14.4.2.1. Неконтактные рв доплеровского типа

Доплеровские РВ имеют датчики сигнала, использующие эффект Доплера. Характерный особенностью этих взрывателей! является то, что их передатчик работает в режиме непрерывно­го излучения радиоволн с постоянной амплитудой и частотой. Принцип действия доплеровского РВ гетеродинного типа сво­дится к следующему (рисунок 14.32). Генератор высокой частоты (ГВЧ) взрывателя через передающую антенну излучает в пространство высокочастотные колебания, являющиеся зонди­рующим сигналом. Часть этого сигнала поступает на смеси­тель. Зондирующие сигналы рассеиваются в пространстве и, до­стигнув цели, отражаются от нес и, пройдя обратный путь, при­нимаются антенной и в виде сигнала . который также по­ступает на смеситель. Сигналы ГВЧ представляют собой гар­монические колебания, поэтому можно записать

(14.25)

где - амплитуда сигнала;-

- круговая частота сигнала;

- время.

Принятый отраженный от цели сигнал будет отличаться амплитудой и фазой, которая по отношению к фазе сиг­нала ГВЧ, соответствующей данному моменту времени , будет запаздывать на время, за которое радиоволны пробегают путь до цели и обратно. Следовательно, сигнал по аналогии с (10.6) будет описываться выражением

, (14.26)

где (14.27)

- расстояние до цели; _- скорость распространения радиоволн.

Так как круговая частота сигнала равна производной по времени от его фазы, то с учетом (14.27) будем иметь

(14.28)

где - скорость относительного движения цели и РВ.

Выражение (14.28 ) показывает, что частота отраженного сигнала отличается от частоты , излучаемого на величину

(14.29)

называемую частотой Доплера.

Любая частота, в том числе и , является величиной сугубо положительной, на что и указывает модуль производной в вы­ражении (14.29). Если , то есть РВ и цель сближаются, при этом . Наоборот, при удалении РВ от цели и . При частота сигнала .. Это означает, что взрыватель доплеровского типа, реагирующий на частоту, не формирует сигнал, если он движется на неизменном рассто­янии от цели. Если же это расстояние сначала уменьшается, а затем после достижения минимального значения начнет возрас­тать, то равенство нулю производной этого расстояния будет достигаться лишь в одной точке, то есть в момент минималь­ного промаха. В соответствии с (10.10) в этот же момент вре­мени п . Однако это не будет означать пропадания сигна­ла, а лишь то, что он скачком изменил свою фазу. Таким об­разом, если в датчиках сигнала доплеровских взрывателей ус­танавливать фазовые детекторы, они могут реагировать на мо­мент пролета ракетой минимального расстояния от цели. У обычных же взрывателей доплеровского типа в блоке обработ­ки сигнала выделяется сигнал частоты Доплера которая связана с круговой частотой известным соотношением . Аналогичным образом можно записать и частоту излучаемого сигнала

Учитывая также, что период излучаемых колебаний свя­зан с его частотой обратной зависимостью и что при этом величина представляет собой длину волны излучаемого сигнала., вместо 14.29) можно получить следую­щую формулу для определения частоты доплеровского сигнала:

(14.30)

Из анализа выражения (10.11) следует, что при =1м (что соответствует частоте ГВЧ ) и . Следовательно, для реальных условий сближения ракеты с целью частота Доплера является более низкой часто­той, чем частота сигнала, излучаемого передатчиком.

Рассмотрим более подробно процесс формирования рабочего сигнала, его обработку и использование при формировании команды. В смесителе происходит сложение сигналов и , поэтому результирующий сигнал в соответствии с (14.25) и (14.26) будет изменяться по закону

. (14.31)

Раскрывая косинус разности двух углов, вводя промежу­точные обозначения

; ;

; (14.32)

и выполняя преобразования, вместо выражения (14.31) будем иметь

, (14.33)

где .

Имея в виду, что параметр , сомножитель, содержащий этот параметр, можно разложить в ряд Маклорена и сох­ранить в нем первые два члена. В результате этого из (14.33) получим

. (14.34)

Это выражение показывает, что на выходе смесителя резуль­тирующий сигнал представляет собой высокочастотное колеба­ние, изменяющееся с такой же частотой ,. как и излучаемый сигнал , но отстающий or него по фазе., на. угол . Амплитуда этого сигнала модулируется гармонической функцией , меняющейся с частотой Доплера .

На выходе амплитудного детектора будет получен рабочий сигнал , изменяющийся но закону

(14.35)

где - амплитуда рабочего сигнала.

Из сравнения выражений (14.34) и (14.35) следует, что ампли­туда рабочего сигнала может быть записана в виде

(14.36)

где - постоянный коэффициент, зависящий от параметров смесителя и детектора.

Характер изменения сигналов на выходе смесителя и детек­тора приведен на рисунке 14.33. Следует подчеркнуть, что рабочий сигнал доплеровского РВ содержит информацию о дальности до цели и о скорости сближения с ней.

Рисунок 14.33 Сигналы на выходе смесителя и детектора доплеровского РВ

От дальности до цели зависит амплитуда отраженного сиг­нала . а в соответствии с (14.36) и амплитуда рабочего сигнала. Это обстоятельство позволяет осуществлять настройку, например, бомбовых РВ на заданную высоту срабатывания (рисунок 14.34).

По мере приближения взрывателя к поверхности земли амплитуда его рабочего сигнала будет возрастать и при достижении некоторого порогового значения высоте во взрывателе сформируется команда на подрыв боевой части. Если вследствие изменения отражающих свойств земли ампли­туда рабочего сигнала с уменьшением высоты будет расти бы­стрее или медленнее, то можно, изменяя величину порогового напряжения до величин или , добиться срабатывания взрывателя на одной и той же высоте ..

От скорости сближения РВ с целью зависит частота рабо­чего сигнала . В таком случае блок формирования команды может управляться от инерционных цепочек (рисунок 14.32).

Рисунок 14.35. Поверхности реагирования и срабатывания РВ

Рабо­чий сигнал после усиления и ограничения по амплитуде посту­пает на цепочку, на выходе которой формируется нап­ряжение, пропорциональное количеству положительных полу­волн сигнала частоты Доплера. Настройка блока формирования команды осуществляется таким образом, чтобы он срабатывал в момент прихода ой полуволны ( =2, 3, 4, ...), частоты ра­бочего сигнала. Таким образом инерционная цепочка с блоком формирования команды собирается по схеме счетчика им­пульсов.

Отрезок времени от момента появления доплеровского сигнала до момента срабатывания блока формирования коман­ды определяет инерционность взрывателя. Поэтому для сигна­ла с известным периодом колебаний будем иметь

(14.37)

Первый сигнал формируется в момент «касания» цели внутренней поверхности диаграммы направленности приемной антенны, имеющей, как правило, воронкообразную форму (рисунок 14.35). Такая форма диаграммы направленности обеспечи­вает круговой обзор пространства вокруг ракеты. Из рисунка 14.35 следует, что

, (14.38)

где - модуль вектора относительной .скорости ракеты и цели;

- угол, который составляет с продольной осью ракеты главный максимум диаграммы направленности приемной антенны.

Имея в виду, что , используя выражения (10.11) и (10.19), вместо (10.18) запишем

, (14.39)

Видно, что при прочих равных условиях инерционность взрывателя будет зависеть от относительной скорости ..

Кроме инерционности взрывателя момент времени его срабатывания , отсчитываемый от появления первого им­пульса частоты Доплера, будет зависеть также от времени _t формируемого блоком задержки. Учитывая, что выражение (10.20), будем иметь

. (14.40)

Это выражение показывает, что с точки зрения формирова­ния требуемого времени задержки доплеровские РВ являются самонастраивающимися. В самом деле, время задержки , при скорости определяет смещение поверхности срабаты­вания взрывателя относительно поверхности реагирования .