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

условия минимума среднеквадрэтической ошибки. Такое комплексирование не дает выигрыша в надежности сопровождения радиотехнического сигнала. Правда, тот факт, что помехи претерпевают дополнительную фильтрацию в ком-плексирующем фильтре в определенной степени снижает требования к минимально допустимому отношению сигнал/ шум на входе радиотехнического измерителя.

Рассмотрим работу комплекса при объединении в измерителе координаты s (f) и ее производной, когда в комп-лексирующем фильтре совместно обрабатываются сигналы

5р=И%(8 + Яр) и se = Ura(Ds + tf.).

Наиболее экономичной и удовлетворяющей условиям (9.2.9) и (9.2.10) является структура фильтра, показанная на рис. 9.8.

Полезная составляющая сигнала

Звых

(9.2.24)

M(D) v M(D)

где M (D) = TD2 + kD + 1.

При безынерционных измерителях ( Wa (/со) = 1 и I (/со) = 1 для всех частот спектра измеряемого сигнала) измерения осуществляются без динамической ошибки. Ошибка, обусловленная помехами, описывается выражением

2ф =

TD М (D)

Па+*-Е+1п

М (D) 1

(9.2.25)

Сравнивая (9.2.25) с (9.2.9) и (9.2.10), убеждаемся, что полученная структура фильтра полностью удовлетворяет сформулированным выше условиям. Он компенсирует систематические и низкочастотные ошибки нерадиотехнического измерителя скорости и обеспечивает дополнительное сгла-


Рис. 9.8. 458

живание ошибок радиотехнической системы. Не представляет труда найти структуру фильтра, удовлетворяющего условиям (9.2.11) и (9.2.12), полученным в предположении, что Р (D) = D2, т. е. позволяющего совместно обрабатывать сигнал и его вторую производную. При этом можно найти схемы фильтров, обеспечивающие память по постоянной составляющей ошибки /7а, ее линейно возрастающей составляющей и т. д. То же можно сказать и о динамической ошибке радиотехнической системы.

Широкое применение для периодической коррекции автономного измерителя координаты положения (счислителя пути) по данным путевой или воздушной скорости получил фильтр рис. 9.8.

Рассмотрим подробнее этот режим. Пусть автономией измеритель определяет скорость объекта v = Ds с ошибкой, возрастающей во времени по закону /7а = а0 + axt, радиотехнический измеритель имеет передаточную функцию вида

Wp (D) = kv!(D + *„), (9.2.26)

т. е. соответствует системе с астатизмом первого порядка, а нерадиотехнический - практически безынерционен. Тогда

sa = Ds + a0 + a1/ sa=

(9.2.27)

где s„ - измеренное значение s.

Выражение для динамической ошибки комплекса будет . иметь вид

=-DOcD+0-

д (TD*+kD+\)(k„+D)

Динамическая ошибка радиотехнического измерителя

Дядр = Ds/(kv + D). (9.2.29)

Сравнивая (9.2.28) с (9.2.29), убеждаемся, что при сигнале вида s = s0 + vt установившиеся значения Агл и Asnp совпадают и равны vIkv. Таким образом, радиокоррекция автономного измерителя координаты положения, в состав которого входит измеритель скорости и интегратор (счисли-



тель пути), может производиться с точностью, ограничиваемой динамической ошибкой радиотехнического измерителя.

В то же время, схема рис. 9.8 обладает памятью по ошибке автономного измерителя. В самом деле, сигнал Уи описывается выражением

М (D) М (D)

(9.2.30)

где по-прежнему М (D) = TD2 + kD -f 1-

При сделанном предположении о характере ошибки автономного измерителя установившееся значение сигнала коррекции У иу = а0 -f aj содержит точные значения ошибок автономного измерителя и, следовательно, после размыкания ключа К (отключения коррекции) влияние постоянной ошибки будет исключено полностью, ее запомнит интегратор, а линейно изменяющаяся ошибка будет учтена за весь предыдущий период времени.

Таким образом, комплексные системы рассмотренного типа решают задачу повышения помехозащищенности только за счет того, что радиосистема может включаться на сравнительно короткие периоды проведения коррекций сигналов, полученных с помощью автономных систем. Иногда это может иметь очень большое значение. Так, в неавтономных радионавигационных системах, работающих с наземными маяками-ответчиками, часто основными являются взаимные помехи. Периодическое включение средств радиокоррекции автономных измерителей резко повышает пропускную способность маяка. Полезной такая комплексная система будет и в условиях пропадания радиосигнала, например за счет кратковременных перегрузок приемника, выключения источника радиосигнала и т. д.

Кардинально проблема повышения помехозащищенности решается в системах с коррекцией следящих радиотехнических систем сигналами автономных нерадиотехнических измерителей.

9.3. СИСТЕМЫ С КОРРЕКЦИЕЙ СЛЕДЯЩИХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ

Широкое применение нашли комплексные измерители координат, у которых следящая радиотехническая система имеет два входа: один обычный, в виде чувствительного


Рис. 9.9.

элемента, второй для введения сигнала, полученного с помощью нерадиотехнического измерителя (этот сигнал называют корректирующим). Упрощенная схема подобной системы приведена на рис. 9.9.

Здесь, как и ранее, Р (D) отображает операторную связь координат, измеряемых радиотехнической и нерадиотехнической системами. Для упрощения выкладок принято, что оба измерителя работают в одной системе координат. Оператор Р (D) может принимать значения 1, D или D4. Если Р (D) = 1, говорят о системе с позиционной коррекцией, при Р (D) = D и Р (D) = D2 - о системах с коррекцией по скорости и по ускорению соответственно.

Звено с передаточной функцией Н (D) обеспечивает согласование масштабов сигналов обоих измерителей. Его передаточная функция определяется из условия 2 = 0 при

я; = о.

Радиотехническая система представлена в виде двух звеньев с передаточными функциями Wx и U72. Измерительный (чувствительный) элемент входит в состав звена, передаточная функция которого обозначена через Wx (D). Измеренное значение сигнала

W-{-HPW2Wa

.(t) = S + 2 =

\ + w

HW2Wa 1+W

(9.3.1)

где W = WXW2.

Задача выбора оптимальных параметров измерителя решается в соответствии с критерием минимума дисперсии о ошибки 2. Последняя в общем случае состоит из двух составляющих: одна из них (динамическая ошибка) обуслов-



лена инерционностью измерителя, а вторая вызвана действием радиопомех Яр и возмущений Яа.

Из теории оптимальных систем известно, что минимизация дисперсии а\ связана с отысканием компромисса между величинами указанных составляющих. Однако оптимальность системы нарушается, как только изменяются статистические характеристики s (t), Пр (t) или Па (t).

Трудность отыскания оптимальной динамической структурной схемы и ее относительная ценность обусловили несколько иной подход к конструированию комплексных измерителей. Его структуру выбирают из условия отсутствия динамических ошибок (названного выше условием инвариантности), а выбор параметров производят из условия минимума ошибок, обусловленных Пр (t) и Па (t). Условие инвариантности будет выполнено, если передаточные функции звеньев выбраны в соответствии с равенством

HPWW& = 1. (9.3.2)

Передаточная функция нерадиотехнического измерителя Wa предполагается заданной. Видом коррекции определяется и точка ввода корректирующего сигнала. Так, при позиционной коррекции (Р = I) условие инвариантности (9.3.2) можно представить в виде

Я = 1/Wa.Wt. (9.3.3)

Реализовать инвариантную систему можно только в том случае, если нерадиотехнический измеритель безынерционен. ПрИНЯВ Wa = «а и W2 - К2 ПОЛуЧИМ Я = 1 СаК2.

Реально автономный измеритель всегда инерционен. В простейшем случае его передаточную функцию можно представить в виде Wa (D) = Ka/(TaD + 1)- Условие инвариантности требует, чтобы согласующее звено имело передаточную функцию Я (D) = (TaD + 1)/к2ка.

Нереализуемость звена с такой передаточной функцией подтверждает, что получить абсолютно инвариантную систему не представляется возможным. Однако передаточная функция для полезной составляющей сигнала при инерционном измерителе корректирующего сигнала оказывается более благоприятной с точки зрения динамической ошибки, чем при отдельно работающем измерителе. В самом деле, полагая в (9.3.1) Пр = Яа = О, Я = 1 с2ка, Wa (D) = = l/(TaD + 1), Wx = kJ{TpD + 1) D и Wt = к», что co-

ответствует астатической системе первого порядка, для выходного сигнала комплексной системы получим

s(t)+2(t) = stm(t) =

Гр + Га + 1)Р+,е0

Та Тр D* + (Г р + Га) + (1 + к„ Га) D + кг

Динамическая ошибка описывается уравнением

8(f). (9.3.4)

Аяд = s-s„

W + --s(0. (9.3.5)

Тл Гр D 3 + (Гр + Га) D* + (1 + к, Та) D + Kv

Проведем сравнительную оценку динамических свойств радиотехнической следящей системы, корректируемой позиционным сигналом инерционного измерителя, и того же измерителя без коррекции.

При отсутствии коррекции, динамическую ошибку можно определить из уравнения

-rffigk*- (936)

Сравнивая выражения (9.3.5) и (9.3.6), легко убедиться, что комплексирование радиотехнического измерителя с инерционным автономным измерителем эквивалентно повышению на единицу порядка астатизма, т. е. корректируемая астатическая система работает без скоростных ошибок. Этот результат имеет простое физическое объяснение. Обратившись снова к схеме рис. 9.9, нетрудно увидеть, что благодаря наличию второго канала для распространения сигнала s (t) на вход измерителя поступает фактически два сигнала. Один из них идет по основному входу, а другой - через инерционное звено (автономный измеритель).

Пусть

s (f) = s0 + vt при t > 0,

s (/) = 0 при / < 0. (9.3.7)

Через время / > Га, когда процесс в инерционном звене установится, сигнал на его выходе будет также представлять линейную функцию времени с запаздыванием т3, так что San (0 = so + о (t - т3). Следовательно, следящая радио-



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



0.0014