Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

D

Ц₁

А V Ц₂

Рис. 9.5. К расчету разрешаемого объема РЛС

Глава 10. Оптимальные приемники радиолокационных сигналов

Особенностью сигналов радиолокационных систем (РЛС) является наличие пачки импульсов.

Фильтрация РЛ- сигналов заключается в следующем:

а) Выделение из помехи каждого импульса (фильтрация).

б) Накопление энергии пачки импульсов (суммирование откликов фильтра).

Наряду с простыми сигналами в РЛС используются сложные линейно частотно модулированные (ЛЧМ) и фазоманипулированные (ФМ) сигналы.

10.1. Согласованная фильтрация ЛЧМ-сигналов

Линейно частотно модулированный (ЛЧМ) сигнал – это сигнал с линейным изменением частоты внутри импульса:

f_s = f_so + bt ,  t < Tи / 2

где b = 2 f_М /Tи - крутизна ЛЧМ, f_М-девиация частоты.

Вид ЛЧМ сигнала и его сжатая форма показаны на рис. 10.1.

Ширина спектра сигнала определяется девиацией частоты: 2f_S=2f_М.

АЧХ имеет равномерную спектральную плотность.

Рис. 10.1. ЛЧМ сигнал и его сжатая форма после согласованного фильтра.

Фазовый спектр имеет форму параболы, так как частоа нарастает линейно:

Для АЧХ и ФЧХ согласованного фильтра имеем:

;

.

В качестве согласованного фильтра ЛЧМ-сигнала используется дисперсионная ультразвуковая линия задержки (ДУЛЗ). При прохождении ДУЛЗ, играющей роль согласованного фильтра (СФ), обращенный сигнал (у которого частота линейно убывает в импульсе) становится сжатым. В ней на одном конце происходит преобразование радиосигнала, на промежуточной частоте 9-11 МГц, в ультразвуковые колебания, которые распространяются до противоположного конца, где происходит обратное преобразование в электрический сигнал. В дисперсионной УЛЗ ультразвуковые волны разных частот имеют разную задержку такую, которая компенсирует изменение фазы внутри импульса. В результате набега волн одной частоты на другие происходит их интерференция и сжатие импульса с увеличением амплитуды.

Для простого сигнала f_s_s= 1.

Для сложного сигнала f_s_s>>1.

При сжатии сигнала происходит перераспределение спектра из девиации частоты в спектр сжатого сигнала:

f_{s сж}_{s сж}= f_{s дев}_{s сж} =1,

откуда f_{s сж} = f_{s дев} , где f_{s сж} определяется по уровню 0,7 от максимальной амплитуды сжатого сигнала.

Длительность сжатого сигнала _sсж=1/f_{s сж} можно измерить с помощью осциллографа. Отношение

К_сж=_{s ЛЧМ} /_{s сж}

называется коэффициентом сжатия. Примерно во столько же раз происходит увеличение амплитуды импульса при сжатии. При этом помехи, проходя через согласованный фильтр в виде ДУЛЗ, сильно ослабляются, и на выходе увеличивается отношение «сигнал/шум». Соответственно с уменьшением _sсж увеличивается разрешение по дальности.

На выходе согласованного фильтра сигнал имеет следующий вид:

-задержка сигнала в СФ.

Интегрируя, получаем:

-разрешающая способность.

Одновременно (при сжатии) увеличивается амплитуда, что позволяет лучше увидеть сигнал при шумах. Амплитуда всплеска определяется энергией входного импульса .

Преимущества ЛЧМ- сигналов :

1) Можно уменьшить максимальную мощность импульса (предотвратить пробой антенно-фидерного тракта) и увеличить его энергию за счет большой длительности.

2) Улучшается условие наблюдения сигнала на фоне помехи за счет увеличенной длительности наблюдения и последующего сжатия импульса.

3) После СФ сигнал сжат с увеличенной мощностью и, следовательно, увеличены разрешающая способность и отношение «сигнал/шум».

Реализация фильтра с линейной ФЧХ.

Дисперсионная ультразвуковая линия задержки (ДУЛЗ) реализуется на пластине из пьезокварца (вырезанной из синтетического монокристалла кварца). При этом используются поверхностные акустические волны (ПАВ), формируемые встречно-штырьевыми, пьезо-акустическими преобразователями (ВШП). Пример конструкции ВШП на ДУЛЗ показан на рис.10.2

Рис.10.2. Конструкция ВШП ДУЛЗ с использованием ПАВ (Подложка- пьезокварц)

Частотный диапазон линий задержки на ВШП составляет 9-11 МГц.

10.2. Цифровые согласованные фильтры

В современных РЛС обработка сигналов производится на специальных ЭВМ с быстрой цифровой обработкой и фильтрацией цифровыми методами.

В согласованном аналоговом фильтре временным откликом является интеграл свертки:

, где h() - импульсная характеристика СФ.

В частотной области согласованный фильтр реализуют с помощью быстрого преобразования Фурье по следующим этапам:

а) Определение спектра входного сигнала (преобразование Фурье) .

б) Определение комплексной частотной характеристики с выхода фильтра .

в) Определение выходного сигнала СФ (обратное преобразование Фурье) .

В цифровом фильтре используют дискретные значения (nt) и K(kf) , где t и f - шаг разбиения сигнала по времени и по частоте, n и k - целые числа.

Во временной области:

1)

В частотной области:

2) ,k=0,…,N-1 (Фурье-образ)

, k=0,…,N-1

, n=0,…,N-1 (обратное преобразование Фурье), где .

Цифровой фильтр - это совокупность математических правил (алгоритм и программа) преобразования сигналов, позволяющих вычислить величину выходного сигнала.

Некоторые величины, например, могут быть в ПЗУ. Разработаны алгоритмы - (быстрое преобразование Фурье), позволяющие упростить и ускорить вычисления. Структурная схема цифрового фильтра сигналов РЛС приведена на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Структурная схема цифрового фильтра

10.3. Накопители для пачек импульсных сигналов

Для выделения сигнала на фоне помех в РЛС используются схемы накопления сигналов пачки.

1) Простейший накопитель ЭЛТ с длительным послесвечением. Яркость нескольких импульсов складывается и возрастает (РЛС- обзорного типа).

2) Накопители с динамической памятью (рециркуляторы) реализуют с помощью ультразвуковой линии задержки (УЛЗ) с длительностью задержки _з=Т_сл (Т_сл - интервал следования импульсов в РЛС, рис 10.4).

Рис. 10.4. Рециркулятор-накопитель с использованием ультразвуковой линии задержки (УЛЗ)

Для компенсации затухания в УЛЗ применяется усилитель и компенсатор температурной нестабильности.

Для когерентной пачки импульсов применяют более сложные схемы накопления сигналов с фазовым детектированием и УЛЗ.

В этом случае необходим сигнал опорного гетеродина, фазовый детектор и другие сложные устройства. Необходим также учет Доплеровского смещения частоты.

10.4. Оптимальный приемник для некогерентной пачки радиоимпульсов

Оптимальный приемник-накопитель для некогерентной пачки радиоимпульсов показан на рис. 10.5. Он включает супергетеродинный приемник с фильтром и фильтр-накопитель для обработки пачки импульсов на УЛЗ.

Недостатком приемника-накопителя является то, что в нем теряется информация о скорости, которую надо определять отдельным устройством.

Рис.10.5. Оптимальный приемник-накопитель для некогерентной пачки радиоимпульсов

На вход приемника поступают некогерентные пачки радиоимпульсов, фазы которых случайны и независимы. Фильтр

СФод осуществляет оптимальное выделение импульсов из шума. Производится детектирование импульсов: нечувствительный к фазе амплитудный детектор выделяет огибающую сигнала. Полученные видеоимпульсы суммируются в накопителе импульсов СНВ. Однако данный приемник обладает рядом недостатков, главным из них является низкая чувствительность.

Глава 11. Вычисление координат и параметров движения в РЛС

11.1. Цифровые накопители (интеграторы)

Цифровые накопители имеют стабильную задержку и хорошее воспроизведение сигнала. Они могут применяться в когерентных и некогерентных РЛС совместно с цифровыми и аналоговыми согласованными фильтрами.

Элемент цифрового фильтра (ЦФ) некогерентной РЛС - бинарный квантователь (БК), в котором сигналы представляются в двоичной системе «да» (1) или «нет» (0), представлен на рис. 11.1.

Рис. 11.1. Элемент цифрового фильтра некогерентной РЛС - бинарный квантователь.

Структура импульсов и взаимодействие элементов БК показаны на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Структура импульсов и их взаимодействие в БК.

11.2. Методы измерения координат и радиальной скорости целей в РЛС

Измерение угловых координат (азимут, угол места):

а) Структурная схема измерителя угловых координат по максимальной амплитуде отраженного сигнала и фазе (в радионавигации).

Характеристики

Список файлов лекций