УЧЕБНИК САРП100

турной схемы рис. 6.2 имеется в процессоре первичной обработки информации.

6.5. Измерение текущих значений координат целей и скорости движения целей

В главе IV приведены структурные схемы следящих систем с астатизмом 2-го порядка, которые позволяют измерять прямоугольные координаты цели Xц , Yц без скоростных погрешностей, а также скорости изменения координат цели υцx,

υцy.

В современных средствах автоматической радиолокационной прокладки (САРП) цифровых РЛС следящие стробы устанавливаются на отраженные сигналы, принятые от целей, вручную или автоматически.

После установки стробов сопровождение сигналов во времени производится автоматически с помощью следящих систем. Каждая последующая оценка координат и скорости при новом обороте антенны РЛС производится программным путем на основе предыдущих результатов измерений. Смещение следящих стробов по результатам оценок осуществляется с помощью цифровых фазовращателей с заданной величиной дискрета.

Число одновременно работающих следящих систем в современных компьютерных индикаторах исчисляется десятками. Быстродействие и объемы памяти современных процессоров позволяют практически не ограничивать число одновременно работающих следящих систем.

6.6. Оценка результирующей погрешности измерения дистанции до цели

Дистанция до цели D определяется путем измерения временного интервала между началом излучения зондирующего импульса и началом прихода отраженного сигнала от цели. Временной интервал обычно замеряют в микросекундах T (мкс). Тогда, чтобы получить D в метрах, величину T (мкс) умножают на 150, а чтобы получить D в милях – умножают на коэффициент 0,08.

181

Суммарная погрешность измерения дистанции D зависит от шумовых и инструментальных погрешностей измерений.

Погрешностью, связанной с изменением скорости распространения радиоволн, можно пренебречь.

Шумовые погрешности зависят от величины отношения сигнал/шум на выходе детектора приемного устройства, инструментальные погрешности – от разрешающей способности индикатора и периода счетных импульсов, используемых для измерения дальности.

Кроме того, на величину погрешности измерения дистанции влияет килевая качка судна. Эту погрешность нельзя не учитывать при измерении дистанции до близко расположенных от суднацелей.

Погрешности измерения дистанции существенно отличаются при визуальном измерении дистанции (с помощью электронного маркера, совмещаемого с отображением цели на экране ЭЛТ) и при автоматическом измерении (с помощью полустробов следящей системы за временным положением отраженных зондирующих импульсов).

При визуальном измерении максимальная погрешность измерения дистанции D до цели определяется средним чис-

лом пикселей N2пикс на измеряемой дистанции D:

D =		2	D	.	(6.2)
	N пикс

Здесь N пикс – среднее число пикселей по горизонтали и вертикали на эффективном диаметре ЭЛТ.

Взависимости от тоннажа судна (см. главу VIII) судовые РЛС имеют разную дальность и разные характеристики визуальных индикаторов.

Вглаве VIII, табл. 8.6 приведены основные характеристики судовых РЛС для судов разной валовой вместимости.

Табл. 6.1 по сравнению с табл. 8.6 является упрощенной и содержит лишь данные, необходимые для анализа погрешности измерения дистанции.

182

Таблица 6.1

	РЛС для судов			Число пиксе-	Среднее число
		Максимальная	Эффективный	лей на эф.
	с валовой	дальность	диаметр экра-	диаметре ЭЛТ	пикселей на
	вместимо-	РЛС,	на ЭЛТ,	по горизонта-	эф. диаметре
	стью,
		м. м.	мм	ли/вертикали,	ЭЛТ, N пикс
	т
				Nпикс
	до 150	48	100…140	481/640	500
	150…1000	96	180…205	1024/1200	1000
	1000…10000	120	250	1024/1200	1000
	10000 и более	120	340	1024/1200	1000

В табл. 6.2 приведены результаты расчета с помощью выражения (6.2) максимальных погрешностей визуального

измерения дистанции	Dmax,1	для разных видов РЛС на мак-
симальных дистанциях	(см.	табл. 6.1) и		погрешностей
Dmin,1 на дистанции D =1,5м.м.
Таблица 6.2
РЛС для судов с валовой вместимостью,			Dmax,1, м		Dmin,1, м
т
До 150			350		10
150…1000			350		5
1000…10000; 10000 и более			450		5

Погрешность измерения дистанции зависит также от интервала дискретизации измеряемой дистанции.

Частота следования импульсов дискретизации на малых дистанциях выбирается около 10 МГц, на больших дистанциях

– около 1 МГц.

Отсюда максимальная погрешность измерения дистанции из-за конечного периода дискретизации составляет:

на больших дистанциях – около 1 мкс, что соответствует

Dmax,2 =150м;

на малых дистанциях – около 0,1 мкс, что соответствует

Dmax,2 =15м.

Если антенна РЛС установлена на высоте h по отношению к оси бортовой качки судна (судно имеет угол крена Т), то антенна будет иметь некоторый вынос в сторону накрененного

183

борта (h sinT), что приводит к появлению дополнительной погрешности:

D3 = h sinT sinαц ,

(6.3)

где αц – азимут на цель.

Максимальная величина погрешностей соответствуют азимутам αц , равным 90о и 180о.

При качке судна с углом крена T = ±100 , если h =15м, максимальное значение погрешности будет

Dmax,3 = ±15sin10o = ±2,6м.

Распределение вероятности рассмотренных выше погрешностей подчиняется равновероятностному распределению в

пределах ± 0,5 Dmax .

Для равновероятностного закона распределения погрешностей в пределах ± 0,5 D среднеквадратическая погрешность, как известно, определяется величиной:

	σD =	D	.	(6.4)
		12

Результаты расчета максимальных погрешностей в среднеквадратические при визуальном измерении дистанции с помощью электронного маркера сведены в табл. 6.3; 6.4; 6.5.

Расчет погрешностей производился с помощью выражений:

σ1 =	Dmax,1	; σ1	=		Dmax,2	; σ1 =	Dmax,3	;
	12				12		12
	σсум =		σ12		+σ22	+σ32 .

При измерении дистанции автоматически с помощью полустробов следящей системы среднеквадратическая погрешность измерения временного положения импульса (им-

184

Таблица 6.5

пульс с прямоугольной формой огибающей длительностью τи ) определяется выражением (4.24).

Таблица 6.3

РЛС для судов валовой вместимостью до 150 т

	Измеряемая	Составляющая СКВ погрешности			Суммарная СКВ
					погрешность
	дистанция
	м. м.	σ1 , м	σ2 , м	σ3 , м	σсум , м
				0,74
	48	101	43,2		110
	1,5	2,88	4,3	0,74	5,2

Таблица 6.4

РЛС для судов валовой вместимостью до 150…1000 т

	Измеряемая	Составляющая СКВ погрешности			Суммарная СКВ
					погрешность
	дистанция
	м. м.	σ1 , м	σ2 , м	σ3 , м	σсум , м
				0,74
	96	101	43,2		110
	1,5	1,44	4,3	0,74	4,6

		РЛС для судов валовой вместимостью до 10000 т
Измеряемая			Составляющая СКВ погрешности					Суммарная СКВ
дистанция								погрешность
м. м.			σ1 , м	σ2 , м	σ3 , м			σсум , м
120			130	43,2	0,74			137
1,5			1,44	4,3	0,74			4,6
На максимальной дальности примем τи						= 1 мкс; q2 = 10.
Тогда στ	= 0,014мкс, что соответствует σ1					= 2,1м.
На минимальной дальности примем τи = 0,1 мкс; q2 = 100.
Тогда στ	= 0,000141мкс, что соответствует σ1						= 0,02м.

Погрешности σ2 ,σ3 при автоматическом измерении ос-

таются те же.

В табл. 6.6 по аналогии с табл. 6.3–6.5 приведены составляющие погрешностей и суммарные погрешности при автоматическом измерении дистанции до цели.

185

Эти погрешности не зависят от разрешающей способности индикаторов и одинаковы для всех видов РЛС.

Таблица 6.6

РЛС для судов любой валовой вместимости

Измеряемая	Составляющие СКВ погрешности			Суммарная СКВ
дистанция,				погрешность
м. м.	σ1 , м	σ2 , м	σ3 , м	σсум , м
48…120	4,2	43,2	0,74	43,4
1,5	0,04	4,3	0,74	4,36

На больших дальностях основной вклад в величину суммарной погрешности вносит инструментальная погрешность из-за большой величины дискрета счетных импульсов. Если частоту счетных импульсов увеличить на порядок, то почти на порядок уменьшилась бы и суммарная погрешность.

Суммарная погрешность измерения дистанции в современных судовых РЛС (по приведенным техническим характеристикам) составляет 0,8…1% от максимальной дальности на используемой шкале дальности или непосредственно выражается в метрах. Так как оценки погрешностей, выраженные в процентах от дальности и в метрах не совпадают, то принято погрешность определять, например, в виде «0,9% от максимальной дальности на используемой шкале дальности или 8 м, что больше».

На шкале дальности 0,25 мили погрешность 0,9% от дальности составляет 4 м. Это значит, что на этой шкале погрешность следует оценивать величиной не 4 м, а 8 м.

На шкале 96 миль погрешность 0,9% составляет 1600 м. Именно эта погрешность, а не 8 м должна характеризовать суммарную величину погрешности на этой шкале.

По сравнению с приведенными выше расчетными величинами, указанная погрешность является завышенной.

6.7. Оценка погрешности измерения азимута на цель

Результирующая погрешность измерения азимута на цель зависит от величины отношения сигнал – шум на выходе детектора приемника, ширины диаграммы направленности антенны в азиму-

186

тальной плоскости, точности передачи угла поворота антенны вустройство индикации, скорости вращения антенны, амплитуды бортовойкачкисудна.

Истинная величина пеленга на цель определяется значением азимута в момент времени, соответствующий середине пачки импульсов. Это время соответствует моменту, когда направление на цель совпадает с осевой линией диаграммы направленности антенны.

Определить момент времени, соответствующий середине пачки импульсов, учитывая, что импульсы промодулированы по амплитуде диаграммой направленности антенны, возможно лишь с погрешностью (с учетом шумов, искажающих форму пачки импульсов).

Потенциально достижимая минимальная величина среднеквадратической погрешности измерения азимута определяется выражением (4.26).

В наихудшем случае распределение вероятности погрешности измерения азимута имеет прямоугольное распределение в интервале ±αг /2 (αг – ширина диаграммы направленности антенны в азимутальной плоскости).

Для судовых антенн выбирают αг = 2о. Среднеквадратическая погрешность определения азимута

на цель при равновероятностном распределении погрешности определится в виде

	σa,1 =	αг	=	2	= 0,6o .
		12		12

Аналоговое значение углового положения антенны в современных цифровых судовых РЛС преобразуется в цифровую форму для ввода в компьютерное устройство индикации.

Чаще всего для преобразования угла поворота антенны используются 12 или 13-битовые преобразователи угол – код (как правило, код Грея).

Величина дискрета для 12-битового кодирующего устрой-

ства имеет величину 360o = 0,09o .

4096

187

Использование такого преобразователя вносит максимальную погрешность ±0,045о и среднеквадратическую погрешность (при равновероятностном распределении погрешности)

σa,2 = 2 0,04512 = 0,026o .

При нахождении антенны РЛС на высоте h по отношению к оси бортовой качки судна, если судно имеет угол крена Т, фактическое мгновенное место антенны отвечает зависимости h sin T . В данном случае, при определении направления на цель, находящуюся на дистанции D от судна, будет некоторая угловая погрешность параллакса, величина которой зависит от высоты установки антенны, угла крена и расстояния до цели.

Эта погрешность может быть рассчитана по формуле:

e(град) =	± 57,3h sinT cosαц	.	(6.5)
	D

Если h = 15 м; D = 1,5 м. м. = 2780 м; Т = 10o, то при

αц = 0o и 180о получим e = ±0,2o .

При равновероятностном распределении погрешности в рассматриваемом случае получим:

σa,3 = 2 ×120,2 = 0,1140 .

Суммарная среднеквадратическая погрешность определения азимута на цель определится в виде:

σа,сум = σa2,1 +σa2,2 +σa2,3 ≈ 0,6o .

При визуальном определении азимута цели погрешность отображения азимута зависит от размеров пикселя n и эффективного диаметра Dэф ЭЛТ. Максимальная погрешность визуального отображения азимута цели Δα на максимальной дистанции определяется выражением:

188

	α(град) =			57,3Δn .		(6.6)
				D
				эф
Размеры пикселей в зависимости от Dэф и							пикс приведены
						N
в табл. 6.7.
Таблица 6.7
Dэф, мм		N	пикс				n, мм
140	500					0,28
180	1000					0,18
250	1000					0,25
340	1000					0,34

Результаты расчета максимальной погрешности измерения азимута цели при визуальном определении приведены в табл. 6.8.

Таблица 6.8

Dэф, мм	140	180	250	340
Δα, мм	0,11	0,057	0,057	0,057

Электронный визир направлений по требованию ИМО должен обеспечивать измерение направления на цель с максимальной погрешностью ±1о. Результаты сравнения этой погрешности с данными, приведенными в табл. 6.8, показывают, что результирующая максимальная погрешность визуального определения азимута цели лежит в пределах ±1о.

По приведенным техническим характеристикам судовых РЛС разных видов. погрешность измерения азимута оценивается приведенной величиной ±1о.

6.8. Погрешность измерения координат цели

Обозначим суммарную среднеквадратическую погрешность измерения дистанции σ D , а суммарную

189

среднеквадратическую погрешность измерения азимута на цель σa .

С учетом соотношений (6.1), получим среднеквадратическую погрешность измерения координат цели в виде

σ x =	σ D2 sin2 α + D2σa2 cos2 α ;
σ y =	σ D2 cos2 α + D2σa2 sin2 α .	(6.7)
Погрешности измерения координат X, Y коррелированы.
Функция взаимной корреляции погрешностей
K XY = (σ D2 − D2σa2 )sinα cosα .		(6.8)
В приведенных выше соотношениях σa (рад).

Контрольные вопросы

1.Назовите преимущества РЛС с размещением приемопередатчика в сканирующем устройстве.

2.Чем отличается «сырое» изображение от синтезированного изображения?

3.Назовите преимущества многоуровневых квантователей перед бинарными квантователями в устройствах обнаружения целей.

4.Какие функции выполняют регистр дальности, регистр промежуточного результата и регистр результата?

5.От каких факторов зависит суммарная погрешность измерения дистанции и азимута в РЛС?

6.Чему равна суммарная погрешность измерения дистанции и азимута в современных судовых РЛС?

190