close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kulygina

код для вставкиСкачать
МИНИcТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
КОМАНДНЫХ СИСТЕМ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ
ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ
Методические указания
к курсовому проектированию
Санкт-Петербург
2010
Составитель Л. А. Кулыгина
Рецензент
кандидат технических наук, доцент, декан факультета
радиотехники и связи СПбГУАП А. Р. Бестугин
Методические указания содержат общие требования к курсо­
вому проекту по дисциплине федерального цикла «Радиосистемы
управления», основные методы проектирования и расчета такти­котехнических характеристик командных систем радиоуправления, рекомендации по оформлению пояснительной записки, бланк
задания.
Указания предназначены для студентов специальности 210304
(201600) «Радиоэлектронные системы» дневной формы обучения.
Подготовлены кафедрой медицинской радиоэлектроники и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом СанктПетербургского государственного университета аэрокосмического
приборостроения.
Редактор А. В. Подчепаева
Верстальщик И. Н. Мороз
Сдано в набор 26.05.10. Подписано к печати 08.11.10. Формат 60×84 1/16.
Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,2. Уч.-изд. л. 2,4.
Тираж 100 экз. Заказ № 518.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения (ГУАП), 2010
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания предназначены студентам
5-го курса специальности 210304 (201600) «Радиоэлектронные
системы» для выполнения курсовой работы по дисциплине «Радиосистемы управления».
Целью дисциплины «Радиосистемы управления» является изложение назначения, принципов построения и основ проектирования
систем радиоуправления и входящих в их состав радиосредств.
Задачи дисциплины состоят в изучении общих положений теории радиоуправления различными системами и процессами, структурных и функциональных схем радиосистем управления, их показателей качества, основ анализа и синтеза.
Задачей курсового проектирования является ознакомление студентов с методами проектирования и расчета тактико-технических
характеристик командных систем радиоуправления, закрепление
теоретического лекционного материала.
1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
СИСТЕМ КОМАНДНОГО РАДИОУПРАВЛЕНИЯ
В системах командного радиоуправления (КРУ) [1, 2] команды
вырабатываются на пункте управления и передаются на управляемый объект, например летательный аппарат (ЛА), по командной
радиолинии.
В системах командного управления летательными аппаратами с
помощью радиокоманд обеспечивается:
–– наведение снаряда по заданной траектории;
–– необходимое исправление траектории полета;
–– выполнение разовых операций (перевод снаряда в режим самонаведения, аварийный подрыв, включение и выключение бортовой аппаратуры и т. п.);
3
–– коррекция управления движением центра масс при управлении космическим аппаратом;
–– управление работой различной бортовой аппаратуры.
Командная радиолиния (КРЛ) обычно включает в себя как минимум два канала для управления движением в двух плоскостях.
Лишь в некоторых случаях требуется изменение не пространственного отклонения, а лишь одной из компонент. Так, например, при
управлении ракетами дальнего действия непрерывно может производиться лишь азимутальная радиокорректировка, т. е. измерение
и устранение отклонений ракеты по азимуту от плоскости стрельбы (от вертикальной плоскости, проходящей через пункт выстрела
и цель).
Различают следующие системы командного радиоуправления:
КРУ-��������������������������������������������������������������
I�������������������������������������������������������������
, КРУ-�������������������������������������������������������
II�����������������������������������������������������
и КРУ-����������������������������������������������
III�������������������������������������������
[1, 2]. В системах КРУ-�������������������
I������������������
визир цели размещается на пункте управления, в системах КРУ-��������������������
II������������������
– на борту управляемого объекта. Принцип управления в системе КРУ-I (принцип
телеуправления первого вида) – с непосредственным контролем цели – показан на рис. 1.1.
На командном пункте (КП) производится наблюдение за целью
(по каналу контроля цели) и за ракетой (по каналу контроля ракеты). На основе сопоставления данных о цели и ракете определяется
отклонение ракеты от правильного полета к цели и вырабатываются соответствующие команды на рули ракеты, устраняющие эти отклонения (по каналу управления).
Средства визирования цели, которые применяются в системах
КРУ-�������������������������������������������������������������
I������������������������������������������������������������
и КРУ-�����������������������������������������������������
II���������������������������������������������������
, могут существенно отличаться друг от друга. В системах КРУ-I основным типом визира цели является активная
Êàíàë êîíòðîëÿ öåëè
ÖÅËÜ
ÊÏ
ÐÀÊÅÒÀ
Êàíàë êîíòðîëÿ ðàêåòû
Êàíàë óïðàâëåíèÿ (êîìàíäíàÿ ðàäèîëèíèÿ)
Рис. 1.1. Принцип телеуправления первого вида
4
ÖÅËÜ
Êàíàë ñâÿçè
Êàíàë êîíòðîëÿ öåëè
ÊÏ
ÐÀÊÅÒÀ
Êàíàë óïðàâëåíèÿ (êîìàíäíàÿ ðàäèîëèíèÿ)
Рис. 1.2. Принцип телеуправления второго вида
РЛС. В системах КРУ-�����������������������������������������
II���������������������������������������
в качестве визира цели можно использовать радиолокационные, телевизионные, оптические и тепловые
(инфракрасные) устройства.
Принцип телеуправления второго вида (КРУ-II) – с контролем
цели с помощью бортовой аппаратуры – показан на рис. 1.2.
В этом случае отклонение ракеты от правильного полета на цель
обнаруживаются измерительной аппаратурой, установленной на
ракете (канал контроля цели), и передаются с ракеты на КП по каналу связи. Контроль за полетом ракеты на цель осуществляется
не непосредственно, а через аппаратуру, установленную на ракете.
Как правило, КРУ-II – полуавтоматические системы. В их работе
участвует оператор. Как уже отмечалось, результаты визирования
цели на борту снаряда по специальной радиолинии передаются на
пункт управления. Наблюдая за экраном визира, оператор вырабатывает команду управления, которая передается обратно на борт
снаряда по КРЛ.
КРУ-III – частный случай КРУ- I����������������������������
�����������������������������
, когда цель совмещена с местоположением радиовизира управляемого объекта (наведение
«на себя»). Такое управление применяется, например, в системах
слепой посадки самолетов.
В системах КРУ-��������������������������������������������
I�������������������������������������������
и КРУ-������������������������������������
III���������������������������������
средства визирования ЛА размещаются на пункте управления (ПУ). Эти средства работают с использованием сигналов активного ответа, что повышает дальность действия таких визиров и точность измерения координат ЛА. Системы КРУ-II и КРУ-III отличает простота бортовой аппаратуры: на
борту располагается лишь ПРМ командной радиолинии (КРЛ)
и маломощный ответчик, обеспечивающий работу радиовизира
снаряда ПУ.
Для определения координат космических аппаратов используются различные системы траекторных измерений.
5
2. ПОРЯДОК КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Курсовое проектирование начинается с четкого формулирования задания и оформления его на приведенном ниже бланке задания. При этом:
–– должны учитываться тактико-технические характеристики
радиосистемы управления (тип системы радиоуправления оговаривается в задании, полученном от преподавателя);
–– необходимо внимательно прочитать текст методических указаний и изучить главы «Способы управления снарядами» и «Командное радиоуправление» учебника [2, 3]. При необходимости
(в случае задания по управлению космическим аппаратом) следует
изучить раздел «Радиоуправление космическими аппаратами».
Бланк задания на курсовое проектирование
МИНИcТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «РАДИОСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ»
по специальности
(направлению) _____________________
210304
код
Студенту (ке) группы № _______ ____________________________
фамилия, имя, отчество
Тема
________________________________________________________
________________________________________________________
Срок сдачи работы ___________________
Задание принял(а) к исполнению ___________ ________________
подпись, дата инициалы, фамилия
6
1. Основные исходные данные
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
2. Перечень и примерное содержание курсовой работы
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
3. Задание на научно-библиографический поиск
1. Учебники и монографии
2. Статьи, патенты
3. Рекламная документация фирм-производителей систем радио­управления в сети Internet
4. Перечень обязательных чертежей и графического материала
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
Руководитель курсовой работы
____________________ __________ ______________
должность, уч. степень, звание
подпись, дата
инициалы, фамилия
7
Курсовая работа должна содержать пояснительную записку, содержащую в составе графического материала:
–– структурную схему командной системы радиоуправления;
–– функциональную схему радиовизира снаряда или цели (что,
в зависимости от полученного задания, согласуется с преподавателем);
–– подробную функциональную схему командной радиолинии
(КРЛ);
–– временные диаграммы сигналов КРЛ, изображения их
спектров.
Пояснительная записка должна иметь следующие разделы.
Раздел 1. Анализ структурной схемы РСУ.
Выбор метода наведения
В этом разделе должны быть рассмотрены характеристики систем командного управления, сравнение систем, особенности выбранной для проектирования радиосистемы управления (РСУ).
Должен быть проанализирован состав аппаратуры на командном
пункте и на борту управляемого объекта, особенности участия
человека-оператора в управлении, помехоустойчивость системы.
Студентом дается качественный анализ, без расчета количественных характеристик. В этом же разделе должны быть проанализированы методы наведения, выбран наилучший с учетом тактикотехнических показателей и вида системы КРУ.
Поскольку в процедуре наведения ракет с помощью КРУ одновременно принимают участие три объекта: пункт управления, ракета и цель, то методы, используемые для управления средствами
поражения, называют трехточечными. Среди этих методов можно выделить две разновидности: методы прямого наведения и методы наведения с упреждением. Первые используются для наведения ракет «воздух–поверхность» с самолета-пункта управления на
неподвижные или малоподвижные наземные цели. Вторые могут
использоваться для наведения зенитных ракет «земля–воздух» на
высокоскоростные движущиеся объекты, скорость которых сравнима со скоростью полета ракеты [1].
Особенности построения систем КРУ истребителями подробно описаны в литературе [1, с. 15]. В составе измерительновычислительной подсистемы наземного ПУ, входящего в состав
АСУ военно-воздушных сил, находится сеть наземных РЛС раз8
личного назначения и диапазонов волн, информация от которых
поступает в специальные центры или посты для предварительной
обработки и обобщения. Далее информация поступает на КП, где
принимается решение о ведении боевых действий, ставится задача
каждому пункту наведения. Для каждого истребителя выбираются те или иные методы наведения и формируется набор функциональных команд управления о требуемых значениях курса, высоты и скорости истребителя. Кроме того летчику передается набор
разовых команд информационно-справочного и исполнительного
характера: ракурс атаки, дальность до цели и вид маневра, который необходимо выполнить (поворот вправо, влево, форсаж, горка и т. п.). В состав бортового ПУ входят импульсно-доплеровская
РЛС, позволяющая обнаруживать и измерять координаты целей
и истребителя на фоне земной поверхности, и ЭВМ, решающая те
же задачи, что и в наземном варианте. Алгоритмы функционирования бортовой аппаратуры сложнее, поскольку приходится учитывать движение самолета-носителя и необходимо сопровождать
большое количество целей одной РЛС.
Если в процессе перехвата истребитель и цель выходят за пределы ответственности данного стационарного ПУ, то на нем формируются и передаются на борт самолета так называемые команды взаимодействия. В соответствии с ними перехватчику присваивается новый условный номер и назначаются другие каналы связи для КРУ.
Раздел 2. Выбор и обоснование
тактико-технических характеристик (показателей) системы
Тактико-технические показатели (ТТП) систем командного радиоуправления включают ТТП, характеризующие систему управления в целом, и ТТП ее подсистем (элементов).
Тактическими называют характеристики системы, определяющие ее возможности при практическом (в частности, боевом) использовании. К основным техническим характеристикам (показателям) системы относятся параметры, непосредственно определяющие ее основные тактические характеристики. Технические
показатели относятся к отдельным звеньям или блокам радиоэлектронных устройств и определяют собой степень их соответствия
тактическим показателям.
При проектировании радиотехнических систем управления выделяют следующие основные показатели.
9
Тактические показатели
  1. Тип системы управления, ее краткая характеристика.
  2. Характеристики объекта наведения:
–– маневренность (линейные и угловые скорости и ускорения);
–– эффективная отражающая поверхность.
  3. Характеристики цели:
–– тип цели;
–– маневренность;
–– эффективная отражающая поверхность.
  4. Зона действия для пункта управления (ПУ) и объекта управления (ОУ):
–– максимальная и минимальная дальность;
–– угловые размеры зоны обзора;
–– время обзора зоны пространства наблюдения.
  5. Вероятность обнаружения Робн.
  6. Вероятность ложной тревоги Рлт.
  7. Измеряемые координаты и точности их измерения.
  8. Разрешающая способность по измеряемым координатам.
  9. Точность наведения (ошибка наведения – промах).
10. Пропускная способность (количество управляемых объектов, одновременно наводящихся на цели).
11. Надежность, оцениваемая по вероятности безотказной работы в течение заданного времени.
12. Помехозащищенность. Типы и характеристики помех, методы защиты от помех.
13. Эксплуатационные условия: допустимые вес и габариты, место установки, источники питания, вибрации, воздействие излучения и т.п.
14. Стоимость.
Технические показатели
1. Метод и характер излучения: импульсный или непрерывный,
когерентный, псевдокогерентный или некогерентный.
2. Параметры сигналов: несущая частота f0 или длина волны λ,
длительность импульса τи, период следования Тп, форма импульсов, способ и частота модуляции непрерывных колебаний.
3. Тип передатчика, мощность излучения, стабильность частоты.
10
4. Тип приемного устройства, чувствительность или пороговая
мощность и избирательность.
5. Тип антенны и характеристики диаграммы направленности:
ее ширина, максимальный коэффициент направленности, уровень
боковых лепестков.
6. Методы обработки сигналов и типы электронных устройств
обработки.
7. Методы автоматического измерения координат (их производных) и слежения за объектами наблюдения.
В ходе курсового проектирования студент должен произвести
расчет характеристик, выбранных из перечня, или их обоснованный выбор. Должно быть дано обоснование – почему автор ограничился этими параметрами.
Раздел 3. Анализ функциональной схемы
командной радиолинии
В этом разделе должны быть рассмотрены типы и характеристики команд, способ кодирования и уплотнения каналов, вид и параметры поднесущих, способ разделения каналов на приемном пункте. Рассмотрен способ модуляции несущего колебания.
В системах КРУ-I ракетами, как правило, передаются аналоговые команды управления, обеспечивающие отклонение рулей ракеты в двух плоскостях. В подобных системах в шифраторе обычно
осуществляется преобразование напряжения во временной интервал с формированием импульсного сигнала, отстоящего от тактовой точки, задаваемой опорным (тактовым) импульсом, на время,
пропорциональное значению команды. Чтобы на приемной стороне
можно было разделить команды разных каналов и обеспечить высокую помехоустойчивость КРУ, из импульсных сигналов образуются импульсные поднесущие колебания, которым придаются специальные качественные признаки. Чаще всего импульсные поднесущие колебания представляют собой совокупность нескольких
видеоимпульсов с заранее установленными временными интервалами между ними, называемую временным кодом. Выходным сигналом шифратора модулируется высокочастотный сигнал, вырабатываемый в передатчике (ПРД).
Приемная установка КРУ содержит приемник (ПРМ), осуществляющий прием и демодуляцию высокочастотного сигнала, и де11
шифратор (декодирующее устройство), разделяющий принятые
импульсные кодовые сигналы по разным каналам в соответствии
с принципами структурной селекции и преобразующий временной
интервал в выходную команду.
В системах КРУ-II ракетами возможна одновременная передача аналоговых функциональных команд и разовых команд, служащих для изменения вида траектории полета ракеты, включения
тех или иных режимов работы бортовой аппаратуры. В этом случае производится преобразование входных команд в цифровые двоичные коды с дальнейшей передачей их по радиоканалу. В шифра­торе аналоговые команды подвергаются дискретизации во времени и аналого-цифровому преобразованию, т. е. осуществляется кодово-импульсная модуляция (КИМ) с образованием первичных цифровых кодов. Из этих кодов в шифраторе создается опреде­ленным образом организованная во времени последовательность функциональных и разовых команд, называемая набором
команд.
В системах КРУ самолетами выходные команды являются
цифровыми. Поэтому одной из основных задач, возлагаемых на
шифратор, является организация обмена данными с ЦВМ для приема входных команд. Так как с пункта наведения одновременно
наводятся несколько самолетов, то на каждый самолет периодически в течение ограниченного промежутка времени передаются
различные наборы команд, состав которых изменяется в зависимости от тактической ситуации. В шифраторе формируются непрерывные или импульсные поднесущие колебания, которые модулируются первичным цифровым кодом, отображающим функциональные и разовые команды KУ1, KУ2,… KУn, где n ������������
– общее число передаваемых команд, входящих в состав набора. Затем каждому символу (например, единице и нулю) ставится в соответствие поднесущее колебание, удобное для модуляции СВЧ-колебаний ПРД.
Обычно в КРУ с КИМ используется временное разделение каналов. Поднесущие колебания поступают в ПРД, излучаемые сигналы которого могут быть как узкополосными, так и широкополосными. Узкополосные сигналы получаются при амплитудной, частотной и фазовой модуляции. Для получения широкополосных
(сложных) сигналов в ПРД КРУ используется обычно фазокодовая манипу­ляция импульсными поднесущими колебаниями, представляющими собой чаще всего М-последовательности. Наиболее
известными из них являются коды Баркера.
12
Разделение сигналов синхронизации и сигналов управления в приемной части КРУ может осуществляться в соответствии
с принципами частотной, временной и структурной селекции в дешифраторе (декодирующем устройстве), где, кроме того, производится демодуляция и преобразование поднесущих колебаний
в выходные команды, а также отделение полезных сигналов от
помех [1–4].
В КРУ возможно применение засекречивания передаваемых команд, выполняемое по тем же процедурам, что и в технике радиосвязи.
В условиях ведения радиоэлектронной борьбы КРУ должна обеспечивать высокую помехоустойчивость. Наряду с использованием широкополосных сигналов в КРУ может применяться помехоустойчивое кодирование. В������������������������������������
�����������������������������������
этом случае цифровая последовательность данных, состоящая из совокупности кодовых слов, поступает
из шифратора в кодер. В последнем каждое поступившее кодовое
слово преобразуется в новое, более длинное с большей, чем у исходного слова шифратора избыточностью. В качестве помехоустойчивых кодовых слов наиболее часто используются коды Хэмминга,
БЧХ, Рида–Соломона, каскадные коды [1].
Состав командной радиолинии управления иллюстрируется
структурной схемой, приведенной на рис. 2.1.
В курсовой работе должна быть приведена обобщенная функциональная схема командной радиолинии (КРЛ), подробная функциональная схема обоснованно выбранной КРЛ и ее анализ с временными диаграммами сигналов и их спектрами. В самих методических указаниях приведены два примера КРЛ, при выборе КРЛ
можно ими и ограничится. Можно провести проектирование других, более современных линий передачи командной информации,
взяв за основу теорию [например, 1, 2, 11].
Шиф
ратор
Кодер
ПРД
ПРМ
KУ1KУ2 KУn
Деко
дер
Дешиф
ратор
K1K2
Kn
Рис. 2.1. Командная радиолиния
13
Раздел 4. Анализ сигнала РСУ.
Его спектральные и временные характеристики
Расчетная часть раздела должна содержать:
–– выбор величины команды; Тмн;
–– выбор числа каналов;
–– выбор поднесущих;
–– выбор величины несущей частоты;
–– расчет мощности сигнала ПРД КРЛ.
Раздел 5. Расчет характеристик приемной части системы
В разделе должен быть произведен:
–– расчет ширины полосы пропускания УПЧ;
–– расчет полосы пропускания каналов;
–– расчет для КРЛ полосы частот выходного блока (ФНЧ);
–– расчет минимальной мощности сигнала на входе ПРМ с учетом шумовой помехи.
Раздел 6. Проектирование системы автоматического
сопровождения по направлению радиовизира снаряда или цели
Особенностью функционирования систем КРУ является направленное излучение радиосигналов ПРД КРУ. Применение передающей антенны с узкой диаграммой направленности способствует повышению помехоустойчивости, скрытности, облегчает решение задачи электромагнитной совместимости. Ориентация передающей
антенны КРУ в направлении объекта управления обеспечивается
различными способами. В системах КРУ-I ракетами передающая
антенна поворачивается с помощью следящего привода по данным,
задаваемым визирным устройством, сопровождающим ракету по
угловым координатам на основе приема сигналов, вырабатываемых ответчиком ракеты. Сигналы запуска ответчика формируются на ракете из принимаемых радиосигналов КРУ либо из радиосигналов визирного устройства пункта управления. В системах
КРУ-II ракетами слежение за ракетой ведется пассивным радиопеленгатором, обрабатывающим радиосигналы, излучаемые широкополосной линией передачи данных при трансляции изображения цели с ракеты на пункт управления.
14
В системах КРУ самолетами передающая антенна может иметь
очень узкую диаграмму направленности, что существенно затрудняет процесс передачи команд, так как перед его началом надо
убедиться в возможности приема передаваемых команд наводимым самолетом. С этой целью КРУ сопрягается с системой активного запроса-ответа (САЗО) и, в частности, может иметь общую с
ней передающую антенну. Для работы с конкретным самолетом
САЗО получает целеуказание от ЭВМ пункта наведения. При нахождении самолета в луче диаграммы направленности передающей антенны САЗО посылает сигнал запроса. В случае приема этого
сигнала на борту самолета ответчик последнего формирует ответный сигнал, который свидетельствует о возможности приема команд данным самолетом. Наряду с ответными сигналами по обратному каналу САЗО с самолета может передаваться различная информация.
Таким образом, в системах радиоуправления одной из наиболее
важных систем является следящая система АСН, условно состоящая из пеленгационного устройства, усилительно-преобразующего
устройства и исполнительного устройства. Важнейшими частями
пеленгационного устройства являются антенна и устройства первичной обработки полученной информации [5, 7, 8].
Пеленгационные устройства, а следовательно, и системы АСН,
по принципу получения равносигнального направления делятся на устройства с последовательным (интегральная равносигнальная зона) и одновременным сравнением сигналов (моноимпульсные).
В данном разделе студенты должны выбрать тип угломера,
привести его функциональную схему, рассчитать его характе­
ристики.
Раздел 7. Анализ точностных характеристик РСУ
В данном разделе студенты должны проанализировать ошибки
наведения с учетом ошибок системы АСН. Теоретические расчеты,
проведенные в этом разделе, должны быть проверены на модели
при выполнении лабораторной работы «Исследование методов наведения управляемого снаряда на цель». Зачет по лабораторной работе будет получен студентом только при выполнении данного пункта исследований.
15
3. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
3.1. Типы систем КРУ
Выбор вариантов осуществляется из следующих типов систем
КРУ:
  1) система управления для дальнего наведения истребителей;
  2) управление движением боевого самолета, использующего
планирующую реактивную бомбу, при полуавтоматическом наведении самолета на цель;
  3) управление самолетом-снарядом при наведении на наземную неподвижную цель;
  4) управление самолетом-снарядом при наведении на дальнюю
наземную движущуюся цель;
  5) управление вектором скорости полета крылатой ракеты и
командой отсечки двигателей;
  6) управление многоступенчатым ракетным комплексом для
выведения космического аппарата на заданную траекторию;
  7) управление ракетой «воздух–земля» с подвижного КП
(самолета-матки);
  8) управление ракетой «воздух–воздух» с комбинированной
системой управления;
  9) коррекция работы радиовзрывателя;
10) управление самолетом-мишенью;
11) управление беспилотным ЛА комплекса воздушной разведки;
12) коррекция работы радиовысотомера самолета в режиме
«слепой посадки»;
13) управление ракетой «поверхность–поверхность» с комбинированной системой управления.
3.2. Варианты заданий по проектированию
командных радиолиний
Проектирование командной радиолинии ШИМ–ЧМ–АМ
В аналоговой радиолинии ШИМ–ЧМ–АМ применяется режим
непрерывного излучения высокочастотного сигнала и частотное
уплотнение каналов с использованием гармонических поднесущих
колебаний.
16
Особенностью проектирования системы является расчет или
обоснованный выбор:
–– значений поднесущих в каналах;
–– полосы пропускания разделительных фильтров каналов;
–– выбор полосы пропускания УПЧ с учетом нестабильности частоты гетеродина ПРМ и изменения частоты принимаемого сигнала из-за движения управляемого объекта (учет доплеровского смещения частоты).
Исходные данные для проектирования сформулировать вместе
с преподавателем.
Проектирование радиолинии ВИМ (ИВС)–АМ
В аналоговой радиолинии ВИМ–АМ применяется импульсный режим излучения сигнала. Возможны различные способы уплотнения каналов и, соответственно, различные структуры
модулирующего сигнала. Наибольшее применение находит способ структурно-временного уплотнения каналов с использованием импульсно временных сигналов (ИВС), которые формируются
с помощью шифраторов. Параметрами ИВС являются число импульсов в кодовой группе, образующей сигнал; длительность
импульсов и величина временных интервалов между отдельными
импульсами.
Особенностью проектирования системы является выбор:
–– числа импульсов в кодовой группе командного рабочего си­
гнала;
–– числа импульсов в кодовой группе тактового сигнала;
–– длительность импульсов;
–– величины временных интервалов между импульсами.
Исходные данные для проектирования сформулировать вместе
с преподавателем.
3.3. Проектирование пеленгационного устройства
Тип пеленгационного устройства выбирается с преподавателем
после формулирования задания по пп. 3.1, 3.2.
Варианты исходных данных к проектированию приведены в
табл. 3.1, где приняты следующие обозначения: D – дальность до
17
цели; Δθ – разрешающая способность по угловым координатам;
ΔD – разрешающая способность по дальности; λ �����������������
– длина волны излучаемой электромагнитной энергии.
Таблица 3.1
Исходные данные к проектированию пеленгатора
18
№ п/п
Тип ПУ
D, км
Δθ, град
ΔD, м
λ, м
Тип цели
1
КС
10
4
50
0,03
ЛМ
2
КС
20
2
150
0,02
ЛС
3
КС
150
3
75
0,03
ЛС
4
КС
200
0,5
30
0,015
ЛМ
5
КС
100
5
300
0,05
НОБТ
6
КС
250
4
350
0,03
ТМТ
7
КС
400
3
400
0,02
ТСТ
8
ПМ
10
0,5
30
0,03
ЛМ
9
ПМ
25
3
50
0,02
ЛС
10
ПМ
40
4
100
0,05
НОМП
11
ПМ
200
3
150
0,03
ЛБ
12
ПМ
150
0,5
100
0,015
ЛМ
13
ПМ
200
6
500
0,03
ТБТ
14
ПМ
300
4
300
0,04
НОМТ
15
ПМ
300
3
400
0,1
ТСТ
16
МСР
250
6
300
0,03
НОБТ
17
МСР
15
1
50
0,015
ЛМ
18
МСР
30
3
150
0,03
ЛС
19
МСР
25
2
100
0,03
ЛБ
Пеленгационное устройство (ПУ) задано указанием его типа, который сокращенно обозначается: КС – устройство с коническим сканированием диаграммы направленности; ПМ –
простое моноимпульсное устройство амплитудного типа;
МСР – моноимпульсное суммарно-разностное устройство (амплитудное).
В задании приняты следующие условные обозначения типа цели: ЛМ – летательный аппарат с малой эффективной площадью
рассеяния (ЭПР); ЛС – летательный аппарат со средней ЭПР; ЛБ –
летательный аппарат с большой ЭПР; ТМТ – транспорт малого
тоннажа; ТСТ – транспорт среднего тоннажа; ТБТ – транспорт
большого тоннажа; НОБП – наземный объект большой площади;
НОМП – наземный объект малой площади.
При проектировании следует также учесть условия работы системы: бортовая, наземная. Они определяются в ходе проектирования студентами самостоятельно.
Приступая к проектированию, необходимо внимательно ознакомиться с теоретическим материалом по расчету характеристик
всех пеленгационных устройств, уяснить смысл всех технических
данных по проектированию системы КРУ в целом и отдельных
узлов системы.
Расчет следует начинать с определения основных тактикотехнических данных всей системы АСН. Используя указанные в
задании величины дальности до цели D, разрешающей способности по дальности ΔD и Δθ угловым координатам, рассчитываются
ширина диаграммы направленности антенны θ0, длительность импульса τи, шумовая полоса УПЧ Δfш и период повторения импульсов Тп. Полученное значение θ0 позволяет определить эффективную площадь поверхности антенны SА.
Положив соотношение сигнал/шум q на выходе УПЧ равным 10–15 и используя указанные в задании величины D, λ, а
также результаты расчетов величин SА и Δfш, определяется мощность передатчика Ризл, обеспечивающая надежную работу всей
системы АСН. При этом значения эффективной площади рассеяния цели Sц, тип которой указан в задании, берутся из табл. 3.2.
Далее определяется коэффициент усиления УПЧ kУПЧ, обеспе­
чивающий среднее значение амплитуды импульсов на выходе УПЧ, равное 2–3 В (для линейного детектирования сигнала
в приемнике).
С учетом типа пеленгационного устройства и ранее произве­
денных расчетов определяется значение крутизны пеленгацион19
Таблица 3.2
Эффективные отражающие поверхности некоторых целей
Тип цели
Sэф.ц, м2
Самолет-истребитель
3…5
Фронтовой бомбардировщик
7…10
Тяжелые бомбардировщики
13…20
Бомбардировщик B-52
100
Беспилотный самолет-разведчик
Транспортный самолет
Зенитная управляемая ракета
40…70
0,02
Головка баллистической ракеты
0,03…0,05
Крылатая ракета ALKM (при длине волны 0,8 мм)
0,07…0,8
Боевая часть оперативно-тактической ракеты
0,15…1,6
Малые суда (водоизмещением до 200 т)
50…200
Средние корабли (водоизмещением 1000…10 000 т)
(3…10)2
Большие корабли (водоизмещением более 10 000 т)
100 и более
Крейсер
(12…14)3
Подводная лодка (в надводном состоянии)
30…150
Рубка подводной лодки в надводном положении
1..2
Автомобиль
1..3
Человек
0,8…1
Танк (при длине волны 0,8 мм)
1…10
ной характеристики kпл и уровня Nш возмущающего воздействия
(белого шума), приведенного к входу системы.
Среднее значение эффективной отражающей поверхности для
некоторых объектов приведено в табл. 3.2 [5, 10, 13]1.
1 ЭПР (ЭОП) сложных реальных объектов измеряются на специальных установках или полигонах, где достижимы условия дальней зоны обнаружения.
20
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО РАСЧЕТУ ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
При расчете параметров антенного устройства, основными из
которых являются:
– максимальный коэффициент направленного действия по мощности
GА0 = 4π/ΩА
(4.1)
или
GА0 = 4πSА/λ2,
(4.2)
где ΩА – телесный угол луча в стерадианах; SА �����������������
– эффективная поглощающая поверхность антенны;
– ширина диаграммы направленности на уровне 0,7 по напряжению и на уровне 0,5 по мощности
θ0 ≈ 0,9λ/d,
(4.3)
где d – диаметр антенны в плоскости сечения луча; λ – длина волны; при неравномерном возбуждении антенны
θ0 ≈ 1,2λ/d
(4.4)
учитываются следующие требования:
1) обеспечение заданной разрешающей способности по угловым
координатам и точности измерения угловых координат;
2) обзор зоны действия за заданное время без пропусков в приеме полезных сигналов;
3) наиболее целесообразное использование мощности излучения.
Обычно диаметр антенны определяется условиями размещения.
Например, если антенна находится а носовой части ракеты, то диаметр антенны не может быть больше диаметра корпуса ракеты.
В первом приближении разрешающая способность по углу соответствует ширине диаграммы направленности (в азимутальной или
угломестной плоскостях).
Уравнения (4.l)–(4.4) устанавливают зависимость между θ0, λ и d.
Вспомним, что в ряде случаев диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости может иметь косекансную форму.
Это дает выигрыш по мощности
PПРД CSC = PПРД веерн(θверт/β0)2,
(4.5)
здесь θверт = βmax – β0 – угловой размер вертикального луча; βmax –
максимальное значение угла места; β0 – значение угла мертвой зоны.
21
При выборе параметров сигнала следует иметь в виду сле­
дующее.
Несущая частота или длина волны оказывают существенное
влияние как на тактические показатели электронных устройств
систем управления, так и на способы обработки сигналов, обеспечивающие необходимую помехозащищенность, на конструктивные решения.
В радиодиапазонах электромагнитных колебаний находят применение метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые волны.
Целесообразность использования метровых и дециметровых
волн определяется следующими возможностями их применения.
Практически отсутствуют потери ВЧ-энергии при ее распространении в атмосфере. Возможно усиление отраженного сигнала по
высокой частоте, что повышает избирательность ПРМ. Пороговая
мощность оказывается более низкой, так как коэффициент шума
ПРМ сравнительно мал. Наличие лепестковой диаграммы направленности позволяет при той же мощности излучения в импульсе
увеличивать дальность действия в направлении максимумов лепестков в два раза.
Численное значение длины волны может быть определено
в зависимости от требуемого минимального угла места β0 нижнего
лепестка, размеров антенны, ширины диаграммы направленности
в горизонтальной плоскости.
При выборе λ следует помнить, что период высокочастотных
колебаний, как минимум, должен в 50–100 раз быть меньше выбранной длительности импульса. Объясняется это тем, что высокочастотные колебания нарастают и спадают не мгновенно, а по экспоненциальному закону. Процесс установления колебаний описывается выражением
u = Um(1 – eαt)cosωt,
где α – коэффициент затухания. Например, для установления амплитуды колебаний за время t = τ, равное 0,95 Um необходимо
��������������
выполнение условия ατ ≥ 3.
Учитывая, что
α = π/QTвч,
где Q – добротность колебательной системы; Tвч – период высокочастотных колебаний, получаем τи ≥ QTвч. Например, если Q = 100,
то τи ≥ 100Tвч.
22
Использование волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов позволяет:
–– уменьшить размеры антенны, так как при заданном коэффициенте направленного действия ее площадь примерно пропорциональна квадрату длины волны;
–– создать более узкие диаграммы направленности, что повышает разрешающую способность по углу, точность измерения угловых координат и уменьшение помех от одновременно отражающих
площадей и объемов;
–– использовать более короткие импульсы в случае повышенных требований к разрешающей способности по дальности и мини­
мальной дальности;
–– уменьшить габариты и вес всего устройства в целом.
Однако по мере уменьшения длины волны в большей степени
начинают влиять факторы, снижающие дальность действия (поглощение в атмосфере), возрастание пороговой мощности приемоиндикаторного устройства и др. Усиливаются метеорологические
помехи, особенно для волн короче 3 см.
Наиболее тщательный учет всех причин, снижающих дальность
действия необходим для миллиметровых длин волн.
Численные значения длин волн сантиметрового диапазона в
основном определяются допустимыми размерами антенн и условиями распространения в атмосфере.
Следует также учитывать, что точность измерения координат
объектов зависит от особенностей распространения радиоволн (преломление, огибание и др.) и их переизлучения (флюктуации, блуждание «блестящих» точек и др.).
Вначале значение длины волны получают на основании уравнения (4.4), а затем проверяют, какое число длин волн уложится
в импульсе (оно должно быть не менее 50) или за время длитель­
ности переднего фронта импульса.
С помощью графиков затухания волн [10, с. 72] находят суммарные потери – δ в дБ/км.
Длительность импульса выбирается на основании требования
к разрешающей способности по дальности, так как ΔD = cτи/2, то
τи = 2ΔD/c.
(4.6)
Форма импульса и длительность его фронта зависит от требований, налагаемых методами обработки сигнала, свойствами систем
СДЦ, АСД и АСН. В частности, если дальность измеряется по переднему фронту, то в общем случае
23
τфр max = εDmax/c,
(4.7)
где εDmax – абсолютное значение максимальной ошибки измерения
дальности.
Период повторения импульсов связан с максимальной дальностью и берется с некоторым запасом, который учитывает время,
необходимое для восстановления в различных точках электронных схем начальных условий, соответствующих моменту излучения следующего импульса (схемы временных разверток, цифровые
устройства, запоминающие устройства и т. п.).
Обычно
Tп min = (1,2÷1,25)2Dmax /c.
(4.8)
В некоторых случаях период повторения может вобулироваться (вспомним дисциплину «Радиолокационные системы»: системы
СДЦ, борьба со «слепыми» скоростями). Если с целью увеличения
энергии сигналов за время наблюдения период повторения уменьшают, то необходимо предусмотреть меры, исключающие неоднозначность при измерении дальности.
При расчете мощности излучения ПРД необходимо руководствоваться формулой основного уравнения дальности радиолокатора, которое для случая активной радиолокации с пассивным ответом имеет следующий вид:
Dmax = kα 4
Pèçë GA SÀ Sö
(4π)2 Pïîð min
e-0,115δDmax ,
(4.9)
где Dmax – максимальная дальность излучения; Pизл – мощность
излучения, GА – коэффициент направленного действия антенны;
SА – эффективная отражающая поверхность антенны; Sц – эффективная площадь рассеяния цели; Pпор min – минимальная пороговая мощность сигнала приемного устройства; kα – коэффициент уменьшения дальности, вызванный потерями в высокочастотном тракте передатчик–антенна, антенна–приемник, потерями,
учитывающими влияние диаграммы направленности антенны при
сканировании; δ – потери в дБ/км при распространении электромагнитной энергии: δ = δ1 + δ2 + δ3, где δ1 – потери в дожде; δ2 – потери в кислороде воздуха; δ3 – потери в тумане [10, с. 72].
Мощность излучения связана с импульсной и средней мощностью формулой
24
Pизл = PимпN = PсрQN = PсрNTп/τи = PсрTобл/τи,
(4.10)
где N – число импульсов в пачке; Q – скважность; τи – длительность
импульса; Tп – период повторения импульсов.
Особое внимание при расчете максимальной дальности РЛС
обычно обращают на расчет порогового сигнала Pпор min. Пороговый
сигнал определяет ту минимальную мощность сигнала на входе
ПРМ, при которой он будет обнаружен с заданной степенью вероятности – Pобн, а вероятность ложной тревоги не превзойдет заданной
величины Pлт. Предполагается, что цель нефлюктуирующая.
Минимальный пороговый сигнал
Pпор min = kT0 kшkр∆ƒ.
(4.11)
Здесь k = 1,38·10–23 дж/град – постоянная Больцмана; абсолютная
температура Т0 = 300 град; kр= q/2Πni= 1αi – коэффициент различимости, учитывающий потери αi в отдельных трактax прохождения
сигнала; kш – коэффициент шума ПРМ; ∆f – полоса пропускания
ПРМ; q = Pс/Pш – отношение сигнал/шум по мощности.
Обычно принимают ∆f = 1/τи. При меньшем значении полосы
∆f уменьшается мощность шумов, но уменьшается и сигнал, так
что выигрыша в Pпор min не происходит. При расширении полосы
энергия сигнала остается прежней, а шумы возрастают, отсюда и
ухудшение Pпор min (пороговый сигнал увеличивается).
Коэффициент шума характеризует шумовые свойства приемного тракта. Он определяется в основном первым каскадом, причем
на СВЧ первый каскад – преобразовательный. Поэтому шумовые
характеристики последующих каскадов обычно не учитываются.
В первом приближении можно полагать коэффициент шума для
частот 100�������������������������������������������������������
������������������������������������������������������
000���������������������������������������������������
��������������������������������������������������
МГц�����������������������������������������������
����������������������������������������������
– 17������������������������������������������
�����������������������������������������
дБ, для частот 3000����������������������
���������������������
МГц������������������
�����������������
– 15�������������
������������
дБ и для частот 200 МГц – 6 дБ.
Окончательно формула для максимальной дальности запишется
Dmax = kα 4
2 2
PñðTí GÀ
λ Sö
64π3kT0 kø kð
e-0,115δDmax .
(4.12)
Эта формула справедлива как для импульсного режима, так и
для непрерывного. Для импульсного Pср – это средняя мощность за
период следования Tп импульсов. Для непрерывного режима Tн –
время наблюдения (приема или обработки сигналов), т. е. PсрTн –
энергия принятого сигнала, для импульсного режима – PсрTп.
∆ƒ = 1/Tн.
25
Для РЛС с активным ответом:
по каналу запроса (З)
Dmax Ç =
Ç Ç Ç
Î
Pèçë
τc GÏÐÄ SÀ
Î Î
4πkT0 kø
kð
,
(4.13)
.
(4.14)
по каналу ответа (О)
Dmax Î =
Î Î Î
Ç
Pèçë
τc GÏÐÄ SÀ
Ç Ç
4πkT0 kø
kð
В качестве дальности действия ракеты при указании ее тактикотехнических данных обычно указывают дальность полета ракеты в
идеальных условиях, что в некоторой степени вводит в заблуждение. Эффективная дальность полета ракеты зависит от многих факторов: высоты пуска и цели, скорости самолета носителя и цели,
ракурса пуска и относительного местоположения цели и самолетаносителя. Например, российская ракета Р-77 имеет дальность действия 100 км, однако такая дальность достигается только при пуске по неманеврирующей, находящейся в передней полусфере цели на большой высоте. При пуске на низкой высоте эффективная
дальность пуска ракеты может составить только 20–25 % от максимальной. Если цель активно маневрирует или ракета пущена в
заднюю полусферу уходящей скоростной цели эффективная дальность пуска может уменьшится еще больше. Эта зависимость в полной мере присуща всем ракетам «воздух–воздух». В англоязычной
литературе эффективная дальность пуска, то есть дальность, при
которой цель не сможет уклониться от выпущенной по ней ракете,
обозначается как no-escape zone [12].
5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СИСТЕМЫ АСН
5.1. Система АСН с коническим сканированием
диаграммы направленности
Функциональная схема одного из каналов данной системы изображена на рис. 5.1. На рис. 5.4 изображена структурная схема
систем АСН.
26
От канала азимута
А
КП
КП
Р
Дв
У2
КЗ
Исполнительное устройство
У1
Усилительнопреобра
зующее устройство
СМ
Г
УПЧ
ВД
Приемник
ДО
Ф
Uстр
ФД
В канал
азимута
ГОН
Пеленгационное устройство
«π/2»
В канал азимута
Рис. 5.1. Функциональная схема системы АСН с коническим сканированием
диаграммы направленности (один канал)
В рассматриваемую систему АСН входят следующие устройства:
– пеленгационное устройство (антенна А, смеситель СМ, гетеродин Г, усилитель промежуточной частоты УПЧ, видеодетектор ВД,
детектор огибающей ДО, фильтр частоты сканирования Ф, фазовый детектор ФД, генератор опорного напряжения ГОН);
– усилительно-преобразующее устройство (корректирующее
звено КЗ, электронный усилитель У1, усилитель мощности У2);
– исполнительное устройство (исполнительный двигатель Д, редуктор Р, карданный подвес КП).
В рассматриваемой системе [5, с.��������������������������������
�������������������������������
156; 7, c.���������������������
��������������������
286] с помощью излучения антенны в пространстве формируется узкая иглообразная диаграмма направленности шириной 1–5 градусов, максимум которой
смещается на угол γ0 от равносигнального направления (рис. 5.2).
Под действием сигнала с генератора опорного напряжения ГОН
осуществляется вращение (сканирование) луча диаграммы направ27
Направление
максимума
Y
Начало отсчета для азимутальной
плоскости
Цель
A
α1
α2
0
α0
γ
υ
γ0
01
РСН
ψ0
Х
α
υ2
υ1
Начало отсчета для угломестной плоскости
Рис. 5.2. Пространственное представление метода
ленности с угловой скоростью Ω (180–300 рад/сек) относительно
равносигнального направления. Вся информация об угловом положении цели заключена в огибающей принятого сигнала: глубина модуляции определяет величину углового отклонения цели γ oт
равносигнального направления, а фаза огибающей по отношению
к фазе опорного напряжения с ГОН – направление рассогласования. Подробное изложение принципов построения и работы системы
с последовательным сравнением сигналов дано в литературе [8].
Используя основное уравнение радиолокации, среднее значение
амплитуды импульсов на выходе УПЧ можно записать в виде
U0 =
2
Pèìï SÀ
Sö kï
2πλ2 D4 gâõ
G (γ 0 )kÓÏ× ,
(5.1)
где kп – коэффициент передачи высокочастотной преобразующей
части ПРМ; kУПЧ – коэффициент усиления УПЧ; gвх – входная
проводимость смесителя; G(γ0) – нормированное значение коэффициента направленного действия антенны в точке максимума γ0,
работающей на излучение и прием; γ0 – угол смещения максимума
диаграммы направленности от равносигнального направления. На
практике kп = 0,25–0,3; gвх = 0,02 Сим.
Коэффициент амплитудной модуляции принятого сигнала от
цели m = kmγ, где km = |dG(β)/dβ|β = γ /G(γ0)���������������������
��������������������
– нормированное зна0
чение крутизны диаграммы направленности в точке максимума
β = γ0.
28
Для параболических отражателей можно задаться следующей
функцией G(β):
G(β) = exp[–2,8(β/θ0)2], θ0 = 60λ/d[град],
где β – текущее значение угла. Тогда km = 5,6γ0/θ20. Причем km
принимает максимальное значение при γ0 = 0,43θ0.
Среднеквадратическое значение выходных шумов УПЧ определяется выражением
σø = kÓÏ× kT0 Δfø kø Rý ,
(5.2)
где Δfш – шумовая полоса УПЧ, для согласованного ПРМ составляющая 1/τи; kш – коэффициент шума УПЧ (kш = 3÷4); RЭ –
эквивалентное входное сопротивление УПЧ (RЭ ≈ 150 Ом). Обычно после УПЧ в современных системах используются линейные
амплитудные детекторы. Уровень выходного сигнала УПЧ, при
котором возможно линейное детектирование, зависит от типа детектора и составляет приблизительно 2–3 В.
При расчетах можно полагать, что независимо от дальности
до цели и ее эффективной площади рассеяния уровень полезного
сигнала, принятого на равносигнальном направлении, значительно превышает уровень собственных шумов ПРМ. При отношении
сигнала к шуму на входе линейного детектора, большем 3–4,
отношение сигнала к шуму на выходе линейного детектора близко
к половине соответствующего отношения на входе детектора.
Таким образом, можно считать, что на выходе линейного детектора будет последовательность видеоимпульсов со средним значением (5.1), промодулированных по амплитуде напряжением частоты сканирования с коэффициентом модуляции m и широкополосный шум со среднеквадратическим значением 2 σø .
С видеодетектора ПРМ видеоимпульсы поступают на детектор
огибающей (пиковый детектор), затем в фильтр частоты сканирования, после которого сигнал поступает на два квадратурных фазовых детектора: угла места, азимута. При рассмотрении только
одного углового канала, максимальное значение полезного сигнала
в канале управления
Um = kФДkФkmU0γ,
(5.3)
где kФ – коэффициент передачи фильтра частоты сканирования
(kФ ≈ 0,7–0,9); kФД – коэффициент передачи фазового детектора;
γ – угловое положение цели.
29
Выражение (5.3) позволяет определить крутизну пеленгационной характеристики
kпл = dUm/dγ = kФДkФkmU0.
(5.4)
Основная мощность шума на выхода детектора огибающей сосредоточена в области частот 0 – 1/Tп. Учитывая, что период следовании импульсов Tп значительно меньше периода сканирования,
спектральную мощность шума в полосе фильтра частоты сканирования можно считать постоянной и равной N0 = 2σ2шTп. При этом
уровень возмущающего воздействия (белого шума), отнесенного к
входу системы, будет иметь следующий вид:
2 /k2 = 2σ2 T k2 k2 /k2 .
Nш = N0k2ФДkФ
пл
ш П ФД Ф пл
(5.5)
После подстановки (5.4) в (5.5) окончательно получим
2 T /k2 U2 = T /nk2 ,
Nш = 2σш
п
m 0
п
m
(5.6)
где n – отношение сигнал/шум на выходе УПЧ.
Как уже отмечалось, для осуществления линейного детектирования в ПРМ с «сильным» сигналом необходимо обеспечить на выходе УПЧ n ≥ 3÷4.
Выражения (5.1), (5.2) позволяют определить необходимую для
этого мощность ПРД
Pèìï =
4πλ2nkT0 Δfø Nø Rý D4 gâõ
2
SÀ
Sö kï G 2 (γ 0 )
[Âò].
(5.7)
Полученные значения крутизны пеленгационной характеристики kпл, уровня помехи Nш и данные о входном воздействии,
его производной и ускорении, как студентам специальности
210304(201600) известно из курса «Радиоавтоматика», позволяют
произвести динамический синтез всей системы АСН и рассчитать
ошибки углового сопровождения.
5.2. Моноимпульсные системы АСН
Функциональная схема одного из каналов амплитудно-амплитудной системы АСН изображена на рис. 5.3.
В рассматриваемую систему АСН входят следующие устройства:
пеленгационное устройство, содержащее два идентичных приемных канала (смеситель СМ, усилитель промежуточной частоты
30
От канала азимута
I
A
γ0
КП
γ0
Р
Дв
Исполнительное устройство
II
КЗ
У1
У2
Усилительнопреобра
зующее устройство
CМ1
УПЧ1
Приемник 1
ДО1
uI
Uстр
Г
СМ2
ВД1
УПЧ2
ВД2
AР
ДО2
∆u
uII
Приемник 2
Пеленгационное устройство
Рис. 5.3. Амплитудно-амплитудная моноимпульсная система
УПЧ, видеодетектор ВД, детектор огибающей ДО, антенну А, гетеродин Г и амплитудный различитель АР (схема вычитания));
усилительно-преобразующее и исполнительное устройства, аналогичные выше рассмотренной системе АСН.
Проанализируем амплитудно-амплитудную моноимпульсную
систему АСН [5, с. 159; 7; 8, с. 300]. Диаграмма направленности антенны этой системы в одной плоскости управления состоит из двух
пересекающихся лепестков, каждый из которых относится к определенному каналу преобразования сигналов. Такая диаграмма может быть получена, например, путем взаимного смещения облучателей на небольшое расстояние от фокальной точки по обе стороны
оси параболоида. При симметричных диаграммах направленности
ось параболоида совпадает с равносигнальным направлением данной плоскости. Для выделения информации необходимо сравнивать амплитуды сигналов обоих каналов.
При отклонении цели от равносигнального направления на выходе схемы сравнения появляется сигнал ошибки, под действи31
vвх
Пеленгационное
устройство
х
kпл
vвых
Усилительнопреобразующее устройство
uк
uУ1
uУ2
kу
Wк(p)
kЭУ
1 + Ту р
kр
vдв
kдв
p(1 + Тдв р) uдв
Исполнительное устройство
Рис. 5.4. Структурная схема систем АСН
ем которого исполнительное устройство разворачивает антенну,
совмещая ее равносигнальное направление с направлением на
цель. Очевидно, что крутизна пеленгационной характеристики
будет зависеть от уровня принятого сигнала и коэффициента усиления устройств обработки и усиления. Чтобы исключить эту зависимость, необходимо поделить амплитуды сигналов двух каналов. Практически такое деление выполняется путем использования логарифмических усилителей промежуточной частоты в каналах ПРМ.
При анализе такой простой системы АСН используется методика, принятая для системы с коническим сканированием.
Напряжение на выходе схемы сравнения
Δu = uI – uII = 2mU0 + uшI + uшII,
(5.8)
где m = kmγ = 5,6γ0γ/θ02. U0 – амплитуда импульсов от цели, находящихся на равносигнальном направлении, uшI и uшII – независимые
шумы в приемных каналах.
Таким образом, с учетом (5.4) и (5.8), крутизну пеленгационной
характеристики простой моноимпульсной системы можно записать в виде
kпл = 2kmU0.
(5.9)
Учитывая, что основная мощность шума на выходе схемы сравнения сосредоточена в области от 0 до 1/Tп, а также используя
(5.8) и (5.9), уровень «белого шума», приведенного к входу системы, можно представить
2 = T /nk2 .
Nш = 4σ2шTп/kпл
п
m
32
(5.10)
При этом мощность ПРД, необходимая для получения отношения сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n, и обеспечивающая надежную работу системы АСН, определяется соотношением (5.7).
Функциональная схема одного из каналов моноимпульсной системы с суммарно-разностной обработкой изображена на рис. 5.5.
В нее входят следующие устройства:
– пеленгационное устройство (антенна А, фазирующее кольцо
ФК на волноводах или коаксиальных кабелях, смесители СМ суммарного и разностного каналов, гетеродин Г, усилители промежуточной частоты УПЧ суммарного и разностного каналов, устрой-
L
a)
u1
∆L
O
O1
∆L
u2
Антенная система
б)
А
КП
Дв
Р
Исполнительное устройство
КЗ
Приемник 1
uΣ
ФК
u∆
СМΣ
УПЧΣ
Г
БАРУ
СМ∆
УПЧ∆
У1
У2
Усилительнопреобразующее
устройство
ФД
ДО
Uстр
Приемник 2
Пеленгационное устройство
Рис. 5.5. Моноимпульсная амплитудная суммарно-разностная РЛС:
а) антенная система; б) функциональная схема системы АСН
33
ство быстрой автоматической регулировки усиления БАРУ, фазовый детектор ФД, детектор огибающей ДО);
– усилительно-преобразующее и исполнительное устройство,
аналогичное предыдущим системам АСН.
Антенная система рассматриваемой системы АСН подобна антенне обычной моноимпульсной системы. С помощью фазирующего кольца ФК на несущей частоте образуются сигнал рассогласования, пропорциональный угловому отклонению цели от линии равных сигналов uΔ, и опорное суммарное напряжение u∑. Сигналы uΔ
и u∑ после преобразования поступают на входы фазового детектора
ФД. При этом на выходе ФД появляется постоянное напряжение
(сигнал ошибки), которое после усиления и преобразования подается на исполнительный двигатель.
Каналы азимута и угла места отличаются только тем, что входные сигналы пеленгационного устройства снимаются с вибраторов
антенны, расположенных в разных плоскостях. В фазирующем
кольце разностный сигнал в каждой из плоскостей сдвигается по
фазе на угол π/2.
В современных системах антенные системы выполняются с применением фазированных антенных решеток. Фазированная антенная решетка (ФАР) – антенная решетка с управляемыми фазами
или разностями фаз (фазовыми сдвигами) волн, излучаемых (или
принятых) ее элементами (излучателями). Управление фазами
(фазирование) позволяет: формировать (при весьма разнообразных
расположениях излучателей) необходимую диаграмму направленности (ДН) ФАР (например, остронаправленную ДН – луч); изменять направление луча неподвижной ФАР и таким образом осуществлять быстрое, в ряде случаев практически безынерционное,
сканирование – качание луча. В зависимости от требуемой формы ДН и необходимого пространственного сектора сканирования
в ФАР применяют различное взаимное расположение элементов:
вдоль линии (прямой или дуги); по поверхности (например, плоской – в так называемых плоских ФАР, цилиндрической, сфери­
ческой) или в заданном объеме (объемные ФАР). Иногда форма
излучающей поверхности ФАР – раскрыва, определяется конфигурацией объекта, на котором устанавливается ФАР (например,
формой ИСЗ, формой корпуса ракеты).
Важную роль играет стоящее в ПРМ системы устройство БАРУ
(быстрой автоматической регулировки усиления), работающее по
сигналу суммарного канала. Благодаря БАРУ крутизна пеленга­
ционной характеристики остается неизменной. При большом соот­
34
ношении сигнал/шум влияние шумов на работу БАРУ можно не
учитывать. Напряжение регулирования, поступающее с БАРУ:
uр = kрU0,
(5.11)
где kр – коэффициент передачи цепи БАРУ. Тогда напряжение на
выходе УПЧ разностного канала
uΔУПЧ(t) = 2kam/kр×cos(ωпрt + jн) + kаuΔш(t)/uр,
(5.12)
где ka – постоянный коэффициент, измеряемый в вольтах,
2
(uΔø ) = σ2ø.
Для простоты рассуждений пренебрежем собственными шумами в суммарном канале. Тогда напряжение на выходе УПЧ суммарного канала запишется в виде
uУПЧ
(t) = u∑sin(ωпрt + jн).
∑
(5.13)
Для малых значений угла рассогласования γ можно считать,
что амплитуда сигнала разностного канала значительно меньше
суммарного. В этом случае напряжение на выходе ФД
ФД(t),
uФД(t) = 2kФДkаm/kр + uш
где
2
2
(uøÔÄ ) = kÔÄ
kà2σ2ø/uð2 = σ2ÔÄ .
(5.14)
(5.15)
2 определяется выражением (5.2).
В (5.15) дисперсия шума σш
После подстановки (5.11) в (5.15) получим
2 = k2 k2σ2 /U2k2 = 2k2 k 2/k 2n,
σФД
0 р
р
ФД а ш
ФД а
(5.16)
где, как и прежде, n = U02/2σ2ш.
С выхода ФД напряжение подается на детектор огибающей,
который практически не изменяет энергетических соотношений
входных сигналов.
Окончательно крутизна пеленгационной характеристики
kпл = 2kФДkаkm/kр,
(5.17)
а уровень возмущающего воздействия, приведенного к входу системы:
2 T /k2 = T /2nk2 .
Nш = σФД
п пл
п
m
(5.18)
В выражении (5.17) остались неопределенными коэффициенты kа и kр. Строгий анализ работы схемы БАРУ является громозд35
ким и отличается от анализа обычных линейных САУ. При выполнении определенных условий можно показать, что для статической си­стемы БАРУ при 10 % нестабильности выходного сигнала
суммарного канала, требуется kр = 100. Поскольку в (5.17) выбор
коэффициента kа диктуется практическими соображениями по обеспечению необходимого значения крутизны пеленгационной характеристики kпл, положим kа = 100 В.
Мощность ПРД, необходимая для получения сигнал/шум на
выходе УПЧ, равного n, определяется выражением (5.7).
Ясно, что в данных методических указаниях приведены не все
типы моноимпульсных систем АСН. Рядом достоинств обладают
фазовые моноимпульсные системы [7], но для учебных целей при
выполнении курсовой работы студенты могут ограничиться амплитудными системами АСН.
Рекомендуемая литература
  1. Авиационные системы радиоуправления: В 3 т. Т. 3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения / Под ред. А. И. Канащенкова и В. И. Меркулова. М.: Радиотехника, 2004.
  2. Основы радиоуправления: Учеб. пособие для вузов / Под
редакцией В. А. Вейцеля и В. Н. Типугина. М.: Советское радио,
1973.
  3. Основы радиоуправления: Учеб. пособие для вузов / Под ред.
В. А. Вейцеля. М.: Радио и связь, 1995.
  4. Вейцель В. А., Березин Л. В. Проектирование командноизмерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом: Учеб. пособие. М.: МАИ, 1984.
  5. Радиотехнические системы: Учебник для вузов / Под редакцией А. И. Дымовой. М.: Советское радио, 1975.
  6. Задачник по курсу « Основы теории радиотехнических систем»: Учеб. пособие для вузов / Под ред. П. А. Бакулева и В. А. Вейцеля. М.: Радио и связь, 1996.
  7. Зайченко К. В., Багдонас Р. Ю., Кулыгина Л. А. Радиоэлектронные измерительные устройства: Учеб. пособие. СПб.: ГААП,
1993.
  8. Радиотехнические системы / Под ред. Ю. М. Казаринова:
Учебник для вузов. М.: Советское радио, 1968.
36
  9. Кулин А. Н. Изучение устройства, работы и взаимодействия
агрегатов управляемого реактивного снаряда класса «воздух–
воздух»: Метод. указ. к выполнению лабораторной работы. СПб.:
ГУАП, 2004.
10. Васин В. В., Степанов Б. М. Задачник по радиолокации. М.:
Советское радио, 1969.
11. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей:
Учебник для вузов / Под ред. В. Н. Гордиенко и В. В. Крухмалева.
М.: Горячая линия Телеком, 2004.
12. Марковский В., Перов К. Советские авиационные ракеты
«воздух–воздух». М.: ЭКСПРИНТ, 2005.
13. Львова Л. А. Радиолокационная заметность летательных аппаратов: Монография. Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 2003.
37
Содержание
Введение...............................................................................3
1. Методические указания по проектированию систем
командного радиоуправления..............................................3
2. Порядок курсового проектирования......................................6
3. Варианты заданий на курсовое проектирование.................... 16
3.1 Типы систем КРУ........................................................ 16
3.2. Варианты заданий по проектированию ......................... 16
командных радиолиний.................................................... 16
3.3. Проектирование пеленгационного устройства................ 17
4. Методические указания по расчету
тактико-технических показателей...................................... 21
5. Методические указания по проектированию системы АСН..... 26
5.1. Система АСН с коническим сканированием
диаграммы направленности.............................................. 26
5.2. Моноимпульсные системы АСН................................... 30
Рекомендуемая литература................................................... 36
38
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 108 Кб
Теги
kulygina
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа