лекция 3.5.1. Методическая разработка для проведения лекции Раздел 3 Устройство и эксплуатация мснр 9С32. Тема 5 Приемные системы. Лекция 1 Назначение, состав приемных устройств обработки сигналов 1А, 1Б
 Скачать 184.35 Kb.
|
|
УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗРС С-300В МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА для проведения лекции Раздел 3:Устройство и эксплуатация МСНР 9С32. Тема 3.5: Приемные системы. Лекция 3.5.1: Назначение, состав приемных устройств обработки сигналов 1А, 1Б. Учебные цели: В результате изучения темы слушатели должны : Изучить основные схемотехнические решения построения приемного устройства обнаружения сигналов 1А. Изучить основные схемотехнические решения построения приемного устройства обнаружения сигналов типа 1Б. Время: 240 минут. Место: аудитория _____ Материально-техническое обеспечение: Мультимедийный проектор, презентация лекции, учебная литература по теме лекции, учебная доска, цветные маркеры, указка. Учебная литератураИзделие 9С32: Техническое описание 9С32. 2. Лекция. Учебные вопросы и расчет времени:
Обсуждено на заседании кафедры Протокол № ___ от __.__.2020 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ Подготовка преподавателя Руководитель за 2-3 дня до занятия на групповой консультации доводит до обучаемых задание на подготовку к занятию. Подготовка обучающихся При подготовке к занятию слушатели должны повторить учебный материал по прочитанным лекциям. Подготовка материального обеспечения Преподаватель уточняет план проведения занятия и, при необходимости, методическую разработку, готовит справочные материалы, уточняет готовность аудитории у ответственного офицера лаборатории. За день до занятия проверяет готовность аудитории. Проведение занятия Учебные цели занятия достигаются применением активных приемов и методов обучения. При этом в конспектах у курсантов должны остаться основные отправные моменты учебного материала для последующей самостоятельной работы. ВСТУПИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ Проверить готовность ТСО. Объявить тему, учебные цели и вопросы занятия. Во вступительном слове подчеркнуть актуальность темы занятия, Объявить вопросы занятия и порядок их обсуждения. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Первый учебный вопрос. Второй учебный вопрос. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ Занятие закончить общим подведением итога, в котором: Напомнить тему, учебные цели занятия, оценить степень их достижения. Оценить подготовку курсантов к занятию и их работу на занятии, указать характерные недостатки, объявить оценки и выставить их в журнал. Довести дату, тему следующего занятия, поставить задачу на подготовку к нему. Объявить об окончании занятия. II. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ ВВЕДЕНИЕ Перед началом эксплуатации МСНР 9С32 расчету станции необходимо изучить состав, характеристики, принципы и особенности устройства и эксплуатации изделия. Результаты этого изучения, знания, полученные в ходе обучения, в дальнейшем должны использоваться должностными лицами, допущенными к эксплуатации данного образца вооружения. Учебная цель данной лекции заключается в раскрытии информации об устройстве и функционировании элементов и систем аппаратуры МСНР 9С32. 1 учебный вопрос Общая характеристика устройства обнаружения целей. 1.1. Общие сведения об устройстве обнаружения целей Радиолокационное обнаружение целей – это процесс принятия решения о наличии или отсутствии цели в данной области пространства путем приема и обработки радиолокационных сигналов. Устройство, обеспечивающее выполнение этих операций, называют обнаружителем, или устройством обнаружения целей В состав устройства обнаружения целей МСНР 9С32 входят: антенна; высокочастотное входное устройство (ВЧ часть приемника); приемное устройство обнаружения (приемник обзора); оконечное устройство, позволяющее принять решение о наличии цели. В качестве оконечного устройства в ручном режиме используется система "индикатор-оператор". В автоматическом режиме работы МСНР – устройство первичной обработки (УПО) и СЦВМ. Упрощенная структурная схема представлена на рис. 1. В качестве ВЧ входных устройств всех каналов приемника обнаружения используются входные устройства суммарного канала. Они предназначены для приема, усиления СВЧ-сигналов, отраженных от целей в условиях активных и пассивных помех, преобразованием их в сигналы первой промежуточной частоты и предварительного усиления на первой промежуточной частоте. Динамический диапазон полезных сигналов составляет: в режиме БРА – 70 дБ; в режиме БРБ – 60 дБ.  Рис. 1. Упрощенная структурная схема устройства обнаружения целей МСНР 9С32 1.2. Назначение приемного устройства обнаружения. Структура принимаемых сигналовПриемник обнаружения предназначен для обработки сигналов, поступающих с выхода антенной системы, усиления и преобразования их в форму, удобную для работы оконечных устройств (индикации целей и работы УПО). На вход приемного устройства обнаружения поступают сигналы, отраженные от цели, предварительно усиленные и преобразованные на первую промежуточную частоту (  ).Структура принимаемых сигналов определяется структурой зондирующих сигналов МСНР. В МСНР используется три типа зондирующих сигналов: 1. Сигнал типа 1А, представляющий собой ЛЧМ импульс длительностью  мкс с девиацией частоты  =2 МГц, следующий с частотой повторения  =600 Гц.2. Сигнал типа 1Б – прямоугольный импульс с гармоническим заполнением, длительностью  =360 мкс и частотой повторения =200 Гц.3. Квазинепрерывный сигнал типа 2Т, представляющий собой когерентную пачку радиоимпульсов длительностью  =4,4 мс, следующей с частотой повторения 200 Гц. Длительность импульсов внутри пачки и частота повторения импульсов в пачке могут меняться в зависимости от режима работы станции (2Тн, 2Тв) в пределах =0,8…10 мкс и Fп=25…100 кГц, соответственно.Принимаемые сигналы по структуре аналогичны, но отличаются: направлением прихода; мощностью сигналов (зависит от ЭОП целей и дальности до цели); задержкой по времени (зависит от дальности до цели); частотным сдвигом (зависит от скорости цели). Кроме того, прием сигналов осуществляется на фоне шумов: собственных шумов приемника и отражений от подстилающей поверхности. Для обработки принимаемых сигналов различной структуры в состав приемника обнаружения входят три канала обработки: канал обработки сигналов 1А; канал обработки сигналов 1Б; канал обработки сигналов 2Т. В соответствии с режимом работы МСНР сигналы с выхода антенного поста на fпч1 поступают по суммарному каналу через распределитель входа приемных устройств на вход приемника обнаружения и каналы  и  приемного устройства сопровождения целей, а по разностным  и  – на вход каналов  и  приемника сопровождения целей. Управление работой распределителя входов осуществляется от синхронизатора станции.2 учебный вопросПриемное устройство обнаружения сигналов типа 1А2.1. Назначение, состав, основные технические характеристики Приемное устройство 1А предназначено для формирования и внутрипериодной обработки на промежуточной частоте ЛЧМ сигналов при быстром автономном поиске (в режиме БРА-АУ) и отсутствии пассивных помех. В состав приемного устройства обнаружения (ПУО) сигналов типа 1А входят: формирования задающих сигналов Д61-1; блок обработки сигналов Д61-2. 1. Параметры задающих широкополосных ЛЧМ сигналов на выходе блока формирования: длительность – 120 мкс; девиация частоты – 2 МГц; средняя частота – 36 МГц; закон изменения частоты от времени – нарастающий; огибающая – прямоугольная. 2. Динамический диапазон блока обработки по входу – 60 дБ. 3. Потери, обусловленные неоптимальностью обработки – 4 дБ. 4. Глубина временной регулировки усиления в блоке обработке – 32 дБ. 5. Параметры сигналов для индикации на выходе блока обработки: полярность – отрицательная; амплитуда  5 В;длительность – 0,5…1,5 мкс. уровень шума – 0,1 В.2.2. Функциональная схема канальной части Блок обработки сигналов Д61-2 построен по фильтровому способу обработки широкополосных ЛЧМ сигналов с использованием ДПЛЗ, имеющих дисперсионные характеристики, сопряженные с дисперсионными характеристиками ДПЛЗ блока формирования Д61-1. Функциональная схема приемного устройства сигнала 1А представлена на рис. 2. Канал обработки обеспечивает сжатие динамического диапазона и стабилизацию уровня шума. Кроме того, использование АРУ по контрольному сигналу в тракте после ограничителя позволяет применить простое пороговое устройство с постоянным порогом. После ограничителя сигнал сжимается на ДПЛЗ. Шум же своего уровня при прохождении ДПЛЗ практически не меняет. Это позволяет получить на выходе канала необходимое отношение сигнал/шум. Сигнал первой промежуточной частоты fпч1=36 МГц с выхода ВЧ входных устройств канала поступают на регулируемый усилитель, выполняющий функции ключа, а также модулятора при временной регулировке усиления (ВРУ).Для уменьшения вероятности приема сигналов по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны применяется нелинейная обработка в совокупности с временной регулировкой усиления. Схема ВРУ включена в линейной части канала до ограничения. Принято (исходя из допустимого уменьшения вероятности обнаружения цели из-за ВРУ), что временная регулировка усиления, в случае, если бы тракт был линейным, допустима лишь на интервале дальности 20…70 км. Так как следующий за схемой ВРУ тракт имеет нелинейную амплитудную характеристику, то для эффективной работы ВРУ желательно, чтобы ограничение собственных шумов приемника начиналось с дальности примерно 70 км, что и реализовано в блоке. В нормальном состоянии регулируемый усилитель заперт и открывается лишь на время, соответствующее инструментальной дальности при зондировании сигналом типа 1А.  Рис. 2. Функциональная схема канальной части приемника обнаружения сигналов типа 1А Для управления работой усилителя подается положительный СТРОБ УПР.КОММУТ. Открывание регулируемого усилителя осуществляется через управляющую схему, на которую подается пилообразное напряжение для осуществление ВРУ. Генератор пилообразного напряжения (ГПН) запускается положительным стробом длительностью 20 мкс. В цепи строба имеется реле, позволяющее включить и выключить ВРУ с помощью автономного переключателя у оператора. ГПН формирует линейно изменяющееся во времени напряжение, подаваемое на управляемую схему. Потенциометр АМПЛ предназначен для установки глубины ВРУ при настройке блока. Далее сигнал через усилитель поступает через смеситель, в котором происходит линейный перенос спектра сигнала с частоты 36 МГц на частоту 12 МГц. Для этого преобразования используется напряжение частоты 48 МГц (ОП2). Усилитель-ограничитель промежуточной частоты обеспечивает сжатие динамического диапазона сигнала и помех .Начальный уровень ограничения на 10 дБ ниже эффективного значения уровня собственных шумов. Поскольку максимальный сигнал на входе приемника может на 60 дБ превышать уровень собственных шумов, диапазон работы ограничителя равен 70 дБ. Номинальный коэффициент передачи входной цепи (до РФ) на линейном участке амплитудной характеристики равен 40 дБ. Режекторный фильтр устраняет паразитное просачивание непрерывного сигнала ПЧ1 на вход канала приемника. После усилителя-ограничителя в тракте прохождения сигнала следует усилитель мощности, работающий на первую дисперсионную линию задержки. Потенциометр УСИЛЕНИЕ 1 используется при настройке блока для установления номинального уровня ограниченного сигнала 0,5 В на входе ДПЛЗ-1. Потенциометр УСИЛЕНИЕ 2 используется при настройке для установки номинального коэффициента усиления усилительного звена в тракте приемника, равного 54 дБ. В канале обработки сигнала 1А используются две одинаковые последовательно включенные ДПЛЗ (ЛЗ1 и ЛЗ2) обеспечивающие в совокупности необходимую для сжатия сигналов дисперсионную характеристику. Обработка сигнала с использованием ДПЛЗ является приближением к оптимальной обработке, отличаясь от нее наличием погрешности изготовления ДПЛЗ, что приводит к небольшим потерям. Наклон дисперсионной характеристики обрабатывающей ДПЛЗ (зависимости задержки синусоидального сигнала от частоты) является обратным наклону в формирующей ДПЛЗ. При этом задержки составляющих спектра сигнала компенсируются, и они в определенный момент времени складываются в фазе. В этом и состоит сжатие сигнала. Между ДПЛЗ включен УПЧ, частично компенсирующий затухание в первой линии. Номинальный коэффициент передачи двух ДПЛЗ с включенными между ними компенсирующим УПЧ равен по гармоническому сигналу –50 дБ и устанавливается потенциометром УСИЛЕНИЕ. Сжатые сигналы с выхода ЛЗ2 поступают на весовой УПЧ. Спектр сигнала с линейной частотной модуляцией является почти прямоугольным, что приводит к большому уровню боковых лепестков сжатого сигнала. Для их уменьшения используется весовая обработка: сигнал пропускается через фильтр с колоколообразной амплитудо-частотной характеристикой и полосой, меньше ширины спектра сигнала примерно вдвое. При этом спектр сигнала сглаживается, и боковые лепестки уменьшаются. Весовой УПЧ включает в себя пять последовательно включенных одиночных контуров, причем коэффициенты усиления 4-го и 5-го каскадов регулируется напряжением АРУ по контрольному сигналу. Огибающая сжатых сигналов близка к функции  , так что уровень первых боковых лепестков сигнала примерно равен -14 дБ (20%). Частотная характеристика весового УПЧ, формируемая УПЧ с одинаковыми контурами, близка к форме гауссовой кривой и имеет ширину полосы равную 1МГц по уровню 0,7. Это обеспечивает уменьшение уровня первых боковых лепестков сжатого сигнала до -17 дБ (15%). На выходе канала обработки включен тракт усиления промежуточной частоты, состоящий из УПЧ, эмиттерного повторителя и усилителя мощности. Это позволяет при работе АРУ по контрольному сигналу получить амплитуду максимального сигнала на входе амплитудного детектора, равную 20 В, что обеспечивает линейность детектирования сигналов и шумов. Начальное усиление этого участка тракта устанавливается потенциометром УСИЛЕНИЕ при настройке блока. Сигналы с выхода амплитудного детектора разветвляются на три направления. Через УПТ передаются сигналы для отображения на индикаторе. Ограничение в УПТ предусмотрено с целью защиты от перегрузок усилителя в блоке индикатора. С потенциометра УСИЛЕНИЕ сигнал поступает на два дифференцированных усилителя, выполняющих роль схем сравнения. Коэффициент передачи потенциометра устанавливается при настройке блока таким образом, чтобы максимальный сигнал на входах дифференцированных усилителей был примерно равен напряжению "задержка" в схеме АРУ. Селектор, установленный в цепи сигнала схемы АРУ, обеспечивает работу этой схемы только по контрольному сигналу. К выходу селектора подключен последовательно пиковый детектор и УПТ, управляющее напряжение с которого подается на два регулируемых каскада весового УПЧ. Второй селектор на выходе канала обработки (СЕЛЕКТОР КС) служит для пропускания на выход блока только нормированных контрольных сигналов, подаваемых в систему автоматического функционального контроля. В блоке формирования задающих сигналов Д61-1 используется пассивный способ генерирования. Пассивный способ генерирования широкополосных ЛЧМ сигналов, используемый в блоке, состоит в следующем. ДПЛЗ возбуждается радиоимпульсом промежуточной частоты с примерно с постоянным амплитудным и фазовым спектром (фазовый спектр примерно равен нулю в области требуемого изменения частоты формируемого сигнала). Благодаря тому, что ДПЛЗ имеет квадратичные фазовые характеристики, происходит такое преобразование возбуждающего радиоимпульса во временной области, которое приводит к его растяжению и возникновение внутриимпульсной линейной частотной модуляции. Во входном каскаде блока из напряжения частоты 12 МГц (ОП1) с помощью положительных импульсов запуска (Имп. зап., =0,5 мкс,  =2-4,5 В) методом временной селекции формируются радиоимпульсы. Эти радиоимпульсы усиливаются до необходимой амплитуды (примерно 4,5 В) и поступают на вход ЛЗ1. Потенциометр УСИЛЕНИЕ используется для установки требуемой амплитуды радиоимпульса при настройке блока.Радиоимпульсы возбуждают первую формирующую ДПЛЗ. В блоке формирования используются две одинаковые последовательно включенные ДПЛЗ (ЛЗ1 и ЛЗ2), обеспечивающие в совокупности требуемую дисперсионную характеристику. Между ДПЛЗ включен УПЧ, частично компенсирующий затухание в первой линии. Номинальный коэффициент передачи двух ДПЛЗ с включенными между ними компенсирующим УПЧ равен по гармоническому сигналу -40 дБ и устанавливается потенциометром УСИЛЕНИЕ. На входе УПЧ после второй ДПЛЗ имеется частотно-модулированный сигнал, содержащий полезный участок с линейно падающим изменением частоты от времени. Этот сигнал усиливается и поступает на смеситель, где осуществляется перенос сигнала с несущей частоты 12 МГц на частоту =36 МГц с одновременным изменением частоты во времени на нарастающей. Для этого используется напряжение ОП2 частоты 48 МГц. Преобразованный сигнал усиливается и ограничивается для формирования плоской вершины. Глубина ограничения (-18дБ) устанавливается потенциометром УСИЛЕНИЕ при настройке блока. Затем сигнал с двух выходных каскадов УПЧ поступает на двухканальный временной селектор. На временных селекторах с помощью положительных стробов селектируются полезные средние участки, сформированные в ДПЛЗ ЛЧМ сигналов, и таким образом окончательно формируется прямоугольная огибающая задающих ЛЧМ сигналов. Параметры стробов:  =120 мкс,  =3…4,5 В.На первом выходе блока формируется контрольный сигнал (КС,  =0,05 В), используемый в приемном устройстве (блок Д61-2) для стабилизации частоты ложных тревог (АРУ). Потенциометр УСИЛЕНИЕ 1 служит для установки амплитуды контрольного сигнала при настройке приемной системы.На втором выходе блока формируется задающий сигнал для передатчика (Uзад = 0,5 В). Потенциометр УСИЛЕНИЕ 2 используется для установки амплитуды задающего сигнала при настройке системы. Блок формирования запускается в начале каждого периода повторения при зондировании сигналом 1А (для формирования задающего сигнала передатчика) и в конце периода повторения при зондировании сигналом любого типа (для формирования контрольного сигнала). 3 учебный вопрос 3. Приемное устройство обнаружения сигнала 1Б Приемное устройство обнаружения сигнала 1Б предназначено для усиления, обработки импульсного сигнала 1Б и преобразования его в форму, удобную для использования в УПО и отображения на индикаторах. Выходная информация приемника после обработки в УПО выдается в СЦВМ-2 и используется для целеуказания по скорости при переходе на обнаружение сигналом 2Т. Информация по дальности не используется. Обработка сигнала 1Б осуществляется параллельным методом в двух каналах дальности с использованием фильтров-интеграторов, перекрывающих весь диапазон ожидаемых доплеровских частот. Режим 1Б предусмотрен для работы по баллистическим ракетам и имеет два подрежима: без целеуказания по дальности (БР без ЦУ); с целеуказанием по дальности (БР с ЦУ). Расстановка стробов каналов дальности в этих двух подрежимах показана на рис.3 .  Рис. 3. Расстановка стробов в приемнике сигнала 1БДалее изображена расстановка фильтров-интеграторов в канале дальности приемника (рис.4). Полоса анализа гребенки из 36 фильтров-интеграторов составляет 90 кГц.  Рис. 4. Полоса анализа приемника обнаружения сигнала 1БДиапазон доплеровских частот, анализируемый приемником, определяется частотой настройки первого фильтра-интегратора f1ф и составляет Δfпр = fмакс. пр.– f мин.пр где fмин.пр.= f1ф; fмакс.пр.= f1ф +9 кГц;  f1ф = 7,5…73 кГц при fд.ц. ≤ 133 кГц;(7,5…73)+100 кГц при fд.ц. > 133 кГц. С учетом пределов изменения f1ф диапазон доплеровских частот, обнаруживаемых приемником, составляет от 7,5 до 163 кГц, в зависимости от скорости цели, грубо определяемой по данным целеуказания. Упрощенная структурная схема приемника приведена на рис.5. Входные сигналы приемника поступают на смеситель 2 (СМ2), который осуществляет стробирование рабочей дистанции по дальности с помощью импульса ∑Д. На смесителе 3 (СМ 3) сигнал с помощью опорного напряжения Uоп3+fд.ц. переносится (с учетом последующего преобразования на смесителе 4 (СМ4)) в полосу прозрачности гребенки фильтров-интеграторов. Далее производится разделение сигналов по двум каналам дальности, на выходе которых в 72 фильтрах-интеграторах (по 36 в каждом канале дальности) осуществляется когерентное накопление отраженных сигналов целей. Обработка сигнала в фильтрах-интеграторах и опрос каналов приемника аналогична приемнику сигнала ПТ.  Рис. 5. Упрощенная структурная схема приемника сигнала 1БОбнаружение и определение координат цели при работе сигналами 1Б и ПТ производится по результатам последовательной обработки матрицы обнаружения. Обработка осуществляется либо визуально оператором, либо автоматически цифровым устройством первичной обработки. При работе в ручном режиме матрица обнаружения отображается на индикаторах. При автоматическом режиме обработки матрицы обнаружения амплитуда каждого элемента матрицы преобразуется в цифровой код преобразователем "амплитуда-код" (ПАК). Процедура автоматического обнаружения сигналов на фоне шумов заключается в сравнении амплитуд каждого элемента матрицы обнаружения в пороговом устройстве с проверкой по критерию “два из двух” при последующем зондировании. В условиях воздействия активных помех в станции предусмотрена возможность некогерентного накопления сигналов в каждом элементе матрицы обнаружения. Функциональная схема канальной части приемного устройства обнаружения сигналов типа 1Б представлена на рис.6, временные схемы 1-й и 2-й ступеней опроса – на рис.7, 8.  Рис. 6. Функциональная схема канальной части приемного устройства обнаружения сигналов типа 1Б Рис. 7. Временная схема 1-й ступени опроса приемника сигнала 1Б  Рис. 8. Временная схема 2-й ступени опроса приемника сигнала 1Б Выводы1. В состав приемного устройства обнаружения МСНР входят три приемника: ПУО сигналов 1А, ПУО сигналов 2Т и ПУО сигналов 1Б. Приемные устройства имеют общую высокочастотную часть. Приемные устройства выполнены по схеме оптимальных обнаружителей. 2. Приемное устройство обнаружения сигналов типа 1А построено по классической схеме фильтровой обработки широкополосных ЛЧМ сигналов с помощью ДПЛЗ. В приемном устройстве сигналов 1А используются временная регулировка усиления (ВРУ) и весовая обработка для уменьшения уровня боковых лепестков, сжатого по времени сигнала. 3. Обработка сигнала 1Б в приемном устройстве осуществляется параллельным методом в двух каналах дальности с использованием фильтров-интеграторов, перекрывающих весь диапазон ожидаемых доплеровских частот. Заключение Отвечаю на вопросы, оцениваю степень достижения учебных целей занятия, ставлю задачи на подготовку к следующему занятию. Проверяю наличие литературы и даю команду на окончание занятия. |