3.13. Импульсные системы автоматического сопровождения по дальности

Под сопровождением какой-либо цели по дальности понимают получение непрерывной информации о текущей дальности этой цели обычно в виде напряжения или угла поворота валика электромеханического индикатора дальности.

Наиболее простым видом сопровождения по дальности является ручное сопровождение, которое сводится к тому, что оператор -непрерывно совмещает измерительную отметку с фронтом отраженного импульса. При необходимости дистанционной передачи данных о расстоянии до цели механизм перемещения измерительной отметки может быть связан с датчиком синхронно-следящей системы.

Существенным недостатком ручного сопровождения является низкая точность сопровождения быстро перемещающихся целей, обусловленная возникновением значительных динамических ошибок за счет большой инерционности оператора.

Ошибки сопровождения можно уменьшить, если применить так называемое полуавтоматическое сопровождение, при котором роль оператора сводится к управлению скоростью вращения электромотора, перемещающего измерительную отметку. Основным достоинством ручного сопровождения является возможность сознательного выбора сопровождаемой цели.

В тех случаях, когда функции оператора сводятся к такой простой операции, как совмещение отраженного импульса с измерительной отметкой, можно использовать систему автоматического сопровождения по дальности, которая исключает участие оператора в процессе сопровождения. Такую систему можно выполнить с наперед заданным быстродействием, что позволит повысить точность сопровождения.

Системы автоматического сопровождения по дальности можно условно разделить на электромеханические и электронные.

Блок-схема одного из вариантов электромеханической системы сопровождения представлена на рис. 3.41.

Рис. 3.41. Блок-схема электромеханической системы сопровождения по дальности: ГР - генератор развертки, ФСУ - фазосдвигающее устройство, ФЭ₁ и ФЭ₂ - фотоэлементы, У - усилитель, БУ - блок управления, Э - электродвигатель

Автоматическое сопровождение осуществляется следующим образом. Отраженный импульс с выхода приемника поступает на управляющий электрод трубки индикатора с кольцевой разверткой. Под воздействием этого импульса на кольцевой развертке возникает яркое пятно, положение которого зависит от расстояния до цели.

Световой поток от пятна поступает на два фотоэлемента. Величина напряжения на выходе каждого из фотоэлементов зависит от того, какая часть светового потока падает на данный фотоэлемент, что, в свою очередь, зависит от взаимного расположения фотоэлементов и пятна. Разность напряжений фотоэлементов после необходимого усиления поступает в блок управления. В блоке управления это напряжение преобразуется в управляющее напряжение, под воздействием которого мотор следящей системы перемещает фотоэлементы вдоль линии развертки до тех пор, пока световые потоки, падающие на фотоэлементы, не окажутся равными. В этом случае разность напряжений на выходе фотоэлементов, а следовательно, и управляющее напряжение, будут равны нулю и мотор остановится.

Если положение пятна на линии развертки изменится, то вновь возникнет разность напряжений на выходе фотоэлементов. В результате мотор следящей системы будет перемещать их до восстановления равновесного состояния.

О расстоянии до цели можно судить по положению фотоэлементов относительно начала развертки или по величине углового перемещения валика мотора.

Следует отметить, что в подобных системах, кроме режима сопровождения, предусматривается также и режим поиска. В режиме поиска мотор следящей системы непрерывно перемещает фотоэлементы вдоль линии развертки. В момент совмещения фотоэлемента с отраженным импульсом система автоматически переводится в режим сопровождения.

Рассмотрим теперь электронную систему автоматического сопровождения по дальности.

Блок-схема такой системы представлена на рис. 3.42, а на рис. 3.43 изображены графики напряжений, поясняющие работу системы.

Рис. 3.42. Блок-схема электронной системы автоматического сопровождения по дальности

Рис. 3.43. Графики напряжений, поясняющие работу системы автоматического сопровождения по дальности

Принцип действия системы сводится к следующему. На временной дискриминатор поступают отраженный импульс с выхода приемника и два селекторных импульса с выхода временного модулятора.

Пусть время запаздывания середины отраженного импульса относительно начала пускового импульса в n-м периоде повторения равно t_R[n] (рис. 3.43, б), а время запаздывания середины селекторных импульсов в том же периоде повторения равно t_M[n] (рис. 3.43, в). На выходе временного дискриминатора возникает сигнал, представляющий собой два сопряженных импульса тока или напряжения различной полярности (рис. 3.43, г). Длительность этих импульсов зависит от величины временного рассогласования

Сигнал с выхода дискриминатора в блоке управления преобразуется в управляющее напряжение, которое поступает на временной модулятор. Под воздействием управляющего напряжения интервал времени t_M в последующие периоды повторения меняется так, что временное рассогласование уменьшается и стремится к сравнительно малой величине, равной ошибке сопровождения.

В качестве временного дискриминатора используют временные селекторы. Одна из возможных схем временного дискриминатора представлена на рис. 3.44. В этой схеме лампы Л₁ и Л₂ заперты по первой и третьей сеткам и открываются лишь на время одновременного присутствия отраженного и селекторных импульсов на этих сетках.

Рис. 3.44. Схема временного дискриминатора

Отрезок времени τ₁, в течение которого открыта лампа Л₁, равен той части длительности отраженного импульса, которая перекрывается первым селекторным импульсом. Отрезок времени τ₂, в течение которого открыта лампа Л₂, равен той части длительности отраженного импульса, которая перекрывается вторым селекторным импульсом.

Как видим, сигнал с выхода дискриминатора поступает на вход блока управления не непрерывно, а лишь в дискретные моменты времени, разделенные периодом регулирования. Это означает, что блок управления не получает никаких сведений о том, как меняется дальность в течение промежутков времени от конца отраженного импульса до начала его в следующем периоде повторения. Поэтому в блоке управления должно быть предусмотрено устройство, позволяющее накапливать и запоминать сигналы, содержащие информацию о дальности цели. Таким устройством является интегратор.

Свойство запоминания сигнала с выхода дискриминатора обеспечивается тем, что емкость интегратора оказывается подключенной к временному дискриминатору лишь в течение времени τ₁ и τ₂, что достигается при помощи дифференциального детектора.

На рис. 3.45 представлена простейшая схема блока управления, в котором цепочка RC выполняет функции интегратора. Диоды Д₁ и Д₂ заперты и поочередно открываются импульсами с выхода временного дискриминатора.

Рис. 3.45. Схема блока управления с одним интегратором

Под воздействием первого импульса сигнала с выхода дискриминатора с длительностью τ₁ напряжение на конденсаторе интегратора уменьшается на величину ΔU₁, под воздействием второго импульса сигнала с выхода дискриминатора с длительностью τ₂ - увеличивается на величину ΔU₂. Если в рассматриваемый период регулирования t_M < t_R, то в результате напряжение на емкости увеличится на величину

Новому значению напряжения на емкости интегратора будет соответствовать и новое значение интервала времени t_M, большее, чем первое. Поэтому в следующий период повторения величина временного рассогласования уменьшится. В результате длительность τ₁ увеличится, а длительность τ₂ уменьшится. В следующий период повторения произойдет дальнейшее уменьшение временного рассогласования. Описанный процесс будет происходить до тех пор, пока t_M не окажется равным t_R с точностью до ошибки сопровождения.

Следует отметить, что рассмотренная схема блока управления с одним интегратором является далеко не единственной. Возможны и другие схемы. В частности, можно выполнить блок управления с двумя интеграторами. Свойства систем автоматического сопровождения по дальности с различными блоками управления будут рассмотрены ниже.

В качестве временного модулятора используют такие генераторы импульсов, которые позволяют осуществлять временную модуляцию. Другими словами, временной модулятор должен генерировать селекторные импульсы с такой задержкой относительно пускового импульса, величина которой является функцией управляющего напряжения.

На рис. 3.46 представлена одна из возможных схем временного модулятора, состоящая из ждущего генератора пилообразного напряжения, диодного компаратора и ждущего блокинг-генератора. Графики напряжений, поясняющие работу схемы, изображены на рис. 3.47.

Рис. 3.46. Схема временного модулятора

Рис. 3.47. Графики напряжений, поясняющие работу временного модулятора

В схеме, представленной на рис. 3.46, второй селекторный импульс образуется из первого при помощи линии задержки, длительность задержки которой равна длительности селекторного импульса.

Между прочим, можно выполнить систему автоматического сопровождения с одинарным селекторным и сдвоенными отраженными импульсами. В этом случае линия задержки включается в цепь отраженного импульса.

Рассмотренные системы автоматического сопровождения по дальности обладают следующими основными особенностями:

1) измерение временного рассогласования производится не непрерывно, а только в определенные равноотстоящие моменты времени;

2) в промежутках между двумя последовательными измерениями следящая система действует в соответствии со значением временного рассогласования, измеренным в начале данного периода регулирования.

Такие системы называются импульсными следящими системами.

Что касается периода регулирования, то при сопровождении неподвижной цели он равен периоду повторения, а при сопровождении движущейся цели он будет несколько отличаться от периода повторения. Так, при сопровождении приближающейся цели, радиальная составляющая скорости которой υ_r = const, период регулирования будет равен

Поскольку то период регулирования отличается от периода повторения весьма незначительно. Поэтому можно считать, что Т_р ≅ Т_п.