Содержание к диссертации
Введение
1. Многоканальные супергетеродинные приемные устройства в однолучевых и однопозиционных пеленгаторах с ФАР 11
1.1. Структуры и алгоритмы амплитудных и фазовых пеленгаторов с ФАР 11
1.2. Влияние неидентичности АЧХ и ФЧХ каналов ЛТ МСПУ на погрешность пеленгования 18
1.3. Выводы 25
2. Использование автоматизированных средств контроля для повышения точности многоканальных пеленгаторов с ФАР 26
2.1. Назначение и применение автоматизированных средств контроля 26
2.2. Критерии эффективности автоматизированных средств контроля 32
2.3. Автоматизированный тестовый контроль и коррекция неидентичности каналов многоканальных супергетеродинных приемных устройств 41
2.4. Совмещенный встроенный контроль в многоканальных пеленгаторах 58
2.5. Выводы 64
3. Пути уменьшения влияния пеленгуемых сигналов на достоверность контроля 66
3.1. Модели радиообстановки для анализа многоканальных пеленгаторов 66
3.2. Точность оценки АЧХ и ФЧХ при различных вариантах радиообстановки 75
3.3. Повышение достоверности и быстродействия совмещенного контроля и пеленгования на основе адаптации структуры и параметров стимулирующих сигналов 87
3.4. Выводы 95
4. Принципы построения генераторов стимулирующих сигналов 97
4.1. Сравнительный анализ формирователей ЛЧМ сигналов..97
4.2. Алгоритм и структура многофункционального генератора стимулирующих сигналов 101
4.3. Выводы 116
5. Моделирование средств совмещенного контроля многоканальных пеленгаторов 118
5.1. Структура модели автоматизированных средств совмещенного контроля многоканальных пеленгаторов 118
5.2. Расчет точности оценки АССК фазочастотных характеристик линейного тракта 122
5.3. Расчет точности пеленгования при использовании АССК 130
5.4. Расчет достоверности АССК 132
5.5. Выводы 141
Заключение 142
Литература 145
- Влияние неидентичности АЧХ и ФЧХ каналов ЛТ МСПУ на погрешность пеленгования
- Автоматизированный тестовый контроль и коррекция неидентичности каналов многоканальных супергетеродинных приемных устройств
- Повышение достоверности и быстродействия совмещенного контроля и пеленгования на основе адаптации структуры и параметров стимулирующих сигналов
- Алгоритм и структура многофункционального генератора стимулирующих сигналов
Влияние неидентичности АЧХ и ФЧХ каналов ЛТ МСПУ на погрешность пеленгования
Для повышения точности пеленгования используются "конструктивные" (схемотехнические) и методы, основанные на введении в радиоэлектронную аппаратуру (РЭА) избыточности (системотехнические) /20/.
Конструктивные методы повышения точности пеленгования состоят в тщательной отработке конструкций отдельных элементов и узлов, подборе материалов и технологии производства, требуют больших капитальных затрат и много времени на их отработку.
Методы, основанные на введении в РЭА избыточности, весьма привлекательны, поскольку позволяют создавать высокоточные радиоэлектронные системы (РЭС) на основе типовой элементной базы. В настоящее время нашли применение такие методы с использованием избыточности, как метод образцовых мер /21/, метод обратных преобразований /22/ и тестовый метод /23/. При проектировании высокоточных РЭС (в том числе пеленгаторов) необходимо предусматривать меры по обеспечению высокого уровня коэффициента готовности, что связано с организацией технического обслуживания. Одним из основных этапов технического обслуживания РЭС является оценка их состояния (определение работоспособности, поиска дефектов, прогнозирование изменения характеристик), осуществляемая автоматизированными средствами контроля (АСК). Концептуальное описание АСК, используемых в высокоточных РЭС различного назначения, может быть сформулировано на основе классификации видов и методов контроля, заимствованной из работ /6,20/ и приведенной в таблице 2.1. Выбор конкретных видов и методов контроля в РЭС осуществляется на основе анализа содержательного аспекта исходных данных, характеризующих их назначение и и применение. С целью обеспечения высокого уровня тактико-технических и конструктивно-эксплуатационных характеристик в пеленгаторах (П) широкое распространение получил тестовый встроенный автоматизированный контроль /25,26/. С учетом исходных условий и ограничений, имеющих место при при проведении радиоконтроля, при построении П следует использовать, как показано в работе /25/, допусковый частичный и сквозной контроль с жесткой программой и детерменированным решающим правилом. Постоянный рост требований к достоверности информации и непрерывности ее получения в П определяют тенденцию перехода от периодического режима контроля к оперативному. В соответствии со спецификой эксплуатации П управление их функционированием, как правило, осуществляется из единого центра комплекса радиоконтроля (КРК), что определяет целесообразность использования централизованного контроля. В связи с усложнением структуры современных П, широким использованием принципа многоканальности, а также потребностью постоянного поддержания на высоком уровне, как технических характеристик, так и характеристик технического обслуживания появилась необходимость в использовании, наряду с контролем работоспособности, диагностического контроля с автоматической коррекцией аппаратурных погрешностей. В рамках данной диссертации акцент делается на использование диагностического контроля с автоматической коррекцией аппаратурных погрешностей, реализованного на основе тестового метода. При этом П является РЭС, подлежащей техническому обслуживанию, а МСПУ, входящее в состав П, является объектом контроля (ОК). При проведении контроля П на основе АСК должны осуществляться следующие операции: автоматическая выдача стимулирующих сигналов (СтС), имитирующих исследуемые процессы и режимы работы, на ОК по заданной программе; автоматическая селекция и преобразование реакций ОК; формирование образцовых значений контролируемых параметров; сравнение фактических и образцовых значений контролируемых параметров; вынесение решения о состоянии ОК и П в целом. Анализ известных структур АСК показывает /25/, что в их составе имеется общая и специфическая части. Обобщенная структура АСК представлена на рис.2.1, где РУ - решающее устройство, СП - специальная подсистема; УСК - устройство связи и коммутаций; УОУ - устройство обработки и управления. Наиболее важной частью АСК является специальная подсистема (СП), которая учитывает специфику ОК. В состав этой подсистемы входят генераторы СтС (ГСтС) и измерительные преобразователи (ИПр), которые преобразуют реакции на СтС в унифицированные процессы.
Автоматизированный тестовый контроль и коррекция неидентичности каналов многоканальных супергетеродинных приемных устройств
Многоканальные супергетеродинные приемные устройства (МСПУ) находят применение при построении корреляционных и фазовых пеленгаторов, а также и при построении амплитудных пеленгаторов на основе фазированных антенных решеток (ФАР).
Эффективность перечисленных пеленгаторов существенно зависит от степени идентичности АЧХ и ФЧХ каналов используемых в них супергетеродинных приемников.
С целью обеспечения высокой идентичности АЧХ и ФЧХ каналов приемника широкое применение, как отмечено выше, получил тестовый встроенный контроль с использованием стимулирующих сигналов (СтС).
За последние годы появилось много работ, посвященных рассмотрению вопросов теории и практики построения автоматизированных средств контроля (АСК). Основными из них можно считать работы известных ученых В.А. Долгова, А.С. Касаткина, В.Н. Сретенского, Р.А. Валитова, В.П. Балашова, П.И. Чинаева, В.Д. Кудрицкого, Г.П. Шибанова, В.М. Шляндина, Н.Н. Пономарева, В.Ф. Баумгарта, М.Г. Иоффе и др.
Отличительной особенностью данных работ, посвященных исследованию СВК, является принцип разделения во времени режима контроля и основного режима функционирования контролируемой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
Тестовый встроенный контроль МСПУ может осуществляться на основе параллельного или последовательного методов. При параллельном методе контроля СтС одновременно подаются на входы всех каналов ЛТ, обрабатываются в многоканальном устройстве АСК, выделяющем СтС на выходах каналов и осуществляющем после формирования сигналов рассогласования коррекцию АЧХ и ФЧХ одновременно во всех каналах.
Параллельный метод обеспечивает высокое быстродействие контроля, но при этом существенно возрастает сложность аппаратурной реализации пеленгатора (П). Поэтому ниже рассматривается последовательный метод контроля, при котором СтС поочередно подается на вход каждого канала. Обработка СтС после прохождения канала осуществляется в одноканальном АСК и только после завершения коррекции АЧХ и ФЧХ одного канала ЛТ начинается контроль АЧХ и ФЧХ следующего канала. Полезный сигнал S(t) в каналах ЛТ усиливается, селектируется и преобразуется по частоте, после чего на промежуточной частоте осуществляется фазировка напряжений, соответствующая определенному пеленгу от УУь которое определяет программу пространственного обзора П. Сфазированные в каналах полезные сигналы S(t) поступают на Из.П и выделяются на выходе узкополосного фильтра (УФ), полоса пропускания которого А/уф выбирается из условия А/Уф=А/5+За/з, где Д/8 — ширина спектра полезного сигнала, G/s — среднеквадратичная погрешность оценивания частоты полезного сигнала при установке частоты СЧ от УУь Далее результирующий полезный сигнал с выхода УФ поступает в решающие устройства пеленгатора для формирования оценки пеленга 6.
Для контроля и коррекции АЧХ и ФЧХ на входы каналов последовательно во времени подаются Sc(t) от ГСтС через ПрЧ и К. После прохождения каналов ЛТг и Фвг Sc(t) через К и Сум поступают на вход КИКО, где обрабатываются и преобразуются на выходе РУ в сигналы управления и коррекции АЧХ и ФЧХ. где Uc — амплитуда СтС; ю(ґ) — текущая частота СтС; с — средняя частота СтС; rect(7) — временное окно с единичной амплитудой; у — скорость перестройки частоты СтС; Тс — длительность одного цикла СтС; Nc — количество циклов СтС при проведении контроля; tQ — момент времени, соответствующий середине первого цикла СтС; КПф[со(Ч)] — временная функция, эквивалентная АЧХ ПФ; xr[co(t)] — временная функция, эквивалентная групповому запаздыванию ПФ; Клз — коэффициент передачи ЛЗ по напряжению, который далее полагается равным единице; Тдз — время запаздывания, вносимое ЛЗ. После когерентной обработки квадратурные составляющие имеют следующий вид:
Повышение достоверности и быстродействия совмещенного контроля и пеленгования на основе адаптации структуры и параметров стимулирующих сигналов
Отличительной особенностью известных работ, посвященных исследованию АСК, является принцип разделения во времени режима контроля и основного режима функционирования контролируемой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Такой подход при проектировании АСК приводит к появлению следующих недостатков: во-первых, значительная часть технического временного ресурса контролируемой РЭА используется не по назначению: во-вторых, при этом возможны потери информации в случае неизвестных момента появления и продолжительности существования воздействий на входе РЭА; в третьих, к уменьшению достоверности контроля из-за получения оценок в РЭА и АСК в разнесенные моменты времени; в четвертых, невозможность контроля антенны совместно с приемником. При решении задач первичной обработки информации в радиоконтроле в связи с жесткими требованиями к уровню готовности П, случайным характером временных параметров входных воздействий, необходимостью аттестации метрологических характеристик П в процессе функционирования традиционное последовательное сопряжение основного режима и режима контроля становится неприемлемым и возникает необходимость в параллельном сопряжении указанных режимов, т.е. в совмещении во времени. Такой подход приводит к необходимости разработки нового вида контроля — совмещенного встроенного автоматического контроля, который в настоящее время недостаточно исследован.
В связи с тем, что при традиционном варианте проведения контроля, П отключается от работы по назначению, а требования к достоверности результатов контроля накладывают ограничения на его быстродействие, временные затраты на контроль могут быть существенными и приводят к недопустимым потерям информации в П. При этом для уменьшения потерь информации в П и повышения уровня его готовности целесообразно осуществлять совмещение основного режима функционирования и режима контроля. В этом случае временные затраты на техническое обслуживание П существенно уменьшаются, но этот положительный эффект достигается ценой появления новых проблем: влиянием стимулирующих сигналов (СтС) на качество функционирования П и влиянием полезных сигналов, принимаемых П, на достоверность результатов контроля.
С целью повышения быстродействия тестового встроенного контроля многоканального П целесообразно использовать параллельный метод контроля, когда СтС одновременно подаются на входы всех каналов П, обрабатываются в многоканальном варианте автоматизированных средств совмещенного контроля (АССК), выделяющем СтС на выходах каналов и осуществляющем после формирования сигналов рассогласования коррекцию АЧХ и ФЧХ одновременно во всех каналах.
Обобщенный алгоритм совмещенного встроенного контроля многоканального пеленгатора (П) описывается следующими соотношениями /41/: Поскольку пеленгование и контроль осуществляются одновременно, то в тех случаях, когда длительность цикла контроля Тц не превышает длительность сеанса пеленгования Тп, потерями в пропускной способности П можно пренебречь, поскольку совмещенный контроль не оказывает влияния на величину коэффициента готовности П.
При организации совмещенного встроенного контроля, как отмечено выше, возможны две ситуации, а, именно, при проведении сеанса контроля во входном процессе y(t) полезный сигнал S(t) может как отсутствовать, так и присутствовать.
При отсутствии на входе контролируемого канала ЛТ полезного сигнала S(t), когда y(t)=Sc(t)+n(t), использование в качестве СтС периодического ЛЧМ сигнала с большой базой и когерентной обработки позволяет оценивать в КИКО и РУ контролируемые параметры канала с малой погрешностью даже при выполнении условия Nc/Nn 1, т.е. когда уровень СтС ниже уровня помехи.
Для случаев, когда при проведении контроля на входе канала ЛТ имеется полезный сигнал S(t) большого уровня, т.е. y(t)= S(t) + Sc(t)+n(t), с целью обеспечения требуемой достоверности контролируемых параметров требуется существенное увеличение времени контроля или использования специальных мер, на основе информативных признаков РО, формируемых в Из.П /11/.
Для конкретизации области применения и возможностей АССК по точности и быстродействию контроля и коррекции АЧХ и ФЧХ каналов ЛТ многоканальных приемников требуются дополнительные исследования по обоснованию параметров СтС, алгоритмов КИКО и адаптации к различным вариантам процессов на входе приемника. Предложенный критерий эффективности контроля учитывает точность измерения частотных характеристик, быстродействие контроля и величину затрат. Предложенный вариант построения автоматизированного контроля обеспечивает возможность коррекции фазовой погрешности, обусловленной неидентичностью линейных трактов МСПУ до величины аф =5,72, за время от 0,11с до 1,1с в зависимости от количества каналов в МСПУ и полосы пропускания линейных трактов МСПУ. При этом показано, что при использовании АСК а) в АП с ФАР обеспечивается снижение полной погрешности пеленгования с 5,82 до 1,1 при флюктуационной погрешности АП, равной 1; б) в ФП с ФАР обеспечивается снижение полной погрешности пеленгования с 2,15 до 0,68 при флюктуационной погрешности ФП, равной 0,25.
Алгоритм и структура многофункционального генератора стимулирующих сигналов
Сформулируем требования к режимам ГСтС и функциональным узлам, входящим в его состав, для обеспечения формирования приведенных выше типов сигналов.
При формировании амплитудно модулированного сигнала Sc (t) опорные генераторы Г, и Г2 воспроизводят гармонические колебания со, и со2; ФМ осуществляет смещение средней частоты Sc (t) на величину со,! для имитации эффекта Доплера; ЧМ модулятор не используется, полосовые фильтры ПФ, и ПФ2 соответствуют идеальным полосовым фильтрам со средними частотами (со2+сй,х) и (со2+со,) и полосой пропускания Асоф = Асоф = АсОф , соответсвующей ширине рабочего частотного диапазона ГСтС; УУ обеспечивает указания по установке с помощью Ат амплитуды U , модулирующей Q и коэффициента амплитудной манипуляции тА. При формировании амплитудно-манипулированного сигнала Sc (t) имеются отличия, обусловленные тем, что УУ обеспечивает с помощью Ат воспроизведение манипулирующей функции n,(t,T3). При формировании сигналов в виде пачки когерентных импульсов Sc (t) и пачки некогерентных импульсов Sc (t) по сравнению с режимом формирования сигнала Sc (t) имеются отличия, обусловленные тем, что ФМ дополнительно со смещением частоты со, осуществляет постоянные от импульса к импульсу фазовые сдвиги фк и переменные от импульса к импульсу фазовые сдвиги фк , а УУ обеспечивает реализацию с помощью Ат импульсной модуляции с параметрами хи,Тп,Тс. При формировании частотно-модулированного сигнала Sc (t) опорный генератор Г, формирует гармоническое колебание с частотой со,, а генератор Г2 формирует по указаниям от УУ и ЧМ частотномодулированный процесс со средней частотой со2, девиацией Acog, модулирующей частотой Q, индексом модуляции тчм; ФМ осуществляет смещение частоты; требования к характеристикам ПФ не изменяются; а Ат используется только для установки амплитуды. При формировании ЛЧМ сигнала Sc (t) имеются отличия по сравнению с режимом формирования Sc (t), обусловленные тем, что в генераторе Г2 воспроизводится вместо гармоническго линейный закон изменения частоты со скоростью у и характер сигнала становится импульсным, что требует осуществления с помощью Ат и УУ импульсной модуляции с параметрами ти,Тп,Тс. При формировании частотно-манипулированного сигнала Sc (t) генераторы Г, и Г2 формируют гармонические колебания; ЧМ не используется; ФМ обеспечивает в соответствии с манипулирующей функцией n2(t,T3) смещение частоты со, на величину Асо, и Асо2 за счет использования двух режимов перестройки ЛЗ со скоростями т, и т2; требования к характеру ПФ не изменяются; а Ат используется только для установки амплитуды. При формировании сигналов с линейно-стпенчатым законом изменения частоты Sc (t) и дискретным псевдослучайным законом изменения частоты Sc (t) имеются отличия по сравнению с режимом формирования сигнала Sc (t), обусловленные тем, что ФМ обеспечивает в соответствии с манипулирующей функцией n2(t,T3) многопозиционное смещение частоты ю, по детерменированному и псевдослучайному закону за счет использования различных значений скорости перестройки ЛЗ т, меняющейся от посылки к посылке. При формировании фазоманипулированных сигналов S10(t) и Su(t) имеются отличия по сравнению с режимом формирования сигнала Sc (t), обусловленные тем, что ФМ обеспечивает в соответствии с манипулирующей функцией n2(t,T3) фазовые сдвиги Аф„ є —,...,(п-1)—,...% за счет использования набора " М М J фиксированных значений задержек Атп є {Ат0,...,пАт0,...МДт0}, меняющихся от посылки к посылке. При формировании сигналов с частотно-фазовой манипуляцией S12(t) и S13(t) имеются отличия по сравнению с режимом формирования сигнала S10(t), обусловленные тем, что для обеспечения частотной манипуляции используется генератор Г2, частота которого с помощью ЧМ и УУ перестраивается в соответствии с манипулирующей функцией n2(t,T3) на величину Аоо„ от посылки к посылке. Наиболее важным функциональным узлом ГСтС является ФМ, реализуемый на основе перестраиваемой и дискретных линий задержки и обеспечивающий управляемые частотный (c i) и фазовый АфКп сдвиги. При реализации ФМ в оптическом частотном диапазоне на основе эффекта Поккельса /57/ или в сантиметровом частотном диапазоне при использовании дискретных фазовращателей с цифровым управлением /58/ может быть обеспечена величина частотного сдвига а т до 106 Гц. Большой интерес представляет использование для построения ГСтС двухчастотных лазеров с управляемым разносом частот от 2 до 700 МГц /5/, которые позволяют заменить в ГСтС совокупность таких функциональных узлов, как Г,,Г2 и УСЧ. Расширение частотного диапазона, в котором возможно использование ГСтС определяется состоянием элементной базы. В ближайшее время ожидается появление оптоэлектронных ФМ со скоростью перестройки ЛЗ т от 10 10 до 10 4 /59/, что позволит при частоте со, /2л = 1014 Гц обеспечивать частотный сдвиг Варианты построения ГСтС на основе предложенных методик и ряд вопросов конкретного применения АССК для амплитудных пеленгаторов рассмотрены в работах /61-63/. Применимость ГСтС существенно зависит от спектральных характеристик формируемых сигналов, которые частично рассмотрены в /53/ и требуют дальнейшего исследования. Разработаны алгоритмы формирования связных и стимулирующих сигналов с различными видами модуляции (АМ,ЧМ,ФМ) на основе использования быстрого корреляционного и корреляционно-фильтрового преобразований (БКП и КФП). Наличие в БКП и КФП функциональной избыточности позволяет использовать программное управление режимами работы генератора стимулирующих сигналов (ГСтС), что существенно упрощает его аппаратурную реализацию. Существенным достоинством предложенного варианта построения ГСтС является то обстоятельство, что, наряду с многофункциональностью, он обеспечивает широкие диапазоны изменения средней частоты и ширины спектра формируемых сигналов.
Похожие диссертации на Повышение точности многоканальных пеленгаторов на основе использования совмещенного встроенного контроля
