Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Анализируемые сигналы в виде двух квадратурных составляющих подвергаются аналого-цифровому преобразованию в двух квадратурных каналах. При этом частота дискретизации Г, должна превышать удвоенное значение наивысшей частоты спектра анализируемого сигнала, определяемой шириной полосы А7;. Далее осуществляется ДПФ, при котором на выходе процессора можно оценить значения частотных составлявших спектра сигнала и выделить составляюшие, превышающие установленный пороговый уровень обнаружения. Таким образом, цифровой процессор осугцествляет операцию, соответствуюшую параллельному анализатору спектра с числом фильтров ле — — т, Г,.
При этом полоса пропускания каждого из филь- тров ЛТф 1/т, = (/(р/Т,) = Те/М, где М вЂ” число выборок за время, равное длительности сигнала т,. Прежде чем перейти к рассмотрению основных параметров частотных систем с обзором по дальности, необходимо сделать некоторые замечания о спектре частот принимаемого сигнала. Если время наблюдения Т„значительно превышает период модуляции Т„, частотный спектр биений имеет дискретный характер.
Частоты составляющих спектра биений кратны частоте модуляции Г„, а их амплитуды изменяются по закону огибаюшей спектра одиночного пакета колебаний, длительность которого определяется величиной Т„и задержкой отраженного сигнала тр. Рассмотрим, например, спектр биений сигнала для дальномера с НЛЧМ.
Из рис. 7.7 видим, что преобразованный сигнал разбивается на две группы дальностных частот биений (для простоты будем считать допплеровское смещение частоты отсутствующим, т.е. р,= О). Пакет биений на основной частоте Г = И'Г„т имеет длительность (҄— тр), а на частоте Гр, = И(Т„(҄— тр) длительность тр. Полагая, что для ЧМ дальномера выполняется обычное Рис. 7.7, Временные диаграммы и спектр биений е =/(Г) дальномера с НЛЧМ 279 условие тр <с Т„во всем диапазоне изменения дальностей, можно ограничиться рассмотрением основного спектра частот Еа, так как более высокочастотные составляющие спектра Р;>, будут подавлены фильтром нижних частот. Поскольку пакеты биений повторяются с частотой Е„, спектр биений будет линейчатым с расстоянием между линиями спектра, равным Т„, а огибающая спектра будет иметь форму огибающей спектра прямоугольного импульса длительностью (҄— т„), т.е.
з)п [2я(Т вЂ” Т,)(Т„-г,)/2] (7.18) 2в(Т вЂ” Г„)(҄— с,)/2 Так как первые нули функции в!пх/х расположены в точках х= = ък, то ширина основного лепестка огибающей спектра (по нулям) будет равна дР~ = 2/(҄— тр). Эта величина и будет определять возможность разделения спектров двух смещенных по дальности объектов 2 2И 'у ЛУ~ = И~Е„(т,, — тв) = И~~ ҄— (Р, — Р,) = — Г„ЬР. (7Л9) с с Из этого соотношения можно определить разрешаемое Ч М дальномером расстояние ЬР с 2И' У Таким образом, разрешающая способность ЧМ дальномера определяется величиной девиации частоты Ил т.е. шириной спектра излучаемого сигнала, что полностью соответствует общей теории сигналов. Для дальномера с СЛЧМ результаты сохраняются, но отсчеты далыюсти при той же величине Т„могут быть получены в два раза чаще.
Кроме того, применение СЛЧМ позволяет разделить дальностное Т„ и допплеровское Р; приращения частоты при движущихся объектах, что уже обсуждалось ранее. Следует заметить, что от величины тр зависит положение максимума огибающей спектра относительно линий спектра, что может сказаться на точности измерения Т . Однако при выполнении условия тр «Т„влияние смещения невелико и его можно не учитывать. В случае СЛЧМ при увеличении дальности объектов Р зоны провалов Тр расширяются, а зоны постоянной частоты биений соответственно сокращаются, что приводит к расширению огибающей спектра и снижению точности и разрешающей способности дальномера.
Отсюда становится очевидной непригодность нелинейной модуляции частоты (например, ГЧМ) в системах с обзором по дальности, так как при этом частота биений Гр изменяется 280 при неизменной дальности объектов, что исключает возможность однозначного измерения их дальности и разрешения по дальности.
Требования, предъявляемые к линейности модуляции, достаточно высоки. Так, если диапазон анализа равен Г, = Г, — Г, , а число разрешаемых дискретных значений частот Гл равйооч Аг, то для однозначности отсчета каждая из частот должна фиксироваться с погрешностью, не превышающей АГ= ~-Г,/(2А~), т.е. относительная погрешность должна быть не более оГ/Гр — — Г/(2АГр). Например, при М = 100 и Г,/(2Гр) = 0,5 нелинейность модуляции не должна превышать 0,5%, что является достаточно жестким требованием.
Большое число фильтров, необходимое для параллельного анализа при большом числе элементов разрешения, препятствовало его широкому применению при аналоговой реализации. В настоящее время, как отмечалось ранее, решение этой задачи осуществляется цифровыми методами на основе БПФ, выполняемо~о процессором после аналого-цифрового преобразователя спектра биений с помощью АЦП. При этом процессор должен иметь достаточное быстродействие и память для обработки принимаемого сигнала в реальном масштабе времени. При движении объектов линии спектра биений смещаются пропорционально радиальной скорости объектов.
Как уже отмечалось, дальностное и скоростное смещения частоты могут быть разделены и измерены при использовании СЛЧМ. В этом случае линии спектра биений раздваиваются, причем частотный интервал между смещенными линиями равен удвоенному значению допплеровской частоты сигнала соответствующего объекта. Автоматическое сопровождение по дальности в частотном дальномере осуществляется автоматической подстройкой частоты модуляции Г„для поддержания равенства частоты биений Г„(г) частоте настройки частотного дискриминатора Г,„, в структурной схеме следящего частотного дальномера (рис.
7.8). При отклоне- 4И', нии Г„(г)= Г„(г)Р(г) от Г,„, на выходе частотного дискрис минатора создается напряжение, величина и знак которого соответствуют величине и знаку разности (Гл(г) — Г,„,). Это напряжение управляет генератором, задающим частоту модуляции Г„так, что восстанавливается равенство Гр(г) = Г,„,. При этом Г„(г) оказывается пропорциональной изменяющейся дальности Р(г). Зля повышения точности автоматической подстройки управляющее напряжение от частотного дискриминатора подается на управляемый генератор Г„через экстраполятор, определяющий астатизм следящего частотного дальномера. При реализации дальномера должна быть предварительно выделена дальномерная составляюгцая частоты биений, что нетрудно осуществить при использовании СЛЧМ.
281 Сравнивая достоинства и недостатки частотного и импульсного методов измерения дальности, следует отметить более сложгюе решение задачи радиолокационного наблюдения многих объектов частотным методом, в частности трудность обеспечения необходимой для этого высокой линейности модуляции, эффективной развязки приемного и передаюшего трактов частотной РЛС. В то же время частотный метод позволяет при малой пиковой мощности излучаемого сигнала получить высокую точность и разрешающую способность по дальности, дает возможность измерения весьма малых дальностей.
Преимущества частотного метода особенно ощутимы при измерении дальности и скорости единственного объекта на небольших расстояниях, что и определило широкое применение частотных дальномеров для измерения высоты летательных или космических аппаратов над поверхностью Земли или другой планеты. В радиовысотомерах (РВ) закон модуляции частоты может отличаться от линейного, что упрощает создание аппаратуры.
Однако при использовании частотного дальномера для измерения высоты должны учитываться некоторые особенности отраженных сигналов, которые рассматриваются далее. Особенности применения частотного метода в радиовысотомерах. Измерение высоты и вертикальной скорости объектов необходимо для решения следуюших задач: ° пилотирование ЛА (самолетов и вертолетов); ° дистанционная съемка рельефа поверхности Земли и планет или их спутников; ° посадка космических аппаратов на поверхность планет; ° определение текущей высоты орбиты ИСЗ. Основными тактическими характеристиками радиовысотомеров являются пределы и точность измерения высоты и вертикальной скорости.
Требования к параметрам измерителя определяются его назначением. Одним из основных требований к РВ является 282 Рис. 7.8. Структурная схема следящего частотного дальномера сохранение заданной точности измерения при различных эволю- циях ЛА. Возникающие при этом погрешности измерения высоты и вертикальной скорости можно устранить гиростабилизацией антенной системы РВ. Однако этот дорогостоящий способ используется редко. Обычно для уменьшения возникающих из-за кренов ЛА погрешностей применяются широкие ДНА, что приводит к расширению частотного спектра сигналов, отраженных от подстилающей поверхности, и усложнению их обработки. Построение и характеристики РВ определяются видом излучаемых (зондирующих) сигналов.
Непрерывное излучение с ЧМ используется в РВ малых и средних высот. Импульсное излучение с малой (квазинепрерывное) и большой скважностью применяется в основном в РВ больших и космических высот, хотя с освоением наносекундной техники импульсное излучение начинает применяться и при измерении малых высот. Далее кратко рассмотрены особенности построения РВ с ЧМ. Специфика отражения радиосигналов в диапазоне СВЧ от протяженной поверхности со случайным рельефом заключается в том, что радиосигнал на входе приемника является результатом сложения большого числа элементарных сигналов, созданных при отражении от множества «блестягцих точек», расположенных случайно в пределах плошади, облучаемой антенной (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
