Vvedenie_v_radiolokatsiyu_MGTU (1021139), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Для перехода от комплексной частотнойхарактеристики СФ для огибающей (для видеоимпульса) к частотной характеристике СФ для радиоимпульса с несущей частотой f0 необходимо заменить частоту f на частоту f − f 0 :K р.cог (2πf ) = K cог [ 2π( f − f 0 ) ].(8.1)129Для построения радиочастотного СФ достаточно произвестиперенос рабочих частот элементов СФ для видеочастотного сигнала (ЛЗ, усилители и пр.) в область несущей частоты f0, а для обеспечения суммирования отдельных частей выходного импульса вфазе необходимо обеспечить выполнение равенства Δt = m / f0 ,где m — целое число.
Если огибающая входного радиоимпульсапрямоугольная, то на выходе СФ она будет треугольной с вдвоебольшей длительностью основания импульса (рис. 8.5).8.2. Обнаружение пачки импульсовВ РЛС, работающих в импульсном режиме, сигнал, отраженный от цели, представляет собой некоторую последовательностьрадиоимпульсов (пачку радиоимпульсов). Количество импульсов впачке N определяется по формулеN=Tобл,Tпгде Tобл — время облучения цели; Tп — период повторения импульсов.Форма огибающей пачки радиоимпульсов определяется формой диаграммы направленности антенны РЛС. Часто для анализаработы РЛС форму огибающей упрощают, считая ее прямоугольной, а энергию пачки — неизменной, но с меньшим числом импульсов.Пачка радиоимпульсов считается когерентной, если начальныефазы радиоимпульсов связаны известной зависимостью.
Если женачальные фазы радиоимпульсов независимы и случайны, то пачка радиоимпульсов называется некогерентной.Обнаружение когерентной пачки импульсовКогерентность пачки принимаемых радиоимпульсов возможнапри выполнении следующих условий:• излучаемые РЛС импульсы должны быть когерентны;• сдвиг фаз при отражении сигнала от цели и при распространении его в среде должен быть одинаков для всех импульсов пачки;130• длительность интервала корреляции флуктуаций амплитудыимпульсов пачки должна превышать длительность пачки радиоимпульсов:N τкор. фл ≥ Tпчк = NTп .При решении задачи обнаружения когерентной пачки радиоимпульсов будем рассматривать следующие основные моделисигналов (пачки радиоимпульсов):• с полностью известными параметрами;• со случайной начальной фазой;• со случайной начальной фазой и флуктуирующей амплитудой.Синтез оптимальных обнаружителей целей для указанных моделей практически не отличается от синтеза обнаружителей одиночных сигналов.
Напомним, что при построении СФ сохраняетсясвязь между частотными характеристиками радио- и видеоимпульсов, поскольку пачку видеоимпульсов можно рассматриватькак огибающую пачки когерентных радиоимпульсов. Поэтому присинтезе СФ можно ограничиться рассмотрением сигнала в видепачки видеоимпульсов.Однако в корреляционных схемах в качестве опорного сигналаследует использовать сигналы, описывающие пачки видеоимпульсов, а в схемах с использованием СФ характеристики фильтрадолжны быть согласованы с пачкой видеоимпульсов.Рассмотрим ограниченную пачку видеоимпульсов, состоящуюиз N импульсов, следующих через интервал времени Тп (рис. 8.6),которую можно представить в виде суммы:N −1s (t ) = ∑ U k uи (t − kTп ),(8.2)k =0где k — номер отсчета; функция uи (t ) характеризует отдельныеимпульсы пачки, а U k = U (kTп ) — их огибающую.Комплексную частотную характеристику СФ для пачки видеоимпульсов определяют по формулеK сог (ω) = K сог.од (ω) K Σ (ω),(8.3)131где K сог.од (ω) — комплексная частотная характеристика СФ для одиN −1ночного импульса пачки; K Σ (ω) = ∑ U k exp{− jω[ ( N − 1) − k ]Tп } —k =0комплексная частотная характеристика накопителя, характеризующая весовое суммирование, происходящее в порядке, обратном следованию импульсов пачки.пРис.
8.6. Пачка радиоимпульсов для произвольной огибающейНапример, весовой коэффициент U0 умножается на функциюexp {− jω [ ( N − 1)]Tп } , описывающую положение последнего им-пульса пачки; U1 умножается на функцию exp {− jω [ ( N − 2) ]Tп } ,характеризующую положение предпоследнего импульса пачки, ит. д., а UN–1 — на exp {− jω [ ( N − 1) − ( N − 1)]Tп } = 1, что соответству-ет первому незадержанному импульсу пачки.Формула (8.3) определяет структурную схему СФ для пачкивидеоимпульсов (рис. 8.7).Рис. 8.7.
Структурная схема СФ для пачки видеоимпульсов132Данная схема представляет собой последовательное (каскадное) включение СФ для одиночного импульса пачки и накопителя свесовым суммированием, выполненным на основе ЛЗ с отводами,время задержки между которыми равно периоду повторения импульсов Tп. Таким образом, оптимальная обработка пачки видеоимпульсов с помощью СФ происходит в два этапа: обработка впределах одного периода для одиночных импульсов пачки имежпериодная обработка в накопителе.Накопитель с частотной характеристикой (8.3), у которого весовые коэффициенты Ui равны амплитудам импульсов пачки, расположенным в обратном порядке, обеспечивает в момент окончаниядействия пачки импульсов T0 = ( N − 1)Tп + τ 0 суммирование всех импульсов пачки со «своими собственными» весовыми коэффициентами.
Результирующая амплитуда импульса (сигнал + шум) в момент окончания действия последнего импульса пачки на выходеСФ будет равнаY =NN −1∑ X iU i ,i=0где Xi — амплитуды импульсов (сигнал + шум) на входе накопителя.Таким образом, при суммировании импульс малой амплитудывместе с шумом умножается на малый весовой коэффициент, а импульс большой амплитуды вместе с шумом — на большой весовойкоэффициент. Такое рациональное весовое суммирование (неравновесное суммирование) обеспечивает максимальную величинуотношения пикового значения сигнала к шуму. Если используютпачку импульсов с огибающей прямоугольной формы (весовые коэффициенты равны U1 = U1 = ...
= U N ), то проводят простое равновесное суммирование. Подобные накопители именуются накопителями группового действия.Найдем форму пачки видеоимпульсов на выходе СФ. Пусть пачкавидеоимпульсов s(t) на входе СФ имеет огибающую прямоугольнойформы и состоит из прямоугольных импульсов (рис. 8.8, а). На выходе СФ для одиночных импульсов (на входе линии задержки) образуется пачка треугольных импульсов (рис. 8.8, б). Поскольку амплитуды всех импульсов равны, в накопителе группового действия133происходит равновесное суммирование сдвинутых импульсов(рис. 8.8, б, в, г).Таким образом, амплитуда импульсов пачки на выходе сумматора линейно нарастает, достигает максимума в момент окончания действия последнего импульса пачки и затем уменьшается(рис.
8.8, д). Изменение огибающей на выходе СФ для пачки видеоимпульсов имеет треугольную форму, т. е. аналогично изменению формы одиночного видеоимпульса.Рис. 8.8. Формирование пачки видеоимпульсов:а — импульсы на входе СФ; б, в, г — равновесноесуммирование сдвинутых импульсов; д — импульсына выходе СФВ процессе накопления N видеоимпульсов максимальная амплитуда сигнала возрастает в N раз, а энергия и мощность —в N 2 раз.
Шумы состоят из флуктуационных (некоррелированныхот импульса к импульсу) выбросов, следовательно, мощность и134энергия шумовых выбросов складываются не арифметически, агеометрически, и пропорциональны числу складываемых составляющих N. Следовательно, отношение сигнал–шум на выходенакопительного устройства возрастает по мощности вE = N 2 / N = N раз, а по напряжению — в N раз.Амплитудно-частотная характеристика накопителя пропорциональна амплитудно-частотному спектру пачки прямоугольныхвидеоимпульсов с прямоугольной огибающей (рис.
8.9, а). Амплитудно-частотный спектр пачки прямоугольных видеоимпульсовопределяется по формулеK( f ) =sin π N f Tп.sin π f Tп(8.4)Рис. 8.9. Амплитудно-частотные характеристики:а — пачки видеоимпульсов; б — пачки радиоимпульсов135Нулевые значения спектра имеют место при обращении числителя формулы (8.4) в нуль, когда sin πN f Tп = k π, т. е. приf = kFп / N , где k — целое число, за исключением k = 0, N, 2N, ...,т. е. при f = nFп , где п — целое число (так как в этих точках знаменатель также обращается в нуль).
Таким образом, в спектреприсутствуют главные зубцы (лепестки) шириной на нулевомуровне 2Fп / N (кроме нулевого лепестка шириной Fп / N ) нарасстоянии Fп один от другого и боковые лепестки ширинойFп / N. Минимальная амплитуда бокового лепестка имеет место вточках Fп / 2, 3Fп / 2, 5Fп / 2... (посередине между главными лепестками) и составляет 1 / N от амплитуды главного лепестка. Ширина главных зубьев на уровне 0,707 приблизительно равнаΔF0,7 = Fп / N = 1/ NTп . При увеличении числа импульсов N ширина лепестков уменьшается и в пределе при N → ∞ (что соответствует периодической последовательности импульсов) ΔF0,7 → 0,а боковые лепестки исчезают.Характеристика накопителя остается без изменения и для пачкирадиоимпульсов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
