Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [75] 76 77 78 79 80 81 82

t. е. дисперсия ошибки комплекса равна дисперсии ошибки каждого измерителя, работающего независимо. Полученный результат является несколько неожиданным. Ведь хорошо известно, что накопление сигнала методом простого суммирования независимых результатов измерений дает выигрыш в отношении сигнал/шум в ]А раз, где i - число суммируемых сигналов. Однако здесь противоречий никаких нет. В самом деле, для перехода к простому суммированию необходимо положить: N = О, Фр = Фа, sp (со) =.sa (со), т. е. предположить, что работают два одинаковых измерителя с независимыми и одинаковыми по величине ошибками. Тогда вследствие независимости Яр и Па и равенства Gp (со) = Ga (со) среднеквадрэтическое значение суммарной ошибки аср = 1/2 стр, а полезный сигнал удваивается. Отсюда следует, что суммирование обеспечит выигрыш в ]/2 в отношении сигнал/шум на выходе сумматора.

Однако, не следует забывать, что наряду с флуктуа-ционной ошибкой, обусловленной действием помех и мешающих возмущений, измерители имеют динамические ошибки, а из-за предположения о выполнении равенства Фр = = Фа условие инвариантности (9.2.2) не выполняется. В то же время хорошо известно, что минимуму суммарной ошибки соответствует такой выбор параметров системы, при котором динамическая ошибка од примерно равна флуктуаци-онной Оф. Таким образом, при определении суммарной ошибки необходимо учесть и эти составляющие ошибок измерителей. Отсюда следует, что при простом суммированиии сигналов, искаженных независимыми шумами, можно получить за счет объединения сигналов выигрыш по точности в раз только без учета динамических ошибок. Таким образом, обязательным условием получения сколько-нибудь существенного выигрыша в точности за счет комплексирования измерителей является различие в спектральном составе действующих на них возмущений. Вывод справедлив и для комплексов, в которые объединяются более чем два измерителя. Как правило, ошибки автономных нерадиотехнических измерителей являются нестационарными функциями времени с возрастающими во времени дисперсиями al. Но передаточные функции для ошибок автономных измерителей таковы, что указанную нестационарность можно устранить комплексироваиием. В самом деле, пусть Яа (t) изме-

няется по закону

Па(*) = по+§П*«)<И = П0+ -Lna(t). о

Тогда для составляющей ошибки г (г), обусловленной действием Па (t), с учетом (9.2.8) получим

2(/)=--TD+1

П0 + ±Па(П

Отсюда следует, что комплексирование по схеме рис. 9.3 исключает влияние математического ожидания Я0 на результаты измерений, устраняет нестационарность ошибок автономного измерителя и позволяет дополнительно их фильтровать.

Прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о практической реализации комплексных измерителей в соответствии со схемой рис. 9.3, еще раз отметим, что включение дополнительных фильтров Ot и Ф2 необходимо только в том случае, если заданы структурные схемы радиотехнического и автономного нерадиотехнического измерителей, а условия (9.2.2) при Fp (D) = 1 и Fa (D) = 1 не выполняются. Другими словами, фильтры Ф! и Ф2 должны дополнять передаточные функции Wv и Wa, так чтобы выполнялось условие (9.2.2).

С учетом сделанного замечания перейдем к вопросу о схемном выполнении фильтров каналов и их практической реализуемости. Рассмотрение начнем с радиоканала, так как именно им определяется помехоустойчивость комплекса. Из приведенного рассмотрения ясно, что максимальное подавление радиопомех требует сужения полосы пропускания радиоканала. В его состав входит следящая радиотехническая система, передаточная функция которой обозначена через Wp (D).

Реализовать (9.2.7), (9.2.9) или (9.2.11) в виде следящей радиотехнической системы не представляет труда. Поэтому может показаться, что в любом случае включение дополнительного фильтра, передаточная функция которого обозначена через Fp, лишено смысла. Можно иметь одну, радиотехническую следящую систему и просуммировать ее выходной сигнал с выходным сигналом автономного измерителя, прошедшего через фильтр Ф2, структура которого



выбрана в соответствии с условием (9.2.2). Однако такая структура комплексного измерителя может оказаться нецелесообразной, так как при этом не обеспечивается требуемая надежность сопровождения радиосигнала по измеряемому параметру. Выше уже указывалось на необходимость учета нелинейности чувствительного элемента, а следовательно, и всей следящей радиотехнической системы по отношению к отслеживаемому параметру s (f) радиосигнала.

При выборе передаточной функции Wp (D) часто исходят из необходимости минимизировать вероятность срыва автосопровождения. Кроме того, параметры комплексного измерителя определяются требованием минимизации ошибки г (t).

Без включения дополнительного фильтра Фх (рис. 9.3) эти два условия, как правило, удовлетворить не удается. Кроме того, в результате воздействия радиопомех коэффициент передачи чувствительного элемента падает (см. рис. 9.1), условие инвариантности нарушается и в комплексной системе растет динамическая ошибка.

Таким образом, применение рассматриваемой схемы целесообразно только в тех случаях, когда в радиотехническом измерителе ограничение на способность выполнять свои функции в условиях действия помех накладывается величиной допустимой ошибки, а не срывом режима сопровождения. Другими словами, рассмотренная схема применима там, где не ставится задача получения сколько-нибудь заметного выигрыша по помехоустойчивости.

Хотя отмеченные недостатки не позволяют полностью реализовать все потенциальные возможности комплексирования, комплексы, построенные по схеме рис. 9.3, находят применение. При таком методе их построения измерители конструируются и работают независимо, а их комплексиро-вание производится путем совместной обработки выходных сигналов отдельных измерителей. Существенным недостатком рассматриваемого метода комплексирования является отсутствие памяти по корректируемым ошибкам измерителей. Если под воздействием помех радиоканал выйдет из строя, комплекс перестает функционировать. Поэтому на практике используют схемы, близкие по идее к рассмотренной, но обладающие памятью по корректируемым ошибкам.

Наиболее часто применяют так называемые схемы компенсации ошибок. Динамическая структурная схема подобного однокоординатного комплекса приведена на рис. 9.6.

I

WJB)

PIB)

1"а

►(2Н f*w h

- J satl-i-nt

Рис. 9.6.

Здесь фильтр, имеющий передаточную функцию FK (D), является комплексирующим. Он выполняет одновременно функции фильтрации ошибок обоих измерителей и при необходимости может их запоминать. С учетом того, что

Sp - sH -f- Пр, <sa = saH -J- П&,

где Пр = Wp (D) Л; и Я, = Wa (D) Пж; s„ и saH -измеренные значения параметра s на выходах звеньев с передаточными функциями Wp (D) и №а (D) соответственно, для выходного сигнала измерителя можно записать

s + г = [1 - F„l (saa + Яа) + FK (s. + Яр). (9.2.17)

Отсюда видно, что ошибка измерения s помимо составляющей

гф « 11 - F.1 Яа + РКПр,

(9.2.18)

вызванной действием радиопомех /7Р и возмущений /7а, содержит динамическую ошибку, обусловленную инерционностью измерителей. В самом деле, полагая Y = DNs, получим выражение для динамической ошибки

2Д = U - Wa (1 - FK) DN - WpFK\ s,

которое оказывается равным нулю только при безынерционных измерителях и объединении одинаковых по размерности координат ( N = 0). Естественно, что это условие особенно для радиотехнического измерителя может быть выполнено только приближенно

Сравнив (9.2.17) с (9.2.1), убеждаемся, что при Fv = FR и Fa = 1 - FK фильтрация помех в комплексах со схемами, показанными на рис. 9.4 и 9.6, будет одинаковой. То же самое можно сказать о динамической ошибке. Таким образом, указанные схемы оказываются эквивалентными по фильтрующим свойствам, но схема рис. 9.6 оказывается проще, поскольку в ней используется один общий



Рис. 9.7.

для обоих каналов фильтр. Структура комплексирую-щего фильтра определяется операторной связью между входными сигналами Y = Р (D) s. Объединение сигналов двух измерителей одной и той же координаты s = Y проще всего осуществить с помощью фильтра, динамическая структурная схема которого приведена на рис. 9.7*).

Выходной сигнал комплекса при замкнутом ключе (К)

Г *и

1 D+

Wv(D)+--Wa(D)]s +

Инвариантной система становится только при безынерционных измерителях, однако динамическая ошибка комплекса

Дг» = [ 1 - (D) -7ГГ- W*(D)

при любом выборе коэффициента передачи интегратора ком-плексирующего фильтра кй не может быть меньше динамической ошибки

Дядр = [1 - Wp (£>)] s

независимо работающего радиотехнического измерителя.

Приняв для конкретности Wp (D) = kJ(D + kd) и полагая, что автономный измеритель работает без динамической ошибки, получим

Д2д=--lR- s. (9.2.20)

*> По схеме рис. 9.7 обрабатываются сигналы в гиромагнитном компасе. В качестве sp и sa в нем выступают значения курса, измеренные магнитным и гироскопическим датчиками. Исторически это, видимо, первый комплексный измеритель с совместной обработкой двух сигналов.

Динамическая ошибка радиотехнического измерителя определяется выражением

Asflp = --s. (9-2.21)

Сопоставляя (9.2.20) и (9.2.21), убеждаемся, что даже при безынерционном автономном измерителе выполняется условие: Дгд &snp. При этом равенство ошибок будет иметь место только при /си -* оо.

Комплекс может работать в режиме периодической или эпизодической коррекции сигналов нерадиотехнического измерителя. Для этого служит ключ. При замкнутом ключе на выходе интегратора комплексирующего фильтра установится сигнал коррекции

Ya = Wu (Wp - Wa) s + WK (Wpnp - Wa/7a), (9.2.22)

где Wv = WK (D) = kb/(D + ка).

При размыкании ключа в момент t = tK сигнал (9.2.22) фиксируется так, что

s + z = 8выж = Was + Wana + Ги (t = tK). (9.2.23)

Если автономный измеритель работаете постоянной или медленно меняющейся (по сравнению с периодом коррекции) ошибкой, то эта ошибка будет скомпенсирована, так как сигнал Y а (t = гк), зафиксированный на выходе интегратора, имеет составляющую, отображающую ошибку этого измерителя с обратным знаком. Что касается ошибок радиотехнического измерителя, то сигнал (9.2.23) будет отображать их значения в момент t = tK.

Вследствие того, что радиоканал может работать в режиме периодической коррекции с достаточно большим периодом, соизмеримым с временем корреляции ошибок автономного измерителя и включаться только на время, равное времени установления процессов в комплексе, повышается скрытность радиолинии и тем самым затрудняется разведка параметров радиосигнала. Однако, как и в рассмотренных выше системах с суммированием сигналов (рис. 9.3), объединение измерителей через комплексирующий фильтр не повышает помехоустойчивости самого радиотехнического-измерителя. Полосу пропускания системы, следящей за паряметром s (t), приходится выбирать по-прежнему из



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [75] 76 77 78 79 80 81 82



0.0011