典型外差式收发机(简称外差机)引信原理框图如图4-7(a)所示,它由收、发两副天线构成。外差式收发机引信具有工作机理清晰、引信辐射功率和灵敏度可单独设定、电路调试方便、引信性能优越等特点。但在常规弹药中使用时,由于受结构、体积等制约,特别是两副天线在弹上设置相当困难,因此在小型弹上实际应用不多。
图4-7 外差式连续波多普勒无线电引信原理框图
(a)收发天线独立;(b)收发天线共用
随着电子技术水平的发展,引信工作频率的提高,微波单片集成收发前端在引信中逐渐得到使用,使得外差机同样可以用单一天线结构。图4-7(b)所示为此类引信的原理框图,该引信具有单天线,但接收回路和发射回路相对独立。图中振荡器信号输出至定向耦合器,定向耦合器将一部分能量耦合到环形器,经天线向空间辐射;同时又将另一部分能量耦合到混频器,作为混频器的本振信号。当通过天线辐射的信号被目标或各种无源反射体反射时,由于存在相对运动,天线接收的回波信号频率与振荡器频率相差一个多普勒频率。回波信号经环形器进入混频器,与本振信号混频,混频后信号经多普勒选通滤波,取出多普勒信号。同样,根据多普勒信号的特征参量,经信号识别与处理,推动执行级输出引信点火脉冲。
一、作用距离
设空中目标为点目标,某瞬时引信与目标的相对位置如图4-2所示。由式(4-13)和式(4-14)可得引信天线处反射波功率通量密度:
接收机(混频器)输入端功率为
式中,Ae为接收天线的有效面积。
将式(4-38)和式(4-40)代入式(4-39)得
设接收机功率灵敏度为PS,即引信输出点火脉冲时混频器所需的最小输入功率。令PA=PS,即得作用距离公式为
也可以用低频启动灵敏度Ud0来表示。低频启动灵敏度是使引信执行启动所需的混频器输出的最小电压,它与功率灵敏度之间的关系为(www.daowen.com)
KCM数值一般在,由实验确定,因此式(4-42)变为
可见,增大引信辐射功率和提高引信接收机的灵敏度,都会使作用距离增加。
二、炸高公式
同理,根据图4-4弹丸与地面交会情况,可得到引信接收机(混频器)输入端功率为
令PA=PS,即得炸高公式为
同样,也可用低频启动灵敏度Ud0表示为
可见,增大引信辐射功率和提高引信接收机的灵敏度都会使炸高增加。
观察式(4-41)和式(4-45),引信接收机接收到的反射功率与距离R(或H)的关系不同,前者,后者。这是因为随着分布目标(如地面)高度增加,有效照射面积也在增加,对因高度增加造成反射功率的降低有一定程度的补偿。对点目标(集中目标),当距离增加时,照射面积并不改变。这个结论说明,对集中目标的反射应该有所区分。当弹目距离较远时,引信接收机接收的辐射信号功率与距离的四次方成反比;当弹目距离较近时,集中目标将显示出分布目标特性,引信接收机接收的反射功率,从与距离的四次方成反比逐步向与距离的平方成反比接近。对以目标信号的幅度和增幅速率为主要特征量的引信来说,该结论具有很好的设计指导意义。
综上所述,由式(4-17)和式(4-20)可知,多普勒信号的幅度和频率包含弹目距离R、交会角β、弹目接近速度vR等信息;同样由式(4-23)和式(4-27)可知,多普勒信号的幅度和频率含有引信对地之间的高度H、角度φ、弹目接近速度vR等信息,但事实上很难准确提取这些参数。因为其中与目标和引信有关的参数,如目标雷达截面积、引信灵敏度、与交会角或落角有关的天线方向性函数、地面反射系数等都是不确定值,这也正是连续波多普勒体制无线电引信作用距离或炸高散布大的主要原因。连续波多普勒体制无线电引信原则上不具备精确的测距能力、测角能力和速度鉴别能力。
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