Реферат: Фазові кутові моноімпульсні системи

,

де R – радіус розкриву антени; l – довжина хвилі; f – фокусна відстань параболічного дзеркала; a =0,5 для площини Е , яка збігається з площиною поляризації випромінюваної або прийнятої хвилі, і а =0,2 для площини Н , перпендикулярної до площини Е .

Для ВРЛ, які задовольняють вимоги ICAO, сигнали відповіді передаються на частоті 1090 МГц із прямовисною поляризацією. Отже, обраний коефіцієнт а дорівнює 0,2, а l=27,5 см. З практичних міркувань для отримання задовільної форми ДН краще використовувати довгофокусні антени. Тому обираємо f = 3 м. Тоді для Dj_А °=2,5° отримуємо радіус R = 3,7 м, тобто відстань l між антенами А ₁ і А ₂ буде не меншою 7,4 м. За графіками на рис. 10 і за формулою (3), у якій значення U обирається 0,9, визначаємо граничне значення кутової поправки Dj°_{ц ГРАН} однозначного визначення азимутального положення цілі. Отримуємо

Якщо ширина ДН °, сигнал відповіді може прийти під будь-яким кутом у межах цієї діаграми, але такий обмежений діапазон визначення азимута цілі є неприпустимим.

У тих випадках, коли як фазовий кутовий пеленгатор використовуються антенні ґратки, поземний розмір однієї антени за тих самих вихідних вимог до ДН і рівня бокових пелюсток може становити 5…8,5 м. Для граничного випадку, коли поземний розмір антенних ґраток дорівнює 5 м, діапазон однозначного визначення азимута цілі буде дещо більшим , але і він є неприпустимим.

Зазначений вище головний недолік фазового пеленгатора, а також деякі інші недоліки, як наприклад, конструкційні труднощі реалізації двоантенної системи, вимоги високої фазової стабільності каналів, відсутність єдиного каналу відповідей, за яким приймається додаткова інформація, труднощі в реалізації систем придушення сигналів бокових пелюсток ДН антен за запитом і відповіддю та ін. призвели до того, що на цей час у вторинних оглядових радіолокаторах фазовий принцип побудови пеленгаторів не використовується. Це саме зауваження стосується і комбінованих кутових пеленгаторів.

2. Фазовий кутовий дискримінатор

Головним недоліком амплітудних кутових дискримінаторів є необхідність точного узгодження амплітудних характеристик сумарного і різницевого каналів. Для такого узгодження необхідне застосування ряду додаткових заходів, що ускладнюють просту, на перший погляд, структуру дискримінатора. Для радикального зменшення впливу неузгодженості амплітудних характеристик і коефіцієнтів передачі каналів приймачів використовують метод, заснований на застосуванні сумарно-різницевих фазових кутових дискримінантів, або, як їх іноді називають, фазових дискримінаторів. Суть цього методу полягає в тому, що амплітудні співвідношення вхідних сигналів U _S і U _D перетворюються у фазові співвідношення сигналів r ⁺ і r ^- , отриманих векторними додаванням і відніманням вхідних сигналів. Отримані у такий спосіб сумарні і різницеві сигнали перетворюються в сигнали проміжної частоти, підсилюються й обмежуються за амплітудою. Остання операція провадиться для того, щоб надалі за оберненого перетворення фазових співвідношень сигналів в амплітудні, що провадиться ФД, результат перетворення залежав би тільки від співвідношення фаз сигналів, які надходять на ФД, і не залежав від коефіцієнтів передачі сумарного і різницевого каналів приймачів. Отримана у такий спосіб пеленгаційна характеристика в результаті буде функцією співвідношення амплітуд сигналів U _S і U _D , прийнятих сумарною і різницевою ДН антени, а проміжне перетворення амплітудних співвідношень сигналів у фазові необхідно лише для зменшення впливу амплітудних характеристик каналів приймача на результат зміни напрямку на ціль Dj_ц ° щодо миттєвого азимутального положення осі антени ц_А. Це ілюструється рис. 4 і рис. 5, на яких зображена спрощена функціональна схема фазового кутового дискримінатора і векторні діаграми сигналів у різних точках цієї функціональної схеми.

Наведемо опис роботи фазового дискримінатора.

На вхід дискримінатора надходять сигнали, прийняті сумарною і різницевою ДН пеленгатора і позначені на функціональній схемі і векторних діаграмах як å і ∆ (точки 1 і 2 на функціональній схемі). На векторних діаграмах показаний випадок, коли обидва сигнали попередньо фазовані і сумарний сигнал å більше різницевого ∆. Ці сигнали перетворяться у векторну суму å + i ∆ і векторну різницю å − i ∆ цих сигналів. Перетворення здійснюється сумарно-різницевим перетворювачем П i фазообертачем , що виконує операцію множення на – i . Множення на i відповідає повороту фази вектора на +90˚, множення на – i – повороту фази вектора на -90˚. Перетворення провадиться на високій частоті за допомогою пасивних елементів. За такі елементи можуть бути використані кільцеві хвилеводні або смужкові мости, подвійні хвилеводні трійники і хвилеводні або смужкові фазообертачі.

Після перетворювачів високочастотні сигнали å+i ∆ і å-i ∆ надходять на змішувачі і далі у вигляді сигналів проміжної частоти, що зберігають усі фазові співвідношення високочастотних сигналів, підсилюються й обмежуються за амплітудою. Після обмеження всі сигнали, незалежно від того, на якій відстані від радіолокаційної позиції знаходиться ПС, матимуть однакову амплітуду, а інформація про те, наскільки напрямок на ПС відрізняється від напрямку осі ДН, утримуватиметься в межах кута б, оскільки згідно з векторними діаграмами, наведеними на рис. 5, .

Сигнали å+i ∆ і å− i ∆, позначені після обмеження як r ⁺ і r ^- , подаються на ФД, нормована характеристика якого описана функцією синуса різниці фаз сигналів, що надходять на його входи, тобто для аналізованого випадку

. (4)

Напруга на виході ФД несе інформацію не тільки про кутове відношення цілі від напрямку осі антени j_а , але і про знак цього відхилення. Дійсно, з векторних діаграм, поданих на рис. 6, при зміні фази різницевого сигналу D відносно сумарного сигналу S на 180°, вектори r ⁺ і r ^– міняються місцями, кут між ними дорівнює -2a і напруга на виході ФД

Якщо припустити, що сумарна і різницева ДН кутового пелeнгатора описуються, як і для випадку амплітудного дискримінатора, виразами (3) і (2), то згідно з виразом (4) пеленгаційна характеристика вторинного моноімпульсного радіолокатора, що використовує сумарно-різницевий амплітудний пеленгатор і фазовий кутовий дискримінатор, описуватиметься виразом .

Відповідні характеристики наведені на рис. 7. Вони подані для випадку, коли довжина хвилі l = 27,5 см, розкриви антенних ґраток пеленгатора дорівнюють 10; 8 або 5 м, а ДН антени відповідають виразам (4) і (3).

Графіки, наведені на рис. 7, і вираз (3) підтверджують основний недолік фазового кутового дискримінатора – малі межі робочого сектора пеленгаційної характеристики.

Дійсно, згідно з виразом (3) межі однозначного визначення U _ВИХ обмежуються значеннями аргументу синусу ±90°, тобто . Звідси .

фазовий пеленгація кутовий дискримінатор

Цю умову задовольняє граничний випадок, коли D/S=1, тобто робочий сектор пеленгаційної характеристики принципово не може виходити за межі кутів Dj°_Ц , які відповідають точкам перетинання сумарної і різницевої ДН антени (рис. 5, точки а і б ). Оскільки крутизна пеленгаційної характеристики поблизу цих точок низька, то реальний робочий сектор характеристики буде ще меншим. Згідно з виразом (3) межа робочого сектора визначатиметься наближеним виразом

,

де розкрив антени l вимірюється у метрах, а Dj°_гран – у градусах.

3. Фазовий напівкутовий дискримінатор

Як уже наводилося вище, основним недоліком фазового кутового дискримінатора, функціональна схема якого наведена на рис. 4, є мала межа однозначного визначення кутового положення цілі. Однозначність зберігається в межах, коли кут 2a між векторами r ⁺ і r ^– лежить у діапазоні ±90°, тобто коли кут a лежить у межах ±45°.

Робочий сектор, однозначно визначений коригувальною поправкою Dj_ц , в цьому випадку визначатиметься областю, де співвідношення прийнятих сигналів D/У лежить у межах від нуля до одиниці, тобто до точок перетинання сумарної і різницевої ДН антени.

Для усунення цього недоліку використовують метод, суть якого полягає в тому, що сигнали r ⁺ і r ^– порівнюються за фазою не між собою, а із сигналом сумарної ДН å у двох окремих ФД. Пелeнгаційна характеристика в цьому випадку утвориться додаванням результатів окремого порівняння сигналів, фазовий кут між якими дорівнює не 2a, а a. Для кожного з ФД рівняння (3) прийме вигляд

,

із чого витікає, що відношення сигналів D і å для однозначного визначення значення U лежатиме в межах від нуля до нескінченості. Робочий сектор пеленгаційної характеристики значно збільшується, а його межі фактично визначатимуться шириною ДН сумарного променя антени.

Кутовий дискримінатор, в основу роботи якого покладений цей принцип, одержав назву сумарно-різницевого напівкутового фазового дискримінатора або, просто, напівкутового фазового дискримінатора. На рис. 8 показана спрощена функціональна схема такого дискримінатора, а на рис. 9 і 10 наведені векторні діаграми сигналів, що ілюструють принцип роботи цієї схеми.