УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ИМПУЛЬСНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ
APPARATUS FOR AUTOMATIC CONTROL OF POWER POTENTIAL OF PULSED RADAR

Предлагаемое устройство относится к области контроля основных СВЧ параметров быстро перестраиваемых в широком частотном диапазоне импульсных РЛС и может быть применено в импульсных РЛС, в которых необходимо периодически контролировать абсолютное значение потенциала (ЭП), который, как известно, является главным параметром, характеризующим состояние и качество РЛС, т.к. от него зависит дальность действия станции.
Известно устройство для контроля ЭП, содержащее последовательно соединенные эхо-резонатор, подключенный к приемопередатчику РЛС, блок формирования опорного напряжения, компаратор, селектор, импульсный ключ с генератором импульсов, блок обработки и индикации, а также включенные между блоками формирования опорного напряжения и блоком обработки и индикации последовательно соединенные второй компаратор, селектор, второй импульсный ключ, измеритель приращений и перестраиваемый делитель числа импульсов, причем дополнительные входы измерителя приращений и перестраиваемого делителя числа импульсов соединены между собой и подключены к выходу первого импульсного ключа, а второй выход блока обработки и индикации соединен с командным входом измерителя приращений.
Недостатком данного устройства является относительно низкая точность контроля.
оп1
оп2
оп1
оп2
Погрешность обусловлена неконтролируемой нелинейностью амплитудной характеристики приемника и, вследствие этого, необходимостью измерения малых разностей (τ-τ′), связанных с небольшим динамическим диапазоном, где: τ и τ′ - длительность звучания эхо-резонатора для двух опорных напряжений U и U, пропорциональных уровню шумов, причем U<U, а также неточным измерением τ и τ′, вследствие задержки синхроимпульсов, формирующих начало сигналов звучании τ и τ′ эхо-резонатора.
Известно также устройство для контроля ЭП РЛС (см. авт. свид. № 1840899 по заявке №2217121/23), содержащее последовательно соединенные эхо-резонатор, соединенный с приемопередатчиком РЛС, блок формирования опорного напряжения, компаратор, формирователь фронта, модулятор фазы, селектор, ключ с генератором импульсов, блок обработки и индикации, второй вход которого соединен с выходом селектора, а выход - с вторым входом модулятора фазы, к третьему входу которого подключены последовательно соединенные компенсатор задержки синхроимпульса и второй формирователь фронта.
В данном устройстве устранена ошибка в измерении длительности звучания эхо-резонатора путем введения компенсатора задержки синхроимпульса, но сохраняется систематическая ошибка изменения декремента.
Данное устройство выбрано в качестве прототипа, т.к. является наиболее совершенным и по технической сущности наиболее близким к предлагаемому устройству.
Недостатком прототипа является погрешность контроля ЭП, обусловленная изменением величины декремента затухания в основном от образца к образцу эхо-резонаторов, а также изменения декремента затухания в процессе эксплуатации за счет старения и т.п.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности контроля.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее эхо-резонатор, блок формирования опорного напряжения, соединенный с выходом компаратора, второй вход которого соединен с входом запуска передатчика РЛС, компенсатор задержки синхроимпульса, формирователь фронта, модулятор фазы, селектор, импульсный ключ с генератором импульсов, блок обработки и индикации, второй вход которого подключен к выходу селектора, третий вход - к входу запуска передатчика РЛС, а выход - к второму входу модулятора фазы, третий вход которого соединен через второй формирователь фронта с выходом компаратора, введены СВЧ-переключатель и соединенные последовательно два направленных ответвителя, включенные между эхо-резонатором и приемопередатчиком РЛС, управляющий вход СВЧ-переключателя соединен с выходом блока обработки и индикации, а сигнальные выходы СВЧ-переключателя - с направленными ответвителями.
Введение СВЧ-переключателя и двух направленных ответвителей позволяет вычислять декремент затухания по результатам двух измерений - один раз для данной РЛС (ответвители зашунтированы), второй раз для РЛС, ЭП которой на N децибелл меньше (ответвители включены), и оба измерения окажутся "отягчены" в одной и той же степени ошибкой, обусловленной заменой эхо-резонатора, а результат вычисления ЭП останется прежним (как до замены).
Сущность предложения иллюстрируется блок-схемой устройства, приведенной на фиг.1.
Устройство для контроля ЭП содержит эхо-резонатор 1, соединенный через направленные ответвители 2, 3 с приемником 4 и передатчиком 5, к входу запуска которого подключены соединенные последовательно компенсатор задержки синхроимпульса 6, формирователь фронта 7, модулятор фазы 8, селектор 9, импульсный ключ 10 с генератором импульсов 11, блок обработки и индикации 12, СВЧ-переключатель 13, сигнальные выходы которого соединены с направленными ответвителями 2, 3.
Второй вход блока обработки и индикации 12 подключен к выходу селектора 9, третий вход - к входу запуска передатчика 5, а выход - с вторым входом модулятора фазы 8, третий вход которого соединен через второй формирователь 14, компаратор 15, блок формирования опорного напряжения 16 - с выходом приемника 4. Второй вход компаратора 15 подключен к выходу приемника 4.
СВЧ-переключатель 13 в отпертом состоянии по команде блока обработки и управления 12 шунтирует ответвители 2, 3 и мощность из передатчика 5 попадает в эхо-резонатор 1 и обратно в приемник 4 без дополнительного ослабления, в запертом состоянии СВЧ-переключателя 13, мощность проделывает тот же путь, но оказывается ослабленной на двойное затухание двух ответвителей 2, 3. В качестве СВЧ-переключателя 13 может быть использован диодный переключатель с параметрами в условиях применения (-50 ÷ +60°C): переходное ослабление в закрытом состоянии более 55 дБ; переходное сопротивление в открытом состоянии менее 2 дБ ± 0,5 дБ.
Направленные ответвители 2, 3 осуществляют ослабление сигнала передатчика в заданное число раз а, следовательно, изменяют длительность звучания эхо-резонатора 1 по сравнению с длительностью звучания до введения ослабителей. В качестве ответвителей может использоваться любой ответвитель, переходное затухание которого составляет (20÷22) дБ с погрешностью не >0,5 дБ в диапазоне частот.
Остальные элементы устройства могут быть выполнены аналогично прототипу.
Устройство работает циклами длительностью в 4000 периодов между синхроимпульсами "0". Начинается каждый цикл приходом импульса "0" и заканчивается выдачей на индикатор блока 12 абсолютного значения ЭП.
Каждый синхроимпульс "0" создает в передатчике 5 РЛС зондирующий СВЧ-импульс, поступающий в эхо-резонатор 1. Одновременно происходит запуск селектора 9, формирующий начало строба, т.е. начало отсчета временного интервала.
Импульс звучания эхо-резонатора 1, прошедший через приемник 4, подается на вход компаратора 15, на опорный вход которого подано опорное напряжение пропорциональное уровню шума приемника 4. В результате на выходе компаратора 15 возникает импульс, задний фронт которого через формирователь 14 и модулятор 8 воздействует на селектор 9, обрывая строб, т.е. формируя конец отсчета временного интервала. Импульсный ключ 10 открывается на время действия строба и импульсы заполнения, выработанные генератором 11, проходят через него на блок 12. Одновременно с началом строба при каждом измерении модулятор 8 по команде блока 12 начинает двигать фазу строба. Результат измерения задерживается блоком 12 до окончания очередного цикла.
После окончания предыдущего цикла блок 12 вырабатывает сигнал, который запирает СВЧ-переключатель, и очередной цикл протекает аналогично описанному выше. Результат измерения, полученный в этом цикле, обрабатывается блоком 12 совместно с результатом предыдущего цикла. Блок 12 вырабатывает сигнал, под действием которого СВЧ-переключатель отпирается и блокирует направленные ответвители, т.е. устройство оказывается подготовленным к очередному циклу. А число, полученное в результате обработки согласно формуле
<mrow><mi>Э</mi><mi>П</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>−</mo><mn>1,2</mn><msub><mi>τ</mi><mi>о</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mfrac><mi>N</mi><mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>−</mo><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>'</mo></mrow></mfrac></mrow>
выводится на индикатор блока 12 как величина абсолютного значения ЭП, где:
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>μ</mi></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>μ</mi></munderover><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>j</mi></msub></mrow></mstyle></mrow>
- усредненное за число измерений (например, µ=4000) количество импульсов заполнения строба, равного длительности "звона" эхо-резонатора при зашунтированных ответвителях;
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>'</mo><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>μ</mi></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>μ</mi></munderover><mrow><msubsup><mi>τ</mi><mi>j</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow></mstyle></mrow>
- усредненное за то же число измерений количество импульсов заполнения строба, равного длительности "звона" эхо-резонатора при задействованных ответвителях.
o
τ - длительность зондирующего импульса;
N - заданное изменение ЭП РЛС, обусловленное введением направленных ответвителей.
<mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover>
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>'</mo></mrow>
<mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover>
<mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>'</mo></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>−</mo><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>'</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Замена эхо-резонатора 1 в процессе эксплуатации РЛС новым образцом того же типа, естественно, приведет к тому, что значения измеренных
и
окажутся другими, чем прежде. Однако, вследствие того, что эффект замены эхо-резонатора 1 проявится в одинаковой степени как при измерении
, так и при измерении
, разность
согласно известному дифференциальному принципу останется практически неизменной.
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>−</mo><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo>¯</mo></mover><mo>'</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Вместе с тем рассмотрение работы предлагаемого устройства показывает, что, в отличие от прототипа, оно обеспечивает повышение точности контроля ЭП вследствие измерения
в одной точке амплитудной характеристики приемника при возможности изменения N в пределах, превышающих его динамический диапазон.
Это преимущество достигнуто за счет незначительного усложнения прототипа, составляющего не >5% от стоимости аппаратуры контроля.
Предлагаемое устройство проверено экспериментально. В настоящее время изготовлен макет устройства контроля, и имеются протоколы испытаний. Сравнительные испытания предлагаемого устройства и прототипа показали, что уменьшение ошибки контроля ЭП, по сравнению с прототипом, составляет 2÷3 дБ.
Использование предлагаемого устройства целесообразно во всех встроенных системах контроля импульсных РЛС. Целесообразность обусловлена повышением точности контроля важнейшего технического параметра РЛС, каким является ЭП, а также повышением боеготовности РЛС ввиду того, что при замене эхо-резонатора на однотипный не требуется проведение трудоемкой перекалибровки устройства контроля.