УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
POWER POTENTIAL CONTROL DEVICE

Предлагаемое устройство относится к области контроля основных СВЧ параметров быстроперестраиваемых в широком частотном диапазоне импульсных РЛС и может быть использовано при эксплуатации или настройке вновь разрабатываемых и применяемых импульсных РЛС, в которых необходимо периодически контролировать абсолютные значения потенциала для сравнения его с допустимой величиной.
Энергетический потенциал (ЭП) является главным параметром, характеризующим состояние и качество РЛС, т.к. он определяет дальность действия станции.
Известно устройство для контроля ЭП РЛС, содержащее последовательно соединенные эхо-резонатор, подключенный к приемопередатчику, блок формирования опорного напряжения, компаратор, селектор, импульсный ключ с генератором импульсов, блок обработки и индикации в виде цифрового интегратора, дешифратора и индикатора. Недостатком данного устройства является низкая надежность результата контроля ЭП, обусловленная тем, что при этом не вводится поправка на величину декремента затухания эхо-резонатора.
Известно, кроме того, устройство для контроля ЭП РЛС, измеряющее декремент затухания и содержащее последовательно соединенные эхо-резонатор, подключенный к приемопередатчику, блок формирования опорного напряжения, компаратор, селектор, импульсный ключ с генератором импульсов, блок обработки и индикации, а также включенные между блоком формирования опорного напряжения и блоком обработки и индикации селектор, второй импульсный ключ, измеритель приращений, 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.
Данное устройство выбрано в качестве прототипа, т.к. по технической сущности и достигаемому эффекту данное устройство является наиболее близким к предлагаемому устройству.
Недостатком прототипа является сравнительно низкая надежность. Это обусловлено, с одной стороны, неконтролируемой нелинейностью амплитудной характеристики приемника и, вследствие этого, необходимостью измерения малых разностей (τ-τ′), связанных с небольшим динамическим диапазоном.
Исследования показывают также, что нестабильность декремента затухания каждого образца эхо-резонатора при воздействии климатики не превышает 0,15 дБ/мксек. Однако существует значительная разница величины декремента (около 1 дБ/мксек) от образца к образцу эхо-резонаторов. Поэтому представляется возможным заменить непрерывное измерение декремента периодическим с одновременным упрощением схемы и повышением надежности результата контроля.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее резонатор, соединенный с приемопередатчиком РЛС и последовательно соединенные блок формирования опорного напряжения, компаратор, селектор, импульсный ключ с генератором импульсов и блок обработки и индикации, введены матрица уставок декремента затухания и двухпороговый датчик допускового контроля, вход которого подключен к выходу блока формирования опорного напряжения, а выход - к третьему входу блока обработки и индикации, свободные входы которого соединены с матрицей уставок декремента затухания.
Введенные элементы позволяют повысить надежность результатов контроля путем введения величины (измеренной при калибровке устройства) декремента затухания в виде постоянной уставки вместо неточного измерения его текущего значения, что вместе с тем сопровождается упрощением устройства и, следовательно, повышением его надежности.
Сущность предложения иллюстрируется блок-схемой устройства, приведенной на фиг.1.
Устройство для контроля ЭП содержит эхо-резонатор 1, соединенный с приемником 2 и передатчиком 3 РЛС, блок формирователя опорного напряжения 4, компаратор 5, селектор 6, импульсный ключ 7 с генератором импульсов 8, блок обработки и индикации 9, двухпороговый датчик допускового контроля 10, соединенный между блоком 4 и блоком 9, к которому подключена матрица уставок декремента затухания 11. Компаратор 5 подключен к выходу приемника 2 РЛС, а свободные входы селектора 6 и блока обработки и индикации 9 соединены с входом запуска передатчика 3 РЛС.
оп1
ш
оп1
1
ш
Блок 4 формирует постоянное напряжение U, пропорциональное уровню шума И приемника 2, согласно выражению U=KU.
1
ш.н.
оп1
1
ш.н.
Величина K выбирается в процессе калибровки устройства перед началом контрольных операций (при замене эхо-резонатора). Оператор, вращая ручку "Усиление" приемника 2 устанавливает определенное (выбранное номинальным) значение уровня U выходного шума приемника, а блок 4 будет формировать напряжение U=KU, по которому всегда однозначно можно будет фиксировать необходимое положение, упомянутой ручки. В качестве индикатора правильной установки ручки можно использовать индикаторную лампочку, встроенную на пульте оператора, либо символ, отображаемый на индикаторе блока 9.
Блок 4 может быть выполнен аналогично прототипу, но аппаратурно проще, т.к. вырабатывает одно напряжение вместо двух.
оп1
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>о</mi><mi>п</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo><</mo><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>о</mi><mi>п</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>></mo><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup><mo><</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>о</mi><mi>п</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo><</mo><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
Двухпороговый датчик допускового контроля 10 формирует сигнал по методу "больше - норма - меньше" в зависимости от соотношения напряжения U и напряжения порогов
и
устанавливаемых, соответственно на верхнюю и нижнюю границы допуска. В случае
или
, т.е. "меньше" или "больше" датчик 10 вырабатывает сигнал запрета контроля ЭП, в случае
, т.е. "норма" датчик 10 вырабатывает сигнал разрешения производить контроль ЭП. Двухпороговый датчик может быть выполнен по любой известной схеме и в своем составе содержит источник пороговых напряжений
и
, которые выбираются с запасом, учитывающим, например, нестабильность используемых эхо-резонаторов.
Матрица 11 позволяет установить декремент затухания в виде постоянной уставки по результатам калибровки устройства и вводить в блок обработки и индикации эту установленную величину при вычислении ЭП. Матрица 11 выполнена в виде наборного поля с перемычками.
Остальные элементы устройства выполнены аналогично прототипу.
Устройство работает циклами длительностью в 4000 периодов между импульсами "0" входа запуска передатчика. Начинается каждый цикл приходом условно первого импульса "0" и заканчивается после исчезновения в шумах четырехтысячного видеоимпульса сигнала звучания эхо-резонатора 1 на выходе приемника 2, вычислением потенциала и выдачей на индикатор блока 9 результата.
оп1
Каждый импульс "0" создает в передатчике РЛС зондирующий СВЧ импульс, поступающий в эхо-резонатор. Одновременно происходит запуск селектора 6, формирующий начало строба, т.е. отсчета временного интервала. Импульс звучания эхо-резонатора 1, прошедший через приемник 2, подается на вход компаратора 5, на опорный вход которого подано опорное напряжение U пропорциональное уровню шумов.
Это же напряжение подается на датчик 10, выходной сигнал которого в случае "норма" означает, что установка номинального уровня шумов на выходе приемника 2 с помощью ручки "усиление" сделана правильно и блок 9 подготовился к контролю потенциала.
На выходе компаратора 5 формируется сигнал, воздействующий на селектор 6 так, что в момент равенства импульса звучания опорному напряжению сигнал компаратора 5 исчезает, обрывая строб, т.е. селектор 6 формирует конец строба. Импульсный ключ 7, открытый на время действия строба, пропускает импульсы заполнения, вырабатываемые генератором 8, на блок 9.
В блоке 9 осуществляется счет заполняемых импульсов и числа стробов. При достижении последним числа 4000 счет прекращается и блок 9 вычисляет потенциал по формуле:
<mrow><mi>Э</mi><mi>П</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mrow><mi>з</mi><mi>в</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>τ</mi><mi>о</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>d</mi></mrow>
<mrow><msub><mrow><mover accent="true"><mi>τ</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow><mrow><mi>з</mi><mi>в</mi></mrow></msub></mrow>
где
- усредненное значение длительности звучания за 4000 измерений, мксек;
о
τ - длительность зондирующего импульса;
d - набранный перемычками в матрице уставок 11 декремент затухания, в дБ/мксек.
и выдает результат вычисления на индикатор.
Рассмотрение работы предлагаемого устройства показывает, что введение постоянной уставки, равной измеренному (при калибровке) значению декремента вместо периодического измерения его величины с погрешностью, превышающей нестабильность декремента эхо-резонатора в условиях применения, позволяет повысить надежность результатов контроля ЭП и вместе с тем упрощает устройство, а значит, повышает надежность его функционирования.
зв
зв
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
Кроме того, в отличие от прототипа, где коэффициент K1 выбирался из условия постоянства τ при изменении коэффициента усиления приемника в широком диапазоне, что было практически невыполнимо, в предлагаемом устройстве τ измеряется в одной точке характеристики приемника, т.е. в узком диапазоне, заданном порогами
и
датчика допускового контроля, что обеспечивает повышение точности контроля потенциала.
Предлагаемое устройство проверено экспериментально.
Были изготовлены и проходили испытания несколько опытных образцов устройства, подтвердившие отмеченные качества:
- надежность функционирования повышена за счет упрощения схемы и уменьшения объема аппаратуры не менее чем в 1,3 раза;
- надежность результатов контроля повышается за счет уменьшения ошибок измерения декремента затухания и длительности звучания не менее чем в 1,5 раза.
Т.о. предлагаемое устройство, сохраняя все положительные качества прототипа, располагает существенно большей надежностью;
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>100</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>14</mn></mrow></mfrac><mn>100</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>29</mn><mi>%</mi></mrow>
Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства достигается за счет упрощения аппаратуры. Если стоимость одного комплекта аппаратуры прототипа (исключая приемопередатчик РЛС) принять за 100% (число элементов 14), а число элементов предлагаемого устройства сокращено до 10, то уменьшение стоимости аппаратуры составит
на каждый комплект.