Osnovi_teorii(прост учебник) (1021136), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Подавление помеховой составляющей осуществляется в автоматических устройствах защиты на основекорреляционного анализа входных сигналов. Примерами таких устройствявляются одноканальные и многоканальные АКП. Одноканальный АКПобеспечивает подавление помехи от одного источника на 10–25 дБ, что позволяет уменьшить коэффициент сжатия ЗО РЛС в 1,7–4 раза.
Возможности по помехозащите многоканальных АКП (из-за статистической взаимосвязи помех в компенсационных каналах) значительно ниже, что являетсяих существенным недостатком.Проведем синтез структурной схемы одноканального корреляционного АКП. С этой целью обозначим напряжение на входе основного канала(ОК) через UОК (t), вспомогательного (компенсационного или дополнительного – ДК) – через UДК (t), а напряжение на выходе сумматора – черезU∑ (t) – рис. 5.10. ТогдаU Σ (t ) =U ОК (t ) + КUДК (t ) ,(5.9)где К – комплексный коэффициент передачи помехи в ДК, обеспечивающий выравнивание помех ОК и ДК по амплитуде и фазе.UОК (t)∑UДК (t)U∑ (t)×К (t )Рис. 5.10.
Обобщенная схема АКПЗаметим, что напряжение сигнала основного канала представляетсобой аддитивную смесь внутреннего шума, непрерывной АП, принятойосновным и боковыми лепестками ДНА, и полезного сигнала, принятого262Глава 5. Методы повышения защищенности РЛС от активных помехосновным лепестком ДН с направления, отличного от направления прихода помехи. Напряжение сигнала ДК представляет собой аддитивнуюсмесь внутреннего шума и непрерывной АП (рис. 5.8). В силу слабой направленности антенны ДК напряжением эхосигнала в этом канале можнопренебречь.Очевидно, что средний квадрат напряжения (дисперсия) помехи навыходе АКП (рис. 5.10) имеет следующий вид:22∗2 2U Σ ( t ) =U ОК ( t ) + 2 КUОК ( t )U ДК ( t ) + К U ДК ( t ) .Найдем экстремум полученного выражения, т.
е. выясним, при каком2значении К величина U Σ ( t ) (дисперсия помехи на выходе АКП) будет2минимальной. Для этого, вычислив производную dU Σ ( t ) / dК = 0 , получим2∗ 2ДК ( t ) = 0. Здесь и далее черта над выраdU Σ ( t ) / dК = 2U ОК ( t )U ДК( t ) + 2 КUжением означает усреднение случайных процессов по ансамблю реализаций. Отсюда оптимальный комплексный коэффициент передачи ДК2К опт = − 2U ОК ( t )U ∗ДК (t ) / U ДК ( t ) = − ρ01σо / σк ,(5.10)где ρ01 ≤ 1 – коэффициент взаимной корреляции помех ОК и ДК;22σо = U ОК , σк = U ДК – соответственно среднеквадратическое значениепомехи в ОК и ДК; * – знак комплексного сопряжения. Схема, реализующая алгоритм (5.9), (5.10), изображена на рис. 5.11.
Устройство представляет собой оптимальный корреляционный АКП, обеспечивающиймаксимальный коэффициент подавления АШП Кпод = Рвх / Рвых.UОК∑UДКU∑×*×× *К2∫∫U ДК/U ОКU ∗ ДКРис. 5.11. Схема оптимального АКП263Раздел II. Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системы2=σо2 , и опуская зависимость напряжения поУчитывая, что Рвх =U ОКмехи от времени, получимРвых =U Σ2 =U ΣU Σ∗ = σ Σ2 = (U ОК −ρ01=U2ОКσоσU ДК )(U ОК + ρ01 о U ДК ) =σкσк2σоσо∗∗2 σо22).−ρ01 U ДКU ОК + ρ01 U ОКU ДК −ρ01 2 U ДК= σо2 (1 −ρ01σкσкσкЗдесь U∑ (t) определяется соотношением (5.9).
В этом случае выра2) . Из этого соотножение для Кпод примет следующий вид: К под =1 / (1−ρ01шения следует, что чем выше корреляция процессов UОК и UДК на входахАКП, тем больше коэффициент подавления помех.Основной недостаток такого АКП связан с влиянием нестабильностиработы его элементов на коэффициент подавления помех. Поэтому он получил распространение только лишь с внедрением в радиолокацию элементовцифровой техники. Исторически же наибольшее применение в радиолокации получил АКП с корреляционной обратной связью, которая нарядус минимизацией σ Σ2 устраняет влияние нестабильности работы аналоговыхэлементов на коэффициент подавления помехи.Получим выражение для такого АКП.
Положим, что комплексныйкоэффициент передачи цепи ДК равен К = − γ ⋅U р , где напряжение регулирования U р управляет величиной и знаком коэффициента передачи; γ –крутизна регулировочной характеристики (коэффициент усиления в цепиобратной связи); знак «–» означает отрицательный характер обратной связи. Под воздействием Uр модуль и аргумент коэффициента К изменяетсядо тех пор, пока из суммарного напряжения U∑ (t) не будут исключены составляющие, коррелированные с напряжением дополнительного канала.При γ 1 данная схема эквивалентна по коэффициенту подавления помехиисходному алгоритму (5.9), (5.10).∗∗Действительно U р =U Σ (t ) ⋅ U ДК(t ) = ⎡⎣U OК (t ) + КUДК (t ) ⎤⎦ U ДК (t ) , тогда∗∗ 2ДК (t ) .К = −γ ⎡⎣U OK (t ) + КUU(t)U(t)U(t)КU=−γ−γДК (t ) ⎤ДКOКДК⎦В результате2∗К = − γU OК (t )U ДК(t ) / (1+ γU ДК (t )) = − γρ01σо / (1− γσк ) .264(5.11)Глава 5.
Методы повышения защищенности РЛС от активных помехUОК∑UДК×U∑КШАРУ∫×Рис. 5.12. Схема АКП с корреляционной обратной связьюПри γ 1 единицей в знаменателе выражения (5.11) можно пренебречь и тогда коэффициент передачи АКП с корреляционной обратной связью совпадет с оптимальным коэффициентом передачи (5.10). Схема такого АКП представлена на рис. 5.12.
Его динамическая постоянная времениτд определяется соотношением τд = Т и / (1+ γσк2 ) , где Ти – постоянная времени интегратора при разомкнутой цепи обратной связи. Важно подчеркнуть,что в режиме обзора величина дисперсии помехи в дополнительном канале2U ДК =σк2 может изменяться в широких пределах, выводя τд за пределы устойчивости АКП.
Для устранения условий самовозбуждения АКП усилитель в одной из цепей выработки регулирующего напряжения (рис. 5.12)охватывают схемой ШАРУ. При этом динамическая постоянная, обусловливающая быстродействие АКП, выбирается из условия τд ≥ (2–5) τи, гдеτи – длительность импульса полезного сигнала. На рисунках 5.10–5.12 символами ×, ∑, ∫, ⁄ обозначены соответственно перемножитель сигналов, сумматор, интегратор и устройство деления.Следует заметить, что полученные схемы АКП успешно компенсируют помехи, если разность фаз колебаний основного и вспомогательного2πканалов Δϕ =Δ Д кратна nπ, где n = 0; ±1; ±2 и т.
д. Если же разностьλфаз не кратна π, необходимо использовать квадратурное деление колебаний дополнительного канала либо применять управление этим каналомс помощью гетеродинного напряжения.Получим структурную схему квадратурного автокомпенсатора.С этой целью представим выражение (5.9) следующим образом:265Раздел II. Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системыU Σ = U ОК + К 1U ДК + К 1⊥U ДК ⊥ .(5.12)Коэффициенты передачи управляемых усилителей пропорциональнынапряжениям, формируемым на выходах корреляторов, т.
е.∗К1 = − γ1U ДКUΣ;(5.13)∗К1⊥ = − γ ⊥U ДК⊥U Σ ,(5.14)где γ1 , γ ⊥ и К1, К1⊥ – соответственно коэффициенты усиления и передачи вцепи обратной связи синфазного и квадратурного подканалов АКП. Подставив в формулу (5.13) значение U∑ (5.12), получим∗2∗К1 = − γ1U ДКU ОК − γ1К1U ДК− γ1 К1⊥ U ДКU ДК ⊥ .(5.15)Поскольку ортогональные составляющие помехи U ДК и U ДК ⊥ некоррелированны в совпадающие моменты времени, постольку последний член∗в выражении (5.15) равен нулю.
Тогда, учитывая, что U ДКU ОК = ρ п1σ к σ о2и U ДК = σ к2 , где ρп1 – коэффициент корреляции мгновенных значений напряжений помех в ОК и в синфазном компенсационном подканале, получаемγρ σ σ(5.16)К1 = − 1 п1 о 2 к .1 + γ1σ кПри γ1 1 единицей в выражении (5.16) можно пренебречь и онопринимает видК1 =− ρп1 (σо / σк ).(5.17)Подставляя выражение для U∑ в (5.14) и проводя аналогичные рассуждения для второго (квадратурного) подканала, получаем, что приU ДК⊥ = U ДК коэффициент передачи второго дополнительного подканалаК1⊥ =− ρп⊥ (σо / σк ),(5.18)где ρп⊥ – коэффициент корреляции мгновенных значений напряжений помех в основном канале и квадратурном дополнительном подканале.Полученные значения коэффициентов передачи компенсационныхканалов (5.17) и (5.18) обеспечивают оптимальную компенсацию каждойиз составляющих помех.
Из выражения (5.12) с учетом (5.17) и (5.18) следует, что дисперсия помехи на выходе АКП в рассматриваемом случае266Глава 5. Методы повышения защищенности РЛС от активных помех2σΣ2 min =σо2 (1 − ρп ),(5.19)где ρп, как отмечалось ранее, – коэффициент корреляции амплитуд колебаний помехи на основном и дополнительном входах АКП. Квадрат его мо22дуля ρ п = ρ п1+ ρ п2 ⊥ . Коэффициент подавления помехи для квадратурногоАКП,определяемыйсоотношениемК под = σо2 / σ 2Σ min ,будетравен2К под = 1/ (1 − ρ п ).Напряжение сигнала на выходе АКП определяется по формулеSΣ = Sо + К1S1 + К1⊥ S1⊥ , где Sо, S1, S1⊥ – соответственно напряжения сигналав основном и дополнительном каналах (в синфазном и квадратурном подканалах).
С учетом известной формулы сокращенного умножения среднийквадрат этого напряженияSΣ2 = Sо2 + 2 К1 Sо S1∗ + 2 К1⊥ Sо S1∗⊥ + К12 S12 + К12⊥ S12⊥ ,где 2 К1К1⊥ S1S1∗⊥ = 0 в силу ортогональности составляющих S1 , S1∗⊥ .Пусть помеха представляет собой узкополосный случайный процесс,а сигнал описывается гармонической функцией.
Тогда в соответствиис (5.13) и (5.14) относительно помехи будут справедливы выраженияК1 = − ρпσоσcos ω0 τ и К1⊥ = − ρ п о sin ω0 τ,σкσкгде τ – время запаздывания напряжения помехи в одном канале относительно напряжения в другом канале; ω0 – промежуточная частота приемника. При гармоническом сигналеSо S1∗ =σс.оσс.к cos ϕс ; Sо S1∗⊥ =σс.о σс.к sin ϕс ,где σс.о, σс.к – эффективные напряжения сигнала в основном и компенсационном каналах; φс – угол сдвига фазы напряжения сигнала в основноми компенсационном каналах.Подставив эти выражения в формулу для SΣ2 , получимSΣ22=σс.о22⎡ σс.к⎤σс.к σо2 σо12cos()+ρ−ρωτ−ϕ⎢п 2п0с ⎥.2σσσσс.о кс.ок⎣⎦267Раздел II. Подсистема радиолокационных средств радиолокационной системыОбозначив σс.к / σс.о = lc; σк / σо = lп, получим2SΣ2 =σс.о⎡ lс2 2⎤lC⎢1+ 2 ρп − 2 ρп cos(ω0 τ−ϕс ) ⎥ .lп⎣ lп⎦(5.20)Из этого выражения видим, что одновременно с компенсацией помех(ρп ≈ 1) сигнал будет компенсироваться только тогда, когда ω0τ = φси lc / lп = 1, т.
е. когда отсутствуют фазовые (пространственные) и амплитудные различия сигнала и помехи.При наличии каких-либо различий между сигналом и помехой (амплитудных lc / lп ≠ 1 или фазовых ω0τ ≠ φс) в результате компенсации помехсигнал компенсироваться не будет. Из этого следует очень важный практический вывод: АШП можно компенсировать не только в том случае,если ее источник пространственно разнесен с источником сигнала, нои при совпадении направлений на эти источники, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
