Система автоматического слежения по направлению(АСН).

Изменение угловых координат движущихся объектов осуществляется системой автоматического сопровождения по направлению (АСН).

Направление на объект определяется двумя угловыми координатами: азимутом (угол в горизонтальной плоскости) и углом места (угол в вертикальной плоскости). Если с неподвижным основанием антенны совместить систему координат, то угловое положение антенны относительно этого основания определит азимут объекта в горизонтальной плоскости и угол места объекта в вертикальной. Для обеспечения поворота антенны в двух плоскостях оси двигателей азимутальной и угломестной следящих систем соединены с антенной посредством карданного повеса.

Система АСН состоит из приемопередающего устройства, направленной антенны и двухканального следящего привода этой антенны, посредством которого осуществляется поворот антенны в двух плоскостях – азимутальной (горизонтальной) и угломестной (вертикальной).

Таким образом, система АСН состоит из двух следящих систем, в каждой из которых входной величиной является угловая координата (азимут или угол места) движущегося объекта, а выходной величиной – угол, определяющий положение равносигнального направления (РСН) в азимутальной или угломестной плоскости.

В АСН применяют антенны направленного действия (параболические зеркальные или антенные решетки). Антенная система АСН совместно с приемопередающим устройством образует угловой дискриминатор (УД). Пеленгационная характеристика АСН в каждом канале формируется обычно из двух диаграмм направленности (ДН), смещенных относительно РСН на некоторый угол (рис. 3.21а).

На рис. 3.21б показано, как из исходных ДН f₁(q) и f₂(q) получаются суммарная f₊(q) и разностная f_–(q) ДН. Из графика f_–(q) видно, что разностная ДН напоминает дискриминационную характеристику.

В результате в итоговой ДН сформировано РСН, обладающее тем свойством, что при совпадении его с направлением на объект ошибка на выходе УД будет равна нулю. При смещении объекта относительно РСН (Dq) возникает угловое рассогласование x(t), и на выходе УД появляется напряжение ошибки U_д(t), пропорциональное рассогласованию:

U_д(t) = k_УД x(t) = k_УД Dq , (3.21)

где k_УД – коэффициент преобразования УД, а Dq – угловое смещение объекта наблюдения (например, в канале угла места) относительно РСН.

На рис. 3.22 приведена функциональная схема одного из каналов АСН, состоящая из УД, усилителя (У) и исполнительного двигателя (ИД) с редуктором (Р), управляющими положением антенны (А).

Для получения необходимых динамических характеристик следящей системы в ее состав введено корректирующее устройство К_кор , которое состоит из тахометрического моста, вырабатывающего напряжение, пропорциональное скорости вращения ротора ИД, дифференцирующей цепи и представляет собой цепь гибкой обратной связи (связи по ускорению), охватывающей У и ИД следящей системы.

Возникающее в результате движения объекта рассогласование x(t) (или Dq) преобразуется УД в напряжение ошибки U_д(t), которое поступает на вход усилителя (У) следящей системы. Под действием этого напряжения ротор двигателя (ИД) начинает вращаться, поворачивая через редуктор (Р) антенну (А) в соответствующей плоскости в сторону уменьшения рассогласования.

ИД с редуктором совместно со следящей антенной представляют собой неизменяемую часть системы АСН с заданными динамическими характеристиками, поэтому в качестве объекта управления системы АСН в динамическом отношении целесообразно рассматривать не саму антенну, а антенну и ИД с редуктором как единое целое. При этом динамические свойства антенны (момент инерции относительно выходной оси следящей системы и т. п.) учитывают при расчете постоянной времени ИД.

В зависимости от способа формирования РСН УД системы АСН подразделяют на две группы: УД с последовательным сравнением сигналов (УД с интегральным РСН) и УД с одновременным сравнением сигналов (УД с мгновенным РСН).

В УД первого типа антенной АСН формируется одна вращающаяся ДН, максимум которой смещен от продольной оси антенны (сечение этой ДН совпадает с ДН на рис. 3.21а). Если направление на цель совпадает с РСН, то цель облучается импульсами одной и той же мощности, поэтому амплитуда отраженных от нее импульсов будет постоянной. Если же движущийся объект смещается от РСН, то в моменты времени, разделенные интервалом времени, равным половине периода сканирования, отраженные от цели импульсы будут иметь различные амплитуды. В итоге на выходах фазовых детекторов выделяется напряжение разности отраженных от цели импульсов. Анализ амплитуды и фазы полученного сигнала позволяет определить рассогласование с РСН и выполнить подстройку положения антенны в соответствующих каналах.

В моноимпульсных УД прием отраженных от цели сигналов осуществляется одновременно четырьмя антеннами (по две для пеленгации цели в каждой плоскости), и для каждой плоскости формируется свой независимый канал. В отличие от предыдущего типа УД, амплитудные флуктуации отраженного сигнала не влияют на точность измерения угла рассогласования. Упрощенная схема УД моноимпульсной АСН представлена на рис. 3.23.

Сформированные суммарная f₊(q) и разностная f_–(q) ДН поступают на соответствующие входы смесителей СМ, после фильтрации и усиления в УПЧ полученные сигналы сравниваются фазовым детектором (ФД).

U_д(Dq)= k₀ F(q) = k₀ f_–(q)/f₊(q) = k_УДk₀Dq . (3.22)

Суммарная ДН позволяет нормировать пеленгационную характеристику при разных уровнях сигнала от целей и может быть использована в петле АРУ. Кроме того, для АРУ можно использовать информацию об изменении дальности цели от системы АСД.

Еще одна реализация АСН может быть построена на основе системы антенн, разнесенных в пространстве (разнесенный прием). В этом случае при отклонении цели от РСН будут различаться фазовые набеги в каналах приема, что используется для дальнейшей обработки и подстройки положения ДН антенн аналогично системам, рассмотренным выше (рис. 3.24).