Радиоавтоматика: основы теории и принципы построения автоматических систем, страница 12

Временные диаграммы (рис. 5.4) поясняют работу дискриминатора. Сигнал на выходе ВС каждого канала представляет последовательность импульсов, длительность которых определяется знаком и величиной расстройки Dt. Интеграторы формируют постоянное напряжение, пропорциональные длительности импульсов ВС (сброс интеграторов производится по переднему фронту селекторных импульсов). «Память» интеграторов равна периоду повторения импульсов. Поэтому изменение задержки сигнала из-за движения цели будет отслеживаться системой безошибочно (при условии, что характеристики ФНЧ согласованы с характером движения).

Рис. 5.4

ЛЕКЦИЯ 5. ТЕМА 5: «СИСТЕМЫ СЛЕЖЕНИЯ ЗА ЗАДЕРЖКОЙ СИГНАЛА»

 (продолжение)

План лекции

Область применения систем слежения за задержкой.  

Функциональная и структурная схемы  ССЗ.

Системы слежения за направлением прихода радиосигналов (ССН), их назначение и область применения.

Функциональная и структурная схемы  ССН.

В системах точного измерения дальности (например, спутниковых сис­темах радионавигации) используются псевдослучайные фазо-манипулированные (ФМ) сигналы. Такие сигналы представляют собой непрерывный перио­дический сигнал, полученный путём фазовой манипуляции (фаза принимает два значения: 0 и p) стабильного несущего колебания псевдослучайной по­следовательностью (ПСП) символов ±1. Эта последовательность формирует­ся цифровым генератором, выполненным на основе регистра сдвига с обрат­ной связью. Длина регистра определяет период ПСП (период повторения сигнала)  (N – длина ПСП; n – число триггеров в регистре; t₀ – длительность символа ПСП, равная ,  – тактовая частота генератора ПСП).

Функциональная схема ССЗ псевдослучайного ФМ-сигнала представ­лена на рис. 5.5, а.

На вход ССЗ поступает сигнал промежуточной частоты  с выхо­да УПЧ приёмника. Предварительное детектирование этого сигнала, как пра­вило, невозможно, так как полоса пропускания УПЧ велика (равна  и бо­лее, а  может составлять доли микросекунды). Кроме того, расстояние до передатчика, установленного на спутнике, велико (десятки тысяч километ­ров). В связи с этим обычное амплитудное детектирование невозможно, так как при малых отношениях сигнал/шум происходит подавление сигнала шу­мом. Синхронное (когерентное) детектирование (при котором подавление сигнала не происходит при любых отношениях сигнал/шум) также невоз­можно, так как до установления временной синхронизации фаза сигнала не­известна.

  

Рис. 5.5

Временной дискриминатор (рис. 5.5, б) состоит из двух каналов, в ка­ждом из которых имеется перемножитель, полосовой фильтр (ПФ) и ампли­тудный детектор (АД). В верхнем канале ВД сигнал перемножается с опере­жающей копией S₊ опорной ПСП, а в нижнем канале – с запаздывающей ко­пией S_–. Обе опорные последовательности вырабатываются генератором (ГПСП), идентичным генератору, используемому в передатчике (обычно эти последовательности берутся с выходов последнего и предпоследнего тригге­ров регистра, так что их относительный временной сдвиг равен ).

Перемножитель, ПФ и детектор каждого канала дискриминатора обра­зуют коррелятор, напряжение на выходе которого пропорционально значе­нию автокорреляционной функции (АКФ) ПСП соответственно в точках  (для верхнего канала) и  (для нижнего канала). АКФ имеет вид треугольника с основанием равным .

Формирование дискриминационной характеристики поясняется на   рис. 5.6, где изображены зависимости выходных напряжений каналов от временного рассогласования , а также сама характеристика (как разность напряжений на выходах каналов).

       

Рис. 5.6

Использование амплитудных детекторов в дискриминаторе возможно потому, что сигнал в результате перемножения с каждой из опорных ПСП сжимается по спектру (максимуму напряжения в канале соответствует совпа­дение сигнала и опорной ПСП по задержке – при этом сигнал на входе ПФ имеет вид гармонического колебания промежуточной частоты). Благодаря сжатию по спектру полоса ПФ может быть выбрана значительно меньше, чем полоса УПЧ. Поэтому отношение сигнал/помеха на входе детектора сущест­венно больше, чем на входе дискриминатора. Если начальное временное рас­согласование не превышает значения  по абсолютной величине (обычно стремятся обеспечить начальную ошибку не более ±), на выходе дискри­минатора имеется постоянное напряжение, которое воздействует на управ­ляемый тактовый генератор (УТГ), изменяя его частоту f_т таким образом, чтобы свести ошибку к нулю. Изменение положения опорных ПСП на вре­менной оси путём изменения f_т возможно благодаря связи фазы (задержки) и частоты колебания УТГ: увеличение частоты f_т влечёт смещение опорных ПСП в сторону опережения, а уменьшение – в сторону запаздывания.

Функции ФНЧ в данной схеме те же, что и в ССЗ, рассмотренной ра­нее. Характеристики фильтра выбираются таким образом, чтобы с одной сто­роны, ослабить действие помех, а с другой – уменьшить динамическую ошибку, обусловленную движением объекта. Наличие интегрирующих звеньев в составе ФНЧ обеспечивает возможность осуществлять автосопровождение по дальности (благодаря «памяти» фильтра по положению – даль­ности и по скорости).

Ввод системы в режим слежения осуществляется устройством поиска (на схеме не показано). В режиме поиска цепь управления частотой тактово­го генератора от ФНЧ разрывается. В качестве управляющего используется напряжение генератора поиска (обычно это напряжение пилообразной фор­мы), под действием которого обе опорные ПСП смещаются до тех пор, пока временная расстройка не уменьшится до значения ±. Происходит захват сигнала и система переходит в режим слежения: генератор напряжения поис­ка отключается, а цепь управления генератором тактовой частоты от ФНЧ замыкается (при этом «запоминается» значение напряжения поиска в момент захвата сигнала).

Измерение дальности сводится к измерению задержки выходной ПСП генератора S₀, совпадающей с сигналом, относительно ПСП, модулирующей сигнал передатчика. Последовательность S₀ может быть получена путём за­держки на  последовательности S₊.