Теория и техника радиолокации и радионавигации (стр. 26 )

Выводы по главе:

Основными параметрами, характеризующими эффективность выбранного метода обзора, являются среднее время до обнаружения цели и среднее время между соседними ложными обнаружениями (средняя частота ложных тревог).

Обзор элементов рабочей зоны РЛС может производиться последовательно во времени (последовательный обзор) или одновременно (параллельный или одновременный обзор). Применяется также комбинированный параллельно-последовательный метод обзора. При параллельном обзоре обработку сигналов осуществляют одновременно во всех элементах разрешения зоны обзора, поэтому обнаружение цели происходит сразу при ее появлении в зоне обзора РЛС. Однако малое время обзора при параллельном способе достигается существенным усложнением оборудования, поэтому при допустимом времени обзора рабочей зоны РЛС используют и более простые в реализации методы последовательного и параллельно-последовательного обзора. Эти ограничения могут быть ослаблены при переходе от равномерного обзора к программируемому на основе априорных данных (например, о вероятности появления цели на том или ином направлении) или к адаптивному. При адаптивном последовательном обзоре на основе результатов анализа на предшествующих этапах изменяется очередность, время анализа различных элементов рабочей зоны или энергия, излучаемая в том или другом направлении. Управление параметрами обзора осуществляется специальным устройством анализа, выявляющим направления наиболее вероятного наличия цели. При параллельном обзоре адаптация сводится к автоматическому увеличению энергии излучения РЛС, если при работе в нормальном (дежурном) режиме появилось подозрение на наличие цели в рабочей зоне РЛС.

Вопросы для самоконтроля:

Вопрос 1. Назовите основные характеристики РЛС, влияющие на выбор способа обзора заданной рабочей зоны.

Какие параметры характеризуют эффективность выбранного метода обзора?

Вопрос 2. В чем отличие винтового и спирального методов последо­вательного обзора пространства?

Вопрос 3. В чем отличие параллельного, последовательного и параллельно-последовательного методов обзора?

Каковы пути снижения времени обзора заданной рабочей зоны РЛС?

Вопрос 4. В чем суть управляемого по программе и адаптивного способа обзора?

Методические рекомендации.

Изучив материал главы, ответьте на вопросы. При возникновении трудностей обратитесь к материалам для закрепления знаний в конце пособия. Для углубленного изучения воспользуйтесь литературой: основной: 1 – 2; дополнительной: 4 – 6 и повторите основные определения, приведенные в конце пособия.

ГЛАВА 9. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

9.1. Методы измерения рассстояния

Измерение времени запаздывания производят в пределах априорного интервала ∆τз, вырабатываемого устройством поиска, и рассматривают как статистическую задачу измерения параметра τ при определенных ограничениях, накладываемых на модели сигналов и помех. Сигналы, применяемые в РНС, представляют собой периодические последовательности радиоимпульсов, интенсивность которых за время радионавигационного сеанса практически не меняется. Продолжительность интервала наблюдения позволяет найти число п периодов сигнала, используемых для измерения радионавигационного параметра. Если предположить, что измеряемый параметр τ сохраняет свое значение в продолжение всего времени наблюдения, то в качестве модели сигнала можно принять периодическую последовательность когерентных радиоимпульсов с постоянным временем запаздывания и неизвестной начальной фазой. В общем случае период сигнала содержит N элементарных радиоимпульсов. Далее ограничимся рассмотрением задачи измерения τ для модели сигнала в виде периодической последовательности одиночных (N= l) радиоимпульсов при действии аддитивного нормального белого шума. Для когерентной последовательности радиоимпульсов со случайной фазой функцию правдоподобия можно представить в виде

W(y(t)/τ) = kI0(2Z(τ)/N0), (9.1)

где Z(τ) = огиб (9.2)

- огибающая суммы реализаций смеси сигнала с шумом на выходе фильтра, согласованного с одиночным радиоимпульсом; k — коэффициент, не зависящий от τ.

Рис. 9.1. Структурные схемы измерителей, где СФ — фильтр, согласованный с одиночным радиоимпульсом; Д — детектор огибающей; ДЦ— дифференцирующая цепь; БО — блок оценки; ∑н —накапливающий сумматор.

Оценка по максимуму правдоподобия может быть найдена из соотношения

(9.3)

называемого уравнением правдоподобия. Удобно задачу измерения времени запаздывания радиосигнала свести к задаче измерения времени запаздывания видеосигнала. Практически это можно реализовать с помощью когерентного демодулятора или синхронного детектора. Структурная схема измерителя с синхронным детектором (СД) приведена на рис. 9.1,6. Опорное напряжение для синхронного детектора вырабатывается системой ФАПЧ. Фаза опорного напряжения совпадает с фазой поступающего на вход СД сигнала, что позволяет считать преобразование радиосигнала в видеосигнал в схеме СД линейным. Из рис. 9.1, а, б следует, что оптимальная обработка когерентных последователей радиоимпульсов включает операцию суммирования реализаций непосредственно после фильтра, согласованного с одиночным радиоимпульсом, или после синхронного детектора. Эти операции увеличивают отношение сигнал/шум в раз. Следовательно, формула для дисперсии оптимальной оценки принимает вид

(9.4)

где q = q0 — отношение сигнал/шум на выходе сумматора. Выражение (9.5) определяет минимальную дисперсию оценки τ при когерентной обработке пакета из п радиоимпульсов. Заметим, что, используя это же выраже­ние, можно оценить дисперсию т при некогерентной обработке (рис. 9.1, в) того же пакета радиоимпульсов. Для этого достаточно воспользоваться формулой для отношения сигнал/помеха на выходе детектора огибающей

(9.5)

Сопоставив выражения (9.4) и (9.5), заметим, что одинаковая точность измерения в условиях сильных помех - может быть достигнута увеличением времени наблюдения в 4/qо4 раз при некогерентной обработке по сравнению с когерентной. Например, при q0=0.1 проигрыш во времени наблюдения составит 400 раз. Здесь уместно повторить вывод, сделанный ранее некогерентная обработка слабых сигналов нецелесообразна. Поэтому в том случае, когда режим слабого сигнала неизбежен (космическая радиосвязь, радионавигационные системы со сложными сигналами и т. п.), необходимо обеспечить когерентный прием пакета радиоимпульсов.

Принципы построения следящих измерителей

Следящие измерители, предназначенные для оценки времени запаздывания сигналов РНС, выполняются в виде когерентных или некогерентных систем АПВ. Примером когерентной АПВ может служить используемая в аппаратуре потребителей средневысотных СРНС следящая система. Упрощенная структурная схема когерентной системы АПВ приведена на рис. 9.2. Ее особенностью является применение когерентного (синхронного) детектора. В качестве опорного колебания этого детектора используют напряжение Um0 sin(2Kfct — ), пода­ваемое от цепи ФАПЧ. В связи с тем что фаза опорного колебания совпадает с фазой ф сигнала XG (t – τ)sin(2πfc - φ), преобразование входного радиочастотного колебания в видеосигнал можно считать линейным. С выхода когерентного детектора видеосигнал поступает на временной дискриминатор, управляемый опережающей XG(t -+∆/2) и отстающей XG(t --∆/2) селектирующими последовательностями. Сигнал ошибки на выходе временного дискриминатора, а следовательно, и на выходе фильтра нижних частот пропорционален разности запаздываний (τ — ) = ∆t При достаточно малом ∆ (∆<<Т0) сигнал ошибки пропорционален производной

. Сигнал ошибки поступает на петлевой фильтр, который имеет первый порядок астатизма.

Рис. 9.2.Структура следящего измерителя

Оценку же динамических параметров (скорости, ускорения) осуществляют в цепи ФАПЧ и вводят в результирующую оценку РНП путем простого пересчета. С выхода петлевого фильтра управляющее воздействие поступает на исполнительное устройство, функции которого выполняет ГУН тактовой частоты (1/T0). Тактовые импульсы подают на генератор кода, вырабатывающий две сдвинутые во времени друг относительно друга на ∆ последовательности дальномерного кода, выполняющие функции селектирующих последовательностей в схеме временного дискриминатора. С генератора кода снимают также последовательность XG(t -), время запаздывания которой и является оценкой τ в проанализированной системе АПВ.

Частотные дальномерные системы. Применение частотной модуляции (ЧМ) излучаемого сигнала позволяет создать дальномер с непрерывным излучением, обладающий высокой точностью и разрешающей способностью при измерении дальности. При этом сохраняется возможность измерения скорости движения объекта доплеровским методом. Определение дальности частотным методом сводится к измерению изменения частоты излучаемых колебаний за время распространения сигнала до отражающего объекта и обратно. Если частота излучаемых колебаний fи изменяется непрерывно по линейному закону со скоростью то приращение частоты излучаемых колебаний за время распространения сигнала τD = 2D/c составит ∆fи = υ τd. Измеряя разность частот излучаемых и принимаемых колебаний ∆fи = fи - fс = FD, определим дальность объекта: (9.6)