CC BY
22
ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ОБЩЕГО ТРАКТА В ЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ СО СКАНИРОВАНИЕМ В.В. Григорьев, М.М. Мотылькова, Д.В. Козис
Для систем пространственного слежения, предназначенных для автоматического сопровождения и выработки пространственных координат подвижных объектов, перемещающихся в пространстве по неизвестной траектории, ставится задача: на основании математического описания работы общего тракта, выделяющего информацию по каналам углов места и азимута, построить модель функционирования общего тракта, наиболее приближенную по физическим законам его работы к реальной, позволяющую отражать количество посылок облучающих импульсов и частоту сканирования. К такому классу систем можно отнести радиотехнические, оптические следящие системы, а также системы наведения и ориентации научных приборов.
Автоматическое измерение текущих координат объекта производится путём непрерывного совмещения равносигнального направления с направлением на объект, т.е. устранением угла ошибки, возникающего при перемещении объекта сопровождения и носителя в пространстве. Управление угловым положением антенны осуществляется радиолокационной следящей системой, состоящей из двух основных частей - пеленга-ционного и исполнительного устройств.
Пеленгационное устройство служит для непрерывного определения угловой ошибки 5, преобразования её в соответствующее напряжение сигнала ошибки и разделения последнего на два управляющих напряжения каналов исполнительного устройства, которые, в свою очередь, определяют составляющие напряжения сигнала ошибки по месту и азимуту. Следящие системы радиолокации станций автоматического сопровождения и управления по направлению представляют собой замкнутые автоматические системы, принцип действия которых основан на сравнении действительного значения угловой координаты объекта в пространстве с положением равносигнального направления. С помощью выявляемого при сравнении рассогласования, или ошибки, осуществляется управление антенной таким образом, чтобы равносигнальное направление непрерывно совмещалось с направлением на объект. При этом по угловому положению антенны определяются текущие угловые координаты, а по скорости вращения антенны - угловая скорость объекта относительно станции.
Пеленгационное устройство удерживает в поле зрения подвижный объект, отрабатывая с помощью приводов углов места (УМ) и азимута (УА) рассогласование между направлением на объект и осью направленности излучения (осью визирования). Относительное рассогласование между направлением на объект и осью визирования преобразуется пеленгатором и общим трактом в электрические сигналы, которые поступают на регулятор, управляющий приводами УМ и УА. Выходные сигналы общего тракта, как правило, зависят нелинейно от ошибок по УМ и УА.
Для обеспечения слежения за целями на больших дальностях в оптико-электронных следящих системах необходимо увеличивать мощность облучающих импульсов. С другой стороны, в этом случае перед разработчиком встаёт проблема массо-габаритных ограничений на подвижные части сканирующей оптико-электронной системы. Одним из вариантов решения этой задачи является использование для облучения целей импульсных источников. При этом в режиме циклического сканирования на один оборот приходится конечное число облучающих импульсов. Рассматриваемая система предназначена для слежения за пространственными целями в режиме сканирования пространства по круговой траектории.
Положение подвижной цели Ц относительно системы слежения определяется в пространственной системе координат.
В связи с тем, что в рассматриваемой локационной системе используется облучаемый источник с импульсным действием, отражённые энергетические потоки проди-скретезированы по времени с постоянной времени Т, определяемой частотой посылок облучаемых импульсов. Таким образом, сигнал на выходе реального устройства будет иметь импульсный характер.
Облучающий луч представляет собой распределение энергии электромагнитных волн в некотором телесном угле пространства. Предполагается, что в сечении, перпендикулярном распространению луча, облучающая энергия распространена по нормальному закону с дисперсией 5о.
Координаты центра L облучаемого луча изменяются с частотой сканирования ш0 по гармоническому закону: e01(f)=a0 sinw0t, e02(t)=a0 coso0t,
где a0 - радиус сканирования облучаемого луча, ш0 - циклическая частота сканирования.
Координаты центра цели (точка Ц) представим в виде: e1(t)=0 sinj, e2(t)=0 cosj,
где 0 = e¡2+ e22 - модуль рассогласования между направлением оси следящей системы и направлением на цель; j - угол между осью OY относительной системы координат XOY в плоскости перпендикулярной оси следящей системы и линией ОЦ. zi = ei - e0i Z2 = e2 - e02
где z1 и z2 - соответствующие разности, определяющие относительное расположение координатной точки e¡, e2 относительно центра излучаемого пучка e01, e02.
С использованием введённых обозначений получим выражение для входного сигнала:
j ^^ e 2 ) ^ТТГ • eXP("Í(Z12 + Z 2 )) , 2—0 0 2o 0
где 50 - конструктивный параметр (дисперсия), отражающий «размытость» энергии в пучке.
На выходе устройства сигнал получается как интеграл от распределения энергии в отражённом пучке по площади отражающей поверхности:
се 1 1
j (em, e 2Ч, гц) = Kn JJ т-oy • exP(- ТОГ r^)dxdxy»
S(r0,r¥)=0 2—0 0 20 0
где Kn - коэффициент передачи приёмника с учётом отражающих свойств цели. Так как мы рассматриваем цель как точечную, то будем считать, что сигнал на выходе равен подынтегральному выражению. Этот сигнал поступает на демодулятор, который в соответствии с опорным напряжением преобразует сигнал в виде: p1 = y(z1, z2) • sign sin w 0t
p2 = y(z1, z2) • sign cos w0t
где y(z1, z2 ) = j(z1, z2 ) - C0, C0 - постоянная составляющая.
Положим, что следящая локационная станция осуществляет сканирование с частотой сканирования f = 20 Гц и на один оборот сканирования приходится 8 облучающих импульсов, т.е. N=8. Тогда следует, что сигнал должен быть продискретизирован по времени с величиной интервала дискретизации Г=0,00625с.
С помощью пакета "ЗтиНпк" было проведено исследование процессов в следящей локационной станции с коническим сканированием. Схема моделирования приведена на рис. 1.
Рис. 1.Схема моделирования.
Автоматический обзор пространства для получения информации о находящихся в нём объектах представляет существенный интерес для ряда областей промышленности. Возникает ряд задач, связанных с исследованием и просмотром больших территорий и пространств. Значительные достижения квантовой электроники позволили создать уникальные локационные системы пространственного слежения. Эти системы позволяют измерять с большой точностью координаты и скорость объекта, получать исчерпывающую информацию о его форме, определять характеристики его поверхности. Вместе с тем локаторы могут иметь сравнительно небольшие габариты.
