Занятие 1.4 (Все занятия с презентациями)

Занятие 1.4 «Способы определения несущей частоты сигналов »

Цель: изучить способы определения несущей частоты сигналов разведываемых РЭС

Вопросы:

1. Поисковые способы определения несущей частоты

2. Беспоисковые способы определения несущей частоты

Несущая частота f_С разведываемых РЭС представляет второй по важности параметр, подлежащий определению станцией РТР. Особенность определения f_С состоит в необходимости анализа широкого диапазона частот при ограниченном времени t_Р разведки. Поэтому одна из основных характеристик разведывательного приемника – диапазон Df_Р разведываемых частот: Df_Р = f_{Р тах} - f_{Р тin} , где f_{Р тах} , f_{Р тin} – максимальная и минимальная разведываемые частоты.

Просмотр диапазона Df_Р может производиться поисковым, беспоисковым или комбинированным способами.

1. Поисковые способы определения несущей частоты

Поисковый способ определения f_С заключается в последовательном по времени просмотре диапазона Df_Р. Механизм реализации способа показан на рис. 1, где Df_ПРМ – ширина полосы пропускания приемника станции РТР; Т_ПРМ – период перестройки частоты приемника; t_{ПРМ f} – время перестройки приемника на величину Df_ПРМ (время, в течение которого разведываемый сигнал может наблюдаться на выходе приемника).

Рис. 1

Очевидно, что с увеличением времени t_{ПРМ f} = Т_ПРМ Df_ПРМ /Df_Р, детальность анализа сигнала и, соответственно, достоверность определения его частоты возрастают. Однако расширение полосы Df_ПРМ приемника ухудшает его разрешающую способность по частоте и точность ее определения, а увеличение периода Т_ПРМ уменьшает число циклов поиска за время разведки.

В зависимости от соотношения параметров Df_ПРМ , Df_Р и Т_ПРМ возможны гарантированный (медленный или быстрый) и вероятностный (со средней скоростью) поиски по частоте.

Медленный поиск характеризуется следующими требованиями к параметрам:

- время t_{ПРМ f} перестройки приемника должно быть не менее

t_{ПРМ f} N Т_П,

где N – минимально необходимое число входных импульсов для измерения несущей частоты (зависит от принципа построения выходного устройства разведывательного приемника и может составлять от 1 до 10); Т_П – период повторения входных импульсных сигналов;

- период Т_ПРМ перестройки частоты не должен превышать времени t_ОБЛ облучения станции РТР сигналами обзорной РЛС

Т_ПРМ < t_ОБЛ =q_0,5С Т_С /2 ,

т.е.

t_ОБЛ (Df_ПРМ /Df_Р) t_{ПРМ f} N Т_П.

Обычно ширина полосы приемников при таком поиске Df_ПРМ = (0,01…0,1)Df_Р.

Недостатки:

- сравнительно малый диапазон Df_Р разведки;

- низкая вероятность разведки в динамичной радиоэлектронной обстановке, особенно при поиске по направлению.

Быстрый поиск обеспечивает перестройку приемника по всему диапазону частот за время, не большее длительности t_и одного импульса разведываемых сигналов, т.е. Т_ПРМ <t_и. При этом вероятность пропуска сигнала равна нулю, а вероятность определения его частоты за период Т_П близка к единице. Это важное достоинство, особенно при перестройке несущей частоты сигнала РЭС от импульса к импульсу.

Вместе с тем, при быстрой перестройке разведывательного приемника возникают искажения его выходного сигнала (из-за инерционности резонансной системы УПЧ), для устранения которых необходимо расширять полосу пропускания приемника, что, в свою очередь, ведет к снижению чувствительности приема и увеличению ошибок измерения частоты.

Этот недостаток устраняется путем включения в приемник специальных фильтров сжатия. Например, при использовании современных фильтров с полосой в сотни МГц спектр сантиметровых и дециметровых излучений определяется за время около 1мкс с разрешающей способностью около 1МГц.

Вероятностный поиск (со средней скоростью) осуществляется при

N Т_П (Df_Р /Df_ПРМ) > Т_ПРМ > t_и.

Если принять, что разведывательный приемник перестраивается по линейному закону (рис.1) и несущая частота разведываемых сигналов с равной вероятностью может находиться в любой части рабочего диапазона, то вероятность приема одного импульсного сигнала за один период перестройки приемника можно определить как W₁ = Df_ПРМ /Df_Р, а вероятность разведки частоты за n циклов перестройки равна W_n = 1- (1- W₁)ⁿ.

Реализация поискового способа осуществляется посредством перестраиваемых по частоте супергетеродинных приемников (рис.2) или панорамных одноканальных приемников прямого усиления.

Рис. 2

2. Беспоисковые способы определения несущей частоты

Беспоисковый способ определения f_С состоит в одновременном приеме разведываемых сигналов во всем рабочем диапазоне Df_Р. При этом достигается минимальное время разведки с вероятностью близкой к 1.

Реализация беспоисковых способов может быть на основе многоканальных и матричных приемников, а также функциональных измерителей частоты (интерференционного, корреляционного, частотных дискриминаторов и др.).

Многоканальный приемник характеризуется наличием n каналов приема в разных поддиапазонах, совокупность которых перекрывает заданный диапазон Df_Р частот разведки. При этом используется набор одноканальных приемников, у которых полосы пропускания примыкают друг к другу (рис.3).

Структурная схема многоканального приемника представлена на рис. 4. Отдельный канал многоканального приемника прямого усиления

включает полосовой фильтр (ПФ), амплитудный детектор (АД), усилитель низкой частоты (УНЧ) и индикатор (И). В схеме может быть общее устройство регистрации и анализа (РА), к которому подводятся сигналы от всех каналов.

Рис. 3

Рис. 4

Если полосы пропускания всех каналов одинаковы

Df_{ПРМ 1} = Df_{ПРМ 2} =…=Df_{ПРМ n} = Df_ПРМ,

то число каналов n= Df_Р /Df_ПРМ. Точность измерения и разрешающая способность по частоте определяются шириной Df_ПРМ полосы пропускания одного канала. Если сигнал принят i-тым каналом, то частота принятого сигнала принимается равной среднему значению частоты в пределах Df_{ПРМ i} При этом максимальная ошибка Df_max измерения частоты сигнала равна

Df_max = 0,5Df_ПРМ.

Разрешающая способность по частоте принимается равной полосе пропускания одного канала.

Если разведываемый диапазон частот достаточно широк, целесообразно применять каналы с различной полосой пропускания, расширяющейся по мере увеличения частоты настройки канала (рис. 5)

Df_{ПРМ 1} <Df_{ПРМ 2} <Df_{ПРМ 3}… <Df_{ПРМ п}.

Рис. 5

При этом для обеспечения неизменности относительной ошибки измерения частоты во всем рабочем диапазоне коэффициенты K_f частотного перекрытия каналов должны быть равны.

Многоканальные приемники применяются преимущественно для мгновенного обнаружения источников импульсных сигналов, но обладают потенциальными возможностями и для анализа непрерывных сигналов.

Недостатки: большой объем, вес и энергопотребление приемника при перекрытии широкого диапазона частот, высокая стоимость.

Матричный приемник имеет одну антенну и nхm приемников супергетеродинного типа, где n – число столбцов (ступеней), в каждом из которых m строк (рис.6). В каждой из ступеней ширина полосы пропускания приемников постоянна, но сужается с увеличением номера ступени (рис. 7). Таким образом, обеспечивается последовательное уточнение частоты.

Сигналы, принятые антенной, поступают к входным m фильтрам Ф₁₁ ... Ф_1m 1-го столбца приемников с полосой пропускания Df₁. Частоты f_1i настройки фильтров сдвинуты одна относительно другой на полосу пропускания. За счет этого весь диапазон Df_Р разведки разбивается на m равных частей Df_Р = m х Df₁ (рис. 7).

Рис. 6

Рис. 7

Сигналы, прошедшие через любой из фильтров, преобразуются гетеродинами первого столбца в сигналы первой промежуточной частоты, которые подводятся к первому усилителю УПЧ1, имеющему полосу пропускания Df_ПР1 = Df₁. Если принятый сигнал частотой f_C проходит через фильтр Ф_1i, то после преобразования гетеродином Г_1i частота сигнала будет лежать в пределах

f_ПР1 - Df_ПР1/2  f_С - f_Г1i  f_ПР1 + Df_ПР1/2.

Фильтры второго столбца приемников имеют полосу пропускания Df₂ и делят уже полосу Df_ПР1 частот также в m раз, т.е.

Df₂ = Df_ПР1/m = Df_Р/m².

Сигнал, прошедший через любой фильтр Ф_2i преобразуется гетеродином Г_2i по частоте и поступает во второй УПЧ, имеющий полосу пропускания Df_ПР2 = Df₂. С выхода УПЧ2 сигнал поступает на m каналов следующего столбца с полосами пропускания Df₃, т.е.

Df₃ = Df_ПР2/m = Df_Р/m³,

и так до последнего столбца приемников.

Рассмотренные частотные преобразования иллюстрируются графиками на рис. 7 для случая m=3, где , – АЧХ фильтров 1-3 столбцов.

Точность измерения и разрешающая способность по частоте определяются полосой пропускания фильтров последнего столбца. Если, например, сигнал проходит через Ф_1i, Ф_2j и Ф_3k, то измеренная частота определяется как

f_{C изм} = f_min + (i – 1)Df₁ + (j – 1)Df₂ + (k – 1)Df₃ + Df₃/2 =

= f_min + (i – 1)Df_Р/m + (j – 1) Df_Р/m² + (k – 1) Df_Р/m³ + Df_Р/2m³ =

= f_min + Df_Р/m[(i – 1) + (j – 1)/m + (k – 1)/m²+ 0,5m²].

Прохождение сигнала через тот или иной фильтр может фиксироваться с помощью индикаторной цепи, включающей амплитудный детектор, усилитель и сигнальное устройство (например, неоновую лампочку).

Достоинства: более высокие, по сравнению с многоканальным приемником, точность измерения и разрешающая способность по частоте и меньшие аппаратурные затраты.

Недостатки: неоднозначность отсчета частоты при одновременном приеме двух и более сигналов; большее время разведки по сравнению с многоканальным приемником.

Функциональными измерителями несущей частоты принято называть измерители, выходное напряжение которых зависит от частоты приходящего сигнала. Принципы построения их различны, однако все они подключаются к выходному ВЧ каскаду приемника.