнал/шум q на входе ЧД:

 

График этой функции приведен на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Зависимость эквивалентной спектральной плотности G _э от отношения сигнал/шум q

Полная погрешность ДИС  где  - флуктуационная шумовая погрешность, вызываемая флуктуа-циями на входе ЧД;  - методическая флуктуационная погрешность, определяемая шумовым характером спектра доплеровского сигнала;  - погрешность смещения средней частоты доплеровского сигнала из-за влияния характера отражающей поверхности.

Флуктуационная шумовая погрешность

где - полоса пропускания изме­рителя частоты ДИС.

В неследящих измерителях   F _и=1/ T _н, где Т _н - время наблюде­ния сигнала (в многоканальных ДИС T _н=10с).

Флуктуационная методическая погрешность не зависит от q и определяется как

Погрешность смещения

Относительные значения по­грешности смещения определяются из соотношений:

где - крутизна функции описывающей изменение удельной эффективной площади рассеяния отражающей поверхности в точке, соответствующей углу В₀ (оси ДНА) в децибелах на градус, определяется но графику, приведенному на рис. 8.3

Рис. 8.3. Зависимость удельной эффективной площади рассеяния (ЭПР) морской поверхности от угла В₀ при различном уровне волнения моря l _м

Коэффициент развязки передающего и приемного трактов ДИС опреде­ляется соотношением

где - допустимое или расчетное увеличение коэффициента шума приемни­ка из-за шумов, вносимых просочившимся сигналом, k Т 4 10"²¹ Вт/Гц - произведение постоянной Больцмана на шумовую температуру приемного тракта (принято, что Т = 293° К); k _ПС, зависящий от частоты коэффициент уменьшения отношения суммарной спектральной плотности боковых составляющих шума генератора ДИС и вибрационных шумов (в полосе 1 Гц) к мощности составляющей на несущей частоте; P₁ - мощность генератора ДИС. Приемлемое при реализации ДИС значение k _p -90 дБ.

Частотная модуляция (ДИС ЧМ) позволяет уменьшить влияние просачи­вающегося сигнала передатчика на чувствительность приемного тракта и тем самым снизить требования к развязке:

где индексы «ЧМ» и «ИМ» относится соответственно к ДИС с ЧМ и ДИС с не-модулированным сигналом; k_f = nF _м/ F ₀ - отношение частоты рабочей гармо­ники частоты модуляции (промежуточной частоты ДИС ЧМ) к Р ₀=10 кГц, а k _чм- коэффициент, характеризующий энергетический проигрыш ДИС ЧМ по сравнению с ДИС НМ. Этот коэффициент, равен

где [ J_n (m _чм)]_mах - амплитуда n -й гармоники частоты модуляции преобразован­ного сигнала (сигнала на выходе первого смесителя приемного тракта ДИС); l _ЧМ - коэффициент потерь из-за влияния частотной модуляции. В табл. 8.2 для примера даны значения коэффициентов k _чми k_f а также составляющие l _чм для первых трех гармоник частоты модуляции при F _M=1 МГц.

Таблица 8.2

п	Jn (m чм) mах	L чм, дБ		k чм	kf
1	0,56	8		0,4618	100
2	0,48	10		0,304	200
3	0,43		12	0,266	300

Параметры зондирующего сигнала ДИС ЧМ можно рассчитать по задан­ному ослаблению рабочей гармоники просачивающегося сигнала J_n (m _пc), где m _пc–индекс частотной модуляции этого сигнала; п - номер рабочей гармоники. Девиацию частоты можно найти, воспользовавшись асимптотическим представлением функции Бесселя при малом аргументе:

где - девиация частоты;  - время задержки просочившегося сигнала при распространении от передатчика до приемника.

Оптимальный индекс частотной модуляции зондирующего сигнала

(m _чм1 ) _опт = 0,5(n +2).

Частота модуляции Однозначное измерение F _д, а следовательно и скорости, возможно только при F _д < 0,5 F _M.

Слепые высоты определяются из соотношения

где k = 1, 2, 3,..., и повторяются через интервал определяемый этой формулой при k =1.

Неследящий частотный радиовысотомер (РВ)

Зондирующий сигнал - непрерывный с симметричной пилообразной частотной модуляцией (СПЧМ).

Длина волны определяется из соотношения

где d _a- размер апертуры антенны; - ширина диаграммы направленности. Девиация частоты = с/(4 H ₀), где H ₀ - дискрет по высоте.

Частота модуляции F _м=1/ T _м, где =2 H _mах/с.

В задачнике принято, что

Преобразованный сигнал (ПРС) - сигнал разностной частоты

где f _изл и f _прм частоты излучаемого и принимаемого сигналов. Разностная часто­та F _p- информативный параметр неследящего частотного РВ: H = M_FF _p, где  - масштабный коэффициент

Ширина спектра ПРС

где  - эквивалентная ширина ДНА РВ.

Полная погрешность

составляющие которой определяются из следующих соотношений: флуктуационная шумовая погрешность

где  - коэффициент неоптимальности обработки сигнала;

q - отношение сигнал/шум на измеряемой высоте; - полоса пропускания приемного тракта (обычно );  - полоса пропускания измерителя частоты F _p, обратная времени наблюдения сигнала T _н; методическая флуктуационная погрешность

погрешность смещения

погрешность дискретности отсчета частоты

Следящий частотный РВ

Некоторые параметры следящего частотного РВ определяются теми же соотно­шениями, что и в неследящем РВ. К числу таких параметров относятся: длина волны  дискрет по высоте H ₀, девиация частоты  ширина спектра преобразованного сигнала  масштабный коэффициент по частоте M _F и методи­ческая погрешность

Зондирующий сигнал - непрерывный с несиметричной пилообразной частотной модуляцией (НСПЧМ) и пе­ременной модулирующей частотой F _M. Период модуляции Т _м = 1 / F _мявляется информативным параметром РВ:

H = M_TT _М,

где  - масштабный коэффициент по периоду.

Преобразованный сигнал (ПРС) в режиме поиска по высоте имеет пере­менную разностную частоту которая изменяется до тех пор, пока F_p не станет примерно равной F _p0, когда ПРС попадет в полосу пропускания  узкополосного фильтра, сработает обнаружитель и РВ перейдет в режим слежения за высотой (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Изменение периода модуляции Т_м (а) и разностной частоты F_p (б) в режиме поиска при длительности поиска Т_П

В режиме слежения F _p = F _{p 0} = const. При этом текущее значение периода модуляции  

Оптимизация следящего измерителя частоты (СИЧ) радиовысотомера выполняется для определенной высоты Н _опт, на которой требуется минимальное значение суммарной погрешности СИЧ:

где  и  - флуктуационная и динамическая погрешности СИЧ, определяе­мые из табл. 8.3.

Таблица 8.3

СА
1
2

Первая колонка таблицы соответствует степени астатизма (СА) СИЧ. Обозначения v _H и а _H - скорость и ускорение по высоте, а  - оптимальная полоса пропускания СИЧ.

Рекомендуется принять постоянную времени инерционного звена Т ₂ = 1с. В оптимальном режиме

Эквивалентная спектральная плотность (на нулевой частоте) флуктуа­ции на выходе частотного дискриминатора СИЧ

где q _э = q ²/(1+ q) - эквивалентное значение отношения сигнал/шум q на входе СИЧ.

Полная погрешность РВ

Погрешность смещения

Флуктуационная методическая погрешность

Погрешность - следствие составляющей скорости V_H:

Основные параметры измерителя периода модуляции - информативного параметра сигнала следящего частотного РВ. Цена младшего разряда кода высоты

где  - суммарная погрешность следящего измерителя;  - погрешность дискретности отсчета Т _м.

Период следования счетных импульсов цифрового измерителя

где М _г - масштабный коэффициент по периоду. Емкость счетчика счетных импульсов

N _сч= T _мmах/ T _си,

где T _мmах - максимальное значение периода модуляции.