книги из ГПНТБ / Васильев Г.А. Повышение эффективности комплексной автоматизации

ет оптимальное значение параметра х, которое опреде­ ляется выражением:

Как показано в гл. 5, эмпирические формулы, описы­ вающие траектории минимумов функций числовых ха­ рактеристик линейной ошибки, при а = а0пт могут быть

мененную для секторного разложения нулевого типа, со­ вершенно аналогичным образом можно получить выра­ жение оптимальных значений параметра к для всех вве­ денных в рассмотрение типов разложений. Вследствие того, что коэффициенты а, b и с в формулах (5.55) и (5.56) постоянны, оптимальные значения параметра х не зависят от типа разложения и во всех случаях выра­ жаются формулой (6.12).

Формулу потенциальной разрешающей способности на основе результатов, изложенных в предыдущем парагра­

Эти выражения справедливы при у=уопт-

Значение параметра y,=AD/Adi должно быть выбра­

При х = х 0пт потенциальная точность может быть до­ стигнута в результате выбора стандарта разложения, для которого выполняются условия а = а 0пт и §=|о п т- В этом случае функция сго(у) достигает минимум-мини- морума, так как ее минимизация осуществляется по па­ раметрам I и х. Вычислив аргумент у=уточн=<*опт^одт> можно определить разрешающую способность

Mo(tl) =Рк-Мо (у = уТочн),

соответствующую потенциальной точности.

При х = 1 может быть осуществлена минимизация функции jWo( y )> ч т о соответствует потенциальной разре-

181

шающей способности. В то же время минимизация функ­ ции сто (а, |) может быть выполнена только по параметру а в результате выбора соответствующего коэффициента шумового воздействия. Вследствие этого минимум-мини- морум функции оо(у) не может быть достигнут.

В процессе проектирования системы необходимо вы­ брать значение параметра х. Для этого определив ин­ тервал значений параметра к по формуле (6.14), возь­ мем x = x i из этого интервала и вычислим соответствую­ щее ему значение коэффициента шумового воздействия

5, = 2 /ЗзшИ./'Ск,

принимая во внимание, что tb= tk/xi. По формуле (5.6) найдем минимальное значение функции по(а, £i) и соот­ ветствующее ему значение аргумента а. Вычисления мо­ гут быть значительно упрощены, если для этого восполь­ зоваться формулами (5.8) и (5.9), которые описывают траекторию минимума функции по (a, £). Предварительно преобразуем эти формулы, подставив в них | = & и х =

= x t:

сто (a, £) при выбранном значении х = хь После этого вы­ числим значение аргумента yi — ctom/xi и найдем по фор­ муле (6.2) значение функции Mo(yi).

Выбирая значение параметра х из интервала (1, х0пт) при параметрах тк и Пш, отвечающих выбранному кана­ лу связи, можно указанным способом получить харак­ теристики min по (a, S(x)) иМо(у, к). Такие характеристи­ ки для двух значений отношения тк/пш даны на рис. 6.4. Как видно, при х = 1 функция М0(у, х) достигает мини­ мального значения, а при х = х0Пт имеет место минимумминиморум функции По(а, 1). Увеличение отношения Тк/аш приводит к увеличению интервала (1, х0Пт), а так­

довательно, с ростом отношения тк/пш увеличивается раз­ ница в выборе параметров системы, необходимых для дсстижения потенциальной точности и потенциальной разрешающей способности. Это определяет сложность

182

выбора компромиссных соотношений между ха­ рактеристиками по точно­ сти и по разрешающей способности в процессе проектирования системы.

Следует отметить, что все основные закономер­ ности, имеющие место при выборе соотношений по точности и разрешающей способности для разложе­ ния нулевого типа, оста­ ются справедливыми для всех типов разложений. Точно так же для всех ти­ пов разложений остается справедливым принцип взаимного обмена харак­ теристик точности и раз­ решающей способности.

6.4. Вероятность пропуска целей при передаче

Рассмотрим вопрос, связанный с пропусками переда­ чи информации, которые вызваны ограничением количе­ ства элементов разложения и количества передаваемых элементов зоны обзора.

Пропуски в передаче информации могут возникать в том случае, если две или более отметки от целей по­ падают внутрь одного и того же элемента разложения. При этом цели не могут быть разрешены, так как пере­ дающая часть системы формирует и передает один сиг­ нал, временное положение которого соответствует данно­ му элементу разложения.

Использование для передачи сигналов длительностью тк, которые в х раз превышают длительность одного эле­ мента разложения тв, позволяет также в х раз сократить пропускную способность канала связи, необходимую для передачи радиолокационной информации. Однако при этом существует принципиальная возможность появле­ ния пропусков в передаче преобразованных сигналов от целей, находящихся в пределах элемента разрешения.

183

Поясним механизм возникновения пропусков, предпо­ лагая, что система не обладает способностью запоминать преобразованные координаты целей. Пусть одна из це­ лей, имеющихся в пределах зоны обзора, попадает в не­ который элемент разложения с номером i. После окон­ чания процесса преобразования сигнала от цели, кото­ рый для каждого элемента разложения занимает время Те, начинается процесс передачи сформированного сиг­ нала. Длительность этого процесса равна тк = хтв. При этом все х элементов разложения, включая t'-й, образу­ ют элемент разрешения. В течение времени тк одновре­ менно с передачей происходит процесс преобразования сигналов, которые могут находиться в следующих за t'-м (х—1) элементах разложения. Если в пределах элемен­ та разрешения найдутся элементы разложения, несущие информацию о наличии целей, происходит формирование соответствующих преобразованных сигналов. Однако эти сигналы не могут быть переданы на приемную часть системы, поскольку канал связи занят передачей сигна­ ла, принадлежащего t-му элементу разложения. Таким образом, в результате ограничения разрешающей спо­ собности системы существует отличная от нуля вероят­ ность пропуска сигналов от целей.

Для оценки качества передачи радиолокационной ин­ формации необходимо вычислить вероятность пропусков целей и указать ее связь с параметрами системы. Нач­ нем рассмотрение этого вопроса с секторного разложе­

50 = Д{уЭ2/2 — площадь сектора разложения.

Вероятность попадания цели в элемент разрешения может быть выражена аналогичным образом:

Poi = ASoi/So,

где AS„i — ДроД<2о м — площадь элемента разрешения,

примыкающего к t-му элементу разложения. В дальней­ шем будем предполагать, что вероятность попадания в элемент разрешения двух и более целей является ве-

184

личиной более высокого порядка малости по сравнению с Рои поскольку обычно Лн'С 1.

Вероятность пропуска цели за счет ограниченной раз­ решающей способности 7-го элемента разрешения равна вероятности попадания цели в этот элемент разрешения при условии, что прежде другая цель попала в г-й эле­ мент разложения. Таким образом, выражение

Ршг = PoiPoi = 4 Д ^ кгID*

представляет вероятность пропуска цели в i-м элементе разрешения. Однако на практике качество работы систе­ мы удобно характеризовать средней вероятностью про­ пуска целей. Эта характеристика может быть получена в результате усреднения Рот по всем возможным значе­ ниям:

Средняя вероятность пропуска вычислена в предполо­ жении, что По~>%.

Предположим, что передача информации осуществ­ ляется по каналу связи с шумом и что тип разложения выбран из условий достижения потенциальной точности. Тогда количество элементов разложения .по дальности определяется выражением

Для оптимального значения коэффициента х получена формула (6.12). Подставив (5.7), (5.9) и (6.12) в (6.15),

получим среднюю вероятность пропуска цели для систе­ мы, обладающей потенциальной точностью:

Рот=1,2т„/7’обз. (6.16)

Среднюю вероятность пропусков для системы, опти­ мальное разложение которой определено для условия потенциальной разрешающей способности, получим из

(6-15) при х = 1 и у = а=1,4. Имеем

1 8 5

Таким образом, среднее количество пропусков целей определяется соотношением между длительностью пере­ даваемых сигналов и периодом обзора РЛС. Вероятность пропусков возрастает в пять раз при переходе от разло­ жения, оптимального по точности, к разложению, опти­ мальному по разрешающей способности.

Рассмотрим вопрос о вероятности пропуска целей для секторного разложения третьего типа. Вероятность по­ падания цели внутрь элемента разложения с номером i равна

р 3г= 2Дс?з i/D2 при kn3< i < l n 3\

p3i = Ad23i/D2 при ln3< i < ti3.

Аналогичным образом получаем вероятность попадания цели внутрь элемента разрешения, примыкающего к t-му элементу разложения:

P 3i — 2M 32 xi[Ds при kn3< i < 1п3\

Р3г = Ad23xijD* при ln3< i < n 3— и.

Средняя вероятность пропуска целей при использовании секторного разложения третьего типа равна

= ^ - (1 + 1 3- 2k1).

(6.18)

Получим выражение для средней вероятности пропу­ сков целей при передаче радиолокационной информа­ ции по каналу связи с шумом при условии, что разложе­ ние выбрано оптимальным по точности. Для этого в фор­ муле (6.18) выразим Пз и к через их значения, взятые из выражений (4.27) и (6.12). При этом полагаем, что общее количество элементов разложения выбрано опти­ мальным в соответствии с формулой (5.57) и оптималь­ ное значение аргумента определено выражением (5.54),

ссолт = 3 (1- /г 2) (1 0,371) / (2—I—/г) (1 + Р - 2 Щ .

1§6

Г л а в а с е д ь м а я

ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ПЕРЕДАЧИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ

Методы автоматической передачи радиолокационной информа­ ции используются при создании систем управления воздушным дви­ жением, при создании систем морской навигации, в системах воен­ ного назначения, в системах сбора и обработки метеорологической информации и др. Сообщения о создании систем автоматической передачи радиолокационной информации начали появляться в на­ учно-технической литературе в начале 60-х годов [13, 51—54], хот? разработка проблемы началась значительно раньше. Методы, по^ ложенные в основу создания автоматических систем, описаны и классифицированы в работах [18, 25], а также в гл. 1 настоящей книги.

создание автоматических систем, использующих узкополосные кана­ лы связи. Публикации о создании новых оистем появляются в пе­ риодической печати до настоящего времени, что указывает на ин­ тенсивную разработку проблемы автоматической передачи радио­ локационной информации по узкополосным каналам связи не только в США и ФРГ, но также в Англии, Франции, Канаде, Голландии, Швеции, Японии и других странах (56—59].

Статьи, посвященные названной проблеме, содержат обычно опи­ сание принципов действия системы, методов и средств ее техни­ ческой реализации (электронно-лучевые трубки, ультразвуковые ли­ нии задержки, цифровые интеграторы и т. п.), а также включают иногда результаты испытаний. Как правило, отсутствует теоретиче­ ское обоснование выбранных структурных параметров системы, либо содержится элементарный анализ, основанный на подсчете количества элементов разложения зоны обзора и сопоставлении полученных результатов с пропускной способностью канала связи {11, 16, 19, 21, 60], либо изучаются частные вопросы, не охватываю­ щие всей проблемы в целом [17, 55].

Рассмотрим в данной главе основы технической реализации ряда описанных в литературе систем автоматической передачи радиоло­ кационной информации по узкополосным каналам связи. На основе теории, изложенной в предыдущих главах, дадим примеры инженер­ ных методов анализа их характеристик и синтеза оптимальных па­ раметров при заданных исходных условиях. Приведенные примеры изложены для того, чтобы показать методику решения широкого

188

круга задач, возникающих в процессе проектирования систем. Од­ нако следует особо подчеркнуть, что примеры анализа и синтеза систем выполнены с точки зрения изложенной теории линейных оши­ бок и, вероятно, не учитывают ряда факторов, реально принимае­ мых во внимание при проектировании рассматриваемых систем.

Начнем рассмотрение вопросов технической реализации и про­ ектирования систем с анализа характеристик каналов связи, исполь­ зуемых для передачи радиолокационной информации.

7.1. Каналы связи для передачи радиолокационной информации

Создание и использование аппаратуры передачи радиолокацион­ ной информации должно базироваться на использовании существую­ щей сети каналов связи. В настоящее время наиболее развитыми являются сети телефонных каналов, но в ряде случаев используются каналы с полосой пропускания в десятки и сотни килогерц {19, 59].

Вопросы передачи данных по каналам связи достаточно полно освещены в литературе {35—38, 55, 61]. Для передачи радиолока­ ционной информации могут быть использованы проводные каналы связи, радиорелейные каналы, абонентские линии, воздушные линии и каналы, образованные комбинацией этих средств. Стандартные телефонные каналы имеют полосу пропускания 300—3 400 Гц и наиболее пригодны для передачи информации. Существует доста­ точно большое количество телефонных каналов с полосой пропу­ скания 300—2 700 Гц. Эти каналы также могут быть использованы для передачи при некотором снижении точности и разрешающей способности передаваемой информация.

Телефонные каналы подразделяются на коммутируемые и не­ коммутируемые. Передача радиолокационной информации в целях решения задачи оперативного управления в ряде случаев должна производиться круглосуточно на протяжении длительных периодов времени. Поэтому с организационной и технической точек зрения целесообразно использование для передачи некоммутируемых кана­ лов связи. Как правило, некоммутируемыё каналы имеют большую полосу пропускания, меньшее групповое время замедления и мень­ шее остаточное затухание, чем коммутируемые каналы. Уровень шумов и помех в некоммутируемых каналах ниже, а стабильность характеристик выше, чем в коммутируемых, что позволяет полу­ чить более высокое качество передачи информации при более вы­ сокой скорости.

Телефонные каналы, предназначенные для передачи данных, должны удовлетворять требованиям Министерства связи СССР [62] и рекомендациям МКК’Г {63] по нормам на полосу пропускаемых частот, групповое время замедления, остаточное затухание, нелиней­ ность амплитудной характеристики, уровень помех, расхождение ча­ стот и др. Типовые характеристики канала связи: остаточное зату­ хание, групповое время замедления и коэффициент усиления — по­ казаны на рис. 7.1,0 -— в. При передаче данных, кроме того, должны учитываться следующие параметры каналов связи, приводящие к по­ явлению сшибок, интенсивность кратковременных перерывов, интен­ сивность импульсных помех, скачкообразные изменения уровня и фазы принимаемого сигнала, а также характер фазовых искаже­ ний.

189