Бакулев П.А., Сосновский А.А. - Радиолокационные системы Лабораторный практикум, страница 2

3.7. Фильтр сжатия ЛЧМ сигнала на основе линии задержки (а) и графики сигналов на ее отводах ~6) На рнс.3,7,6 показаны графики сигналов на отводах ЛЗ, а также результат суммирования сигналов. Как н в случае дисперсионной линии задержки в момент времени У~ сигналы со всех отводов суммируются в $ $ Лаб щориая работа Яо3 Щ~) = (У,(ГЩ(г), фазе. н в окрестности точки Т~ образуется короткий импульс большой амплитуды.

На остальном интервале времени амплитуда сигнала мала, .гак как сигналы с отводов суммируются с несовпадающими фазамн. Подавление боковых лепестков ФНЗС цо дальноетн. Сжатый импульс имеет значительный уровень боковых лепестков по дальности по сравнению с главным(центральным) лепестком ФНЗС. первый лепесток — 22Фо„второй — 13% и т д.

Эти боковые лепестки сжатого сигнала большой цели (имеющей большую ЭПР) могут замаскировать полезный сигнал малой цели (имеющей малую ЭПР). Для уменьшения уровня боковых лепестков применяют специаль- ные методы обработки сжатого Фп сигнала. Как следует из (3.19) и Ь1' а! (3.20), Выходной сиГнал согласо— ванного фильтра определяется только модулем спектра входно- 6 а К го сигнала, управляя которым П а '4: можно уменьшить уровень боко- вых лепестков. Сушествуют раз- % .: о личные методы управленим, одЮ~ эд нико при всех методах основная а~ задача заключается в обеспечении минимума потерь разрешающей способности и характе- О рнстик Обнаружении при максимальном уменьшении боковых лепестков ФНЗС.

Для минимизации уровня боковых лепестков ФНЗС часто пропускают сжнМ~ак маемый сигнал через устройства, имеющие АЧХ, совпадающую по 6) форме с функцией Хэмминга: яМ а~о) А(и) = и + 26соа ~ = ~,о Ь© = А+ (1- А)соа2 2Ьа где ~0,08; -0,54; ~=0,23. Процесс подавления боковых Гъ з ю ' а ~'Ь'"з лепестков поясняется рнс. 3.8. Фильтр подавления (ФП) реалнРис.З.В.Структуриаясхемафильтра зуегся на двух включенных поХзммиига (а), графики сигиалоа (6) и следовательно линиях задержки частотиаа характеристика Фильтра ® на время Ь!, трех весовых уснлн- 63 Исгледование иаражщ ов родиолжааооа ...

телах и сумматоре, При такой обработке уровень боковых лепестков уменьшается до -42,8 ДБ, основной лепесток ФНЗС расширяется примерно в 1,5 раза, а отношение сигнал/шум а падает в 1,34 раза по отношению к входному, Корреляционная обработка сжатого импульса в фазовом детекторе (Фд), который производит Операции перемножения сигналов и усреднения их произведения, позволяет уменыпить как длительность, так н уровень боковых лепестков по дальности «времени) выходного импульса (рис.3.8,а). На опорный вход ФД подается с выхода сумматора импульс Уу Я на си| нальный ВхОд импульс ба со сРеднеГО отвода линий задеРж кн фильтра поданяения. На выходе ФД Огибающие сигналов на входе и выходе фазового детектора представлены иа рис.

3.9. Расчеты показывают, что длительность выходного импульса фазОВОГО детектора уменьшается примерно в 2 раза по сравнению с длительностью импульса на выходе фильтра подавяения, Наибольший уровень (-27 ДБ) имеет первый боковой лепесток по Риа. 3.9. Огибанхцие сипиюа на ахал и выходе фазового детектора схемы имеет Отрицательную полярность~ что позволяет устранить его при дальнейшей обработке. Уровень остальных боковых лепестков не превышает — 65 дБ. Отношение сигнал/пгум а получается практически таким же, как после амплитудного детектирования импульса фильтра подавления. 32.ЛАБОРАТОРНАЯУСТАИОВКА Структурная схема лабораторной установки показана на рис.

3.10. Установка состоит из устройства формирования и сжатия ЛЧМ«сигнала (УФС), фильтра подавления боковых лепестков по дальности (ФП) н КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕрнтЕЛЬНой аППВРВТУРЫ. ДЛЯ фОРМИРОВаНИЯ ЛЧМ«СИГ- нала используется пассивный метод (см. рнс. 3.5,6). Сформированный сигнал поступает на фильтр сжатия (ФС), Сжатый импульс подается на фильтр подавления боковых лепестков (ФП), Огибающая сжатого импульса выделяется амплитудным детектором (АД) н поступает на выход 4. Второй амплитудный детектор служит для выделения огибающей сигнала с подавленнымн боковыми лепестками (выход 5). Чабораао ноя робота МЗ мула (3,21) примет вид ал = — — '(2Ф вЂ” Х(тЬ ~20)1Г ~'. 2 20 Сигнал с выхода ФП используется в качестве опорного для фазового детектора (ФД). На сигнальный вход ФД подается сигнал с выхода фильтра сжатия (ФС).

З.ЗХОЛЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ Задание 1.. Изучить способы формирования ЛЧМ-сигнала. Изучение способов формирования ЛЧМ-сигнала предполагает снятие с помошью осциллографа графиков сигналов в характерных точках лабораторной установки (точки 1 — 6 на рис. 3.10) и описание взаимодействия этих сигналов в процессе формирования и обработки требуемого ЛЧМ-сигнала.

По графику в точке 4 определяются длительности сжатого импульса т и т, девиация частоты Л~н коэффициент сжатия А, . Рис. ЗЛО. Структурная схема лабораторной установки Задание 2. Рассчитать формы огибающих сигнаие на входе и выходе фазового детеюпора и сечение функции неопределенности ~иоскостью г = О, Выполнение этого задания предполагает использование ЭВМ в диалоговом режиме и полученных в задании 1 значений девиации частоты и длительности импульса.

Расчету подлежат огибаюшие сигналов на выходе фильтра сжатия, фильтра подавления и фазового Исс 1едойойи8 нораФй~и оо радиог7окоиюра ... детектора, а также сечение функции 2(тР) плоскостью т = О, т,е, ~(О,Р). Полученные результаты следует сравнить с данными эксперимента, проведенного в задании 1. Задание 3. Определить потенциальную точность, разрлиающую способность и пределы однозначного отсчета по дальности и скорости. Выполнение этого задания предполагает использование ЭВМ. В диалоговом режиме в ЗВМ предварительно вводятся заданные преподавателем значения длины волны излучаемых зондирующих сигналов, частоты повторения импульсов, число импульсов в пачке, минимальное и максимальное отношения мошностей сигнала и шума„а также полученные ранее значения девиации частоты и длительности импульса.

Расчет потенциальной точности выполняется с использованием сечений функции неопределенности ЛЧМ-сигнала плоскостями Г = 0 (при измерении дальности) и г = 0 (при измерении скорости) и опреде- ~'Х(г) ляется соотношениями (З.В) и (3.9). Для нахождения, вершину Нг функции ~(т,О) аппроксимируют параболой 2(г,О)=1 — ат, тогда выраже» ние (3.9) для потенциальной погрешности по дальности црнмет вид стя =0,5с12дД ~~. Для вычисления параметра а необходимо задаться достаточно ма- Х(то ~201 лым значением т, например, т=го~20. При этом а- и фор(то! 20) Аналогично может быть получено расчетное соотношение для вычисления потенциальной погрешности измерения скорости. Расчет разретаающей способности также основан на использовании функций неопределенности ЛЧМ«сигнала.

На основании (3.7), (3.13) и (3.14) получаем И = с424~), Ю1'=А42т„). Оредеты однозначного отсчета определяются соотношениями (3.10): Р, <0,5сТ„, К, <0,,251Р; Следует рассчитать и построить зависимость потенциальных погрешностей измерения дальности и скорости от отношения мошностей сигнала и шума ~, лабораторная рабата МЗ ЗА.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Применительно к заданию 1: привести структурную схему лабораторной установки и графики сигналов в характерных точках этой схемы, Графики дать в последовательном порядке (один под другим) и в одном масштабе по времени.

Снабдить графики краткими пояснениями, иллюстрирующими процесс формирования и обработки ЛЧМ-сигнала. Определить длительность сжатого импульса, коэффициент сжатия и девиацию частоты ЛЧМ-сигнала. Применительно к заданию 2; дать исходные данные, расчетные соотношения и результаты расчета (в табличном и графическом виде) для огибакнцвх сигналов на выходе фильтра сжатия, фильтра подавления и фазового детектора, Пояснить назначение фазового детектора и физику процесса, который он реализует.

Рассчитать и изобразить на графике сечение функции неопределенности исследуемого сигнала плоскостью т = О. На всех графиках привести (повторить) соответствуюшие кривые, снятые при эксперименте по заданию 1, и сделать выводы при сравнении, Применительно к заданию 3: привести исходные данные„расчетные соотношения и результаты расчета потенциальной точности, разрешающей способности и пределов однозначного отсчета по дальности и скорости при использовании исследуемого ЛЧМ-сигнала. Рассчитать и построить графики зависимости потенциальных погрешностей по дальности и скоросги от соотношения мощностей сигнала и шума. Предположив, что Я соотве~ствует некоторой дальности, дать вторую шкалу (по дальности) для определения изменения точности по мере удаления цели.

Выводы должны содержать обоснование использования ЛЧМ-сигнала, иллюстрируемое сравнением точности н разрешающей способности радиолокаторов с ЛЧМ-сигналом и с простым (немодулнрованным) импульсным сигналом той же даительности. Исследование парамвправ радиаяокатара ... 7, Используя диаграммы неопределенности, поясните условие (3.10), Определяющее олиозиачность измерения дальности и скорости.

8. Какая функция получается при сечении тела неопределенности вертикальной плоскостью Г=О? 9. Какая функция получается при сечении тела неопределенности вертикальной плоскосп*ю ~0? 19. Как измеияетея лиаграмма неопределенности прямоугольного импульса при введении виутриимпульсной частотной модуляции? 11. Как формируются сигналы с внугриимпульсной частотной модуляцией? 12. Как производится сжатие частотно-модулированного сигнала? 13, Для чего и как производится подавление боковых лепестков по дальности у сжатого импульса? 14.

Для чего и где производится корреляционная обработка сжатого сигнала? 15, Как исключить или учесть скоростную погрешность при определении дальности по ЛЧМ-сигналу? 16. Какой закон ЛЧМ следует использовать при одновременном измерении дальности и скорости дОли? 17. Где проходит граница иерсдаюшси и приемной частей в лабораторной установке, схема которой показана иа рис.3.10? 1. Изучить материал раздела «Краткие сведения из теории».

2. Используя материал этого раздела и рекомендуемую литературу, подгото- ВИТЬ Отлатм К РаЗДЕЛУ «ЗаааНИЯ ДЛЯ СаМОПРОВЕРКИ». 3. Подготовить Отчетную документацию, ЛИТЕРАТУРА 1. Бабулек Л.А Рааиолокационные системы: Учебник для вузов. — М.: Радиотехника, 2004. 2.

Еакуяеа П.А. Саенааский АЛ. Радиолокационные и радионавигационные системы: Учеб. пособие для вузов. — М.; Радио и связь, 1994. ЗАДАНИЯДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Как условия Обмаружения цели зависят от энергии зондирующего сигнала? 2. От каких параметров излучаемого импульса зависит энергия зондирующего сигнала? 3. Какие параметры зондирующего сигнала определяют разрешающую способиосгь по дальности и СкорОСти и точиость измерения дальности и скорости? 4. Что такое двумерная корреляционная функция зондирующего сигнала? Каков физический смысл этой функции? %.