Выбор структурных схем

Разработка любого из каналов РЛ, в том числе и канала измерения скорости, требует системного подхода, когда производится оценка структуры и параметров не только данного канала, но и РЛ в целом. При таком подходе можно учесть взаимозависимость параметров отдельных каналов, проявляющуюся, в частности, в том, что сигналы и устройства, позволяющие получить наилучшие показатели канала скорости, оказываются не подходящими для канала дальности. Учет указанных взаимозависимостей приводит к структурным схемам, основанным на компромиссе между конфликтующими требованиями к отдельным каналам РЛ. Если такой компромисс достичь не удается, приходится идти по пути усложнения РЛ, например, за счет последовательного во времени поставленных перед РЛ задач. В этом случае на предельных дальностях может производиться поиск цели по угловым координатам, затем измеряется скорость цели, а при сближении с целью осуществляется измерение ее дальности.

В данном разделе предлагается один из вариантов разработки структурной схемы РЛ, а также схемы канала скорости и измерителя частоты. Предполагается, что в РЛ используется простой импульсный зондирующий сигнал, а модулирующие импульсы имеют прямоугольную форму. Угловые координаты цели измеряются моноимпульсным пеленгатором с суммарно-разностным угловым дискриминатором. Канал обнаружения цели детально не рассматривается.

Структурная схема РЛ. В соответствии с поставленными перед РЛ тактического самолета задачами этот РЛ должен иметь канал обнаружения движущихся целей (ОДЦ) и три измерительных канала, служащих для определения угловых координат, скорости и дальности. Наличие ОДЦ и необходимость измерения скорости цели требуют применения когерентного зондирующего сигнала, а реализация разрешения целей по дальности – импульсного характера этого сигнала. Для облегчения селекции движущихся целей на фоне отражений от земной поверхности на этапе обнаружения цели и измерения ее скорости следует использовать высокую частоту повторения импульсов, что способствует также и лучшему использованию мощности передатчика РЛ.

Из сказанного следует, что проектируемый РЛ должен относится к классу импульсных истинно-когерентных с высокой частотой повторения и малой скважностью (импульсно-доплеровский РЛ). Упрощенная структурная схема такого РЛ представлена на рис. 1.3. Источником когерентных колебаний служит синтезатор частот СЧ. Основой СЧ является когерентный генератор частоты f_к.г, из которой путем дробно-рациональных преобразований формируются частоты всех сигналов, необходимых для работы РЛ. Передатчик Прд представляет собой усилитель радиочастоты f₀, периодически отпирающийся при поступлении с СЧ модулирующих импульсов с требуемой частотой повторения F_п. Частота F_п меняется в зависимости от режима работы РЛ от больших значений на предельной дальности, когда осуществляется обнаружение цели и измерение ее скорости, до низких, обеспечивающих измерение дальности на средних и малых дальностях до цели. Полученный в Прд зондирующий сигнал через переключатель прием – передача ППП поступает на суммарно-разностный мост волноводного тракта ВТ (на то плечо моста, с которого в режиме приема снимается суммарный сигнал) и излучается антенной системой АС в пространство. Суммарно-разностный мост при передаче выполняет функцию делителя мощности между отдельными элементами АС. Управление сканированием ДНА в процессе поиска цели осуществляется устройством управления диаграммой направленности УУДН с помощью управляющего сигнала УС-2, поступающего с ЭВМ радиолокатора ЭВМ РЛ.

Рис. 1.3

Принятые сигналы с АС подаются на суммарно-разностный мост, в котором образуются суммарный U_S и два разностных U_D сигнала (на рис. 1.3 показан только один из разностных сигналов). Эти сигналы усиливаются и фильтруются в приемно-усилительном тракте ПУТ, который содержит широкополосный ШТ и узкополосный УТ тракты. Первый из них служит для усиления импульсных сигналов и имеет три канала для усиления суммарного и двух разностных сигналов. Суммарный сигнал с входа ШТ направляется на канал ОДЦ, на измеритель дальности ИД и УТ, входящий в состав канала скорости. Кроме того этот сигнал вместе с разностными подается на фазовые детекторы ФД – выходные устройства дискриминаторов каналов измерения угловых координат (на рис. 1.3 показан только один ФД). Сигналы, содержащие информацию о угловом рассогласовании равносигнального или равнофазного направления АС и направления на цель, через УУДН поворачивают ДНА в сторону цели. Данные о азимуте a и угле места b цели снимаются с УУДН.

Дальность измеряется импульсным методом, для чего в ИД подаются с СЧ опорные (модулирующие передатчик) импульсы. Информация о дальности используется в ЭВМ РЛ только при работе с низкой частотой повторения импульсов.

Узкополосный тракт УТ выделяет из импульсного сигнала составляющую спектра с частотой F_пд + F_д, где F_пд – частота подставки, необходимая для сохранения знака доплеровского сдвига частоты.

Информация о дальности R, скорости V и угловых координатах a и b, а также сигнал обнаружения СО подаются (обычно в цифровой форме) в ЭВМ РЛ, где вырабатываются сигналы управления самолетом и его оружием, управления режимами работы РЛ, а также поступающие потребителям информации ПИ. Эта ЭВМ вырабатывает, в частности, сигнал УС-1, служащий для управления частотой повторения зондирующих импульсов, и сигнал УС-2, используемый в режиме поиска цели.

Структурная схема канала скорости. Упрощенная схема рассматриваемого канала показана на рис. 1.4. Образующийся в смесителе См-2 сигнал разностной частоты F_пд+F_д выделяется усилителем доплеровских частот УДЧ и подается на следящий измеритель частоты СИЧ. Построенный по схеме, показанной на рис. 1.4, следящий измеритель частоты практически эквивалентен оптимальному и для его расчета можно использовать соотношения, приведенные в ([2], с. 530-531). Для снижения влияния шума и помех на точность измерения частоты в СИЧ с помощью узкополосного фильтра УПФ осуществляется фильтрация сигнала перед подачей его на частотный дискриминатор ЧД. В целях облегчения узкополосной фильтрации частота сигнала повышается (например, до f_н=500кГц). На частоту f_н настраиваются УПФ и ЧД. На смеситель См-3 вместе с сигналом с выхода УТ поступает сигнал управляемого генератора УГ, частота которого f_у.г является функцией управляющего напряжения U_упр, снимаемого с экстраполятора Э.

Рис. 1.4

В режиме поиска сигнала по частоте (по скорости) на экстраполятор Э со схемы поиска СП подается, например, постоянное напряжение U_п. Под действием U_п изменяется U_упр, а следовательно и f_у.г. Частота f_у.г меняется до тех пор, пока сигнал не попадет в полосу пропускания УПФ. Если сигнал на выходе УПФ имеет достаточную мощность, то срабатывает схема захвата СЗ. При этом в СП отключается U_п и замыкается цепь, по которой на Э подается сигнал рассогласования по частоте с ЧД. В режиме слежения за частотой F_д (за скоростью) частота сигнала на выходе См-3 поддерживается равной f_н путем соответствующего изменения частоты f_у.г управляемого генератора. Носителем информации о измеряемой частоте F_д, а следовательно и о радиальной скорости цели, является частота f_у.г. Сигнал, имеющий частоту f_у.г, преобразуется в импульсную последовательность, частота повторения импульсов которой равна f_у.г, и подается в ЭВМ РЛ. Последнее преобразование может выполняться и в ЭВМ РЛ.

Следует отметить, что схема поиска и захвата СПЗ вместе с элементами СИЧ, участвующими в процессе, поиска сигнала, представляют собой обнаружитель движущихся целей и могла бы использоваться вместо основного ОДЦ, если бы не жесткие ограничения на время обнаружения цели. Рассматриваемая СПЗ основана на последовательном анализе частот, где предполагается присутствие сигнала. При поиске сигнала по частоте, требующем в данном случае большего времени ([1], с. 158), цель должна находиться в пределах ДНА, что требует, в свою очередь, снижения скорости сканирования антенны или ее ДНА, а следовательно и увеличения времени обнаружения.

С другой стороны, узкополосная фильтрация способствует снижению пороговой мощности сигнала, а следовательно и увеличению дальности обнаружения при той же мощности передатчика РЛ. Однако при оценке получаемого за счет применения УПФ энергетического выигрыша нужно учесть, что здесь используется только одна составляющая спектра импульсного сигнала, что приводит к пропорциональному скважности уменьшению доли мощности сигнала, используемой для обнаружения последнего.