Система автоматического слежения по направлению

 

Изменение угловых координат движущихся объектов осуществляется системой автоматического сопровождения по направлению (АСН).

Направление на объект определяется двумя угловыми координатами: азимутом (угол в горизонтальной плоскости) и углом места (в вертикальной плоскости). Если с неподвижным основанием антенны совместить систему координат, то угловое положение антенны относительно этого основания определит азимут объекта в горизонтальной плоскости и угол места объекта в вертикальной. Для обеспечения поворота антенны в двух плоскостях выходных оси двигателей азимутальной и угломестной следящих систем соединены с антенной посредством карданного повеса.

Система АСН состоит из приемопередающего устройства, направленной антенны и двухканального следящего привода этой антенны, посредством которого осуществляется поворот антенны в двух плоскостях – азимутальной (горизонтальной) и угломестной (вертикальной).

Таким образом, система АСН состоит из двух следящих систем, в каждой из которых входной величиной является угловая координата (азимут или угол места) движущегося объекта, а выходной величиной – угол, определяющий положение равносигнального направления (РСН) в азимутальной или угломестной плоскости.

В АСН применяют антенны направленного действия (параболические зеркальные или антенные решетки). Антенная система АСН совместно с приемопередающим устройством образует угловой дискриминатор (УД). Пеленгационная характеристика АСН в каждом канале формируется обычно из двух диаграмм направленности (ДН), смещенных относительно РСН на некоторый угол (рис. 3.21а).

На рис. 3.21б показано, как из исходных ДН f ₁(q) и f ₂(q) получаются суммарная f ₊(q) и разностная f _–(q) ДН. Из графика f _–(q) видно, что разностная ДН напоминает дискриминационную характеристику.

В результате в итоговой ДН сформировано РСН, обладающее тем свойством, что при совпадении его с направлением на объект ошибка на выходе УД будет равна нулю. При смещении объекта относительно РСН (Dq) возникает угловое рассогласование x (t), и на выходе УД появляется напряжение ошибки U_д (t), пропорциональное рассогласованию:

U_д (t) = k_УД x (t) = k_УД Dq, (3.21)

где k_УД – коэффициент преобразования УД, а Dq – угловое смещение объекта наблюдения (например, в канале угла места) относительно РСН.

На рис. 3.22 приведена функциональная схема одного из каналов АСН, состоящая из УД, усилителя (У) и исполнительного двигателя (ИД) с редуктором (Р), управляющими положением антенны (А).

Для получения необходимых динамических характеристик следящей системы в ее состав введено корректирующее устройство К_кор, которое состоит из тахометрического моста, вырабатывающего напряжение, пропорциональное скорости вращения ротора ИД, дифференцирующей цепи и представляет собой цепь гибкой обратной связи (связи по ускорению), охватывающей У и ИД следящей системы.

Возникающее в результате движения объекта рассогласование x (t) (или Dq) преобразуется УД в напряжение ошибки U_д (t), которое поступает на вход усилителя (У) следящей системы. Под действием этого напряжения ротор двигателя (ИД) начинает вращаться, поворачивая через редуктор (Р) антенну (А) в соответствующей плоскости в сторону уменьшения рассогласования.

ИД с редуктором совместно со следящей антенной представляют собой неизменяемую часть системы АСН с заданными динамическими характеристиками, поэтому в качестве объекта управления системы АСН в динамическом отношении целесообразно рассматривать не саму антенну, а антенну и ИД с редуктором как единое целое. При этом динамические свойства антенны (момент инерции относительно выходной оси следящей системы и т. п.) учитывают при расчете постоянной времени ИД.

В зависимости от способа формирования РСН УД системы АСН подразделяют на две группы: УД с последовательным сравнением сигналов (УД с интегральным РСН) и УД с одновременным сравнением сигналов (УД с мгновенным РСН).

В УД первого типа антенной АСН формируется одна вращающаяся ДН, максимум которой смещен от продольной оси антенны (сечение этой ДН совпадает с ДН на рис. 3.21а). Если направление на цель совпадает с РСН, то цель облучается импульсами одной и той же мощности, поэтому амплитуда отраженных от нее импульсов будет постоянной. Если же движущийся объект смещается от РСН, то в моменты времени, разделенные интервалом времени, равному половине периода сканирования, отраженные от цели импульсы будут иметь различные амплитуды. В итоге на выходах фазовых детекторов выделяется напряжение разности отраженных от цели импульсов. Анализ амплитуды и фазы полученного сигнала позволяет определить рассогласование с РСН и выполнить подстройку положения антенны в соответствующих каналах.

В моноимпульсных УД прием отраженных от цели сигналов осуществляется одновременно четырьмя антеннами (по две для пеленгации цели в каждой плоскости), и для каждой плоскости формируется свой независимый канал. В отличие от предыдущего типа УД, амплитудные флуктуации отраженного сигнала не влияют на точность измерения угла рассогласования. Упрощенная схема УД моноимпульсной АСН представлена на рис. 3.23.

 

Сформированные суммарная f ₊(q) и разностная f _–(q) ДН поступают на соответствующие входы смесителей СМ, после фильтрации и усиления в УПЧ полученные сигналы сравниваются фазовым детектором (ФД).

U_д (Dq)= k₀ F(q) = k₀ f _–(q) / f ₊(q) = k_УДk₀ Dq. (3.22)

Суммарная ДН позволяет нормировать пеленгационную характеристику при разных уровнях сигнала от целей и может быть использована в петле АРУ. Кроме того, для АРУ можно использовать информацию об изменении дальности цели от системы АСД.

Еще одна реализация АСН может быть построена на основе системы антенн, разнесенных в пространстве (разнесенный прием). В этом случае при отклонении цели от РСН будут различаться фазовые набеги в каналах приема, что используется для дальнейшей обработки и подстройки положения ДН антенн аналогично системам, рассмотренным выше (рис. 3.24).

Список рекомендуемой литературы:

[ 1, с. 7-18, 24-35; 2, с. 6-44; 4, с. 11-22, 33-42; 5, с. 45-73; 6, с. 52-72; 7, 8; 15, с. 4-20; 18, с. 11-30; 24, 26; 27, с. 25-32, 60-170; 28 – 36 ].

Контрольные вопросы

1. Для чего вводится обобщенная следящая САУ?

2. Назовите основные блоки обобщенной следящей САУ.

3. Запишите ПФ обобщенной следящей САУ по ошибке.

4. Запишите ПФ по возмущению обобщенной следящей САУ.

5. Объясните понятие «главная ПФ».

6. Чем отличаются характеристики разомкнутой и замкнутой САУ?

7. Опишите систему ФАПЧ.

8. Опишите систему ЧАП.

9. Дайте сравнительную характеристику ФАПЧ и ЧАП.

10. Опишите основные разновидности системы АРУ.

11. Дайте сравнительную характеристику прямой и обратной АРУ.

12. Какую амплитудную и регулировочную характеристику желательно реализовать в АРУ?

13. Дайте сравнительную характеристику основным разновидностям обратных систем АРУ.

14. Дайте характеристику системы сопровождения цели по дальности.

15. Опишите систему углового сопровождения цели.

16. Дайте характеристику системы слежения за временным положением импульса.

17. Опишите систему настройки контуров.

18. Приведите примеры построения дискриминаторов РАС различных типов.

19. Опишите основные участки дискриминационных характеристик.

20. Приведите примеры объектов управления РАС различных типов.

21. Как используется петля ЧАП в радиотехнических устройствах?

22. Приведите примеры использования петли ФАПЧ в радиотехнических системах.