Дисциплина Основы радиолокации и построения ЗРК (ЗРС)

Дисциплина Основы радиолокации и построения ЗРК (ЗРС)

Тема № 9 «Автоматические системы РЛС» Занятие № 2 Автодальномер РЛС. Системы сопровождения по угловым координатам.

Учебные цели 1. Изучить устройство и принцип работы автодальномера РЛС. 2. Изучить устройство и принцип работы систем сопровождения по угловым координатам. 3. Воспитывать у студентов дисциплинированность и организованность в ходе занятия.

Литература ØЗаморин А. П. Вычислительные машины, системы, комплексы. Справочник, стр. 12 -32

Учебные вопросы: 1. Устройство и принцип работы автодальномера РЛС. 2. Системы сопровождения по угловым координатам.

Введение В импульсных РЛС, информация о дальности до объекта заключена во временном запаздывании отраженных сигналов относительно момента излучения зондирующих импульсов t 3, которое пропорционально измеряемой дальности: Dц = c*t 3/2 где с = 3*108 м/с – скорость распространения электромагнитных волн.

Устройство и принцип работы автодальномера РЛС Наибольшее применение в современных РЛС находит импульсный метод измерения дальности, основанный на измерении времени запаздывания отраженного сигнала по отношению к зондирующему сигналу. Dц = c*t 3/2 Измерение времени запаздывания сводится к фиксации момента формирования максимума отклика на выходе оптимального фильтра приемной системы РЛС относительно момента излучения зондирующего сигнала.

Структурно-необходимые элементы измерителя: - генератор полустробов, - измерительный элемент (ИЭ), - усилительно-преобразующее устройство (УПУ), - устройство управления формированием полустробов (СПЗ – схема переменной задержки).

Измерительным элементом системы является временной дискриминатор, представляющий собой схему из двух каскадов совпадения, двух интеграторов и сумматора (может быть и другой состав). Усилительно-преобразующее устройство содержит последовательное и параллельное корректирующие устройства, исполнительное устройство. Схема переменной задержки служит для вырабатывания импульса, задержанного относительно импульса запуска передатчика РЛС на величину, пропорциональную значению выходного сигнала исполнительного устройства. Обычно в качестве СПЗ используются фантастрон или управляемый фазовращатель.

Если в качестве исполнительного устройства используется электронный интегратор, а в качестве СПЗ фантастрон, то дальномер называется электронным. Если в качестве исполнительного устройства используется двухфазный асинхронный двигатель, а в качестве СПЗ фазовращатель на вращающемся трансформаторе, то дальномер называется электромеханическим. Крутизна характеристики определяется выражением Это означает, что при меньшей длительности зондирующего импульса чувствительность дискриминатора будет выше, а, значит, точность измерения будет также выше.

Вывод Принцип работы автодальномера состоит в следующем: При появлении сигнала рассогласования на выходе временного различителя образуется напряжение ошибки, которое управляет исполнительным двигателем, изменяющим задержку полустробов таким образом, что бы свести ошибку сопровождения к минимуму.

Системы сопровождения по скорости нашли широкое применение в ЗРК, использующих радиотехническое самонаведение зенитных управляемых ракет на цель. Основная задача таких систем состоит в измерении скорости сближения ракеты и цели в интересах обеспечения этой информацией устройства выработки команд контура наведения ЗУР. величина доплеровской поправки частоты для случая активного бортового координатора цели (активной радиолокационной головки самонаведения) составляет где Vr– радиальная скорость цели; – длина волны облучающего сигнала.

Структурная схема следящего измерителя скорости Автоселектор содержит: Ø управляемый гетеродин; Ø устройство управления, которое перестраивает частоту управляемого гетеродина; Ø частотный детектор; Ø коммутатор; Ø схемы поиска и захвата по частоте.

Для исключения захвата сигнала, отраженного от земной поверхности, в режиме «Поиск» в устройстве захвата цели анализируется пространственный спектр (ПС) доплеровского сигнала, который имеет существенные различия для сигналов, отраженных от цели и земной поверхности. Для построения такого спектра применяют дискретное или быстрое преобразование Фурье принимаемого сигнала радиолокационным приемником.

Служебный сигнал «Остановка поиска» служит для прекращения перестройки частоты а служебная команда «Р 1» для разрешения анализа по величине «сигнал-шум» . Если эта величина достаточна, то вырабатывается команда «Р 2» , разрешающая анализ пространственного спектра сигнала. При его соответствии спектру сигнала реальной цели вырабатывается команда «ЗАХВАТ» , по которой замыкается кольцо слежения по частоте Доплера. При этом коммутатор подключает выходной сигнал частотного детектора к устройству управления.

Системы сопровождения по угловым координатам. Принцип построения координаторов цели ССЦ Метод пеленгации выбирается в зависимости от назначения ССЦ и требований, предъявляемых к ней. В ССЦ ЗРК измерение координат цели осуществляется координаторами целей (КЦ). Координаторы цели бывают двух типов: следящие и неследящие с фиксированной осью. Наиболее широкое распространение получили следящие координаторы, осуществляющие ручное или автоматическое слежение (сопровождение).

Координаторы цели следящего типа представляют собой замкнутую следящую систему автоматического регулирования, работающую по отраженным сигналам, несущим информацию об угловом положении цели. Измерительным элементом угломера является пеленгационное устройство, включающее антенну, приемник и угловой дискриминатор. Исполнительным элементом является силовая система, отрабатывающая сигнал ошибки, обычно электродвигатель.

Координатор цели с коническим методом пеленгации Сущность конического метода пеленгации заключается в том, что в результате вращения вокруг оси РСН, смещенной на некоторый угол диаграммы направленности, происходит амплитудная модуляция отраженных от цели сигналов по гармоническому закону с частотой вращения Ωск. Величина углового отклонения цели от оси вращения (РСН) пропорциональна амплитуде модуляции, а знак – ее фазе. Для получения величины этого отклонения необходимо иметь, как минимум, один период колебания модуляции (Тск), поэтому такие координаторы называются координаторами с интегральной равносигнальной зоной.

Структурная схема измерителя угловых координат с коническим методом пеленгации Достоинством конического метода пеленгации является простота технической реализации. Недостатки конического метода пеленгации: Øнизкая точность определения угловых координат за счет методической ошибки; Øодноканальные координаторы с коническим сканированием не защищены от угловых ответных помех, создаваемых противником.

Координатор цели с моноимпульсным методом пеленгации Моноимпульсные координаторы используют метод одновременного сравнения сигналов и относятся к пеленгаторам суммарно-разностного типа, которые могут быть построены по амплитудному, фазовому и амплитудно- фазовому принципу. Наиболее проста реализация амплитудного принципа. Сущность амплитудного моноимпульсного метода пеленгации заключается в том, что сравниваются две амплитуды сигнала цели, принятого двумя разнесенными на 2α 0 диаграммами направленности.

Геометрия моноимпульсной пеленгации На равносигнальном направлении амплитуда разностного сигнала равна нулю. При отклонении ЛВЦ от РСН на угол Δα появляется разностный сигнал Δ (Δα), амплитуда которого зависит от значения Δα, а фаза – от знака отклонения и может либо совпадать с фазой суммарного сигнала, либо находиться с ним в противофазе. Такое изменение фазы разностного сигнала по отношению к суммарному определяется устройством моноимпульсного облучателя. Знаки «–» и «+» свидетельствуют о противоположности фаз сигналов в этих

Структурная схема амплитудного моноимпульсного координатора Для измерения двух углов ε и β необходимы четыре облучателя и четыре кольцевых моста, которые позволяют получить две разностных и одну суммарную ДН. Кроме того, необходимо иметь три приемных канала и два дискриминатора.

Основные преимущества моноимпульсных систем – нечувствительность к амплитудным флюктуациям сигналов, а также эффективное использование раскрыва антенны. Недостатки моноимпульсных систем: Øувеличение количества приемных каналов (минимум три); Øвысокие требования к идентичности приемных каналов; Øневозможность применения когерентно-импульсной системы СДЦ для защиты от пассивных помех, так как применение этой системы защиты от пассивных помех ведет к потере угловой информации, содержащейся в амплитуде и фазе принимаемых сигналов. В обоих случаях преопрозование информации и в системе СДЦ, и в угловом координаторе осуществляется с помощью фазовых дитекторов.

Координаторы цели с моноконическим методом пеленгации Структурная схема системы координатора с моноконическим методом пеленгации В такой системе также используется мгновенный способ сравнения сигналов, принятых разнесенными ДН антенны с помощью моноимпульсного облучателя. При этом используется информация, заложенная как в амплитудах, так и в фазах принимаемых сигналов. Чтобы сохранить информацию об угловом положении цели, содержащуюся в амплитуде и фазе сигналов СВЧ, ее преобразуют в амплитуду и фазу низкочастотной огибающей принимаемых сигналов, которая не разрушается при обработке в системах СДЦ.

Достоинства метода: 1. Высокая точность измерения угловых координат (0 - 03– 0 -04 д. у. ). 2. Позволяет разделить сигнал ответной угловой помехи от сигнала от цели. 3. Внутреннее сканирование избавляет антенное устройство от быстро вращающихся элементов, а также обеспечивает скрытность. 4. Позволяет использовать когерентно-импульсную систему СДЦ для защиты от пассивных помех.