4.3. Применение цифрового моделирования для исследования вопросов радиолокационного сопровождения на фоне шумов

1. Постановка задачи

Среди большого числа разнообразных радиосистем одними из наиболее распространенных являются системы радиоавтоматики. В этом параграфе рассматриваются вопросы цифрового моделирования систем радиоавтоматики на примере радиолокационного автодальномера, приемник которого содержит либо инерционную систему АРУ, либо нелинейную систему, обеспечивающую логарифмическую амплитудную характеристику приемника.

В качестве объекта моделирования был выбран автодальномер, упрощенная функциональная схема которого показана на рис. 4.14.

Схема, показанная на рис. 4.14, является наиболее распространенной схемой автодальномера, в котором напряжение ошибки вырабатывается путем вычитания площадей участков импульса сигнала, совпадающих по времени с двумя селектирующими импульсами (полустробами). Эта схема имеет характеристики, близкие к потенциально достижимым [2] и в настоящее время широко используется на практике.

Конечной целью решения рассматриваемой здесь задачи было определение среднего времени до срыва слежения в автодальномере при воздействии шумовой стационарной помехи с учетом, с одной стороны, влияния АРУ и логарифмического УПЧ, применяемых для обеспечения широкого динамического диапазона и снижения уровня амплитудных флюктуации сигнала, а с другой стороны, влияния динамических ошибок в следящей системе, возникающих при движении цели. В качестве промежуточных результатов требовалось получить дискриминационные и флюктуационные характеристики дискриминатора с АРУ и с логарифмическим УПЧ.

1 – УПЧ, 2 – амплитудный детектор, 3 – цепь обратной связи АРУ, 4 – касакады совпадения, 5 – вычитающее устройство, 6 – сглаживающий фильтр, 7 – управляемый генератор полустробов

Рис. 4.14

При решении задачи сделаны следующие предположения.

1. Отраженный от цели сигнал представляет собой гауссов радиоимпульс. Амплитуда сигнала флюктуирует по закону Релея, а начальная (фаза — по равновероятному в интервале  закону. Корреляционная функция амплитудных флюктуации сигнала аппроксимируется экспонентой. На сигнал накладывается аддитивная шумовая помеха, эквивалентная нормальному белому шуму со спектральной плотностью .

2. УПЧ представляет собой обычный многокаскадный полосовой усилитель с колокольной частотной характеристикой, согласованной со спектром гауссова радиоимпульса. УПЧ содержит либо систему АРУ и тогда он имеет регулируемый коэффициент усиления и стробируется следящим стробом, длительность которого в несколько раз превышает длительность импульса сигнала, либо нелинейную систему, обеспечивающую логарифмическую амплитудную характеристику приемника, причем систему настолько быстродействующую, что ее влияние можно свести к безынерционному логарифмическому преобразованию огибающей колебания на входе УПЧ.

3. Детектор является линейным безынерционным детектором огибающей.

4. Система АРУ описывается уравнением первого порядка. Цепь обратной связи АРУ представляет собой последовательное соединение однозвенного -фильтра с передаточной функцией  и безынерционного усилителя АРУ с коэффициентом усиления  (к такой схеме можно привести большинство реальных схем АРУ первого порядка [19]).

5. Генератор полустробов выдает прямоугольные селектирующие импульсы.

6. Следящая система дальномера имеет астатизм второго порядка. Передаточная функция ее в разомкнутом виде

.                                  (4.29)

(Электронный дальномер с двумя интеграторами и коррекцией [2], где  — постоянная времени корректирующей цепи,  — коэффициент передачи двух интеграторов.)

Полное решение поставленной задачи аналитическим путем связано со значительными трудностями, так как исследуемая система нелинейная и находится под воздействием неаддитивных (по отношению к измеряемому параметру) флюктуации. Экспериментальное исследование этой задачи требует больших затрат времени и средств, в особенности на этапе проектирования, когда для эксперимента требуется создание физического макета автодальномера.

Ниже рассматривается решение этой задачи методом цифрового моделирования, который позволил сравнительно быстро получить необходимые результаты. Задача решалась в два этапа: сначала исследовались характеристики дискриминатора, т. е. высокочастотной части дальномера входа приемника до выхода вычитающего устройства, а затем процессы слежения и срыва в следящей системе. На выходе дискриминатора снимались зависимости величины постоянной составляющей от величины рассогласования между центром импульса и серединой селектирующих импульсов для различных значений отношения помеха/сигнал (дискриминационные характеристики) и аналогичные зависимости флюктуационной составляющей (флюктуационные характеристики). Эти характеристики были входными данными при цифровом моделировании следящей системы.