Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Разрядность АЦП г и соответственно емкость памяти М = гп,г выбирают таким образом, чтобы потери, связанные с квантованием, сказывались на эффективности системы СДЦ меньше, чем другие параметры РЛС, влияние которых на качество работы системы СДЦ рассматривается далее. Остановимся на проблеме так называемых «слепых» фаз и связанных с этим потерь при СДЦ.
В отличие от «слепых» скоростей, возникающих при частотах допплеровского сдвига Г„, равных или кратных Е„(рис. 6.9, а), «слепые» фазы возникают при Е„> Е„в случаях, когда соседние импульсы сигналовдвижущихся целей (ДЦ) имеют равные амплитуды (/, = /, и /, = /4 на рис, 6.9, б) и, следовательно, будут частично подавлены одноканальным фильтром Ч П К. Для устранения потерь используется двухканальная схема фильтра ЧПК (рис.
6ЛО), состоящая из синхронного канала / и квадратур- ного Д На фазовые детекторы каналов опорные колебания когерентного гетеродина подаются со сдвигом на л/2, благодаря чему допплеровская огибающая сигнальных импульсов в квадратурном канале сдвигается на и/2 (рис. 6.9, в). При суммировании цифровых сигналов / и Д на выходах каналов подавление сигналов устраняется. При суммировании сигналов могут быть использованы операции Рт + От (соответствующие квадратичному детектированию) и (/) + ~ Д(/2, или 1Щ + Щ/2 (соответствующие линейному детектированию).
т,О Рис. 6.9. Временные диаграммы, поясняющие возникновение «слепых» фаз: л — «слепые» скорости при б» = бб б, в — «слепые» фазы в каналах / и О 223 Рис. 6.10. Структурная схема двухканального фильтра Ч П К Расчет показывает, что переход от одноканального фильтра Ч П К к двухканальному дает уменьшение потерь за счет эффекта «слепых фаз» от 2,8 до ! 3,7 дБ лля вероятностей правильного обнаружения от 0,5 до 0,9 соответственно и вероятности ложной тревоги р„, = ! 0 ~. Выигрыш зависит также от числа импульсов в пачке и их флуктуаций.
Конечно, двухканальная схема фильтра СДЦ сложнее одноканальной и требует поддержания фазового сдвига опорных колебаний равным я/2, а также идентичности АЧХ каналов. Развитие цифровой техники позволило уже в середине !970-х гг. применять двухканальные фильтры СДЦ в аэродромных обзорных РЛС, для которых надежное обнаружение движущихся объектов в условиях разнообразных пассивных помех имеет важнейшее значение.
6.4. Эффективность системы СДЦ и ее зависимость от параметров РЛС Рс „!Р„ суи с.вк/ и ак (6. 17) где Р,,к и Ри„, Р,,„„и Ри,„к — мощности сигнала и помехи на входе и выходе фильтра соответственно. 224 Для характеристики эффективности работы системы СДЦ можно использовать введенный ранее (см. формулу (6.7)) коэффициент подавления пассивных помех Аи. Однако более полной характеристикой качества работы системы является коэффициент улучшения отношения сигнал(помеха при прохождении фильтра подав- ления Этот коэффициент называется также коэффициентом подпомеховой видимости. Величина К,/„ зависит от изменений спектра сигналов движущихся целей и пассивных помех, вызванных движением пассивных отражателей относительно друг друга и РЛС, вращением ДНА при обзоре, нестабильностью частоты передатчика и гетеродинов, частоты повторения и длительности импульсов РЛС, а также других ее параметров.
Рассмотрим влияние указанных факторов на эффективность систем СДЦ с череспериодной компенсацией сигналов и необходимые требования к некоторым параметрам РЛС. Стабильность частоты гетеродннов и генератора высокой частоты. Разность фаз колебаний сигнала и когерентного гетеродина (см. рис. 6.2) зависит от их частот К и 4), а также времени распространения сигнального импульса до объекта и обратно у = 2л/"„то — — 2л(/„, .ь /„)т р, где /", „— частота местного гетеродина. Знак плюс соответствует случаю /„', </„' и минус случаю/"„„> Т,. Если частота одного из гетеродинов изменится на Ь|за период повторения Т„, то это вызовет дополнительный фазовый сдвиг /нр = 2лд/то. При постоянстве скорости ухода частоты гетеродина д//д/ = сопзг /)Г= Т„(<Канд/) и /цр = 2ль|то — — 2лТ„то(сКlдг).
(6.18) Напряжения когерснтного гетеродина (/, и сигнала (/, подаются на когерептный детектор, на выходе которого образуются биения с напряжением (6.19) и,= где у — разность фаз колебаний сигнала и гетеродина. При условии (/„»(/„т.е. (/,/(/„= т «1, (/ь =(/, 1+ — 'соз~р =(/„(1+тсоз~р). (/, (6.20) к Дифференцируя (/, по д, получим й(/„ — = — т(/„в!п~р = (/ь, гйп<р. др При малых значениях /цр < 0,06 можно перейти к конечным приращениям, используя д (/ь вместо д (/ь.
Тогда д(/ь/(/н, = Скр гйп ~р. В точках максимальной чувствительности системы к изменению фазы ыщр = 1 и Л(/ь/(/ь, = дф, Следовательно, изменение фазы на сир численно равно относительному изменению амплитуды биений на выходе когерент- 225 ного детектора. Если при череспериодной компенсации уход частоты приводит к изменению фазы за период Т„на Лу, то на выходе компенсатора появляются нескомпенсированные остатки мешающих сигналов неподвижных объектов (остаточный фон помехи). Считая допустимым остаточный фон д(/р/(/„= д~< 0,06, определим с помощью формулы (6.18) допустимую скорость ухода частоты гетеродинов О/ ~ < аппп 0,06 1 Гп (6 21) Ог !„. 2вТ тр 2лТптр !ООТ тр !00тр Для Т„= 1 000 Гц и тр — - 2/)/ с = 500 мкс ~ — < 20 кГц/с.
При /о/ ! поп ЧП К имеет значение уход частоты за период повторения Тп, который в рассматриваемом случае Л/ и <~ — ! Тп =20 Гц. До/О/1 поп пустимая скорость ухода частоты может быть сравнительно легко достигнута в когерентном гетеродине, работающем на сравнительно низкой промежуточной частоте (десятки МГц), и с большими трудностями — в местном гетеродине, работающем на высокой частоте (более ! 000 МГц).
Так, для обеспечения ухода частоты, не превышающего д/= 20 Гц при работе местного гетеродина на частоте/;,= = 104 МГц ()Ч„= 3 см), допустима относительная нестабильность галоп < 2 10-9 /., Несмотря па то, что это значение кратковременной нестабильности (за период Тп), обеспечить ее можно лишь применением специальных мер стабилизации частоты местного гетеродина.
Когерентный гетеродин должен быть достаточно стабильным не только по частоте, но и начальной фазе колебаний (постоянство параметра фазирования), а его частота/„' точно равна проме- жуточной А„. При неточной настройке видеосигнал будет содержать несколько периодов биений п = (/„— А„)т„, что нарушит работу ком пенсатора. Для нормальной работы необходимо выполнение условия (/; — /„„) < 1/(4т„), при котором в пределах видео- импульса укладывается не более четверти периода биений.
Требования к стабильности частоты генератора высокой частоты ниже, чем к местному гетеродину, так как для генератора существенным является уход частоты только за время длительности импульса т„, значительно меньшей периода Тп. Для генератора (6.22) 226 Следует заметить, что нестабильность частоты генератора высокой частоты и гетеродинов не единственная причина неполного подавления помехи. Фактически для получения остаточного фона помехи, не превышающего уровня 0,06, к стабильности частоты предъявляются еще более высокие требования.
Дополнительно накладывается требование максимально допустимого ухода частоты за время длительности импульса (АТ„),„„< 1/(4т„), что необходимо для исключения изменений амплитуды сигналов неподвижных объектов, вызванных биениями из-за различия частот в пределах импульса. Модулятор РЛС с СДЦ должен обеспечить заданную форму и амплитуду модулирующих импульсов, стабильную длительность и равенство периода повторения импульсов на выходе модулятора периоду синхронизирующих импульсов Т„и времени задержки в фильтре подавления (т,= Т„).
Обычно стремятся получить прямоугольную форму модулирующих импульсов, так как при этом легче выполнить условие неизменности частоты колебаний генератора высокой частоты на протяжении импульса. При изменении длительности импульса за период повторения на величину Лт„ после вычитающего устройства остается нескомпенсированное остаточное напряжение, допустимый уровень которого определяет требования к стабильности т„. Влияние флуктуаций амплитуды сигналов. Си~палы неподвижных объектов обычно не имеют строго постоянной амплитуды изза флуктуаций их эффективной площади рассеяния. Кроме того, большинство мешающих объектов не являются совершенно неподвижными (деревья, кусты, волны и т.и.) и отраженный ими сигнал имеетдопплеровское смещение частоты.
Поэтомудаже при идеальном выборе параметров системы СДЦ не удается полностью избавиться от фона местных предметов. Кроме случайных флуктуаций амплитуды сигналов при работе РЛС в режиме обзора сказывается также изменение амплитуды по закону, определяемому формой сканирующей ДНА. Отрицательное влияние изменений амплитуды сигналов, отраженных от неподвижных объектов, может быть уменьшено, как уже упоминалось, рациональным выбором амплитудной характеристики приемного канала, использованием логарифмической характеристики, ограничением сигнала и БАРУ.
Важное значение имеет также выбор величины напряжения когерентного гетеродина (/„и типа детектора. Наилучшие результаты дает применение балансного (фазового) детектора при равенстве сигнального и опорного напряжений (б; = У„). Собственное движение РЛС со скоростью и, приводит к смещению частоты сигналов, отраженных элементарными отражателями, зависящему от угла аа между направлением движения РЛС и осью ДНА: 227 2и, гч = — сов ио. Х Влияние флуктуаций пассивной помехи, обусловленных движением РЛС, превосходит влияние флуктуаций, вызванных другими причинами. Однако практически следует рассматривать воздействие всех взаимодействующих факторов, что усложняет задачу оценки эффективности систем СДЦ. Из этого следует, что коэффициенты подавления помех К„и улучшения отношения сигнал/помеха К,~„уменьшаются с ростом остаточного фона на выходе схемы вычитания, обусловленного изменением амплитуды сигналов Это изменение происходит из-за флуктуаций от элементарных отражателей (Абф), сканирования ДНА (АУд), движения РЛС (дК) и нестабильностей параметров системы (АУ„).
Коэффициент подавления помех К„уменьшается и при расширении спектра флуктуаций. Коэффициент подавления помех К„ однократной ЧПК при наличии флуктуаций, вызываемых движением элементарных отражателей и сканированием ДНА, не превышает 30 дБ. При движении РЛС и отсутствии мер компенсации и, значение К„ резко снижается. Практика показывает, что хорошая наблюдаемость отметок движущихся целей на экране обеспечивается при К„= 25... 30 дБ, что соответствует относительному остаточному фону помех (6... 3)%.
Из этого условия обычно и исходят при определении требований к параметрам системы СДЦ. При проектировании РЛС с СДЦ необходимо учитывать не только подавление помех режекторным фильтром СДЦ, но и прохождение через него полезных сигналов движущейся цели, поэтому для оценки эффективности функционирования таких РЛС и используют коэффициент улучшения отношения сигнала к помехе К„„. 6.5. Методы повышения эффективности систем СДЦ Цифровая реализация схем формирования и обработки сигналов позволяет существенно улучшить характеристики РЛС, в частности их защищенность от пассивных помех. Для этого наряду с применением сложных сигналов с внутриимпульсной модуляцией и ФАР, обеспечивающих повышение пространственной селекции целей, совершенствуют характеристики систем СДЦ.
Для повышения эффективности систем СДЦ современных РЛС приме- 228 няют различные методы. Некоторые из них уже рассматривались ранее. Остановимся на используемых методах более подробно. Устранение зон «сленых» скоростей. Из формулы ~ил~и ЛЛ" и пн 2 2Т« 2Г„ (где п — целое число) следует, что при радиальной скорости цели„ при которой допплеровское смещение равно или близко к значению Г„, отраженные от такой цели сигналы будут подавлены режекторным фильтром СДЦ и цель может быть не обнаружена или потеряна, если такая ситуация будет продолжаться длительное время.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
