Повышение точности угловых координат при использовании фазированных антенных решеток в системах радиолокации
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
х координат
.1 Методы измерения угловых координат
Для измерения угловых координат в радиолокации и радионавигации используется радиопеленгование, т.е. определение направления на источник принимаемого радиосигнала. Зависимость напряжения принимаемого радиосигнала от направления прихода радиоволн, заданного углами и в горизонтальной и вертикальной плоскостях, можно представить выражением
, (2.1)
в котором обозначает комплексную амплитуду сигнала.
С учетом зависимости уровня принимаемого сигнала от угловой ориентации диаграммы направленности антенны получаем
, (2.2)
где - время задержки сигнала, пропорциональное расстоянию от источника сигнала до приемной антенны; - частота сигнала; - фаза колебаний радиосигнала; - функции, описывающие ДНА в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Таким образом, для определения направления прихода радиоволн можно непосредственно использовать зависимость амплитуды принимаемого сигнала от отклонения оси ДНА от направления на источник радиосигнала, выражаемую функциями . Такой метод пеленгования называется амплитудным.
При приеме сигнала на две или несколько разнесенных в пространстве антенн фазовый сдвиг сигналов, возбуждаемых в антеннах, зависит от направления прихода радиоволн.
Сигнал в каждой из антенн, разнесенных в пространстве, как показано на рисунке 1.1, определяется зависимостью
, (2.3)
где - время задержки сигнала, пропорциональное расстоянию от источника сигнала до -й приемной антенны.
Метод определения направления измерением фазовых сдвигов сигналов в антеннах называют фазовым. Применяются также комбинированные амплитудно-фазовые методы пеленгования.
При частотной модуляции сигнала возможно использование и частотного метода определения направления, который иногда применяется совместно с амплитудным для повышения точности и разрешающей способности РЛС по угловым координатам.
Рассмотрим кратко методы пеленгования, для упрощения предполагая, что источник сигнала и антенна приемника находятся в одной (горизонтальной) плоскости.
Фазовые методы основаны на измерении разности фаз колебаний, принимаемых двумя антеннами, разнесенными в пространстве (радиопеленгатор), как показано на рисунке 1.1.
Прием может осуществляться и на одну антенну, но тогда сигнал должен излучаться разнесенными антеннами (фазовый радиомаяк). Проанализируем пеленгование объекта фазовым методом для двух ненаправленных приемных антенн и (рисунок 1.1). Пусть расстояние между антеннами, называемое базой равно , а пеленгуемый объект удалей от центра базы на расстояние . В этом случае направления прихода сигналов от объекта к антеннам А1 и А2 можно iитать параллельными. При этом разность расстояний , где - угол между направлением на объект и нормалью к базе, проходящей через ее середину.
Зная базу и измеряя тем или иным способом разность расстояний можно найти направление на пеленгуемый объект . При фазовом методе измеряется разность фаз колебаний, возбуждаемых в антеннах A1 и A2. Если длина волны принимаемых колебаний равна , то .
При применении в качестве фазочувствительного элемента фазового детектора напряжение на его выходе
, (2.4)
где - амплитуда сигнала на входе детектора.
Для исключения влияния неизвестной амплитуды вводят эффективную АРУ или ограничение сигнала, благодаря чему напряжение на входе детектора можно iитать постоянным. Тогда выражение для можно записать следующим образом
, (2.5)
где является константой.
Так как косинус функция четная, то знак напряжения на выходе фазового детектора не зависит от знака отклонения оси антенны от направления на объект. Для устранения этого недостатка в один из приемных каналов вводят цепь сдвига фазы на ?/2, вследствие чего зависимость приобретает вид дискриминационной характеристики:
, (2.6)
При малых значениях а зависимость имеет приближенно линейный характер
. (2.7)
Таким образом, по напряжению на выходе фазового детектора можно найти значение и знак угла рассогласования .
Зависимость нормированного напряжения рассогласования от угла рассогласования называется пеленгационной характеристикой угломера:
. (2.8)
Производную пеленгационной характеристики при называют крутизной пеленгационной характеристики или чувствительностью пеленгования:
(2.9)
Таким образом, чувствительность, а следовательно, и точность пеленгования растут с увеличением отношения . Однако при появляется неоднозначность измерения угла, что следует из выражения (2.6). Для исключения неоднозначности применяют (так же как в фазовых дальномерных системах) нескольких шкал, т. е. проводят измерения при различных отношениях .
Необходимо подчеркнуть, что рассмотренный фазовый угломер с ненаправленными антеннами не обладает разрешающей способностью по углу, поскольку два или несколько источников сигнала, расположенных на различных направлениях, создадут в антеннах единый результирующий сигнал (если они неразделимы по другим параметрам), что исключает возможность их раздельного наблюдения и измерения пеленгов. Для разрешения сигналов по углу необходимы антенны с достаточно узкой амплитудной характеристикой направленности.
Для измерения азимута и угла места фазовый радиопеленгатор должен иметь две пары