Радиоуправление

Радиоуправление Роботы

Проектирование командных систем радиоуправления летательными аппаратами — киберпедия

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМАНДНЫХ СИСТЕМ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

Методические указания к курсовому проектированию

Санкт-Петербург

Составитель Л.А.Кулыгина

Рецензент – кандидат технических наук, доцент, декан факультета радиотехники и связи СПбГУАП А.Р. Бестугин

Методические указания содержат общие требования к курсовому проекту по дисциплине федерального цикла «Радиосистемы управления», основные методы проектирования и расчета тактико-технических характеристик командных систем радиоуправления, рекомендации по оформлению пояснительной записки, бланк задания.

Указания предназначены для студентов специальности 210304 (202200) «Радиоэлектронные системы» дневной формы обучения.

Подготовлены к публикации кафедрой медицинской радиоэлектроники по рекомендации методической комиссии факультета «Радиотехники, электроники и связи» Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП).

Редактор

Компьютерная верстка

Подписано к печати

Усл. печ. л.

Редакционно-издательский отдел

Отдел электронных публикаций и библиографии библиотеки

Отдел оперативной полиграфии

ГУАП

190000, Санкт-Петербург, ул. Б.Морская, 67

© ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный университет

аэрокосмического приборостроения »,

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены студентам 5-го курса специальности 210304 (202200) «Радиоэлектронные системы» для выполнения курсовой работы по дисциплине «Радиосистемы управления».

Целью дисциплины «Радиосистемы управления» является изложение назначения, принципов построения и основ проектирования систем радиоуправления и входящих в их состав радиосредств.

Задачи дисциплины состоят в изучении общих положений теории радиоуправления различными системами и процессами, структурных и функциональных схем радиосистем управления, их показателей качества, основ анализа и синтеза.

Задачей курсового проектирования является ознакомление студентов с

методами проектирования и расчета тактико-технических характеристик командных систем радиоуправления, закрепление теоретического лекционного материала.

ПОРЯДОК КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Курсовое проектирование (КП)начинается с четкого формулирования задания и оформления его на приведенном ниже бланке задания на КП. При этом:

– должны учитываться тактико-технические характеристики радиосистемы управления (тип системы радиоуправления оговаривается в задании, полученном от преподавателя);

– необходимо внимательно прочитать текст методических указаний и изучить главы «Способы управления снарядами» и «Командное радиоуправление» учебника [2,3]. При необходимости (в случае задания по управлению космическим аппаратом) следует изучить раздел «Радиоуправление космическими аппаратами».

—————————————————————————————————-

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «РАДИОСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ»

по специальности (направлению)
  код
Студенту (ке) группы №      
      фамилия, имя, отчество

Тема

Задание принял(а) к исполнению      
  подпись, дата   инициалы, фамилия

1 Основные исходные данные

2 Перечень и примерное содержание курсовой работы

 
 
 
 
 
 
 
3. Задание на научно-библиографический поиск
1. Учебники и монографии
  1. Статьи, патенты
  1. Рекламная документация фирм-производителей систем радиоуправления в сети Internet
 

4. Перечень обязательных чертежей и графического материала

Руководитель курсовой работы

         
должность, уч. степень, звание   подпись, дата   инициалы, фамилия

—————————————————————————————————-

Курсовая работа должна содержать пояснительную записку, содержащую в составе графического материала:

– структурную схему командной системы радиоуправления;

– функциональную схему радиовизира снаряда или цели (что, в зависимости от полученного задания, согласуется с преподавателем);

– подробную функциональную схему командной радиолинии (КРЛ);

– временные диаграммы сигналов КРЛ, изображения их спектров.

Пояснительная записка должна иметь следующие разделы.

Характеристики

Расчетная часть раздела должна содержать:

– выбор величины команды; Тмн ;

– выбор числа каналов;

– выбор поднесущих;

– выбор величины несущей частоты;

– расчет мощности сигнала ПРД КРЛ.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Типы систем КРУ

1) система управления для дальнего наведения истребителей;

2) управление движением боевого самолета, использующего планирующую реактивную бомбу, при полуавтоматическом наведении самолета на цель;

3) управление самолетом – снарядом при наведении на наземную неподвижную цель;

4) управление самолетом – снарядом при наведении на дальнюю

наземную движущуюся цель;

5) управление вектором скорости полета крылатой ракеты и командой

отсечки двигателей;

6) управление многоступенчатым ракетным комплексом для выведения

космического аппарата на заданную траекторию;

7) управление ракетой «воздух-земля» с подвижного КП (самолета-матки);

8) управление ракетой «воздух-воздух» с комбинированной системой управления;

9) коррекция работы радиовзрывателя;

10) управление самолетом-мишенью;

11) управление беспилотным ЛА комплекса воздушной разведки;

12) коррекция работы радиовысотомера самолета в режиме «слепой

посадки»;

13) управление ракетой «поверхность-поверхность» с комбинированной системой управления.

Варианты заданий по проектированию

Командных радиолиний

ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

При расчете параметров антенного устройства,основными из которых являются:

1) максимальный коэффициент направленного действия по мощности

Радиоуправление ,(4.1)

или

Радиоуправление , (4.2)

где ΩА– телесный угол луча в стерадианах, SА – эффективная

поглощающая поверхность антенны;

2) ширина диаграммы направленности на уровне 0,7 по напряжению и на

уровне 0,5 по мощности

Радиоуправление, (4.3)

где d – диаметр антенны в плоскости сечения луча, λ – длина волны;

при неравномерном возбуждении антенны

Радиоуправление (4.4)

учитываются следующие требования:

1. Обеспечение заданной разрешающей способности по угловым координатам и точности измерения угловых координат.

2. Обзор зоны действия за заданное время без пропусков в приеме полезных сигналов.

3. Наиболее целесообразное использование мощности излучения.

Обычно диаметр антенны определяется условиями размещения. Например, если антенна находится в носовой части ракеты, то диаметр антенны не может быть больше диаметра корпуса ракеты. В первом приближении разрешающая способность по углу соответствует ширине диаграммы направленности (в азимутальной или угломестной

плоскостях).

Уравнения (4.l) – (4.4) устанавливают зависимость между θ0 , λ и d .

Вспомним, что в ряде случаев диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости может иметь косекансную форму. Это дает выигрыш по мощности

Радиоуправление , (4.5)

здесь Радиоуправление – угловой размер вертикального луча, βmax

максимальное значение угла места, β– значение угла мертвой зоны.

При выборе параметров сигналаследует иметь в виду следующее.

Несущая частота или длина волны оказывают существенное влияние как

на тактические показатели электронных устройств систем управления, так и на способы обработки сигналов, обеспечивающие необходимую

помехозащищенность, на конструктивные решения.

В радиодиапазонах электромагнитных колебаний находят применение

метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые волны.

Целесообразность использования метровых и дециметровых волн

определяется следующими возможностями их применения. Практически отсутствуют потери ВЧ энергии при ее распространении в атмосфере. Возможно усиление отраженного сигнала по высокой частоте, что повышает

избирательность ПРМ. Пороговая мощность оказывается более низкой, так как коэффициент шума ПРМ сравнительно мал. Наличие лепестковой диаграммы направленности позволяет при той же мощности излучения в импульсе увеличивать дальность действия в направлении максимумов лепестков в два раза.

Численное значение длины волны может быть определено в зависимости

от требуемого минимального угла места β нижнего лепестка, размеров

антенны, ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

При выборе λ следует помнить, что период высокочастотных

колебаний, как минимум, должен в 50-100 раз быть меньше выбранной длительности импульса. Объясняется это тем, что высокочастотные колебания нарастают и спадают не мгновенно, а по экспоненциальному закону. Процесс установления колебаний описывается выражением

Радиоуправление,

где α – коэффициент затухания. Например, для установления амплитуды

колебаний за время t =τ , равное 0,95 Umнеобходимо выполнение условия

ατ ≥ 3.

Учитывая, что

Радиоуправление,

где Q добротность колебательной системы; Tвч – период высоко-частотных колебаний, получаем τи ≥ Q·Tвч . Например, если Q = 100, то τи100Tвч.

Использование волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов

позволяет:

– уменьшить размеры антенны, так как при заданном коэффициенте

направленного действия ее площадь примерно пропорциональна квадрату длины волны;

– создать более узкие диаграммы направленности, что повышает

разрешающую способность по углу, точность измерения угловых координат

и уменьшение помех от одновременно отражающих площадей и объемов;

– использовать более короткие импульсы в случае повышенных требований к разрешающей способности по дальности и минимальной дальности;

– уменьшить габариты и вес всего устройства в целом.

Однако по мере уменьшения длины волны в большей степени начинают

влиять факторы, снижающие дальность действия (поглощение в атмосфере), возрастание пороговой мощности приемоиндикаторного устройства и др. Усиливаются метеорологические помехи, особенно для волн короче 3 см.

Наиболее тщательный учет всех причин, снижающих дальность действия необходим для мм длин волн.

Численные значения длин волн см диапазона в основном определяются допустимыми размерами антенн и условиями распространения в атмосфере.

Следует также учитывать, что точность измерения координат объектов

зависит от особенностей распространения радиоволн (преломление, огибание и др.) и их переизлучения (флюктуации, блуждание «блестящих» точек и др.).

В начале значение длины волны получают на основании уравнения (4.4), а затем проверяют, какое число длин волн уложится в импульсе (оно должно

быть не менее 50) или за время длительности переднего фронта импульса.

С помощью графиков затухания волн [10, с.72] находят суммарные потери

δв Дб/км.

Длительность импульса выбирается на основании требования к

разрешающей способности по дальности, т.к. Радиоуправление,то

Радиоуправление . (4.6)

Форма импульса и длительность его фронта зависит от требований,

налагаемых методами обработки сигнала, свойствами систем СДЦ, АСД и

АСН. В частности, если дальность измеряется по переднему фронту, то в общем случае

Радиоуправление, (4.7)

где εDmax – абсолютное значение максимальной ошибки измерения

дальности.

Период повторения импульсов связан с максимальной дальностью и

берется с некоторым запасом, который учитывает время, необходимое для восстановления в различных точках электронных схем начальных условий,

соответствующих моменту излучения следующего импульса (схемы

временных разверток, цифровые устройства, запоминающие устройства и

т.п.).

Обычно

Радиоуправление . (4.8)

В некоторых случаях период повторения может вобулироваться (вспомним дисциплину «Радиолокационные системы»: системы

СДЦ, борьба со «слепыми» скоростями). Если с целью увеличения энергии сигналов за время наблюдения период повторения уменьшают, то

необходимо предусмотреть меры, исключающие неоднозначность при

измерении дальности.

При расчете мощности излучения ПРД необходимо руководствоваться формулой основного уравнения дальности радиолокатора, которое для случая активной радиолокации с пассивным ответом имеет следующий вид:

Радиоуправление

где Dmax – максимальная дальность излучения, Pизл – мощность

излучения, GА – коэффициент направленного действия антенны, SА

эффективная отражающая поверхность антенны, Sц – эффективная площадь рассеяния цели, Pпор min – минимальная пороговая мощность сигнала

приемного устройства, kα – коэффициент уменьшения дальности, вызванный потерями в высокочастотном тракте передатчик-антенна, антенна-приемник, потерями, учитывающими влияние диаграммы направленности антенны при сканировании. δ– потери в дБ/км при распространении электромагнитной энергии: δ = δ1 δ2 δ3 , где δ1 – потери в дожде, δ2 – потери в кислороде воздуха, δ3 – потери в тумане [10, с.72].

Мощность излучения связана импульсной и средней мощностью

формулой

Радиоуправление, (4.10)

где N – число импульсов в пачке; Q -скважность; τи– длительность импульса; Радиоуправление – период повторения импульсов.

Особое внимание при расчете максимальной дальности РЛС обычно

обращают на расчет порогового сигналаPпор min . Пороговый сигнал

определяет ту минимальную мощность сигнала на входе ПРМ, при которой

он будет обнаружен с заданной степенью вероятности – Pобн, а

вероятность ложной тревоги не превзойдет заданной величины Pлт.

Предполагается, что цель нефлюктуирующая.

Минимальный пороговый сигнал

Радиоуправление . (4.11)

Здесь k = 1,38·10-23 дж/град – постоянная Больцмана; абсолютная

температура Т = 300 град; Радиоуправление – коэффициент различимости, учитывающий потери αiв отдельных трактax прохождения сигнала; kшкоэффициент шума ПРМ; ∆ƒ – полоса пропускания ПРМ, Радиоуправление – отношение сигнал/шум по мощности.

Обычно принимают Радиоуправление . При меньшем значении полосы ∆ƒ

уменьшается мощность шумов, но уменьшается и сигнал, так что выигрыша

в Pпор min не происходит. При расширении полосы энергия сигнала

остается прежней, а шумы возрастают, отсюда и ухудшение Pпор min

(пороговый сигнал увеличивается).

Коэффициент шума характеризует шумовые свойства приемного тракта.

Он определяется в основном первым каскадом, причем на СВЧ первый

каскад – преобразовательный. Поэтому шумовые характеристики последующих каскадов обычно не учитываются.

В первом приближении можно полагать коэффициент шума для частот

100000 МГц – 17 дБ, для частот 3000 МГц – 15 дБ и для частот 200 МГц – 6 дБ.

Окончательно формула для максимальной дальности запишется

Радиоуправление

Эта формула справедлива как для импульсного режима, так и для

непрерывного. Для импульсного Pср– это средняя мощность за период

следования Радиоуправление импульсов. Для непрерывного режима Tнвремя наблюдения (приема или обработки сигналов), т.е. Pср ·Tн – энергия принятого сигнала, для импульсного режима – Радиоуправление∆ƒ = 1/ Tн.

Для РЛС с активным ответом:

по каналу запроса (З)

Радиоуправление

по каналу ответа (О)

Радиоуправление

В качестве дальности действия ракеты при указании ее тактико-технических данных обычно указывают дальность полета ракеты в идеальных условиях, что в некоторой степени вводит в заблуждение. Эффективная дальность полета ракеты зависит от многих факторов: высоты пуска и цели, скорости самолета носителя и цели, ракурса пуска и относительного местоположения цели и самолета-носителя. Например, российская ракета Р-77 имеет дальность действия 100 км, однако такая дальности достигается только при пуске по неманеврирующей, находящейся в передней полусфере цели на большой высоте. При пуске на низкой высоте эффективная дальность пуска ракеты может составить только 20-25 % от максимальной. Если цель активно маневрирует или ракета пущена в заднюю полусферу уходящей скоростной цели эффективная дальность пуска может уменьшится еще больше. Эта зависимость в полной мере присуща всем ракетам «воздух-воздух». В англоязычной литературе эффективная дальность пуска, то есть дальность, при которой цель не сможет уклониться от выпущенной по ней ракете, обозначается как no-escape zone [12].

СИСТЕМЫ АСН

Моноимпульсные системы АСН

Функциональная схема одного из каналов амплитудно-амплитудной системы АСН изображена на рисунке 5.3.

В рассматриваемую систему АСН входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство, содержащее два идентичных приемных канала ( смеситель – СМ, усилитель промежуточной частоты – УПЧ,

видеодетектор – ВД, детектор огибающей – ДО, антенну – А, гетеродин – Г

От канала азимута

I А

γ

γ

II Исполнительное устройство

U Усилительно-преобразующее

устройство

Приемник 1 u

I

U

стр

Δu

uII

Приемник 2

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.3 – Амплитудно-амплитудная моноимпульсная система

Пеленгационное Усилительно-преобразующее устройство

устройство

x uкuУ1 uУ2

υвх

υвых υдв

uдв

Исполнительное устройство

Рисунок 5.4 – Структурная схема систем АСН

и амплитудный различитель – АР (схема вычитания));

– усилительно- преобразующее и исполнительное устройства,

аналогичные выше рассмотренной системе АСН.

Проанализируем амплитудно-амплитудную моноимпульсную систему АСН [5,с.159; 7; 8,с.300]. Диаграмма направленности антенны этой системы в одной плоскости управления состоит из двух пересекающихся лепестков, каждый из которых относится к определенному каналу преобразования сигналов. Такая диаграмма может быть получена, например, путем взаимного смещения облучателей на небольшое расстояние от фокальной точки по обе стороны оси параболоида. При симметричных диаграммах направленности ось параболоида совпадает с равносигнальным направлением данной плоскости. Для выделения информации необходимо сравнивать амплитуды сигналов обоих каналов.

При отклонении цели от равносигнального направления на выходе схемы сравнения появляется сигнал ошибки, под действием которого исполнительное устройство разворачивает антенну, совмещая ее равносигнальное направление с направлением на цель. Очевидно, что крутизна пеленгационной характеристики будет зависеть от уровня принятого сигнала и коэффициента усиления устройств обработки и усиления. Чтобы исключить эту зависимость, необходимо поделить амплитуды сигналов двух каналов. Практически такое деление выполняется путем использования логарифмических усилителей промежуточной частоты в каналах ПРМ.

При анализе такой простой системы АСН используется методика,

принятая для системы с коническим сканированием.

Напряжение на выходе схемы сравнения

Радиоуправление , (5.8)

где Радиоуправление . U0 амплитуда импульсов от цели, находящихся на равносигнальном направлении, uшIиuшII – независимые

шумы в приемных каналах.

Таким образом, с учетом (5.4) и (5.8), крутизну пеленгационной

характеристики простой моноимпульсной системы можно записать в виде

Радиоуправление .(5.9)

Учитывая, что основная мощность шума на выходе схемы сравнения сосредоточена в области от 0 до Радиоуправление , а также используя (5.8) и (5.9), уровень «белого шума», приведенного к входу системы, можно представить

Радиоуправление , (5.10)

При этом мощность ПРД, необходимая для получения отношения

сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , и обеспечивающая надежную работу системы АСН, определяется соотношением (5.7).

Функциональная схема одного из каналов моноимпульсной системы с суммарно-разностной обработкой изображена на рисунке 5.5. В нее входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство (антенна – А, фазирующее кольцо – ФК на

волноводах или коаксиальных кабелях, смесители – СМ суммарного и

разностного каналов, гетеродин – Г, усилители промежуточной частоты – УПЧ суммарного и разностного каналов, устройство быстрой автоматической регулировки усиления – БАРУ, фазовый детектор – ФД, детектор огибающей – ДО);

– усилительно- преобразующее и исполнительное устройство, аналогичное предыдущим системам АСН.

L

u1

ΔL

О О1

ΔL

u2 а)

Антенная система

А

Исполнительное устройство

Усилительно-преобразующее

Приемник1 устройство

u

uΔ Uстр

Приемник 2 б)

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.5 – Моноимпульсная амплитудная суммарно-разностная РЛС:

а) антенная система; б) функциональная схема системы АСН

Антенная система, рассматриваемой системы АСН, подобна антенне

обычной моноимпульсной системы. С помощью фазирующего кольца ФК на несущей частоте образуются сигнал рассогласования, пропорциональный

угловому отклонению цели от линии равных сигналов uΔ , и опорное

суммарное напряжение u . Сигналы uΔ и u, после преобразования

поступают на входы фазового детектора ФД. При этом на выходе ФД

появляется постоянное напряжение (сигнал ошибки), которое после усиления и преобразования подается на исполнительный двигатель.

Каналы азимута и угла места отличаются только тем, что входные

сигналы пеленгационного устройства снимаются с вибраторов антенны, расположенных в разных плоскостях. В фазирующем кольце разностный сигнал в каждой из плоскостей сдвигается по фазе на угол π /2.

В современных системах антенные системы выполняются с применением фазированных антенных решеток. Фазированная антенная решетка (ФАР) – антенная решетка с управляемыми фазами или разностями фаз (фазовыми сдвигами) волн, излучаемых (или принятых) ее элементами (излучателями). Управление фазами (фазирование) позволяет: формировать (при весьма разнообразных расположениях излучателей) необходимую диаграмму направленности (ДН) ФАР (например, остронаправленную ДН – луч); изменять направление луча неподвижной ФАР и таким образом осуществлять быстрое, в ряде случаев практически безынерционное, сканирование – качание луча. В зависимости от требуемой формы ДН и необходимого пространственного сектора сканирования в ФАР применяют различное взаимное расположение элементов: вдоль линии (прямой или дуги); по поверхности (например, плоской – в так называемых плоских ФАР, цилиндрической, сферической) или в заданном объеме (объемные ФАР). Иногда форма излучающей поверхности ФАР – раскрыва , определяется конфигурацией объекта, на котором устанавливается ФАР (например, формой ИСЗ, формой корпуса ракеты).

Важную роль играет, стоящее в ПРМ системы, устройство БАРУ (быстрой автоматической регулировки усиления), работающее по сигналу суммарного канала. Благодаря БАРУ крутизна пеленгационной характеристики остается неизменной. При большом соотношении сигнал/шум влияние шумов на работу БАРУ можно не учитывать. Напряжение регулирования, поступающее с БАРУ,

Радиоуправление , (5.11)

где kр– коэффициент передачи цепи БАРУ. Тогда напряжение на выходе

УПЧ разностного канала

Радиоуправление , (5.12)

где ka – постоянный коэффициент, измеряемый в вольтах, Радиоуправление .

Для простоты рассуждений пренебрежем собственными шумами в

суммарном канале. Тогда напряжение на выходе УПЧ суммарного канала

запишется в виде

Радиоуправление .(5.13)

Для малых значений угла рассогласования γ можно считать, что

амплитуда сигнала разностного канала значительно меньше суммарного. В этом случае напряжение на выходе ФД

Радиоуправление , (5.14)

где

Радиоуправление . (5.15)

В (5.15) дисперсия шума σш2 определяется выражением (5.2). После

подстановки (5.11) в (5.15) получим

Радиоуправление , (5.16)

где, как и прежде, Радиоуправление .

С выхода ФД напряжение подается на детектор огибающей, который

практически не изменяет энергетических соотношений входных сигналов.

Окончательно крутизна пеленгационной характеристики

Радиоуправление, (5.17)

а уровень возмущающего воздействия, приведенного к входу системы,

Радиоуправление . (5.18)

В выражении (5.17) остались неопределенными коэффициенты kа и kр.

Строгий анализ работы схемы БАРУ является громоздким и отличается от

анализа обычных линейных САУ. При выполнении определенных условий

можно показать, что для статической системы БАРУ при 10% нестабильности выходного сигнала суммарного канала, требуется kр = 100.

Поскольку в (5.17) выбор коэффициента kа диктуется практическими соображениями по обеспечению необходимого значения крутизны

пеленгационной характеристики Радиоуправление , положим kа= 100 В.

Мощность ПРД, необходимая для получения соотношения сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , определяется выражением (5.7).

Ясно, что в данных методических указаниях приведены не все типы моноимпульсных систем АСН. Рядом достоинств обладают фазовые моноимпульсные системы [7], но для учебных целей при выполнении курсовой работы студенты могут ограничиться амплитудными системами АСН.

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авиационные системы радиоуправления. В 3-х томах. Т. 3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения / под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова ; Радиотехника. М., 2004.

2. Основы радиоуправления. Учебное пособие для вузов / под редакцией В.А. Вейцеля и В.Н. Типугина; Сов. Радио. М., 1973.

3. Основы радиоуправления: Учеб. пособие для вузов / под ред.

В.А. Вейцеля; Радио и связь. М., 1995.

4. Вейцель, В.А. Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом: учебное пособие / В.А.Вейцель, Л.В. Березин ; МАИ. М., 1984.

5. Радиотехнические системы. Учебник для вузов / под редакцией А.И. Дымовой; Сов. Радио. М., 1975.

6. Задачник по курсу « Основы теории радиотехнических систем».

Учебное пособие для вузов / под ред. П.А. Бакулева и В.А. Вейцеля; Радио и связь. М., 1996.

7. Зайченко, К. В. Радиоэлектронные измерительные устройства: учебное пособие / К. В.Зайченко, Р.Ю. Багдонас, Л.А. Кулыгина ; ГААП. СПб.,1993.

8. Радиотехнические системы: учебник для вузов / под редакцией Ю.М. Казаринова; Советское радио. М., 1968.

9. Кулин, А.Н. Изучение устройства, работы и взаимодействия

агрегатов управляемого реактивного снаряда класса «воздух-воздух»: методические указания к выполнению лабораторной работы / А.Н. Кулин; ГУАП. СПб., 2004.

10. Васин, В.В. Задачник по радиолокации / В.В. Васин, Б.М. Степанов. М.:

Советское радио, 1969.

11. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: учебник для вузов / под ред. В.Н.Гордиенко и В.В. Крухмалева; Горячая линия – Телеком.М., 2004.

12. Марковский, В. Советские авиационные ракеты «воздух-воздух» / В. Марковский, К. Перов. М.: ЭКСПРИНТ, 2005.

13. Львова, Л.А. Радиолокационная заметность летательных аппаратов: монография / Л.А. Львова. Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 2003.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………….3

1. Методические указания по проектированию

систем командного радиоуправления…………………………….4

2. Порядок курсового проектирования………………………………6

3. Варианты заданий на курсовое проектировние…………………18

3.1. Типы систем КРУ………………………………………….18

3.2. Варианты заданий по проектированию

командных радиолиний……………………………………19

3.3. Проектирование пеленгационного устройства…………..20

4. Методические указания по расчету

тактико-технических показателей……………………………….24

5. Методические указания по проектированию

системы АСН (пеленгатору)………………………………………31

5.1. Система АСН с коническим

сканированием диаграммы направленности……………..31

5.2. Моноимпульсные системы АСН………………………….36

Указатель литературы……………………………………………….44

[1] ЭПР (ЭОП) сложных реальных объектов измеряются на специальных установках, или полигонах, где достижимы условия дальней зоны обнаружения

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМАНДНЫХ СИСТЕМ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

Методические указания к курсовому проектированию

Санкт-Петербург

Составитель Л.А.Кулыгина

Рецензент – кандидат технических наук, доцент, декан факультета радиотехники и связи СПбГУАП А.Р. Бестугин

Методические указания содержат общие требования к курсовому проекту по дисциплине федерального цикла «Радиосистемы управления», основные методы проектирования и расчета тактико-технических характеристик командных систем радиоуправления, рекомендации по оформлению пояснительной записки, бланк задания.

Указания предназначены для студентов специальности 210304 (202200) «Радиоэлектронные системы» дневной формы обучения.

Подготовлены к публикации кафедрой медицинской радиоэлектроники по рекомендации методической комиссии факультета «Радиотехники, электроники и связи» Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП).

Редактор

Компьютерная верстка

Подписано к печати

Усл. печ. л.

Редакционно-издательский отдел

Отдел электронных публикаций и библиографии библиотеки

Отдел оперативной полиграфии

ГУАП

190000, Санкт-Петербург, ул. Б.Морская, 67

© ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный университет

аэрокосмического приборостроения »,

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены студентам 5-го курса специальности 210304 (202200) «Радиоэлектронные системы» для выполнения курсовой работы по дисциплине «Радиосистемы управления».

Целью дисциплины «Радиосистемы управления» является изложение назначения, принципов построения и основ проектирования систем радиоуправления и входящих в их состав радиосредств.

Задачи дисциплины состоят в изучении общих положений теории радиоуправления различными системами и процессами, структурных и функциональных схем радиосистем управления, их показателей качества, основ анализа

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМАНДНЫХ СИСТЕМ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

Методические указания к курсовому проектированию

Санкт-Петербург

Составитель Л.А.Кулыгина

Рецензент – кандидат технических наук, доцент, декан факультета радиотехники и связи СПбГУАП А.Р. Бестугин

Методические указания содержат общие требования к курсовому проекту по дисциплине федерального цикла «Радиосистемы управления», основные методы проектирования и расчета тактико-технических характеристик командных систем радиоуправления, рекомендации по оформлению пояснительной записки, бланк задания.

Указания предназначены для студентов специальности 210304 (202200) «Радиоэлектронные системы» дневной формы обучения.

Подготовлены к публикации кафедрой медицинской радиоэлектроники по рекомендации методической комиссии факультета «Радиотехники, электроники и связи» Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП).

Редактор

Компьютерная верстка

Подписано к печати

Усл. печ. л.

Редакционно-издательский отдел

Отдел электронных публикаций и библиографии библиотеки

Отдел оперативной полиграфии

ГУАП

190000, Санкт-Петербург, ул. Б.Морская, 67

© ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный университет

аэрокосмического приборостроения »,

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены студентам 5-го курса специальности 210304 (202200) «Радиоэлектронные системы» для выполнения курсовой работы по дисциплине «Радиосистемы управления».

Целью дисциплины «Радиосистемы управления» является изложение назначения, принципов построения и основ проектирования систем радиоуправления и входящих в их состав радиосредств.

Задачи дисциплины состоят в изучении общих положений теории радиоуправления различными системами и процессами, структурных и функциональных схем радиосистем управления, их показателей качества, основ анализа и синтеза.

Задачей курсового проектирования является ознакомление студентов с

методами проектирования и расчета тактико-технических характеристик командных систем радиоуправления, закрепление теоретического лекционного материала.

ПОРЯДОК КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Курсовое проектирование (КП)начинается с четкого формулирования задания и оформления его на приведенном ниже бланке задания на КП. При этом:

– должны учитываться тактико-технические характеристики радиосистемы управления (тип системы радиоуправления оговаривается в задании, полученном от преподавателя);

– необходимо внимательно прочитать текст методических указаний и изучить главы «Способы управления снарядами» и «Командное радиоуправление» учебника [2,3]. При необходимости (в случае задания по управлению космическим аппаратом) следует изучить раздел «Радиоуправление космическими аппаратами».

—————————————————————————————————-

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «РАДИОСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ»

по специальности (направлению)
  код
Студенту (ке) группы №      
      фамилия, имя, отчество

Тема

Задание принял(а) к исполнению      
  подпись, дата   инициалы, фамилия

1 Основные исходные данные

2 Перечень и примерное содержание курсовой работы

 
 
 
 
 
 
 
3. Задание на научно-библиографический поиск
1. Учебники и монографии
  1. Статьи, патенты
  1. Рекламная документация фирм-производителей систем радиоуправления в сети Internet
 

4. Перечень обязательных чертежей и графического материала

Руководитель курсовой работы

         
должность, уч. степень, звание   подпись, дата   инициалы, фамилия

—————————————————————————————————-

Курсовая работа должна содержать пояснительную записку, содержащую в составе графического материала:

– структурную схему командной системы радиоуправления;

– функциональную схему радиовизира снаряда или цели (что, в зависимости от полученного задания, согласуется с преподавателем);

– подробную функциональную схему командной радиолинии (КРЛ);

– временные диаграммы сигналов КРЛ, изображения их спектров.

Пояснительная записка должна иметь следующие разделы.

Характеристики

Расчетная часть раздела должна содержать:

– выбор величины команды; Тмн ;

– выбор числа каналов;

– выбор поднесущих;

– выбор величины несущей частоты;

– расчет мощности сигнала ПРД КРЛ.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Типы систем КРУ

1) система управления для дальнего наведения истребителей;

2) управление движением боевого самолета, использующего планирующую реактивную бомбу, при полуавтоматическом наведении самолета на цель;

3) управление самолетом – снарядом при наведении на наземную неподвижную цель;

4) управление самолетом – снарядом при наведении на дальнюю

наземную движущуюся цель;

5) управление вектором скорости полета крылатой ракеты и командой

отсечки двигателей;

6) управление многоступенчатым ракетным комплексом для выведения

космического аппарата на заданную траекторию;

7) управление ракетой «воздух-земля» с подвижного КП (самолета-матки);

8) управление ракетой «воздух-воздух» с комбинированной системой управления;

9) коррекция работы радиовзрывателя;

10) управление самолетом-мишенью;

11) управление беспилотным ЛА комплекса воздушной разведки;

12) коррекция работы радиовысотомера самолета в режиме «слепой

посадки»;

13) управление ракетой «поверхность-поверхность» с комбинированной системой управления.

Варианты заданий по проектированию

Командных радиолиний

ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

При расчете параметров антенного устройства,основными из которых являются:

1) максимальный коэффициент направленного действия по мощности

Радиоуправление ,(4.1)

или

Радиоуправление , (4.2)

где ΩА– телесный угол луча в стерадианах, SА – эффективная

поглощающая поверхность антенны;

2) ширина диаграммы направленности на уровне 0,7 по напряжению и на

уровне 0,5 по мощности

Радиоуправление, (4.3)

где d – диаметр антенны в плоскости сечения луча, λ – длина волны;

при неравномерном возбуждении антенны

Радиоуправление (4.4)

учитываются следующие требования:

1. Обеспечение заданной разрешающей способности по угловым координатам и точности измерения угловых координат.

2. Обзор зоны действия за заданное время без пропусков в приеме полезных сигналов.

3. Наиболее целесообразное использование мощности излучения.

Обычно диаметр антенны определяется условиями размещения. Например, если антенна находится в носовой части ракеты, то диаметр антенны не может быть больше диаметра корпуса ракеты. В первом приближении разрешающая способность по углу соответствует ширине диаграммы направленности (в азимутальной или угломестной

плоскостях).

Уравнения (4.l) – (4.4) устанавливают зависимость между θ0 , λ и d .

Вспомним, что в ряде случаев диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости может иметь косекансную форму. Это дает выигрыш по мощности

Радиоуправление , (4.5)

здесь Радиоуправление – угловой размер вертикального луча, βmax

максимальное значение угла места, β– значение угла мертвой зоны.

При выборе параметров сигналаследует иметь в виду следующее.

Несущая частота или длина волны оказывают существенное влияние как

на тактические показатели электронных устройств систем управления, так и на способы обработки сигналов, обеспечивающие необходимую

помехозащищенность, на конструктивные решения.

В радиодиапазонах электромагнитных колебаний находят применение

метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые волны.

Целесообразность использования метровых и дециметровых волн

определяется следующими возможностями их применения. Практически отсутствуют потери ВЧ энергии при ее распространении в атмосфере. Возможно усиление отраженного сигнала по высокой частоте, что повышает

избирательность ПРМ. Пороговая мощность оказывается более низкой, так как коэффициент шума ПРМ сравнительно мал. Наличие лепестковой диаграммы направленности позволяет при той же мощности излучения в импульсе увеличивать дальность действия в направлении максимумов лепестков в два раза.

Численное значение длины волны может быть определено в зависимости

от требуемого минимального угла места β нижнего лепестка, размеров

антенны, ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

При выборе λ следует помнить, что период высокочастотных

колебаний, как минимум, должен в 50-100 раз быть меньше выбранной длительности импульса. Объясняется это тем, что высокочастотные колебания нарастают и спадают не мгновенно, а по экспоненциальному закону. Процесс установления колебаний описывается выражением

Радиоуправление,

где α – коэффициент затухания. Например, для установления амплитуды

колебаний за время t =τ , равное 0,95 Umнеобходимо выполнение условия

ατ ≥ 3.

Учитывая, что

Радиоуправление,

где Q добротность колебательной системы; Tвч – период высоко-частотных колебаний, получаем τи ≥ Q·Tвч . Например, если Q = 100, то τи100Tвч.

Использование волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов

позволяет:

– уменьшить размеры антенны, так как при заданном коэффициенте

направленного действия ее площадь примерно пропорциональна квадрату длины волны;

– создать более узкие диаграммы направленности, что повышает

разрешающую способность по углу, точность измерения угловых координат

и уменьшение помех от одновременно отражающих площадей и объемов;

– использовать более короткие импульсы в случае повышенных требований к разрешающей способности по дальности и минимальной дальности;

– уменьшить габариты и вес всего устройства в целом.

Однако по мере уменьшения длины волны в большей степени начинают

влиять факторы, снижающие дальность действия (поглощение в атмосфере), возрастание пороговой мощности приемоиндикаторного устройства и др. Усиливаются метеорологические помехи, особенно для волн короче 3 см.

Наиболее тщательный учет всех причин, снижающих дальность действия необходим для мм длин волн.

Численные значения длин волн см диапазона в основном определяются допустимыми размерами антенн и условиями распространения в атмосфере.

Следует также учитывать, что точность измерения координат объектов

зависит от особенностей распространения радиоволн (преломление, огибание и др.) и их переизлучения (флюктуации, блуждание «блестящих» точек и др.).

В начале значение длины волны получают на основании уравнения (4.4), а затем проверяют, какое число длин волн уложится в импульсе (оно должно

быть не менее 50) или за время длительности переднего фронта импульса.

С помощью графиков затухания волн [10, с.72] находят суммарные потери

δв Дб/км.

Длительность импульса выбирается на основании требования к

разрешающей способности по дальности, т.к. Радиоуправление,то

Радиоуправление . (4.6)

Форма импульса и длительность его фронта зависит от требований,

налагаемых методами обработки сигнала, свойствами систем СДЦ, АСД и

АСН. В частности, если дальность измеряется по переднему фронту, то в общем случае

Радиоуправление, (4.7)

где εDmax – абсолютное значение максимальной ошибки измерения

дальности.

Период повторения импульсов связан с максимальной дальностью и

берется с некоторым запасом, который учитывает время, необходимое для восстановления в различных точках электронных схем начальных условий,

соответствующих моменту излучения следующего импульса (схемы

временных разверток, цифровые устройства, запоминающие устройства и

т.п.).

Обычно

Радиоуправление . (4.8)

В некоторых случаях период повторения может вобулироваться (вспомним дисциплину «Радиолокационные системы»: системы

СДЦ, борьба со «слепыми» скоростями). Если с целью увеличения энергии сигналов за время наблюдения период повторения уменьшают, то

необходимо предусмотреть меры, исключающие неоднозначность при

измерении дальности.

При расчете мощности излучения ПРД необходимо руководствоваться формулой основного уравнения дальности радиолокатора, которое для случая активной радиолокации с пассивным ответом имеет следующий вид:

Радиоуправление

где Dmax – максимальная дальность излучения, Pизл – мощность

излучения, GА – коэффициент направленного действия антенны, SА

эффективная отражающая поверхность антенны, Sц – эффективная площадь рассеяния цели, Pпор min – минимальная пороговая мощность сигнала

приемного устройства, kα – коэффициент уменьшения дальности, вызванный потерями в высокочастотном тракте передатчик-антенна, антенна-приемник, потерями, учитывающими влияние диаграммы направленности антенны при сканировании. δ– потери в дБ/км при распространении электромагнитной энергии: δ = δ1 δ2 δ3 , где δ1 – потери в дожде, δ2 – потери в кислороде воздуха, δ3 – потери в тумане [10, с.72].

Мощность излучения связана импульсной и средней мощностью

формулой

Радиоуправление, (4.10)

где N – число импульсов в пачке; Q -скважность; τи– длительность импульса; Радиоуправление – период повторения импульсов.

Особое внимание при расчете максимальной дальности РЛС обычно

обращают на расчет порогового сигналаPпор min . Пороговый сигнал

определяет ту минимальную мощность сигнала на входе ПРМ, при которой

он будет обнаружен с заданной степенью вероятности – Pобн, а

вероятность ложной тревоги не превзойдет заданной величины Pлт.

Предполагается, что цель нефлюктуирующая.

Минимальный пороговый сигнал

Радиоуправление . (4.11)

Здесь k = 1,38·10-23 дж/град – постоянная Больцмана; абсолютная

температура Т = 300 град; Радиоуправление – коэффициент различимости, учитывающий потери αiв отдельных трактax прохождения сигнала; kшкоэффициент шума ПРМ; ∆ƒ – полоса пропускания ПРМ, Радиоуправление – отношение сигнал/шум по мощности.

Обычно принимают Радиоуправление . При меньшем значении полосы ∆ƒ

уменьшается мощность шумов, но уменьшается и сигнал, так что выигрыша

в Pпор min не происходит. При расширении полосы энергия сигнала

Смотрите про коптеры:  Делаем из смартфона websocket-пульт управления радиоуправляемой машинкой / Хабр

остается прежней, а шумы возрастают, отсюда и ухудшение Pпор min

(пороговый сигнал увеличивается).

Коэффициент шума характеризует шумовые свойства приемного тракта.

Он определяется в основном первым каскадом, причем на СВЧ первый

каскад – преобразовательный. Поэтому шумовые характеристики последующих каскадов обычно не учитываются.

В первом приближении можно полагать коэффициент шума для частот

100000 МГц – 17 дБ, для частот 3000 МГц – 15 дБ и для частот 200 МГц – 6 дБ.

Окончательно формула для максимальной дальности запишется

Радиоуправление

Эта формула справедлива как для импульсного режима, так и для

непрерывного. Для импульсного Pср– это средняя мощность за период

следования Радиоуправление импульсов. Для непрерывного режима Tнвремя наблюдения (приема или обработки сигналов), т.е. Pср ·Tн – энергия принятого сигнала, для импульсного режима – Радиоуправление∆ƒ = 1/ Tн.

Для РЛС с активным ответом:

по каналу запроса (З)

Радиоуправление

по каналу ответа (О)

Радиоуправление

В качестве дальности действия ракеты при указании ее тактико-технических данных обычно указывают дальность полета ракеты в идеальных условиях, что в некоторой степени вводит в заблуждение. Эффективная дальность полета ракеты зависит от многих факторов: высоты пуска и цели, скорости самолета носителя и цели, ракурса пуска и относительного местоположения цели и самолета-носителя. Например, российская ракета Р-77 имеет дальность действия 100 км, однако такая дальности достигается только при пуске по неманеврирующей, находящейся в передней полусфере цели на большой высоте. При пуске на низкой высоте эффективная дальность пуска ракеты может составить только 20-25 % от максимальной. Если цель активно маневрирует или ракета пущена в заднюю полусферу уходящей скоростной цели эффективная дальность пуска может уменьшится еще больше. Эта зависимость в полной мере присуща всем ракетам «воздух-воздух». В англоязычной литературе эффективная дальность пуска, то есть дальность, при которой цель не сможет уклониться от выпущенной по ней ракете, обозначается как no-escape zone [12].

СИСТЕМЫ АСН

Моноимпульсные системы АСН

Функциональная схема одного из каналов амплитудно-амплитудной системы АСН изображена на рисунке 5.3.

В рассматриваемую систему АСН входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство, содержащее два идентичных приемных канала ( смеситель – СМ, усилитель промежуточной частоты – УПЧ,

видеодетектор – ВД, детектор огибающей – ДО, антенну – А, гетеродин – Г

От канала азимута

I А

γ

γ

II Исполнительное устройство

U Усилительно-преобразующее

устройство

Приемник 1 u

I

U

стр

Δu

uII

Приемник 2

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.3 – Амплитудно-амплитудная моноимпульсная система

Пеленгационное Усилительно-преобразующее устройство

устройство

x uкuУ1 uУ2

υвх

υвых υдв

uдв

Исполнительное устройство

Рисунок 5.4 – Структурная схема систем АСН

и амплитудный различитель – АР (схема вычитания));

– усилительно- преобразующее и исполнительное устройства,

аналогичные выше рассмотренной системе АСН.

Проанализируем амплитудно-амплитудную моноимпульсную систему АСН [5,с.159; 7; 8,с.300]. Диаграмма направленности антенны этой системы в одной плоскости управления состоит из двух пересекающихся лепестков, каждый из которых относится к определенному каналу преобразования сигналов. Такая диаграмма может быть получена, например, путем взаимного смещения облучателей на небольшое расстояние от фокальной точки по обе стороны оси параболоида. При симметричных диаграммах направленности ось параболоида совпадает с равносигнальным направлением данной плоскости. Для выделения информации необходимо сравнивать амплитуды сигналов обоих каналов.

При отклонении цели от равносигнального направления на выходе схемы сравнения появляется сигнал ошибки, под действием которого исполнительное устройство разворачивает антенну, совмещая ее равносигнальное направление с направлением на цель. Очевидно, что крутизна пеленгационной характеристики будет зависеть от уровня принятого сигнала и коэффициента усиления устройств обработки и усиления. Чтобы исключить эту зависимость, необходимо поделить амплитуды сигналов двух каналов. Практически такое деление выполняется путем использования логарифмических усилителей промежуточной частоты в каналах ПРМ.

При анализе такой простой системы АСН используется методика,

принятая для системы с коническим сканированием.

Напряжение на выходе схемы сравнения

Радиоуправление , (5.8)

где Радиоуправление . U0 амплитуда импульсов от цели, находящихся на равносигнальном направлении, uшIиuшII – независимые

шумы в приемных каналах.

Таким образом, с учетом (5.4) и (5.8), крутизну пеленгационной

характеристики простой моноимпульсной системы можно записать в виде

Радиоуправление .(5.9)

Учитывая, что основная мощность шума на выходе схемы сравнения сосредоточена в области от 0 до Радиоуправление , а также используя (5.8) и (5.9), уровень «белого шума», приведенного к входу системы, можно представить

Радиоуправление , (5.10)

При этом мощность ПРД, необходимая для получения отношения

сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , и обеспечивающая надежную работу системы АСН, определяется соотношением (5.7).

Функциональная схема одного из каналов моноимпульсной системы с суммарно-разностной обработкой изображена на рисунке 5.5. В нее входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство (антенна – А, фазирующее кольцо – ФК на

волноводах или коаксиальных кабелях, смесители – СМ суммарного и

разностного каналов, гетеродин – Г, усилители промежуточной частоты – УПЧ суммарного и разностного каналов, устройство быстрой автоматической регулировки усиления – БАРУ, фазовый детектор – ФД, детектор огибающей – ДО);

– усилительно- преобразующее и исполнительное устройство, аналогичное предыдущим системам АСН.

L

u1

ΔL

О О1

ΔL

u2 а)

Антенная система

А

Исполнительное устройство

Усилительно-преобразующее

Приемник1 устройство

u

uΔ Uстр

Приемник 2 б)

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.5 – Моноимпульсная амплитудная суммарно-разностная РЛС:

а) антенная система; б) функциональная схема системы АСН

Антенная система, рассматриваемой системы АСН, подобна антенне

обычной моноимпульсной системы. С помощью фазирующего кольца ФК на несущей частоте образуются сигнал рассогласования, пропорциональный

угловому отклонению цели от линии равных сигналов uΔ , и опорное

суммарное напряжение u . Сигналы uΔ и u, после преобразования

поступают на входы фазового детектора ФД. При этом на выходе ФД

появляется постоянное напряжение (сигнал ошибки), которое после усиления и преобразования подается на исполнительный двигатель.

Каналы азимута и угла места отличаются только тем, что входные

сигналы пеленгационного устройства снимаются с вибраторов антенны, расположенных в разных плоскостях. В фазирующем кольце разностный сигнал в каждой из плоскостей сдвигается по фазе на угол π /2.

В современных системах антенные системы выполняются с применением фазированных антенных решеток. Фазированная антенная решетка (ФАР) – антенная решетка с управляемыми фазами или разностями фаз (фазовыми сдвигами) волн, излучаемых (или принятых) ее элементами (излучателями). Управление фазами (фазирование) позволяет: формировать (при весьма разнообразных расположениях излучателей) необходимую диаграмму направленности (ДН) ФАР (например, остронаправленную ДН – луч); изменять направление луча неподвижной ФАР и таким образом осуществлять быстрое, в ряде случаев практически безынерционное, сканирование – качание луча. В зависимости от требуемой формы ДН и необходимого пространственного сектора сканирования в ФАР применяют различное взаимное расположение элементов: вдоль линии (прямой или дуги); по поверхности (например, плоской – в так называемых плоских ФАР, цилиндрической, сферической) или в заданном объеме (объемные ФАР). Иногда форма излучающей поверхности ФАР – раскрыва , определяется конфигурацией объекта, на котором устанавливается ФАР (например, формой ИСЗ, формой корпуса ракеты).

Важную роль играет, стоящее в ПРМ системы, устройство БАРУ (быстрой автоматической регулировки усиления), работающее по сигналу суммарного канала. Благодаря БАРУ крутизна пеленгационной характеристики остается неизменной. При большом соотношении сигнал/шум влияние шумов на работу БАРУ можно не учитывать. Напряжение регулирования, поступающее с БАРУ,

Радиоуправление , (5.11)

где kр– коэффициент передачи цепи БАРУ. Тогда напряжение на выходе

УПЧ разностного канала

Радиоуправление , (5.12)

где ka – постоянный коэффициент, измеряемый в вольтах, Радиоуправление .

Для простоты рассуждений пренебрежем собственными шумами в

суммарном канале. Тогда напряжение на выходе УПЧ суммарного канала

запишется в виде

Радиоуправление .(5.13)

Для малых значений угла рассогласования γ можно считать, что

амплитуда сигнала разностного канала значительно меньше суммарного. В этом случае напряжение на выходе ФД

Радиоуправление , (5.14)

где

Радиоуправление . (5.15)

В (5.15) дисперсия шума σш2 определяется выражением (5.2). После

подстановки (5.11) в (5.15) получим

Радиоуправление , (5.16)

где, как и прежде, Радиоуправление .

С выхода ФД напряжение подается на детектор огибающей, который

практически не изменяет энергетических соотношений входных сигналов.

Окончательно крутизна пеленгационной характеристики

Радиоуправление, (5.17)

а уровень возмущающего воздействия, приведенного к входу системы,

Радиоуправление . (5.18)

В выражении (5.17) остались неопределенными коэффициенты kа и kр.

Строгий анализ работы схемы БАРУ является громоздким и отличается от

анализа обычных линейных САУ. При выполнении определенных условий

можно показать, что для статической системы БАРУ при 10% нестабильности выходного сигнала суммарного канала, требуется kр = 100.

Поскольку в (5.17) выбор коэффициента kа диктуется практическими соображениями по обеспечению необходимого значения крутизны

пеленгационной характеристики Радиоуправление , положим kа= 100 В.

Мощность ПРД, необходимая для получения соотношения сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , определяется выражением (5.7).

Ясно, что в данных методических указаниях приведены не все типы моноимпульсных систем АСН. Рядом достоинств обладают фазовые моноимпульсные системы [7], но для учебных целей при выполнении курсовой работы студенты могут ограничиться амплитудными системами АСН.

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авиационные системы радиоуправления. В 3-х томах. Т. 3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения / под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова ; Радиотехника. М., 2004.

2. Основы радиоуправления. Учебное пособие для вузов / под редакцией В.А. Вейцеля и В.Н. Типугина; Сов. Радио. М., 1973.

3. Основы радиоуправления: Учеб. пособие для вузов / под ред.

В.А. Вейцеля; Радио и связь. М., 1995.

4. Вейцель, В.А. Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом: учебное пособие / В.А.Вейцель, Л.В. Березин ; МАИ. М., 1984.

5. Радиотехнические системы. Учебник для вузов / под редакцией А.И. Дымовой; Сов. Радио. М., 1975.

6. Задачник по курсу « Основы теории радиотехнических систем».

Учебное пособие для вузов / под ред. П.А. Бакулева и В.А. Вейцеля; Радио и связь. М., 1996.

7. Зайченко, К. В. Радиоэлектронные измерительные устройства: учебное пособие / К. В.Зайченко, Р.Ю. Багдонас, Л.А. Кулыгина ; ГААП. СПб.,1993.

8. Радиотехнические системы: учебник для вузов / под редакцией Ю.М. Казаринова; Советское радио. М., 1968.

9. Кулин, А.Н. Изучение устройства, работы и взаимодействия

агрегатов управляемого реактивного снаряда класса «воздух-воздух»: методические указания к выполнению лабораторной работы / А.Н. Кулин; ГУАП. СПб., 2004.

10. Васин, В.В. Задачник по радиолокации / В.В. Васин, Б.М. Степанов. М.:

Советское радио, 1969.

11. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: учебник для вузов / под ред. В.Н.Гордиенко и В.В. Крухмалева; Горячая линия – Телеком.М., 2004.

12. Марковский, В. Советские авиационные ракеты «воздух-воздух» / В. Марковский, К. Перов. М.: ЭКСПРИНТ, 2005.

13. Львова, Л.А. Радиолокационная заметность летательных аппаратов: монография / Л.А. Львова. Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 2003.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………….3

1. Методические указания по проектированию

систем командного радиоуправления…………………………….4

2. Порядок курсового проектирования………………………………6

3. Варианты заданий на курсовое проектировние…………………18

3.1. Типы систем КРУ………………………………………….18

3.2. Варианты заданий по проектированию

командных радиолиний……………………………………19

3.3. Проектирование пеленгационного устройства…………..20

4. Методические указания по расчету

тактико-технических показателей……………………………….24

5. Методические указания по проектированию

системы АСН (пеленгатору)………………………………………31

5.1. Система АСН с коническим

сканированием диаграммы направленности……………..31

5.2. Моноимпульсные системы АСН………………………….36

Указатель литературы……………………………………………….44

[1] ЭПР (ЭОП) сложных реальных объектов измеряются на специальных установках, или полигонах, где достижимы условия дальней зоны обнаружения

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМАНДНЫХ СИСТЕМ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

Методические указания к курсовому проектированию

Санкт-Петербург

Составитель Л.А.Кулыгина

Рецензент – кандидат технических наук, доцент, декан факультета радиотехники и связи СПбГУАП А.Р. Бестугин

Методические указания содержат общие требования к курсовому проекту по дисциплине федерального цикла «Радиосистемы управления», основные методы проектирования и расчета тактико-технических характеристик командных систем радиоуправления, рекомендации по оформлению пояснительной записки, бланк задания.

Указания предназначены для студентов специальности 210304 (202200) «Радиоэлектронные системы» дневной формы обучения.

Подготовлены к публикации кафедрой медицинской радиоэлектроники по рекомендации методической комиссии факультета «Радиотехники, электроники и связи» Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП).

Редактор

Компьютерная верстка

Подписано к печати

Усл. печ. л.

Редакционно-издательский отдел

Отдел электронных публикаций и библиографии библиотеки

Отдел оперативной полиграфии

ГУАП

190000, Санкт-Петербург, ул. Б.Морская, 67

© ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный университет

аэрокосмического приборостроения »,

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены студентам 5-го курса специальности 210304 (202200) «Радиоэлектронные системы» для выполнения курсовой работы по дисциплине «Радиосистемы управления».

Целью дисциплины «Радиосистемы управления» является изложение назначения, принципов построения и основ проектирования систем радиоуправления и входящих в их состав радиосредств.

Задачи дисциплины состоят в изучении общих положений теории радиоуправления различными системами и процессами, структурных и функциональных схем радиосистем управления, их показателей качества, основ анализа

§

В этом разделе должны быть рассмотрены типы и характеристики команд, способ кодирования и уплотнения каналов, вид и параметры поднесущих, способ разделения каналов на приемном пункте. Рассмотрен способ модуляции несущего колебания.

В системах КРУ-I ракетами, как правило, передаются аналоговые команды управления, обеспечивающие отклонение рулей ракеты в двух плоскостях. В подобных системах в шифраторе обычно осуществляется преобразование напряжения во временной интервал с формированием импульсного сигнала, отстоящего от тактовой точки, задаваемой опорным (тактовым) импульсом, на время, пропорциональное значению команды. Чтобы на приемной стороне можно было разделить команды разных каналов и обеспечить высокую помехоустойчивость КРУ из импульсных сигналов образуются импульсные поднесущие колебания, которым придаются специальные качественные признаки. Чаще всего импульсные поднесущие колебания представляют собой совокупность нескольких видеоимпульсов с заранее установленными временными интервалами между ними, называемую временным кодом. Выходным сигналом шифратора модулируется высокочастотный сигнал, вырабатываемый в передатчике (ПРД).

Приемная установка КРУ содержит приемник (ПРМ), осуществляющий прием и демодуляцию высокочастотного сигнала, и дешифратор (декодирующее устройство), разделяющий принятые импульсные кодовые сигналы по разным каналам в соответствии с принципами структурной селекции и преобразующий временной интервал в выходную команду.

В системах управления ракетами КРУ-II возможна одновременная передача аналоговых функциональных команд и разовых команд, служащих для изменения вида траектории полета ракеты, включения тех или иных режимов работы бортовой аппаратуры. В этом случае производится преобразование входных команд в цифровые двоичные коды с дальнейшей передачей их по радиоканалу. В шифраторе аналоговые команды подвергаются дискретизации во времени и аналого-цифровому преобразованию, т.е. осуществляется кодово-импульсная модуляция (КИМ) с образованием первичных цифровых кодов. Из этих кодов в шифраторе создается определенным образом организованная во времени последовательность функциональных и разовых команд, называемая набором команд.

В системах КРУ самолетами выходные команды являются цифровыми. Поэтому одной из основных задач, возлагаемых на шифратор, является организация обмена данными с ЦВМ для приема входных команд. Так как с пункта наведения одновременно наводятся несколько самолетов, то на каждый самолет периодически в течение ограниченного промежутка времени передаются различные наборы команд, состав которых изменяется в зависимости от тактической ситуации. В шифраторе формируются непрерывные или импульсные поднесущие колебания, которые модулируются первичным цифровым кодом, отображающим функциональные и разовые команды КУ1, КУ2,… КУn, где n – общее число передаваемых команд, входящих в состав набора. Затем каждому символу (например, единице и нулю) ставится в соответствие поднесущее колебание, удобное для модуляции СВЧ колебаний ПРД.

Обычно в КРУ с КИМ используется временное разделение каналов. Поднесущие колебания поступают в ПРД, излучаемые сигналы которого могут быть как узкополосными, так и широкополосными. Узкополосные сигналы получаются при амплитудной, частотной и фазовой модуляции. Для получения широкополосных (сложных) сигналов в ПРД КРУ используется обычно фазокодовая манипуляция импульсными поднесущими колебаниями, представляющими собой чаще всего М-последовательности. Наиболее известными из них являются коды Баркера.

Разделение сигналов синхронизации и сигналов управления в приемной части КРУ может осуществляться в соответствии с принципами частотной временной и структурной селекции в дешифраторе (декодирующем устройстве), где, кроме того, производится демодуляция и преобразование поднесущих колебаний в выходные команды, а также отделение полезных сигналов от помех [1- 4].

В КРУ возможно применение засекречивания передаваемых команд, выполняемое по тем же процедурам, что и в технике радиосвязи.

В условиях ведения радиоэлектронной борьбы КРУ должна обеспечивать высокую помехоустойчивость. Наряду с использованием широкополосных сигналов в КРУ может применяться помехоустойчивое кодирование. В этом случае цифровая последовательность данных, состоящая из совокупности кодовых слов поступает из шифратора в кодер. В последнем каждое поступившее кодовое слово преобразуется в новое, более длинное с большей, чем у исходного слова шифратора избыточностью. В качестве помехоустойчивых кодовых слов наиболее часто используются коды Хэмминга, БЧХ, Рида-Соломона, каскадные коды [1].

Состав командной радиолинии управления иллюстрируется структурной схемой, приведенной на рисунке 2.1.

В курсовой работе должна быть приведена обобщенная функциональная схема командной радиолинии (КРЛ), подробная функциональная схема обоснованно выбранной КРЛ и ее анализ с временными диаграммами сигналов и их спектрами. В самих методических указаниях приведены два примера КРЛ, при выборе КРЛ можно ими и ограничится. Можно провести

··· ···

КУ1КУ2 КУn К1К2 Кn

Рисунок 2.1- Командная радиолиния

проектирование других, более современных линий передачи командной информации, взяв за основу теорию, например, из [1,2,11] .

В этом разделе должны быть рассмотрены типы и характеристики команд, способ кодирования и уплотнения каналов, вид и параметры поднесущих, способ разделения каналов на приемном пункте. Рассмотрен способ модуляции несущего колебания.

В системах КРУ-I ракетами, как правило, передаются аналоговые команды управления, обеспечивающие отклонение рулей ракеты в двух плоскостях. В подобных системах в шифраторе обычно осуществляется преобразование напряжения во временной интервал с формированием импульсного сигнала, отстоящего от тактовой точки, задаваемой опорным (тактовым) импульсом, на время, пропорциональное значению команды. Чтобы на приемной стороне можно было разделить команды разных каналов и обеспечить высокую помехоустойчивость КРУ из импульсных сигналов образуются импульсные поднесущие колебания, которым придаются специальные качественные признаки. Чаще всего импульсные поднесущие колебания представляют собой совокупность нескольких видеоимпульсов с заранее установленными временными интервалами между ними, называемую временным кодом. Выходным сигналом шифратора модулируется высокочастотный сигнал, вырабатываемый в передатчике (ПРД).

Приемная установка КРУ содержит приемник (ПРМ), осуществляющий прием и демодуляцию высокочастотного сигнала, и дешифратор (декодирующее устройство), разделяющий принятые импульсные кодовые сигналы по разным каналам в соответствии с принципами структурной селекции и преобразующий временной интервал в выходную команду.

В системах управления ракетами КРУ-II возможна одновременная передача аналоговых функциональных команд и разовых команд, служащих для изменения вида траектории полета ракеты, включения тех или иных режимов работы бортовой аппаратуры. В этом случае производится преобразование входных команд в цифровые двоичные коды с дальнейшей передачей их по радиоканалу. В шифраторе аналоговые команды подвергаются дискретизации во времени и аналого-цифровому преобразованию, т.е. осуществляется кодово-импульсная модуляция (КИМ) с образованием первичных цифровых кодов. Из этих кодов в шифраторе создается определенным образом организованная во времени последовательность функциональных и разовых команд, называемая набором команд.

В системах КРУ самолетами выходные команды являются цифровыми. Поэтому одной из основных задач, возлагаемых на шифратор, является организация обмена данными с ЦВМ для приема входных команд. Так как с пункта наведения одновременно наводятся несколько самолетов, то на каждый самолет периодически в течение ограниченного промежутка времени передаются различные наборы команд, состав которых изменяется в зависимости от тактической ситуации. В шифраторе формируются непрерывные или импульсные поднесущие колебания, которые модулируются первичным цифровым кодом, отображающим функциональные и разовые команды КУ1, КУ2,… КУn, где n – общее число передаваемых команд, входящих в состав набора. Затем каждому символу (например, единице и нулю) ставится в соответствие поднесущее колебание, удобное для модуляции СВЧ колебаний ПРД.

Обычно в КРУ с КИМ используется временное разделение каналов. Поднесущие колебания поступают в ПРД, излучаемые сигналы которого могут быть как узкополосными, так и широкополосными. Узкополосные сигналы получаются при амплитудной, частотной и фазовой модуляции. Для получения широкополосных (сложных) сигналов в ПРД КРУ используется обычно фазокодовая манипуляция импульсными поднесущими колебаниями, представляющими собой чаще всего М-последовательности. Наиболее известными из них являются коды Баркера.

Разделение сигналов синхронизации и сигналов управления в приемной части КРУ может осуществляться в соответствии с принципами частотной временной и структурной селекции в дешифраторе (декодирующем устройстве), где, кроме того, производится демодуляция и преобразование поднесущих колебаний в выходные команды, а также отделение полезных сигналов от помех [1- 4].

В КРУ возможно применение засекречивания передаваемых команд, выполняемое по тем же процедурам, что и в технике радиосвязи.

В условиях ведения радиоэлектронной борьбы КРУ должна обеспечивать высокую помехоустойчивость. Наряду с использованием широкополосных сигналов в КРУ может применяться помехоустойчивое кодирование. В этом случае цифровая последовательность данных, состоящая из совокупности кодовых слов поступает из шифратора в кодер. В последнем каждое поступившее кодовое слово преобразуется в новое, более длинное с большей, чем у исходного слова шифратора избыточностью. В качестве помехоустойчивых кодовых слов наиболее часто используются коды Хэмминга, БЧХ, Рида-Соломона, каскадные коды [1].

Состав командной радиолинии управления иллюстрируется структурной схемой, приведенной на рисунке 2.1.

В курсовой работе должна быть приведена обобщенная функциональная схема командной радиолинии (КРЛ), подробная функциональная схема обоснованно выбранной КРЛ и ее анализ с временными диаграммами сигналов и их спектрами. В самих методических указаниях приведены два примера КРЛ, при выборе КРЛ можно ими и ограничится. Можно провести

··· ···

КУ1КУ2 КУn К1К2 Кn

Рисунок 2.1- Командная радиолиния

проектирование других, более современных линий передачи командной информации, взяв за основу теорию, например, из [1,2,11] .

§

Характеристики

Расчетная часть раздела должна содержать:

– выбор величины команды; Тмн ;

– выбор числа каналов;

– выбор поднесущих;

– выбор величины несущей частоты;

– расчет мощности сигнала ПРД КРЛ.

Раздел 5. Расчет характеристик приемной части системы

– расчет ширины полосы пропускания УПЧ;

– расчет полосы пропускания каналов;

– расчет для КРЛ полосы частот выходного блока (ФНЧ);

– расчет минимальной мощности сигнала на входе ПРМ с учетом шумовой помехи.

Раздел 6. Проектирование системы автоматического сопровождения по направлению радиовизира снаряда или цели

Особенностью функционирования систем КРУ является направленное излучение радиосигналов ПРД КРУ. Применение передающей антенны с узкой диаграммой направленности способствует повышению помехоустойчивости, скрытности, облегчает решение задачи электромагнитной совместимости. Ориентация передающей антенны КРУ в направлении объекта управления обеспечивается различными способами. В системах КРУ-I ракетами передающая антенна поворачивается с помощью следящего привода по данным, задаваемым визирным устройством, сопровождающим ракету по угловым координатам на основе приема сигналов, вырабатываемых ответчиком ракеты. Сигналы запуска ответчика формируются на ракете из принимаемых радиосигналов КРУ либо из радиосигналов визирного устройства пункта управления. В системах КРУ-II управления ракетами слежение за ракетой ведется пассивным радиопеленгатором, обрабатывающим радиосигналы, излучаемые широкополосной линией передачи данных при трансляции изображения цели с ракеты на пункт управления.

В системах КРУ самолетами передающая антенна может иметь очень узкую диаграмму направленности, что существенно затрудняет процесс передачи команд, так как перед его началом надо убедиться в возможности приема передаваемых команд наводимым самолетом. С этой целью КРУ сопрягается с системой активного запроса-ответа (САЗО) и, в частности, может иметь общую с ней передающую антенну. Для работы с конкретным самолетом САЗО получает целеуказание от ЭВМ пункта наведения. При нахождении самолета в луче диаграммы направленности передающей антенны САЗО посылает сигнал запроса. В случае приема этого сигнала на борту самолета ответчик последнего формирует ответный сигнал, который свидетельствует о возможности приема команд данным самолетом. Наряду с ответными сигналами по обратному каналу САЗО с самолета может передаваться различная информация.

Таким образом, в системах радиоуправления одной из наиболее важных систем является следящая система АСН, условно состоящая из пеленгационного устройства, усилительно- преобразующего устройства и исполнительного устройства. Важнейшими частями пеленгационного устройства являются антенна и устройства первичной обработки полученной информации [5,7,8].

Пеленгационные устройства, а, следовательно, и системы АСН, по

принципу получения равносигнального направления делятся на

устройства с последовательным (интегральная равносигнальная зона) и

одновременным сравнением сигналов (моноимпульсные).

В данном разделе студенты должны выбрать тип угломера, привести

его функциональную схему, рассчитать его характеристики.

Раздел 7. Анализ точностных характеристик РСУ

В данном разделе студенты должны проанализировать ошибки

наведения с учетом ошибок системы АСН. Теоретические расчеты, проведенные в этом разделе, должны быть проверены на модели при выполнении лабораторной работы «Исследование методов наведения управляемого снаряда на цель». Зачет по лабораторной работе будет получен студентом только при выполнении данного пункта исследований.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Типы систем КРУ

1) система управления для дальнего наведения истребителей;

2) управление движением боевого самолета, использующего планирующую реактивную бомбу, при полуавтоматическом наведении самолета на цель;

3) управление самолетом – снарядом при наведении на наземную неподвижную цель;

4) управление самолетом – снарядом при наведении на дальнюю

наземную движущуюся цель;

5) управление вектором скорости полета крылатой ракеты и командой

отсечки двигателей;

6) управление многоступенчатым ракетным комплексом для выведения

космического аппарата на заданную траекторию;

7) управление ракетой «воздух-земля» с подвижного КП (самолета-матки);

8) управление ракетой «воздух-воздух» с комбинированной системой управления;

9) коррекция работы радиовзрывателя;

10) управление самолетом-мишенью;

11) управление беспилотным ЛА комплекса воздушной разведки;

12) коррекция работы радиовысотомера самолета в режиме «слепой

посадки»;

13) управление ракетой «поверхность-поверхность» с комбинированной системой управления.

Варианты заданий по проектированию

Командных радиолиний

Характеристики

Расчетная часть раздела должна содержать:

– выбор величины команды; Тмн ;

– выбор числа каналов;

– выбор поднесущих;

– выбор величины несущей частоты;

– расчет мощности сигнала ПРД КРЛ.

Раздел 5. Расчет характеристик приемной части системы

– расчет ширины полосы пропускания УПЧ;

– расчет полосы пропускания каналов;

– расчет для КРЛ полосы частот выходного блока (ФНЧ);

– расчет минимальной мощности сигнала на входе ПРМ с учетом шумовой помехи.

Раздел 6. Проектирование системы автоматического сопровождения по направлению радиовизира снаряда или цели

Особенностью функционирования систем КРУ является направленное излучение радиосигналов ПРД КРУ. Применение передающей антенны с узкой диаграммой направленности способствует повышению помехоустойчивости, скрытности, облегчает решение задачи электромагнитной совместимости. Ориентация передающей антенны КРУ в направлении объекта управления обеспечивается различными способами. В системах КРУ-I ракетами передающая антенна поворачивается с помощью следящего привода по данным, задаваемым визирным устройством, сопровождающим ракету по угловым координатам на основе приема сигналов, вырабатываемых ответчиком ракеты. Сигналы запуска ответчика формируются на ракете из принимаемых радиосигналов КРУ либо из радиосигналов визирного устройства пункта управления. В системах КРУ-II управления ракетами слежение за ракетой ведется пассивным радиопеленгатором, обрабатывающим радиосигналы, излучаемые широкополосной линией передачи данных при трансляции изображения цели с ракеты на пункт управления.

В системах КРУ самолетами передающая антенна может иметь очень узкую диаграмму направленности, что существенно затрудняет процесс передачи команд, так как перед его началом надо убедиться в возможности приема передаваемых команд наводимым самолетом. С этой целью КРУ сопрягается с системой активного запроса-ответа (САЗО) и, в частности, может иметь общую с ней передающую антенну. Для работы с конкретным самолетом САЗО получает целеуказание от ЭВМ пункта наведения. При нахождении самолета в луче диаграммы направленности передающей антенны САЗО посылает сигнал запроса. В случае приема этого сигнала на борту самолета ответчик последнего формирует ответный сигнал, который свидетельствует о возможности приема команд данным самолетом. Наряду с ответными сигналами по обратному каналу САЗО с самолета может передаваться различная информация.

Таким образом, в системах радиоуправления одной из наиболее важных систем является следящая система АСН, условно состоящая из пеленгационного устройства, усилительно- преобразующего устройства и исполнительного устройства. Важнейшими частями пеленгационного устройства являются антенна и устройства первичной обработки полученной информации [5,7,8].

Пеленгационные устройства, а, следовательно, и системы АСН, по

принципу получения равносигнального направления делятся на

устройства с последовательным (интегральная равносигнальная зона) и

одновременным сравнением сигналов (моноимпульсные).

В данном разделе студенты должны выбрать тип угломера, привести

его функциональную схему, рассчитать его характеристики.

Раздел 7. Анализ точностных характеристик РСУ

В данном разделе студенты должны проанализировать ошибки

наведения с учетом ошибок системы АСН. Теоретические расчеты, проведенные в этом разделе, должны быть проверены на модели при выполнении лабораторной работы «Исследование методов наведения управляемого снаряда на цель». Зачет по лабораторной работе будет получен студентом только при выполнении данного пункта исследований.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Типы систем КРУ

1) система управления для дальнего наведения истребителей;

2) управление движением боевого самолета, использующего планирующую реактивную бомбу, при полуавтоматическом наведении самолета на цель;

3) управление самолетом – снарядом при наведении на наземную неподвижную цель;

4) управление самолетом – снарядом при наведении на дальнюю

наземную движущуюся цель;

5) управление вектором скорости полета крылатой ракеты и командой

отсечки двигателей;

6) управление многоступенчатым ракетным комплексом для выведения

космического аппарата на заданную траекторию;

7) управление ракетой «воздух-земля» с подвижного КП (самолета-матки);

8) управление ракетой «воздух-воздух» с комбинированной системой управления;

9) коррекция работы радиовзрывателя;

10) управление самолетом-мишенью;

11) управление беспилотным ЛА комплекса воздушной разведки;

12) коррекция работы радиовысотомера самолета в режиме «слепой

посадки»;

13) управление ракетой «поверхность-поверхность» с комбинированной системой управления.

Варианты заданий по проектированию

Командных радиолиний

§

Тип пеленгационного устройства выбирается с преподавателем после формулирования задания по п. 3.1, 3.2.

Варианты исходных данных к проектированию приведены в табл. 3.1 , где приняты следующие обозначения:D – дальность до цели; Δθ

разрешающая способность по угловым координатам; ΔD – разрешающая

способность по дальности; λ – длина волны излучаемой электромагнитной

энергии.

Пеленгационное устройство (ПУ) задано указанием его типа, который

сокращенно обозначается: КС – устройство с коническим сканированием

диаграммы направленности; ПМ – простое моноимпульсное устройство

амплитудного типа; МСР- моноимпульсное суммарно-разностное

устройство (амплитудное).

В задании приняты следующие условные обозначения типа цели: ЛМ-

летательный аппарат с малой эффективной площадью рассеяния (ЭПР); ЛС-

летательный аппарат со средней ЭПР; ЛБ- летательный аппарат с большой

ЭПР; ТМТ- транспорт малого тоннажа; ТСТ- транспорт среднего тоннажа; ТБТ- транспорт большого тоннажа; НОБП- наземный объект большой площади; НОМП- наземный объект малой площади.

При проектировании следует также учесть условия работы системы:

бортовая, наземная. Они определяются в ходе проектирования студентами

самостоятельно.

Приступая к проектированию, необходимо внимательно

ознакомиться с теоретическим материалом по расчету характеристик всех

пеленгационных устройств, уяснить смысл всех технических данных по

проектированию системы КРУ в целом и отдельных узлов системы.

Расчет следует начинать с определения основных тактико-технических

данных всей системы АСН. Используя указанные в задании величины

дальности до цели D , разрешающей способности по дальности ΔD и Δθ

угловым координатам, рассчитываются ширина диаграммы направленности

антенны θ , длительность импульса τи , шумовая полоса УПЧ Δƒш и

период повторения импульсов Тп . Полученное значение θ позволяет

определить эффективную площадь поверхности антенны SА.

Положив соотношение сигнал/шум qна выходе УПЧ равным 10-15 и

используя указанные в задании величины D , λ , а также результаты

расчетов величин SА и Δƒш, определяется мощность передатчика Ризл ,

обеспечивающая надежную работу всей системы АСН. При этом значения

эффективной площади рассеяния цели Sц , тип которой указан в задании,

берутся из таблицы 3. 2. Далее определяется коэффициент усиления УПЧ kУПЧ, обеспечивающий среднее значение амплитуды импульсов на выходе УПЧ, равное 2-3 В (для линейного детектирования сигнала в приемнике).

С учетом типа пеленгационного устройства и ранее произведенных

расчетов определяется значение крутизны пеленгационной характеристики kпли уровня Nш возмущающего воздействия (белого шума), приведенного к входу системы.

Исходные данные к проектированию пеленгатора. Таблица 3.1


 
Тип ПУ
 
D , км
 
Δθ, град
 
ΔD , м
 
λ ,м
 
Тип цели
 
КС 0,03 ЛМ
КС 0,02 ЛС
КС 0,03 ЛС
КС 0,5 0,015 ЛМ
КС 0,05 НОБТ
КС 0,03 ТМТ
КС 0,02 ТСТ
ПМ 0,5 0,03 ЛМ
ПМ 0,02 ЛС
ПМ 0,05 НОМП
ПМ 0,03 ЛБ
ПМ 0,5 0,015 ЛМ
ПМ 0,03 ТБТ
ПМ 0,04 НОМТ
ПМ 0,1 ТСТ
МСР 0,03 НОБТ
МСР 0,015 ЛМ
МСР 0,03 ЛС
МСР 0,03 ЛБ

Среднее значение эффективной отражающей поверхности для некоторыхобъектов приведено в таблице 3.2 [5,10,13 ] [1].

Эффективные отражающие поверхности некоторых целей. Таблица 3.2

Тип цели Sэф ц , м2
Самолет-истребитель 3…5
Фронтовой бомбардировщик 7…10
Тяжелые бомбардировщики 13…20
Бомбардировщик B-52
Беспилотный самолет-разведчик  
Транспортный самолет 40…70
Зенитная управляемая ракета 0,02
Головка баллистической ракеты 0,03…0,05
Крылатая ракета ALKM
(при длине волны 0,8 мм)
0,07…0,8
Боевая часть
оперативно-тактической ракеты
0,15…1,6
Малые суда
(водоизмещением до 200 т)
 
50…200
Средние корабли
(водоизмещением 1000…10000 т)
 
(3…10)2
Большие корабли
(водоизмещением более 10000 т)
 
100 и более
Крейсер (12…14)3
Подводная лодка (в надводном состоянии)  
30…150
Рубка подводной лодки
в надводном положении
 
1..2
Автомобиль 1..3
Человек 0,8…1
Танк (при длине волны 0,8 мм) 1…10

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ТАКТИКО-

ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

При расчете параметров антенного устройства,основными из которых являются:

1) максимальный коэффициент направленного действия по мощности

Радиоуправление ,(4.1)

или

Радиоуправление , (4.2)

где ΩА– телесный угол луча в стерадианах, SА – эффективная

поглощающая поверхность антенны;

2) ширина диаграммы направленности на уровне 0,7 по напряжению и на

уровне 0,5 по мощности

Радиоуправление, (4.3)

где d – диаметр антенны в плоскости сечения луча, λ – длина волны;

при неравномерном возбуждении антенны

Радиоуправление (4.4)

учитываются следующие требования:

1. Обеспечение заданной разрешающей способности по угловым координатам и точности измерения угловых координат.

2. Обзор зоны действия за заданное время без пропусков в приеме полезных сигналов.

3. Наиболее целесообразное использование мощности излучения.

Обычно диаметр антенны определяется условиями размещения. Например, если антенна находится в носовой части ракеты, то диаметр антенны не может быть больше диаметра корпуса ракеты. В первом приближении разрешающая способность по углу соответствует ширине диаграммы направленности (в азимутальной или угломестной

плоскостях).

Уравнения (4.l) – (4.4) устанавливают зависимость между θ0 , λ и d .

Вспомним, что в ряде случаев диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости может иметь косекансную форму. Это дает выигрыш по мощности

Радиоуправление , (4.5)

здесь Радиоуправление – угловой размер вертикального луча, βmax

максимальное значение угла места, β– значение угла мертвой зоны.

При выборе параметров сигналаследует иметь в виду следующее.

Несущая частота или длина волны оказывают существенное влияние как

на тактические показатели электронных устройств систем управления, так и на способы обработки сигналов, обеспечивающие необходимую

помехозащищенность, на конструктивные решения.

В радиодиапазонах электромагнитных колебаний находят применение

метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые волны.

Целесообразность использования метровых и дециметровых волн

определяется следующими возможностями их применения. Практически отсутствуют потери ВЧ энергии при ее распространении в атмосфере. Возможно усиление отраженного сигнала по высокой частоте, что повышает

избирательность ПРМ. Пороговая мощность оказывается более низкой, так как коэффициент шума ПРМ сравнительно мал. Наличие лепестковой диаграммы направленности позволяет при той же мощности излучения в импульсе увеличивать дальность действия в направлении максимумов лепестков в два раза.

Численное значение длины волны может быть определено в зависимости

Смотрите про коптеры:  Радиоуправляемые машины Maisto в Москве: 283-товара: бесплатная доставка, скидка-27% [перейти]

от требуемого минимального угла места β нижнего лепестка, размеров

антенны, ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

При выборе λ следует помнить, что период высокочастотных

колебаний, как минимум, должен в 50-100 раз быть меньше выбранной длительности импульса. Объясняется это тем, что высокочастотные колебания нарастают и спадают не мгновенно, а по экспоненциальному закону. Процесс установления колебаний описывается выражением

Радиоуправление,

где α – коэффициент затухания. Например, для установления амплитуды

колебаний за время t =τ , равное 0,95 Umнеобходимо выполнение условия

ατ ≥ 3.

Учитывая, что

Радиоуправление,

где Q добротность колебательной системы; Tвч – период высоко-частотных колебаний, получаем τи ≥ Q·Tвч . Например, если Q = 100, то τи100Tвч.

Использование волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов

позволяет:

– уменьшить размеры антенны, так как при заданном коэффициенте

направленного действия ее площадь примерно пропорциональна квадрату длины волны;

– создать более узкие диаграммы направленности, что повышает

разрешающую способность по углу, точность измерения угловых координат

и уменьшение помех от одновременно отражающих площадей и объемов;

– использовать более короткие импульсы в случае повышенных требований к разрешающей способности по дальности и минимальной дальности;

– уменьшить габариты и вес всего устройства в целом.

Однако по мере уменьшения длины волны в большей степени начинают

влиять факторы, снижающие дальность действия (поглощение в атмосфере), возрастание пороговой мощности приемоиндикаторного устройства и др. Усиливаются метеорологические помехи, особенно для волн короче 3 см.

Наиболее тщательный учет всех причин, снижающих дальность действия необходим для мм длин волн.

Численные значения длин волн см диапазона в основном определяются допустимыми размерами антенн и условиями распространения в атмосфере.

Следует также учитывать, что точность измерения координат объектов

зависит от особенностей распространения радиоволн (преломление, огибание и др.) и их переизлучения (флюктуации, блуждание «блестящих» точек и др.).

В начале значение длины волны получают на основании уравнения (4.4), а затем проверяют, какое число длин волн уложится в импульсе (оно должно

быть не менее 50) или за время длительности переднего фронта импульса.

С помощью графиков затухания волн [10, с.72] находят суммарные потери

δв Дб/км.

Длительность импульса выбирается на основании требования к

разрешающей способности по дальности, т.к. Радиоуправление,то

Радиоуправление . (4.6)

Форма импульса и длительность его фронта зависит от требований,

налагаемых методами обработки сигнала, свойствами систем СДЦ, АСД и

АСН. В частности, если дальность измеряется по переднему фронту, то в общем случае

Радиоуправление, (4.7)

где εDmax – абсолютное значение максимальной ошибки измерения

дальности.

Период повторения импульсов связан с максимальной дальностью и

берется с некоторым запасом, который учитывает время, необходимое для восстановления в различных точках электронных схем начальных условий,

соответствующих моменту излучения следующего импульса (схемы

временных разверток, цифровые устройства, запоминающие устройства и

т.п.).

Обычно

Радиоуправление . (4.8)

В некоторых случаях период повторения может вобулироваться (вспомним дисциплину «Радиолокационные системы»: системы

СДЦ, борьба со «слепыми» скоростями). Если с целью увеличения энергии сигналов за время наблюдения период повторения уменьшают, то

необходимо предусмотреть меры, исключающие неоднозначность при

измерении дальности.

При расчете мощности излучения ПРД необходимо руководствоваться формулой основного уравнения дальности радиолокатора, которое для случая активной радиолокации с пассивным ответом имеет следующий вид:

Радиоуправление

где Dmax – максимальная дальность излучения, Pизл – мощность

излучения, GА – коэффициент направленного действия антенны, SА

эффективная отражающая поверхность антенны, Sц – эффективная площадь рассеяния цели, Pпор min – минимальная пороговая мощность сигнала

приемного устройства, kα – коэффициент уменьшения дальности, вызванный потерями в высокочастотном тракте передатчик-антенна, антенна-приемник, потерями, учитывающими влияние диаграммы направленности антенны при сканировании. δ– потери в дБ/км при распространении электромагнитной энергии: δ = δ1 δ2 δ3 , где δ1 – потери в дожде, δ2 – потери в кислороде воздуха, δ3 – потери в тумане [10, с.72].

Мощность излучения связана импульсной и средней мощностью

формулой

Радиоуправление, (4.10)

где N – число импульсов в пачке; Q -скважность; τи– длительность импульса; Радиоуправление – период повторения импульсов.

Особое внимание при расчете максимальной дальности РЛС обычно

обращают на расчет порогового сигналаPпор min . Пороговый сигнал

определяет ту минимальную мощность сигнала на входе ПРМ, при которой

он будет обнаружен с заданной степенью вероятности – Pобн, а

вероятность ложной тревоги не превзойдет заданной величины Pлт.

Предполагается, что цель нефлюктуирующая.

Минимальный пороговый сигнал

Радиоуправление . (4.11)

Здесь k = 1,38·10-23 дж/град – постоянная Больцмана; абсолютная

температура Т = 300 град; Радиоуправление – коэффициент различимости, учитывающий потери αiв отдельных трактax прохождения сигнала; kшкоэффициент шума ПРМ; ∆ƒ – полоса пропускания ПРМ, Радиоуправление – отношение сигнал/шум по мощности.

Обычно принимают Радиоуправление . При меньшем значении полосы ∆ƒ

уменьшается мощность шумов, но уменьшается и сигнал, так что выигрыша

в Pпор min не происходит. При расширении полосы энергия сигнала

остается прежней, а шумы возрастают, отсюда и ухудшение Pпор min

(пороговый сигнал увеличивается).

Коэффициент шума характеризует шумовые свойства приемного тракта.

Он определяется в основном первым каскадом, причем на СВЧ первый

каскад – преобразовательный. Поэтому шумовые характеристики последующих каскадов обычно не учитываются.

В первом приближении можно полагать коэффициент шума для частот

100000 МГц – 17 дБ, для частот 3000 МГц – 15 дБ и для частот 200 МГц – 6 дБ.

Окончательно формула для максимальной дальности запишется

Радиоуправление

Эта формула справедлива как для импульсного режима, так и для

непрерывного. Для импульсного Pср– это средняя мощность за период

следования Радиоуправление импульсов. Для непрерывного режима Tнвремя наблюдения (приема или обработки сигналов), т.е. Pср ·Tн – энергия принятого сигнала, для импульсного режима – Радиоуправление∆ƒ = 1/ Tн.

Для РЛС с активным ответом:

по каналу запроса (З)

Радиоуправление

по каналу ответа (О)

Радиоуправление

В качестве дальности действия ракеты при указании ее тактико-технических данных обычно указывают дальность полета ракеты в идеальных условиях, что в некоторой степени вводит в заблуждение. Эффективная дальность полета ракеты зависит от многих факторов: высоты пуска и цели, скорости самолета носителя и цели, ракурса пуска и относительного местоположения цели и самолета-носителя. Например, российская ракета Р-77 имеет дальность действия 100 км, однако такая дальности достигается только при пуске по неманеврирующей, находящейся в передней полусфере цели на большой высоте. При пуске на низкой высоте эффективная дальность пуска ракеты может составить только 20-25 % от максимальной. Если цель активно маневрирует или ракета пущена в заднюю полусферу уходящей скоростной цели эффективная дальность пуска может уменьшится еще больше. Эта зависимость в полной мере присуща всем ракетам «воздух-воздух». В англоязычной литературе эффективная дальность пуска, то есть дальность, при которой цель не сможет уклониться от выпущенной по ней ракете, обозначается как no-escape zone [12].

Тип пеленгационного устройства выбирается с преподавателем после формулирования задания по п. 3.1, 3.2.

Варианты исходных данных к проектированию приведены в табл. 3.1 , где приняты следующие обозначения:D – дальность до цели; Δθ

разрешающая способность по угловым координатам; ΔD – разрешающая

способность по дальности; λ – длина волны излучаемой электромагнитной

энергии.

Пеленгационное устройство (ПУ) задано указанием его типа, который

сокращенно обозначается: КС – устройство с коническим сканированием

диаграммы направленности; ПМ – простое моноимпульсное устройство

амплитудного типа; МСР- моноимпульсное суммарно-разностное

устройство (амплитудное).

В задании приняты следующие условные обозначения типа цели: ЛМ-

летательный аппарат с малой эффективной площадью рассеяния (ЭПР); ЛС-

летательный аппарат со средней ЭПР; ЛБ- летательный аппарат с большой

ЭПР; ТМТ- транспорт малого тоннажа; ТСТ- транспорт среднего тоннажа; ТБТ- транспорт большого тоннажа; НОБП- наземный объект большой площади; НОМП- наземный объект малой площади.

При проектировании следует также учесть условия работы системы:

бортовая, наземная. Они определяются в ходе проектирования студентами

самостоятельно.

Приступая к проектированию, необходимо внимательно

ознакомиться с теоретическим материалом по расчету характеристик всех

пеленгационных устройств, уяснить смысл всех технических данных по

проектированию системы КРУ в целом и отдельных узлов системы.

Расчет следует начинать с определения основных тактико-технических

данных всей системы АСН. Используя указанные в задании величины

дальности до цели D , разрешающей способности по дальности ΔD и Δθ

угловым координатам, рассчитываются ширина диаграммы направленности

антенны θ , длительность импульса τи , шумовая полоса УПЧ Δƒш и

период повторения импульсов Тп . Полученное значение θ позволяет

определить эффективную площадь поверхности антенны SА.

Положив соотношение сигнал/шум qна выходе УПЧ равным 10-15 и

используя указанные в задании величины D , λ , а также результаты

расчетов величин SА и Δƒш, определяется мощность передатчика Ризл ,

обеспечивающая надежную работу всей системы АСН. При этом значения

эффективной площади рассеяния цели Sц , тип которой указан в задании,

берутся из таблицы 3. 2. Далее определяется коэффициент усиления УПЧ kУПЧ, обеспечивающий среднее значение амплитуды импульсов на выходе УПЧ, равное 2-3 В (для линейного детектирования сигнала в приемнике).

С учетом типа пеленгационного устройства и ранее произведенных

расчетов определяется значение крутизны пеленгационной характеристики kпли уровня Nш возмущающего воздействия (белого шума), приведенного к входу системы.

Исходные данные к проектированию пеленгатора. Таблица 3.1


 
Тип ПУ
 
D , км
 
Δθ, град
 
ΔD , м
 
λ ,м
 
Тип цели
 
КС 0,03 ЛМ
КС 0,02 ЛС
КС 0,03 ЛС
КС 0,5 0,015 ЛМ
КС 0,05 НОБТ
КС 0,03 ТМТ
КС 0,02 ТСТ
ПМ 0,5 0,03 ЛМ
ПМ 0,02 ЛС
ПМ 0,05 НОМП
ПМ 0,03 ЛБ
ПМ 0,5 0,015 ЛМ
ПМ 0,03 ТБТ
ПМ 0,04 НОМТ
ПМ 0,1 ТСТ
МСР 0,03 НОБТ
МСР 0,015 ЛМ
МСР 0,03 ЛС
МСР 0,03 ЛБ

Среднее значение эффективной отражающей поверхности для некоторыхобъектов приведено в таблице 3.2 [5,10,13 ] [1].

Эффективные отражающие поверхности некоторых целей. Таблица 3.2

Тип цели Sэф ц , м2
Самолет-истребитель 3…5
Фронтовой бомбардировщик 7…10
Тяжелые бомбардировщики 13…20
Бомбардировщик B-52
Беспилотный самолет-разведчик  
Транспортный самолет 40…70
Зенитная управляемая ракета 0,02
Головка баллистической ракеты 0,03…0,05
Крылатая ракета ALKM
(при длине волны 0,8 мм)
0,07…0,8
Боевая часть
оперативно-тактической ракеты
0,15…1,6
Малые суда
(водоизмещением до 200 т)
 
50…200
Средние корабли
(водоизмещением 1000…10000 т)
 
(3…10)2
Большие корабли
(водоизмещением более 10000 т)
 
100 и более
Крейсер (12…14)3
Подводная лодка (в надводном состоянии)  
30…150
Рубка подводной лодки
в надводном положении
 
1..2
Автомобиль 1..3
Человек 0,8…1
Танк (при длине волны 0,8 мм) 1…10

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ТАКТИКО-

ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

При расчете параметров антенного устройства,основными из которых являются:

1) максимальный коэффициент направленного действия по мощности

Радиоуправление ,(4.1)

или

Радиоуправление , (4.2)

где ΩА– телесный угол луча в стерадианах, SА – эффективная

поглощающая поверхность антенны;

2) ширина диаграммы направленности на уровне 0,7 по напряжению и на

уровне 0,5 по мощности

Радиоуправление, (4.3)

где d – диаметр антенны в плоскости сечения луча, λ – длина волны;

при неравномерном возбуждении антенны

Радиоуправление (4.4)

учитываются следующие требования:

1. Обеспечение заданной разрешающей способности по угловым координатам и точности измерения угловых координат.

2. Обзор зоны действия за заданное время без пропусков в приеме полезных сигналов.

3. Наиболее целесообразное использование мощности излучения.

Обычно диаметр антенны определяется условиями размещения. Например, если антенна находится в носовой части ракеты, то диаметр антенны не может быть больше диаметра корпуса ракеты. В первом приближении разрешающая способность по углу соответствует ширине диаграммы направленности (в азимутальной или угломестной

плоскостях).

Уравнения (4.l) – (4.4) устанавливают зависимость между θ0 , λ и d .

Вспомним, что в ряде случаев диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости может иметь косекансную форму. Это дает выигрыш по мощности

Радиоуправление , (4.5)

здесь Радиоуправление – угловой размер вертикального луча, βmax

максимальное значение угла места, β– значение угла мертвой зоны.

При выборе параметров сигналаследует иметь в виду следующее.

Несущая частота или длина волны оказывают существенное влияние как

на тактические показатели электронных устройств систем управления, так и на способы обработки сигналов, обеспечивающие необходимую

помехозащищенность, на конструктивные решения.

В радиодиапазонах электромагнитных колебаний находят применение

метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые волны.

Целесообразность использования метровых и дециметровых волн

определяется следующими возможностями их применения. Практически отсутствуют потери ВЧ энергии при ее распространении в атмосфере. Возможно усиление отраженного сигнала по высокой частоте, что повышает

избирательность ПРМ. Пороговая мощность оказывается более низкой, так как коэффициент шума ПРМ сравнительно мал. Наличие лепестковой диаграммы направленности позволяет при той же мощности излучения в импульсе увеличивать дальность действия в направлении максимумов лепестков в два раза.

Численное значение длины волны может быть определено в зависимости

от требуемого минимального угла места β нижнего лепестка, размеров

антенны, ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

При выборе λ следует помнить, что период высокочастотных

колебаний, как минимум, должен в 50-100 раз быть меньше выбранной длительности импульса. Объясняется это тем, что высокочастотные колебания нарастают и спадают не мгновенно, а по экспоненциальному закону. Процесс установления колебаний описывается выражением

Радиоуправление,

где α – коэффициент затухания. Например, для установления амплитуды

колебаний за время t =τ , равное 0,95 Umнеобходимо выполнение условия

ατ ≥ 3.

Учитывая, что

Радиоуправление,

где Q добротность колебательной системы; Tвч – период высоко-частотных колебаний, получаем τи ≥ Q·Tвч . Например, если Q = 100, то τи100Tвч.

Использование волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов

позволяет:

– уменьшить размеры антенны, так как при заданном коэффициенте

направленного действия ее площадь примерно пропорциональна квадрату длины волны;

– создать более узкие диаграммы направленности, что повышает

разрешающую способность по углу, точность измерения угловых координат

и уменьшение помех от одновременно отражающих площадей и объемов;

– использовать более короткие импульсы в случае повышенных требований к разрешающей способности по дальности и минимальной дальности;

– уменьшить габариты и вес всего устройства в целом.

Однако по мере уменьшения длины волны в большей степени начинают

влиять факторы, снижающие дальность действия (поглощение в атмосфере), возрастание пороговой мощности приемоиндикаторного устройства и др. Усиливаются метеорологические помехи, особенно для волн короче 3 см.

Наиболее тщательный учет всех причин, снижающих дальность действия необходим для мм длин волн.

Численные значения длин волн см диапазона в основном определяются допустимыми размерами антенн и условиями распространения в атмосфере.

Следует также учитывать, что точность измерения координат объектов

зависит от особенностей распространения радиоволн (преломление, огибание и др.) и их переизлучения (флюктуации, блуждание «блестящих» точек и др.).

В начале значение длины волны получают на основании уравнения (4.4), а затем проверяют, какое число длин волн уложится в импульсе (оно должно

быть не менее 50) или за время длительности переднего фронта импульса.

С помощью графиков затухания волн [10, с.72] находят суммарные потери

δв Дб/км.

Длительность импульса выбирается на основании требования к

разрешающей способности по дальности, т.к. Радиоуправление,то

Радиоуправление . (4.6)

Форма импульса и длительность его фронта зависит от требований,

налагаемых методами обработки сигнала, свойствами систем СДЦ, АСД и

АСН. В частности, если дальность измеряется по переднему фронту, то в общем случае

Радиоуправление, (4.7)

где εDmax – абсолютное значение максимальной ошибки измерения

дальности.

Период повторения импульсов связан с максимальной дальностью и

берется с некоторым запасом, который учитывает время, необходимое для восстановления в различных точках электронных схем начальных условий,

соответствующих моменту излучения следующего импульса (схемы

временных разверток, цифровые устройства, запоминающие устройства и

т.п.).

Обычно

Радиоуправление . (4.8)

В некоторых случаях период повторения может вобулироваться (вспомним дисциплину «Радиолокационные системы»: системы

СДЦ, борьба со «слепыми» скоростями). Если с целью увеличения энергии сигналов за время наблюдения период повторения уменьшают, то

необходимо предусмотреть меры, исключающие неоднозначность при

измерении дальности.

При расчете мощности излучения ПРД необходимо руководствоваться формулой основного уравнения дальности радиолокатора, которое для случая активной радиолокации с пассивным ответом имеет следующий вид:

Радиоуправление

где Dmax – максимальная дальность излучения, Pизл – мощность

излучения, GА – коэффициент направленного действия антенны, SА

эффективная отражающая поверхность антенны, Sц – эффективная площадь рассеяния цели, Pпор min – минимальная пороговая мощность сигнала

приемного устройства, kα – коэффициент уменьшения дальности, вызванный потерями в высокочастотном тракте передатчик-антенна, антенна-приемник, потерями, учитывающими влияние диаграммы направленности антенны при сканировании. δ– потери в дБ/км при распространении электромагнитной энергии: δ = δ1 δ2 δ3 , где δ1 – потери в дожде, δ2 – потери в кислороде воздуха, δ3 – потери в тумане [10, с.72].

Мощность излучения связана импульсной и средней мощностью

формулой

Радиоуправление, (4.10)

где N – число импульсов в пачке; Q -скважность; τи– длительность импульса; Радиоуправление – период повторения импульсов.

Особое внимание при расчете максимальной дальности РЛС обычно

обращают на расчет порогового сигналаPпор min . Пороговый сигнал

определяет ту минимальную мощность сигнала на входе ПРМ, при которой

он будет обнаружен с заданной степенью вероятности – Pобн, а

вероятность ложной тревоги не превзойдет заданной величины Pлт.

Предполагается, что цель нефлюктуирующая.

Минимальный пороговый сигнал

Радиоуправление . (4.11)

Здесь k = 1,38·10-23 дж/град – постоянная Больцмана; абсолютная

температура Т = 300 град; Радиоуправление – коэффициент различимости, учитывающий потери αiв отдельных трактax прохождения сигнала; kшкоэффициент шума ПРМ; ∆ƒ – полоса пропускания ПРМ, Радиоуправление – отношение сигнал/шум по мощности.

Обычно принимают Радиоуправление . При меньшем значении полосы ∆ƒ

уменьшается мощность шумов, но уменьшается и сигнал, так что выигрыша

в Pпор min не происходит. При расширении полосы энергия сигнала

остается прежней, а шумы возрастают, отсюда и ухудшение Pпор min

(пороговый сигнал увеличивается).

Коэффициент шума характеризует шумовые свойства приемного тракта.

Он определяется в основном первым каскадом, причем на СВЧ первый

каскад – преобразовательный. Поэтому шумовые характеристики последующих каскадов обычно не учитываются.

В первом приближении можно полагать коэффициент шума для частот

100000 МГц – 17 дБ, для частот 3000 МГц – 15 дБ и для частот 200 МГц – 6 дБ.

Окончательно формула для максимальной дальности запишется

Радиоуправление

Эта формула справедлива как для импульсного режима, так и для

непрерывного. Для импульсного Pср– это средняя мощность за период

следования Радиоуправление импульсов. Для непрерывного режима Tнвремя наблюдения (приема или обработки сигналов), т.е. Pср ·Tн – энергия принятого сигнала, для импульсного режима – Радиоуправление∆ƒ = 1/ Tн.

Для РЛС с активным ответом:

по каналу запроса (З)

Радиоуправление

по каналу ответа (О)

Радиоуправление

В качестве дальности действия ракеты при указании ее тактико-технических данных обычно указывают дальность полета ракеты в идеальных условиях, что в некоторой степени вводит в заблуждение. Эффективная дальность полета ракеты зависит от многих факторов: высоты пуска и цели, скорости самолета носителя и цели, ракурса пуска и относительного местоположения цели и самолета-носителя. Например, российская ракета Р-77 имеет дальность действия 100 км, однако такая дальности достигается только при пуске по неманеврирующей, находящейся в передней полусфере цели на большой высоте. При пуске на низкой высоте эффективная дальность пуска ракеты может составить только 20-25 % от максимальной. Если цель активно маневрирует или ракета пущена в заднюю полусферу уходящей скоростной цели эффективная дальность пуска может уменьшится еще больше. Эта зависимость в полной мере присуща всем ракетам «воздух-воздух». В англоязычной литературе эффективная дальность пуска, то есть дальность, при которой цель не сможет уклониться от выпущенной по ней ракете, обозначается как no-escape zone [12].

§

Функциональная схема одного из каналов данной системы изображена на

рисунке 5.1. На рисунке 5.4 изображена структурная схема систем АСН.

В рассматриваемую систему АСН входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство (антенна – А, смеситель – СМ, гетеродин – Г,

усилитель промежуточной частоты – УПЧ, видеодетектор – ВД, детектор

огибающей – ДО, фильтр частоты сканирования – Ф, фазовый детектор – ФД,

От канала азимута

А

Исполнительное устройство

Усилительно-преобра-

зующее устройство

Приемник

Uстр

В канал

азимута

Пеленгационное устройство

« π/2»

В канал азимута

Рисунок 5.1 – Функциональная схема системы АСН с коническим сканированием диаграммы направленности (один канал)

Y Направл ение

максимума

Начало отсчета для азимутальной Цель

плоскости

А РСН

α1 α

ψ

α2 γ 01 X

υ γ0

α

υ2

0 υ1

Начало отсчета для угломестной плоскости

Рисунок 5.2 -Пространственное представление метода

генератор опорного напряжения – ГОН );

– усилительно- преобразующее устройство (корректирующее звено – КЗ, электронный усилитель – У1, усилитель мощности – У2);

– исполнительное устройство (исполнительный двигатель – Д, редуктор – Р, карданный подвес – КП ).

В рассматриваемой системе [5, с.156; 7,c.286] с помощью излучения антенны в пространстве формируется узкая иглообразная диаграмма направленности шириной 1 -5 градусов, максимум которой смещается на угол γот равносигнального направления (рисунок 5.2). Под действием сигнала с генератора опорного напряжения ГОН осуществляется вращение

(сканирование) луча диаграммы направленности с угловой скоростью

(180-300 рад/сек) относительно равносигнального направления.

Вся информация об угловом положении цели заключена в огибающей

принятого сигнала: глубина модуляции определяет величину углового

отклонения цели γ oт равносигнального направления, а фаза огибающей

по отношению к фазе опорного напряжения с ГОН – направление

рассогласования. Подробное изложение принципов построения и работы системы с последовательным сравнением сигналов дано в [8].

Используя основное уравнение радиолокации, среднее значение

амплитуды импульсов на выходе УПЧ можно записать в виде

Радиоуправление

где kп– коэффициент передачи высокочастотной преобразующей части

ПРМ, kУПЧ – коэффициент усиления УПЧ, gвх – входная проводимость смесителя, G (γ)– нормированное значение коэффициента направленного действия антенны в точке максимума γ , работающей на излучение и

прием, γугол смещения максимума диаграммы направленности от

равносигнального направления .

На практике kп= 0,25- 0,3; gвх = 0,02 Сим.

Коэффициент амплитудной модуляции принятого сигнала от цели

Радиоуправление , где Радиоуправление – нормированное значение

крутизны диаграммы направленности в точке максимума β = γ.

Для параболических отражателей можно задаться следующей функцией

G(β)

Радиоуправление, Радиоуправление [град],

где β текущее значение угла. Тогда km= 5,6 γ / θ2. Причем km принимает максимальное значение при γ = 0,43 θ.

Среднеквадратическое значение выходных шумов УПЧ определяется выражением

Радиоуправление

где Δƒш – шумовая полоса УПЧ, для согласованного ПРМ составляющая

1 /τи , kш – коэффициент шума УПЧ (kш = 3÷4); RЭ – эквивалентное

входное сопротивление УПЧ (RЭ 150 Ом). Обычно после УПЧ в

современных системах используются линейные амплитудные детекторы.

Уровень выходного сигнала УПЧ, при котором возможно линейное детектирование, зависит от типа детектора и составляет приблизительно

2-3 В.

При расчетах можно полагать, что независимо от дальности до цели и ее эффективной площади рассеяния уровень полезного сигнала, принятого на

равносигнальном направлении, значительно превышает уровень собственных шумов ПРМ. При отношении сигнала к шуму на входе линейного детектора, большем 3-4, отношение сигнала к шуму на выходе линейного детектора близко к половине соответствующего отношения на входе детектора.

Таким образом, можно считать, что на выходе линейного детектора будет

последовательность видеоимпульсов со средним значением (5.1), промодулированных по амплитуде напряжением частоты сканирования

с коэффициентом модуляции m и широкополосный шум со

среднеквадратическим значением Радиоуправление .

С видеодетектора ПРМ видеоимпульсы поступают на детектор

огибающей (пиковый детектор), затем в фильтр частоты сканирования, после

которого сигнал поступает на два квадратурных фазовых детектора: угла

места, азимута. При рассмотрении только одного углового канала,

максимальное значение полезного сигнала в канале управления

Радиоуправление, (5.3)

где Радиоуправление – коэффициент передачи фильтра частоты сканирования

( Радиоуправление0,7-0,9); Радиоуправление – коэффициент передачи фазового детектора,

γ – угловое положение цели.

Выражение (5.3) позволяет определить крутизну пеленгационной

характеристики

Радиоуправление .(5.4)

Основная мощность шума на выхода детектора огибающей сосредоточена

в области частот 0 – Радиоуправление . Учитывая, что период следовании импульсов Радиоуправление

значительно меньше периода сканирования, спектральную мощность шума в полосе фильтра частоты сканирования можно считать постоянной и равной

Радиоуправление. При этом уровень возмущающего воздействия (белого

шума), отнесенного к входу системы, будет иметь следующий вид

Радиоуправление. (5.5)

После подстановки (5.4) в (5.5) окончательно получим

Радиоуправление , (5.6)

где n – отношение сигнал/шум на выходе УПЧ.

Как уже отмечалось, для осуществления линейного детектирования в

ПРМ с «сильным» сигналом необходимо обеспечить на выходе УПЧ

n 3÷4.

Выражения (5.1), (5.2) позволяют определить необходимую для этого

мощность ПРД

Радиоуправление

Полученные значения крутизны пеленгационной характеристики Радиоуправление ,

уровня помехи Nш и данные о входном воздействии, его производной и ускорении, о чем студентам специальности 210304(202200) известно из курса «Радиоавтоматика», позволяют произвести динамический синтез всей

системы АСН и рассчитать ошибки углового сопровождения.

Моноимпульсные системы АСН

Функциональная схема одного из каналов амплитудно-амплитудной системы АСН изображена на рисунке 5.3.

В рассматриваемую систему АСН входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство, содержащее два идентичных приемных канала ( смеситель – СМ, усилитель промежуточной частоты – УПЧ,

видеодетектор – ВД, детектор огибающей – ДО, антенну – А, гетеродин – Г

От канала азимута

I А

γ

γ

II Исполнительное устройство

U Усилительно-преобразующее

устройство

Приемник 1 u

I

U

стр

Δu

uII

Приемник 2

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.3 – Амплитудно-амплитудная моноимпульсная система

Пеленгационное Усилительно-преобразующее устройство

устройство

x uкuУ1 uУ2

υвх

υвых υдв

uдв

Исполнительное устройство

Рисунок 5.4 – Структурная схема систем АСН

и амплитудный различитель – АР (схема вычитания));

– усилительно- преобразующее и исполнительное устройства,

аналогичные выше рассмотренной системе АСН.

Проанализируем амплитудно-амплитудную моноимпульсную систему АСН [5,с.159; 7; 8,с.300]. Диаграмма направленности антенны этой системы в одной плоскости управления состоит из двух пересекающихся лепестков, каждый из которых относится к определенному каналу преобразования сигналов. Такая диаграмма может быть получена, например, путем взаимного смещения облучателей на небольшое расстояние от фокальной точки по обе стороны оси параболоида. При симметричных диаграммах направленности ось параболоида совпадает с равносигнальным направлением данной плоскости. Для выделения информации необходимо сравнивать амплитуды сигналов обоих каналов.

При отклонении цели от равносигнального направления на выходе схемы сравнения появляется сигнал ошибки, под действием которого исполнительное устройство разворачивает антенну, совмещая ее равносигнальное направление с направлением на цель. Очевидно, что крутизна пеленгационной характеристики будет зависеть от уровня принятого сигнала и коэффициента усиления устройств обработки и усиления. Чтобы исключить эту зависимость, необходимо поделить амплитуды сигналов двух каналов. Практически такое деление выполняется путем использования логарифмических усилителей промежуточной частоты в каналах ПРМ.

При анализе такой простой системы АСН используется методика,

принятая для системы с коническим сканированием.

Напряжение на выходе схемы сравнения

Радиоуправление , (5.8)

где Радиоуправление . U0 амплитуда импульсов от цели, находящихся на равносигнальном направлении, uшIиuшII – независимые

шумы в приемных каналах.

Таким образом, с учетом (5.4) и (5.8), крутизну пеленгационной

характеристики простой моноимпульсной системы можно записать в виде

Радиоуправление .(5.9)

Учитывая, что основная мощность шума на выходе схемы сравнения сосредоточена в области от 0 до Радиоуправление , а также используя (5.8) и (5.9), уровень «белого шума», приведенного к входу системы, можно представить

Радиоуправление , (5.10)

При этом мощность ПРД, необходимая для получения отношения

сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , и обеспечивающая надежную работу системы АСН, определяется соотношением (5.7).

Функциональная схема одного из каналов моноимпульсной системы с суммарно-разностной обработкой изображена на рисунке 5.5. В нее входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство (антенна – А, фазирующее кольцо – ФК на

волноводах или коаксиальных кабелях, смесители – СМ суммарного и

разностного каналов, гетеродин – Г, усилители промежуточной частоты – УПЧ суммарного и разностного каналов, устройство быстрой автоматической регулировки усиления – БАРУ, фазовый детектор – ФД, детектор огибающей – ДО);

– усилительно- преобразующее и исполнительное устройство, аналогичное предыдущим системам АСН.

L

u1

ΔL

О О1

ΔL

u2 а)

Антенная система

А

Исполнительное устройство

Усилительно-преобразующее

Приемник1 устройство

u

uΔ Uстр

Приемник 2 б)

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.5 – Моноимпульсная амплитудная суммарно-разностная РЛС:

а) антенная система; б) функциональная схема системы АСН

Антенная система, рассматриваемой системы АСН, подобна антенне

обычной моноимпульсной системы. С помощью фазирующего кольца ФК на несущей частоте образуются сигнал рассогласования, пропорциональный

угловому отклонению цели от линии равных сигналов uΔ , и опорное

суммарное напряжение u . Сигналы uΔ и u, после преобразования

поступают на входы фазового детектора ФД. При этом на выходе ФД

появляется постоянное напряжение (сигнал ошибки), которое после усиления и преобразования подается на исполнительный двигатель.

Каналы азимута и угла места отличаются только тем, что входные

сигналы пеленгационного устройства снимаются с вибраторов антенны, расположенных в разных плоскостях. В фазирующем кольце разностный сигнал в каждой из плоскостей сдвигается по фазе на угол π /2.

В современных системах антенные системы выполняются с применением фазированных антенных решеток. Фазированная антенная решетка (ФАР) – антенная решетка с управляемыми фазами или разностями фаз (фазовыми сдвигами) волн, излучаемых (или принятых) ее элементами (излучателями). Управление фазами (фазирование) позволяет: формировать (при весьма разнообразных расположениях излучателей) необходимую диаграмму направленности (ДН) ФАР (например, остронаправленную ДН – луч); изменять направление луча неподвижной ФАР и таким образом осуществлять быстрое, в ряде случаев практически безынерционное, сканирование – качание луча. В зависимости от требуемой формы ДН и необходимого пространственного сектора сканирования в ФАР применяют различное взаимное расположение элементов: вдоль линии (прямой или дуги); по поверхности (например, плоской – в так называемых плоских ФАР, цилиндрической, сферической) или в заданном объеме (объемные ФАР). Иногда форма излучающей поверхности ФАР – раскрыва , определяется конфигурацией объекта, на котором устанавливается ФАР (например, формой ИСЗ, формой корпуса ракеты).

Важную роль играет, стоящее в ПРМ системы, устройство БАРУ (быстрой автоматической регулировки усиления), работающее по сигналу суммарного канала. Благодаря БАРУ крутизна пеленгационной характеристики остается неизменной. При большом соотношении сигнал/шум влияние шумов на работу БАРУ можно не учитывать. Напряжение регулирования, поступающее с БАРУ,

Радиоуправление , (5.11)

где kр– коэффициент передачи цепи БАРУ. Тогда напряжение на выходе

УПЧ разностного канала

Радиоуправление , (5.12)

где ka – постоянный коэффициент, измеряемый в вольтах, Радиоуправление .

Для простоты рассуждений пренебрежем собственными шумами в

суммарном канале. Тогда напряжение на выходе УПЧ суммарного канала

запишется в виде

Радиоуправление .(5.13)

Для малых значений угла рассогласования γ можно считать, что

амплитуда сигнала разностного канала значительно меньше суммарного. В этом случае напряжение на выходе ФД

Радиоуправление , (5.14)

где

Радиоуправление . (5.15)

В (5.15) дисперсия шума σш2 определяется выражением (5.2). После

подстановки (5.11) в (5.15) получим

Радиоуправление , (5.16)

где, как и прежде, Радиоуправление .

С выхода ФД напряжение подается на детектор огибающей, который

практически не изменяет энергетических соотношений входных сигналов.

Окончательно крутизна пеленгационной характеристики

Радиоуправление, (5.17)

а уровень возмущающего воздействия, приведенного к входу системы,

Радиоуправление . (5.18)

В выражении (5.17) остались неопределенными коэффициенты kа и kр.

Строгий анализ работы схемы БАРУ является громоздким и отличается от

анализа обычных линейных САУ. При выполнении определенных условий

можно показать, что для статической системы БАРУ при 10% нестабильности выходного сигнала суммарного канала, требуется kр = 100.

Поскольку в (5.17) выбор коэффициента kа диктуется практическими соображениями по обеспечению необходимого значения крутизны

пеленгационной характеристики Радиоуправление , положим kа= 100 В.

Мощность ПРД, необходимая для получения соотношения сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , определяется выражением (5.7).

Ясно, что в данных методических указаниях приведены не все типы моноимпульсных систем АСН. Рядом достоинств обладают фазовые моноимпульсные системы [7], но для учебных целей при выполнении курсовой работы студенты могут ограничиться амплитудными системами АСН.

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авиационные системы радиоуправления. В 3-х томах. Т. 3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения / под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова ; Радиотехника. М., 2004.

2. Основы радиоуправления. Учебное пособие для вузов / под редакцией В.А. Вейцеля и В.Н. Типугина; Сов. Радио. М., 1973.

3. Основы радиоуправления: Учеб. пособие для вузов / под ред.

В.А. Вейцеля; Радио и связь. М., 1995.

4. Вейцель, В.А. Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом: учебное пособие / В.А.Вейцель, Л.В. Березин ; МАИ. М., 1984.

5. Радиотехнические системы. Учебник для вузов / под редакцией А.И. Дымовой; Сов. Радио. М., 1975.

6. Задачник по курсу « Основы теории радиотехнических систем».

Учебное пособие для вузов / под ред. П.А. Бакулева и В.А. Вейцеля; Радио и связь. М., 1996.

7. Зайченко, К. В. Радиоэлектронные измерительные устройства: учебное пособие / К. В.Зайченко, Р.Ю. Багдонас, Л.А. Кулыгина ; ГААП. СПб.,1993.

8. Радиотехнические системы: учебник для вузов / под редакцией Ю.М. Казаринова; Советское радио. М., 1968.

9. Кулин, А.Н. Изучение устройства, работы и взаимодействия

агрегатов управляемого реактивного снаряда класса «воздух-воздух»: методические указания к выполнению лабораторной работы / А.Н. Кулин; ГУАП. СПб., 2004.

10. Васин, В.В. Задачник по радиолокации / В.В. Васин, Б.М. Степанов. М.:

Советское радио, 1969.

11. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: учебник для вузов / под ред. В.Н.Гордиенко и В.В. Крухмалева; Горячая линия – Телеком.М., 2004.

12. Марковский, В. Советские авиационные ракеты «воздух-воздух» / В. Марковский, К. Перов. М.: ЭКСПРИНТ, 2005.

13. Львова, Л.А. Радиолокационная заметность летательных аппаратов: монография / Л.А. Львова. Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 2003.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………….3

1. Методические указания по проектированию

систем командного радиоуправления…………………………….4

2. Порядок курсового проектирования………………………………6

3. Варианты заданий на курсовое проектировние…………………18

3.1. Типы систем КРУ………………………………………….18

3.2. Варианты заданий по проектированию

командных радиолиний……………………………………19

3.3. Проектирование пеленгационного устройства…………..20

4. Методические указания по расчету

тактико-технических показателей……………………………….24

5. Методические указания по проектированию

системы АСН (пеленгатору)………………………………………31

5.1. Система АСН с коническим

сканированием диаграммы направленности……………..31

5.2. Моноимпульсные системы АСН………………………….36

Указатель литературы……………………………………………….44

[1] ЭПР (ЭОП) сложных реальных объектов измеряются на специальных установках, или полигонах, где достижимы условия дальней зоны обнаружения

Функциональная схема одного из каналов данной системы изображена на

рисунке 5.1. На рисунке 5.4 изображена структурная схема систем АСН.

В рассматриваемую систему АСН входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство (антенна – А, смеситель – СМ, гетеродин – Г,

усилитель промежуточной частоты – УПЧ, видеодетектор – ВД, детектор

огибающей – ДО, фильтр частоты сканирования – Ф, фазовый детектор – ФД,

От канала азимута

А

Исполнительное устройство

Усилительно-преобра-

зующее устройство

Приемник

Uстр

В канал

азимута

Пеленгационное устройство

« π/2»

В канал азимута

Рисунок 5.1 – Функциональная схема системы АСН с коническим сканированием диаграммы направленности (один канал)

Y Направл ение

максимума

Начало отсчета для азимутальной Цель

плоскости

А РСН

α1 α

ψ

α2 γ 01 X

υ γ0

α

υ2

0 υ1

Начало отсчета для угломестной плоскости

Рисунок 5.2 -Пространственное представление метода

генератор опорного напряжения – ГОН );

– усилительно- преобразующее устройство (корректирующее звено – КЗ, электронный усилитель – У1, усилитель мощности – У2);

– исполнительное устройство (исполнительный двигатель – Д, редуктор – Р, карданный подвес – КП ).

В рассматриваемой системе [5, с.156; 7,c.286] с помощью излучения антенны в пространстве формируется узкая иглообразная диаграмма направленности шириной 1 -5 градусов, максимум которой смещается на угол γот равносигнального направления (рисунок 5.2). Под действием сигнала с генератора опорного напряжения ГОН осуществляется вращение

Смотрите про коптеры:  Naruto Shippūden: Ultimate Ninja Storm Revolution — Нарутопедия

(сканирование) луча диаграммы направленности с угловой скоростью

(180-300 рад/сек) относительно равносигнального направления.

Вся информация об угловом положении цели заключена в огибающей

принятого сигнала: глубина модуляции определяет величину углового

отклонения цели γ oт равносигнального направления, а фаза огибающей

по отношению к фазе опорного напряжения с ГОН – направление

рассогласования. Подробное изложение принципов построения и работы системы с последовательным сравнением сигналов дано в [8].

Используя основное уравнение радиолокации, среднее значение

амплитуды импульсов на выходе УПЧ можно записать в виде

Радиоуправление

где kп– коэффициент передачи высокочастотной преобразующей части

ПРМ, kУПЧ – коэффициент усиления УПЧ, gвх – входная проводимость смесителя, G (γ)– нормированное значение коэффициента направленного действия антенны в точке максимума γ , работающей на излучение и

прием, γугол смещения максимума диаграммы направленности от

равносигнального направления .

На практике kп= 0,25- 0,3; gвх = 0,02 Сим.

Коэффициент амплитудной модуляции принятого сигнала от цели

Радиоуправление , где Радиоуправление – нормированное значение

крутизны диаграммы направленности в точке максимума β = γ.

Для параболических отражателей можно задаться следующей функцией

G(β)

Радиоуправление, Радиоуправление [град],

где β текущее значение угла. Тогда km= 5,6 γ / θ2. Причем km принимает максимальное значение при γ = 0,43 θ.

Среднеквадратическое значение выходных шумов УПЧ определяется выражением

Радиоуправление

где Δƒш – шумовая полоса УПЧ, для согласованного ПРМ составляющая

1 /τи , kш – коэффициент шума УПЧ (kш = 3÷4); RЭ – эквивалентное

входное сопротивление УПЧ (RЭ 150 Ом). Обычно после УПЧ в

современных системах используются линейные амплитудные детекторы.

Уровень выходного сигнала УПЧ, при котором возможно линейное детектирование, зависит от типа детектора и составляет приблизительно

2-3 В.

При расчетах можно полагать, что независимо от дальности до цели и ее эффективной площади рассеяния уровень полезного сигнала, принятого на

равносигнальном направлении, значительно превышает уровень собственных шумов ПРМ. При отношении сигнала к шуму на входе линейного детектора, большем 3-4, отношение сигнала к шуму на выходе линейного детектора близко к половине соответствующего отношения на входе детектора.

Таким образом, можно считать, что на выходе линейного детектора будет

последовательность видеоимпульсов со средним значением (5.1), промодулированных по амплитуде напряжением частоты сканирования

с коэффициентом модуляции m и широкополосный шум со

среднеквадратическим значением Радиоуправление .

С видеодетектора ПРМ видеоимпульсы поступают на детектор

огибающей (пиковый детектор), затем в фильтр частоты сканирования, после

которого сигнал поступает на два квадратурных фазовых детектора: угла

места, азимута. При рассмотрении только одного углового канала,

максимальное значение полезного сигнала в канале управления

Радиоуправление, (5.3)

где Радиоуправление – коэффициент передачи фильтра частоты сканирования

( Радиоуправление0,7-0,9); Радиоуправление – коэффициент передачи фазового детектора,

γ – угловое положение цели.

Выражение (5.3) позволяет определить крутизну пеленгационной

характеристики

Радиоуправление .(5.4)

Основная мощность шума на выхода детектора огибающей сосредоточена

в области частот 0 – Радиоуправление . Учитывая, что период следовании импульсов Радиоуправление

значительно меньше периода сканирования, спектральную мощность шума в полосе фильтра частоты сканирования можно считать постоянной и равной

Радиоуправление. При этом уровень возмущающего воздействия (белого

шума), отнесенного к входу системы, будет иметь следующий вид

Радиоуправление. (5.5)

После подстановки (5.4) в (5.5) окончательно получим

Радиоуправление , (5.6)

где n – отношение сигнал/шум на выходе УПЧ.

Как уже отмечалось, для осуществления линейного детектирования в

ПРМ с «сильным» сигналом необходимо обеспечить на выходе УПЧ

n 3÷4.

Выражения (5.1), (5.2) позволяют определить необходимую для этого

мощность ПРД

Радиоуправление

Полученные значения крутизны пеленгационной характеристики Радиоуправление ,

уровня помехи Nш и данные о входном воздействии, его производной и ускорении, о чем студентам специальности 210304(202200) известно из курса «Радиоавтоматика», позволяют произвести динамический синтез всей

системы АСН и рассчитать ошибки углового сопровождения.

Моноимпульсные системы АСН

Функциональная схема одного из каналов амплитудно-амплитудной системы АСН изображена на рисунке 5.3.

В рассматриваемую систему АСН входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство, содержащее два идентичных приемных канала ( смеситель – СМ, усилитель промежуточной частоты – УПЧ,

видеодетектор – ВД, детектор огибающей – ДО, антенну – А, гетеродин – Г

От канала азимута

I А

γ

γ

II Исполнительное устройство

U Усилительно-преобразующее

устройство

Приемник 1 u

I

U

стр

Δu

uII

Приемник 2

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.3 – Амплитудно-амплитудная моноимпульсная система

Пеленгационное Усилительно-преобразующее устройство

устройство

x uкuУ1 uУ2

υвх

υвых υдв

uдв

Исполнительное устройство

Рисунок 5.4 – Структурная схема систем АСН

и амплитудный различитель – АР (схема вычитания));

– усилительно- преобразующее и исполнительное устройства,

аналогичные выше рассмотренной системе АСН.

Проанализируем амплитудно-амплитудную моноимпульсную систему АСН [5,с.159; 7; 8,с.300]. Диаграмма направленности антенны этой системы в одной плоскости управления состоит из двух пересекающихся лепестков, каждый из которых относится к определенному каналу преобразования сигналов. Такая диаграмма может быть получена, например, путем взаимного смещения облучателей на небольшое расстояние от фокальной точки по обе стороны оси параболоида. При симметричных диаграммах направленности ось параболоида совпадает с равносигнальным направлением данной плоскости. Для выделения информации необходимо сравнивать амплитуды сигналов обоих каналов.

При отклонении цели от равносигнального направления на выходе схемы сравнения появляется сигнал ошибки, под действием которого исполнительное устройство разворачивает антенну, совмещая ее равносигнальное направление с направлением на цель. Очевидно, что крутизна пеленгационной характеристики будет зависеть от уровня принятого сигнала и коэффициента усиления устройств обработки и усиления. Чтобы исключить эту зависимость, необходимо поделить амплитуды сигналов двух каналов. Практически такое деление выполняется путем использования логарифмических усилителей промежуточной частоты в каналах ПРМ.

При анализе такой простой системы АСН используется методика,

принятая для системы с коническим сканированием.

Напряжение на выходе схемы сравнения

Радиоуправление , (5.8)

где Радиоуправление . U0 амплитуда импульсов от цели, находящихся на равносигнальном направлении, uшIиuшII – независимые

шумы в приемных каналах.

Таким образом, с учетом (5.4) и (5.8), крутизну пеленгационной

характеристики простой моноимпульсной системы можно записать в виде

Радиоуправление .(5.9)

Учитывая, что основная мощность шума на выходе схемы сравнения сосредоточена в области от 0 до Радиоуправление , а также используя (5.8) и (5.9), уровень «белого шума», приведенного к входу системы, можно представить

Радиоуправление , (5.10)

При этом мощность ПРД, необходимая для получения отношения

сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , и обеспечивающая надежную работу системы АСН, определяется соотношением (5.7).

Функциональная схема одного из каналов моноимпульсной системы с суммарно-разностной обработкой изображена на рисунке 5.5. В нее входят следующие устройства:

– пеленгационное устройство (антенна – А, фазирующее кольцо – ФК на

волноводах или коаксиальных кабелях, смесители – СМ суммарного и

разностного каналов, гетеродин – Г, усилители промежуточной частоты – УПЧ суммарного и разностного каналов, устройство быстрой автоматической регулировки усиления – БАРУ, фазовый детектор – ФД, детектор огибающей – ДО);

– усилительно- преобразующее и исполнительное устройство, аналогичное предыдущим системам АСН.

L

u1

ΔL

О О1

ΔL

u2 а)

Антенная система

А

Исполнительное устройство

Усилительно-преобразующее

Приемник1 устройство

u

uΔ Uстр

Приемник 2 б)

Пеленгационное устройство

Рисунок 5.5 – Моноимпульсная амплитудная суммарно-разностная РЛС:

а) антенная система; б) функциональная схема системы АСН

Антенная система, рассматриваемой системы АСН, подобна антенне

обычной моноимпульсной системы. С помощью фазирующего кольца ФК на несущей частоте образуются сигнал рассогласования, пропорциональный

угловому отклонению цели от линии равных сигналов uΔ , и опорное

суммарное напряжение u . Сигналы uΔ и u, после преобразования

поступают на входы фазового детектора ФД. При этом на выходе ФД

появляется постоянное напряжение (сигнал ошибки), которое после усиления и преобразования подается на исполнительный двигатель.

Каналы азимута и угла места отличаются только тем, что входные

сигналы пеленгационного устройства снимаются с вибраторов антенны, расположенных в разных плоскостях. В фазирующем кольце разностный сигнал в каждой из плоскостей сдвигается по фазе на угол π /2.

В современных системах антенные системы выполняются с применением фазированных антенных решеток. Фазированная антенная решетка (ФАР) – антенная решетка с управляемыми фазами или разностями фаз (фазовыми сдвигами) волн, излучаемых (или принятых) ее элементами (излучателями). Управление фазами (фазирование) позволяет: формировать (при весьма разнообразных расположениях излучателей) необходимую диаграмму направленности (ДН) ФАР (например, остронаправленную ДН – луч); изменять направление луча неподвижной ФАР и таким образом осуществлять быстрое, в ряде случаев практически безынерционное, сканирование – качание луча. В зависимости от требуемой формы ДН и необходимого пространственного сектора сканирования в ФАР применяют различное взаимное расположение элементов: вдоль линии (прямой или дуги); по поверхности (например, плоской – в так называемых плоских ФАР, цилиндрической, сферической) или в заданном объеме (объемные ФАР). Иногда форма излучающей поверхности ФАР – раскрыва , определяется конфигурацией объекта, на котором устанавливается ФАР (например, формой ИСЗ, формой корпуса ракеты).

Важную роль играет, стоящее в ПРМ системы, устройство БАРУ (быстрой автоматической регулировки усиления), работающее по сигналу суммарного канала. Благодаря БАРУ крутизна пеленгационной характеристики остается неизменной. При большом соотношении сигнал/шум влияние шумов на работу БАРУ можно не учитывать. Напряжение регулирования, поступающее с БАРУ,

Радиоуправление , (5.11)

где kр– коэффициент передачи цепи БАРУ. Тогда напряжение на выходе

УПЧ разностного канала

Радиоуправление , (5.12)

где ka – постоянный коэффициент, измеряемый в вольтах, Радиоуправление .

Для простоты рассуждений пренебрежем собственными шумами в

суммарном канале. Тогда напряжение на выходе УПЧ суммарного канала

запишется в виде

Радиоуправление .(5.13)

Для малых значений угла рассогласования γ можно считать, что

амплитуда сигнала разностного канала значительно меньше суммарного. В этом случае напряжение на выходе ФД

Радиоуправление , (5.14)

где

Радиоуправление . (5.15)

В (5.15) дисперсия шума σш2 определяется выражением (5.2). После

подстановки (5.11) в (5.15) получим

Радиоуправление , (5.16)

где, как и прежде, Радиоуправление .

С выхода ФД напряжение подается на детектор огибающей, который

практически не изменяет энергетических соотношений входных сигналов.

Окончательно крутизна пеленгационной характеристики

Радиоуправление, (5.17)

а уровень возмущающего воздействия, приведенного к входу системы,

Радиоуправление . (5.18)

В выражении (5.17) остались неопределенными коэффициенты kа и kр.

Строгий анализ работы схемы БАРУ является громоздким и отличается от

анализа обычных линейных САУ. При выполнении определенных условий

можно показать, что для статической системы БАРУ при 10% нестабильности выходного сигнала суммарного канала, требуется kр = 100.

Поскольку в (5.17) выбор коэффициента kа диктуется практическими соображениями по обеспечению необходимого значения крутизны

пеленгационной характеристики Радиоуправление , положим kа= 100 В.

Мощность ПРД, необходимая для получения соотношения сигнал/шум на выходе УПЧ, равного n , определяется выражением (5.7).

Ясно, что в данных методических указаниях приведены не все типы моноимпульсных систем АСН. Рядом достоинств обладают фазовые моноимпульсные системы [7], но для учебных целей при выполнении курсовой работы студенты могут ограничиться амплитудными системами АСН.

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авиационные системы радиоуправления. В 3-х томах. Т. 3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения / под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова ; Радиотехника. М., 2004.

2. Основы радиоуправления. Учебное пособие для вузов / под редакцией В.А. Вейцеля и В.Н. Типугина; Сов. Радио. М., 1973.

3. Основы радиоуправления: Учеб. пособие для вузов / под ред.

В.А. Вейцеля; Радио и связь. М., 1995.

4. Вейцель, В.А. Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом: учебное пособие / В.А.Вейцель, Л.В. Березин ; МАИ. М., 1984.

5. Радиотехнические системы. Учебник для вузов / под редакцией А.И. Дымовой; Сов. Радио. М., 1975.

6. Задачник по курсу « Основы теории радиотехнических систем».

Учебное пособие для вузов / под ред. П.А. Бакулева и В.А. Вейцеля; Радио и связь. М., 1996.

7. Зайченко, К. В. Радиоэлектронные измерительные устройства: учебное пособие / К. В.Зайченко, Р.Ю. Багдонас, Л.А. Кулыгина ; ГААП. СПб.,1993.

8. Радиотехнические системы: учебник для вузов / под редакцией Ю.М. Казаринова; Советское радио. М., 1968.

9. Кулин, А.Н. Изучение устройства, работы и взаимодействия

агрегатов управляемого реактивного снаряда класса «воздух-воздух»: методические указания к выполнению лабораторной работы / А.Н. Кулин; ГУАП. СПб., 2004.

10. Васин, В.В. Задачник по радиолокации / В.В. Васин, Б.М. Степанов. М.:

Советское радио, 1969.

11. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: учебник для вузов / под ред. В.Н.Гордиенко и В.В. Крухмалева; Горячая линия – Телеком.М., 2004.

12. Марковский, В. Советские авиационные ракеты «воздух-воздух» / В. Марковский, К. Перов. М.: ЭКСПРИНТ, 2005.

13. Львова, Л.А. Радиолокационная заметность летательных аппаратов: монография / Л.А. Львова. Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 2003.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………….3

1. Методические указания по проектированию

систем командного радиоуправления…………………………….4

2. Порядок курсового проектирования………………………………6

3. Варианты заданий на курсовое проектировние…………………18

3.1. Типы систем КРУ………………………………………….18

3.2. Варианты заданий по проектированию

командных радиолиний……………………………………19

3.3. Проектирование пеленгационного устройства…………..20

4. Методические указания по расчету

тактико-технических показателей……………………………….24

5. Методические указания по проектированию

системы АСН (пеленгатору)………………………………………31

5.1. Система АСН с коническим

сканированием диаграммы направленности……………..31

5.2. Моноимпульсные системы АСН………………………….36

Указатель литературы……………………………………………….44

[1] ЭПР (ЭОП) сложных реальных объектов измеряются на специальных установках, или полигонах, где достижимы условия дальней зоны обнаружения

Радиоуправление на 10 команд. радиоуправление на микроконтроллере

Многие хотели собрать простую схему радиоуправления, но чтоб была многофункциональна и на достаточно большое расстояние. Я все-таки эту схему собрал, потратив на неё почти месяц. На платах дорожки рисовал от руки, так как принтер не пропечатывает такие тонкие. На фотографии приемника светодиоды с не подрезанными выводами – припаял их только для демонстрации работы радиоуправления. В дальнейшем их отпаяю и соберу радиоуправляемый самолет.

Схема аппаратуры радиоуправления состоит всего из двух микросхем: трансивера MRF49XA и микроконтроллера PIC16F628A. Детали в принципе доступные, но для меня проблемой был трансивер, пришлось через интернет заказывать. и платой качайте здесь. Подробнеее об устройстве:

MRF49XA – малогабаритный трансивер, имеющий возможность работать в трех частотных диапазонах.
– Низкочастотный диапазон: 430,24 – 439,75 Mгц (шаг 2,5 кГц).
– Высокочастотный диапазон А: 860,48 – 879,51 МГц (шаг 5 кГц).
– Высокочастотный диапазон Б: 900,72 – 929,27 МГц (шаг 7,5 кГц).
Границы диапазонов указаны при условии применения опорного кварца частотой 10 МГц.

Принципиальная схема передатчика:

Радиоуправление

Радиоуправление

В схеме TX довольно мало деталей. И она очень стабильная, более того даже не требует настройки, работает сразу после сборки. Дистанция (согласно источнику) около 200 метров.

Радиоуправление

Радиоуправление

Теперь к приемнику. Блок RX выполнен по аналогичной схеме, различия только в светодиодах, прошивках и кнопках. Параметры 10-ти командного блока радиоуправления:

Передатчик:

Мощность – 10 мВт
Напряжение питания 2,2 – 3,8 В (согласно даташиту на м/с, на практике нормально работает до 5 вольт).
Ток, потребляемый в режиме передачи – 25 мА.
Ток покоя – 25 мкА.
Скорость данных – 1кбит/сек.
Всегда передается целое количество пакетов данных.
Модуляция – FSK.
Помехоустойчивое кодирование, передача контрольной суммы.

Приемник:

Чувствительность – 0,7 мкВ.
Напряжение питания 2,2 – 3,8 В (согласно даташиту на микросхему, на практике нормально работает до 5 вольт).
Постоянный потребляемый ток – 12 мА.
Скорость данных до 2 кбит/сек. Ограничена программно.
Модуляция – FSK.
Помехоустойчивое кодирование, подсчет контрольной суммы при приеме.

Радиоуправление

Преимущества данной схемы

Возможность нажатия в любой комбинации любого количества кнопок передатчика одновременно. Приемник при этом отобразит светодиодами нажатые кнопки в реальном режиме. Говоря проще, пока нажата кнопка (или комбинация кнопок) на передающей части, на приемной части горит, соответствующий светодиод (или комбинация светодиодов).

Во время подачи питания на приемник и передатчик, они уходят в тест режим на 3 секунды. В это время ничего не работает, по истечению 3-х секунд обе схемы готовы к работе.

Кнопка (или комбинация кнопок) отпускается – соответсвующие светодиоды сразу же гаснут. Идеально подходит для радиоуправления различными игрушками – катерами, самолётами, автомобилями. Либо можно использовать, как блок дистанционного управления различными исполнительными устройствами на производстве.

Радиоуправление

На печатной плате передатчика кнопки расположены в один ряд, но я решил собрать что-то наподобии пульта на отдельной плате.

Радиоуправление

Питаются оба модуля от аккумуляторов 3,7В. У приемника, который потребляет заметно меньше тока, аккумулятор от электронной сигареты, у передатчика – от моего любимого телефона)) Схему, найденную на сайте вртп
, собрал и испытал: [)еНиС

Обсудить статью РАДИОУПРАВЛЕНИЕ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

Что хочется сказать от себя — отличное решение в любой ситуации дистанционного контроля. В первую очередь это касается ситуации когда есть необходимость управлять большим количеством устройств на расстоянии. Даже если и не нужно управлять большим количеством нагрузок на расстоянии — разработку сделать стоит, так как конструкция не сложная! Пара не редких компонентов — это микроконтроллер PIC16F628A
и микросхема MRF49XA —
трансивер.

В Интернете уже давно томиться и обрастает положительными отзывами замечательная разработка. Она получила название в честь своего создателя (10 командное радиоуправление на mrf49xa от blaze) и находится по адресу —

Ниже приведем статью:

Схема передатчика:

Радиоуправление Состоит из управляющего контроллера и трансивера MRF49XA.

Схема приемника:

Радиоуправление Схема приемника состоит из тех же элементов, что и передатчик. Практически, отличие приемника от передатчика (не беря во внимание светодиоды и кнопки) состоит только в программной части.

Немного о микросхемах:

MRF49XA
— малогабаритный трансивер, имеющий возможность работать в трех частотных диапазонах.
1. Низкочастотный диапазон: 430,24 — 439,75 Mгц
(шаг 2,5 кГц).
2. Высокочастотный диапазон А: 860,48 — 879,51 МГц
(шаг 5 кГц).
3. Высокочастотный диапазон Б: 900,72 — 929,27 МГц
(шаг 7,5 кГц).

Границы диапазонов указаны при условии применения опорного кварца частотой 10 МГц, предусмотренного производителем. С опорными кварцами 11МГц устройства нормально работали на частоте 481 МГц. Детальные исследования на тему максимальной «затяжки» частоты относительно заявленной производителем не проводились. Предположительно она может быть не так широка, как в микросхеме ТХС101, поскольку в даташите MRF49XA
упоминается об уменьшенном фазовом шуме, одним из способов достижения которого является сужение диапазона перестройки ГУН.

Устройства имеют следующие технические характеристики:

Передатчик.

Мощность — 10 мВт.

Ток, потребляемый в режиме передачи — 25 мА.
Ток покоя — 25 мкА.
Скорость данных — 1кбит / сек.
Всегда передается целое количество пакетов данных.
Модуляция FSK.
Помехоустойчивое кодирование, передача контрольной суммы.

Приемник.

Чувствительность — 0,7 мкВ.
Напряжение питания — 2,2 — 3,8 В (согласно даташиту на мс, на практике нормально работает до 5 вольт).
Постоянный потребляемый ток — 12 мА.
Скорость данных до 2 кбит/сек. Ограничена программно.
Модуляция FSK.
Помехоустойчивое кодирование, подсчет контрольной суммы при приеме.
Алгоритм работы.

Возможность нажатия в любой комбинации любого количества кнопок передатчика одновременно. Приемник при этом отобразит светодиодами нажатые кнопки в реальном режиме. Говоря проще, пока нажата кнопка (или комбинация кнопок) на передающей части, на приемной части горит, соответствующий светодиод (или комбинация светодиодов).
Кнопка (или комбинация кнопок) отпускается — соответствующие светодиоды сразу же гаснут.
Тест режим.

И приемник и передатчик по факту подачи на них питания входят на 3 сек в тест режим. И приемник и передатчик включаются в режим передачи несущей частоты, запрограммированной в EEPROM, на 1 сек 2 раза с паузой 1 сек (во время паузы передача выключается). Это удобно при программировании устройств. Далее оба устройства готовы к работе.

Программирование контроллеров.
EEPROM контроллера передатчика.

Верхняя строка EEPROM после прошивки и подачи питания на контроллер передатчика будет выглядеть так…

Радиоуправление80 1F — (подиапазон 4хх МГц) — Config RG
AC 80 — (точное значение частоты 438 MГц) — Freg Setting RG
98 F0 — (максимальная мощность передатчика, девиация 240 кГц) — Tx Config RG

82 39 — (передатчик включен) — Pow Management RG .

Первая ячейка памяти второй строки (адрес 10 h
) — идентификатор. По умолчанию здесь FF
. Идентификатор может быть любой в пределах байта (0 … FF). Это индивидуальный номер (код) пульта. По этому же адресу в памяти контроллера приемника находится его идентификатор. Они обязательно должны совпадать. Это дает возможность создавать разные пары приемник/передатчик.

EEPROM контроллера приемника.
Все настройки EEPROM, упомянутые ниже, запишутся автоматически на свои места по факту подачи на контроллер питания после его прошивки.
В каждой из ячеек данные можно менять на свое усмотрение. Если в любую используемую для данных ячейку (кроме идентификатора) вписать FF, за следующим включением питания эта ячейка немедленно будет переписана данными по умолчанию.

Верхняя строка EEPROM после прошивки и подачи питания на контроллер приемника будет выглядеть так…

Радиоуправление80 1F — (подиапазон 4хх МГц) — Config RG

AC 80 — (точное значение частоты 438 MГц) — Freg Setting RG
91 20 — (полоса приемника 400 кГц, чувствительность максимальная) — Rx Config RG
C6 94 — (скорость данных — не быстрее 2 кбит/сек) — Data Rate RG
C4 00 — (АПЧ выключено) — AFG RG
82 D9 — (приемник включен) — Pow Management RG .

Первая ячейка памяти второй строки (адрес 10 h
) — идентификатор приемника.
Для корректного изменения содержимого регистров как приемника так и передатчика воспользуйтесь программой RFICDA
, выбрав микросхему TRC102 (это клон MRF49XA).

Примечания.

Обратная сторона плат — сплошная масса (залуженная фольга).

Дальность уверенной работы в условиях прямой видимости — 200 м.
Количество витков катушек приемника и передатчика — 6 . Если воспользоваться опорным кварцем 11 МГц вместо 10 МГц, частота «уйдет» выше около 40 МГц. Максимальная мощность и чувствительность в этом случае будут при 5 витках контуров приемника и передатчика.

Моя реализация

На момент реализации устройства под рукой оказался замечательный фотоаппарат, поэтому процесс изготовления платы и монтажа деталей на плату оказался как ни когда увлекательным. И вот к чему это привело:

Первым дело нужно изготовить печатную плату. Для этого я постарался как можно подробней остановиться на процессе ее изготовления

Вырезаем нужный размер платы
Видим что есть окислы — нужно от них избавиться
Толщина попалась 1.5 мм

Следующий этап — очистка поверхности, для этого стоит подобрать необходимый инвентарь, а именно:

1. Ацетон;

2. Наждачная бумага (нулёвка);

3. Ластик (стерка)

4. Средства для очистки канифоли, флюса, окислов.

Ацетон и средства для смывки и очистки контактов от окислов и подопытная плата

Процесс очистки происходит как показано на фото:

Радиоуправление Наждачной бумагой зачищаем поверхность стеклотекстолита. Так как он двухсторонний, проделываем все с обеих сторон.

Радиоуправление Берем ацетон и обезжириваем поверхность смываем остатки крошки наждачной бумаги.

Радиоуправление И вуалая — чистая плата, можно наносить лазерно-утюжным методом печатку. Но для этого нужна печатка 🙂

Вырезаем из общего колличества
Обрезаем лишнее

Берем вырезанные печатки приемника и передатчика и прикладываем их к стеклотекстолиту следующим образом:

Вид печатки на стеклотекстолите

Радиоуправление Переворачиваем

Радиоуправление Берем утюг и все это дело прогреваем равномерно, до появления отпечатка дорожек на обратной стороне. ВАЖНО НЕ ПЕРЕГРЕТЬ!
Иначе поплывет тонер! Держим 30-40 сек. Равномерно поглаживаем сложные и плохо прогретые места печатки. Результатом хорошего перевода тонера на стеклотекстолит служит появление отпечатка дорожек.

Гладкое и увесистое основание улюга
Прикладываем к печатке разогретый утюг

Прижимаем печатку и переводим.

Вот так выглядит готовая отпечатанная печатка на второй стороне журнальной глянцевой бумаги. Должно быть видно дорожки примерно как на фото:

Радиоуправление
Аналогичный процесс проделываем со второй печаткой, которая в вашем случае может быть либо приемником, либо передатчиком. Я разместил все на одном куске стеклотекстолита

Радиоуправление
Все должно остыть. Затем аккуратно пальцем под струей воды удаляем бумагу. Скатываем ее пальцами слегка теплой водой.

Под слегка теплой водой
Пальцами скатываем бумагу
Результат очистки

Не всю бумагу получается удалить таким образом. Когда плата высыхает остается белый «налет» который при травлении может создать кое-какие непротравлеенные участки между дорожками. Расстояние-то маленькое.

Радиоуправление
Поэтому мы берем тонкий пинцет или цыганскую иглу и удаляем лишнее. На фото замечательно видно!

Радиоуправление
Помимо остатков бумаги, на фото видно, как в результате перегрева в некоторых местах слиплись контактные площадки для микросхемы. Их нужно аккуратно, той же иглой, как можно внимательней разъединить (соскрести часть тонера) между контактными площадками.

Когда все готово переходим к следующему этапу — травление.

Так как у нас стеклотекстолит двухсторонний и обратная сторона сплошная масса нам нужно сохранить там медную фольгу. Для этой цели заклеим ее скотчем.

Скотч и защищенная плата
Вторая сторона защищена от травления слоем скотча
Изолента как «ручка» для удобвства травления платы

Теперь травим плату. Я делаю это старым дедовским методом. Развожу 1 часть хлорного железа к 3 частям воды. Весь раствор в банке. Хранить и использовать удобно. Разогреваю в микроволновой печи.

Радиоуправление

Каждая плата травилась отдельно. Теперь берем в руки уже знакомую нам «нулевку» и зачищаем тонер на плате

Blaze

10 командное радиоуправление на MRF49XA .

Радиоуправление

Конструкция создана на относительно новых и недорогих микросхемах MRF49XA .

Одна применена в приемной части, другая- в передающей.

Схема передатчика.

Радиоуправление

Состоит из управляющего контроллера и трансивера MRF49XA.

Схема приемника.

Радиоуправление

Собрана из тех же элементов, что и передатчик. Практически, отличие приемника от передатчика (не беря во внимание светодиоды и кнопки) состоит только в программной части.
MRF49XA
– малогабаритный трансивер, имеющий возможность работать в
трех частотных диапазонах.
Низкочастотный диапазон: 430,24 – 439,75 Mгц
(шаг 2,5 кГц) .
Высокочастотный диапазон А: 860,48 – 879,51 МГц
(шаг 5 кГц) .
Высокочастотный диапазон Б: 900,72 – 929,27 МГц
(шаг 7,5 кГц) .
Границы диапазонов указаны при условии применения опорного кварца частотой 10 МГц,
предусмотренного производителем.С опорными кварцами 11МГц устройства нормально работали на частоте 481 МГц.Детальные исследования на тему максимальной «затяжки» частоты относительно заявленной производителем не проводились.Предположительно она может быть не так широка, как в микросхеме ТХС101 , поскольку в даташите MRF49XA
упоминается об уменьшенном фазовом шуме, одним из способов достижения которого является сужение диапазона перестройки ГУН.
Устройства имеют следующие технические характеристики.

Передатчик.
Мощность – 10 мВт.

до 5 вольт) .
Ток, потребляемый в режиме передачи – 25 мА.
Ток покоя – 25 мкА.
Скорость данных – 1кбит / сек.
Всегда передается целое количество пакетов данных.
Модуляция FSK .
Помехоустойчивое кодирование, передача контрольной суммы.
Приемник.

Чувствительность – 0,7 мкВ.
Напряжение питания 2,2 – 3,8 В (согласно даташиту на мс, на практике нормально работает
до 5 вольт) .
Постоянный потребляемый ток – 12 мА.
Скорость данных до 2 кбит / сек. Ограничена программно.
Модуляция FSK .
Помехоустойчивое кодирование, подсчет контрольной суммы при приеме.
Алгоритм работы.

Возможность нажатия в любой комбинации любого количества кнопок передатчика одновременно. Приемник при этом отобразит светодиодами нажатые кнопки в реальном режиме. Говоря проще, пока нажата кнопка (или комбинация кнопок) на передающей части, на приемной части горит, соответствующий светодиод (или комбинация светодиодов) .
Кнопка (или комбинация кнопок) отпускается – соответсвующие светодиоды сразу же гаснут.
Тест режим.

И приемник и передатчик по факту подачи на них питания входят на 3 сек в тест режим.
И приемник и передатчик включаются в режим передачи несущей частоты, запрограммированной в EEPROM , на 1 сек 2 раза с паузой 1 сек (во время паузы передача выключается) . Это удобно при программировании устройств. Далее оба устройства готовы к работе.
Программирование контроллеров.
EEPROM контроллера передатчика.

Верхняя строка EEPROM после прошивки и подачи питания на контроллер передатчика будет выглядеть так …

Радиоуправление


98 F0 – (максимальная мощность передатчика, девиация 240 кГц) – Tx Config RG
82 39 – (передатчик включен) – Pow Management RG .

10 h
) – идентификатор.
По умолчанию здесь FF
. Идентификатор может быть любой в пределах байта (0 … FF) . Это индивидуальный номер (код) пульта.
По этому же адресу в памяти контроллера приемника находится его идентификатор. Они обязательно должны совпадать. Это дает возможность создавать разные пары приемник / передатчик.

EEPROM контроллера приемника.
Все настройки EEPROM , упомянутые ниже, запишутся автоматически на свои места по факту подачи на контроллер питания после его прошивки.
В каждой из ячеек данные можно менять на свое усмотрение. Если в любую используемую для данных ячейку (кроме идентификатора) вписать FF , за следующим включением питания эта ячейка немедленно будет переписана данными по умолчанию.

Верхняя строка EEPROM после прошивки и подачи питания на контроллер приемника будет выглядеть так…

Радиоуправление

80 1F – (подиапазон 4хх МГц) – Config RG
AC 80 – (точное значение частоты 438 MГц) – Freg Setting RG
91 20 – (полоса приемника 400 кГц, чувствительность максимальная) – Rx Config RG
C6 94 – (скорость данных – не быстрее 2 кбит/сек) – Data Rate RG
C4 00 – (АПЧ выключено) – AFG RG
82 D9 – (приемник включен) – Pow Management RG .

Первая ячейка памяти второй строки (адрес 10 h
) – идентификатор приемника.
Для корректного изменения содержимого регистров как приемника так и передатчика воспользуйтесь программой RFICDA
, выбрав микросхему TRC102 (это клон MRF49XA) .

Примечания.

На фото передатчика перерезана дорожка положительной шины питания контроллера и продублирована проводом. Это сделано для предотвращения короткого замыкания через металлические корпуса кнопок (при проектировании это не было учтено) .
Обратная сторона плат – сплошная масса (залуженная фольга) .
Дальность уверенной работы в условиях прямой видимости – 200 м.
Количество витков катушек прм и прд – 6 . Если воспользоваться опорным кварцем 11 МГц вместо 10 МГц, частота «уйдет» выше около 40 МГц. Максимальная мощность и чувствительность в этом случае будут при 5 витках контуров прм и прд.

Прошивка свободна для скачивания, без каких-либо ограничений. Любой копирайт – с обязательной ссылкой на
сайт.

Уважаемый 4uvak. Собрал на днях сие чудо на 4 канала. Использовал радио модуль FS1000A, Пашет конечно же все как и написано, за исключением дальности, но думаю это радио модуль просто не фонтан, от того и стоит он 1,5$.
Но собрал я его для того что бы привязать его к broadlink rm2 pro и тут у меня нифига не получилось. Broadlink rm2 pro его увидел, считал его команду и сохранил в себе, но когда он отсылает команду на декодер, последний ни как не реагирует. Broadlink rm2 pro рассчитан по заявленным характеристикам на работу в диапазоне 315/433 МГц, но сие чудо он не принял в свои ряды. Далее последовали танцы с бубном….. В broadlink rm2 pro есть функция как таймер на несколько команд и я решил поставить broadlink rm2 pro задачу на отправку одной и той же команды несколько раз с интервалом 0 секунд, НО!!! Записав одну команду дальше записывать он отказался мотивируя тем, что нет больше места в памяти для сохранения команд. Следом я попробовал сделать ту же операцию с командами от телевизора и он записал 5 команд без проблем. Отсюда я сделал вывод, что в написанной вами программе очень информативные и большие по объему команды отсылаемые кодером на декодер.

Я в программировании МК абсолютный ноль и ваш проект это первый в моей жизни собранный и работающий пульт. С радио техникой никогда не дружил и профессия у меня далека от электроники.

Теперь вопрос:

Если всё же как я полагаю отсылаемый кодером сигнал длинный и большой, то можно его сделать максимально мизерным???, с той же базой, что бы не менять обвязку МК и схему.

Я понимаю, что любой не оплачиваемый труд считается за рабство:))))) , а посему готов оплатить ваш труд. Я конечно же не знаю, сколько это будет стоить, но думаю цена будет адекватной проделанной работе. Я хотел вам перечислить деньги но там где было написано, там в рублях и непонятно куда отправлять. Я не резидент РФ и живу в Кыргызстане. У меня мастер кард $. Если есть вариант отправить вам деньги на вашу карту то будет хорошо. В рублях я даже не знаю как это делать. Возможно есть и другие легкие варианты.

Задумал я это потому, что после того как приобрел broadlink rm2 pro подключил тв и кондиционер за бесплатно, а вот остальные радио штучки у нас какие то не дешевые. В доме 19 выключателей на свет, по 3-4-5 штук на комнату и покупать на все выходит очень накладно. Да и розетки хотелось бы переделать на управлении, иначе какой же это умный дом получается.

В общем задача у меня сделать пульты своим руками, что бы они не путали друг друга и главное что бы их понимал broadlink rm2 pro . На данный момент он пульт по вашей схеме не понимает.

В обсуждении я написать не смог, там только зарегистрированные пользователи пишут.

Жду вашего ответа.

В этой статье, вы увидите как сделать радиоуправление на 10 команд
своими руками. Дальность действия данного устройства 200 метров на земле
и более 400м в воздухе.

Схема была взята на сайте radiocopter.ru
Передатчик

Радиоуправление

Приемник

Радиоуправление

Нажатие кнопок может производиться в любой
последовательности, хоть все сразу все работает стабильно. С помощью его
можно управлять разными нагрузками: воротами гаража, светом, моделями
самолетов, автомобилей и так далее… В общем чем угодно, все зависит от
вашей фантазии.

Для работы нам потребуются список деталей:

1) PIC16F628A-2 шт (микроконтроллер) (ссылка на алиекспрес
pic16f628a
)

2) MRF49XA-2 шт (радио трансмиттер) (ссылка на алиекспрес
MRF 49 XA
)

3) Катушка индуктивности 47nH (или намотать самому)-6шт
Конденсаторы:

4) 33 мкФ (электролитический)-2 шт
5) 0,1 мкФ-6 шт
6) 4,7 пФ-4 шт
7) 18 пФ-2 шт
Резисторы

8) 100 Ом-1 шт
9) 560 Ом-10 шт
10) 1 Ком-3 шт
11) светодиод-1 шт
12) кнопки-10 шт
13) Кварц 10MHz-2 шт
14) Текстолит
15) Паяльник
Как видите устройство состоит из минимум деталей и под силу каждому.
Стоит только захотеть. Устройство очень стабильное, после сборки
работает сразу. Схему можно делать как на печатной плате. Так и навесным
монтажом (особенно для первого раза, так будет легче программировать).
Для начала делаем плату. Распечатываем

Радиоуправление

И травим плату .

Припаиваем
все компоненты, PIC16F628A лучше припаивать самым последним, так как
его нужно будет еще запрограммировать. Первым делом припаиваем MRF49XA

Радиоуправление

Главное
очень аккуратно, у нее очень тонкие выводы. Конденсаторы для
наглядности. Самое главное не перепутать полюса на конденсаторе 33 мкФ
так как у него выводы разные, один , другой -. Все остальные
конденсаторы припаиваете как хотите у них нет полярности на выводах

Радиоуправление

Радиоуправление

Катушки можно использовать покупные 47nH но лучше намотать самому, все они одинаковые (6 витков провода 0,4 на оправке 2 мм)

Когда
все припаяно, хорошо все проверяем. Далее берем PIC16F628A, его нужно
запрограммировать. Я использовал PIC KIT 2 lite и самодельную панельку
Вот ссылка на программатор ( Pic Kit2
)

Радиоуправление

Радиоуправление

Вот схема подключения

Радиоуправление

Это
все просто, так что не пугайтесь. Для тех кто далек от электроники,
советую не начинать с SMD компонентов, а купить все в DIP размере. Я
сам так делал в первый раз

Радиоуправление

Радиоуправление

И все это реально заработало с первого раза

Радиоуправление

Открываем программу, выбираем наш микроконтроллер

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий

Adblock
detector