Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Благодаря такой высокой чувствительности использование фазовой информации в РСА позволяет значительно повысить эффективность решения всех тактических задач. Когерентный приемопередающий тракт РСА включает в себя устройства формирования зондирующего сигнала, усиления и преобразования на промежуточную частоту принимаемого сигнала, фазовые детекторы, АЦП. Выбор зондирующего сигнала РСА землеобзора определяется многими факторами. Получение высокой разрешающей способности по дальности требует применения широкополосного зондирующего сигнала. Для получения радиолокационного изображения малоотражающей местности и малоразмерных объектов (ВПП, водная поверхность, танки и т.п.) при большой дальности обзора необходима значительная мощность излучаемого сигнала (средняя мощность), малые потери приемо- передающего тракта и малые шумы приемника.
Обеспечение высокого динамического диапазона изображения требует малого уровня мощности боковых лепестков ФН зондирующего сигнала. Наконец, для обеспечения синтезирования апертуры необходима высокая степень когерентности зондирующего сигнала и всего приемопередающего тракта. Основным источником инфор.чации при синтезировании апертуры является фаза сигнала, отраженного от цели, поэтому под когерентностью приемопередающего тракта РСА обычно понимают наличие априорного знания закона изменения фазы зондирующего сигнала относительно опорного сигнала гетеродина при стабильности фазовых характеристик приемного тракта. В зависимости от способа обеспечения когерентности приемопередающего тракта РСА разделяются на два класса: истинно ко.ерентние и псевдокогерентные.
Истинно когерентные РСА. Когерентность тракта таких РСА обеспечивается путем формирования всех радиочастотных колебаний и синхроимпульсов от единого высокостабильного опорного генератора с помощью синтезатора частот. В качестве опорного генератора обычно 112 Принципе| построения РСА землеобзора используют прецизионные кварцевые генераторы диапазона 10...50 МГц с последующим умножением (делением) частоты варакторными умно- жителями. Для обеспечения высокой стабильности частот и малых фазовых шумов генерируемых колебаний принимаются тщательные меры по стабилизации питающих напряжений, температурной компенсации, изоляции от механических воздействий и т.п.
Усилительные приборы типа клистронов и ЛБВ обеспечивают необходимую мощность излучения зондирующего сигнала, сформированного синтезатором частот и модулятором. Как и для опорного генератора, для этих приборов принимаются меры по стабилизации питающих напряжений, так как их нестабильность порядка 1% приводит к фазовым нестабильностям выходного сигнала с СКО порядка 5... 1О'. Тщательно сконструированный когерентный передающий тракт имеет малые фазовые шумы и незначительный уход частоты за время синтезирования.
Структурная схема формирования и преобразования сигнала в приемопередающем тракте истинно когерентной РСА показана на рис. 52. Рис. 5.2. Структурная схема когерентного приемопередающего тракта Опорный генератор ОГ и синтезатор частот СЧ формируют сигналы несущей частоты Т„, промежуточной 1', их разности Т -1'„р, а также частоты модуляции зондирующего сигнала 1'„. С помощью модулятора М формируется требуемый зондирующий сигнал на несущей частоте 1О, который усиливается усилителем мощности УМ и, пройдя через антенный переключатель АП, излучается антенной А. Принимаемый траекторный сигнал, частота которого отличается от излученной на доплеровскую частоту 1'„, преобразуется смесителем СМ на промежуточную частоту.
В качестве сигнала гетеродина синтезатор частот выдает колебания частоты 1е-Т . После усиления на промежуточной частоте (УПЧ) отраженный сигнал преобразуется в два видеосигнала 113 Глава 5 (квадратурные составляющие) с помощью фазового детектора ФД. Для работы ФД синтезатор частот также формирует опорные сигналы на частоте (а„, сдвинутые относительно друг друга на я/2. Дальнейшая обработка траекторного сигнала (по задержке и по траектории) производится после ФД обычно с помощью цифрового процессора сигналов (на борту ЛА) либо после записи траекторного сигнала с выхода ФД в наземном цифровом или оптическом устройстве обработки.
Иногда обработка сигнала по задержке (до синтезирования) производится после УПЧ с помощью аналогового согласованного фильтра. Обеспечение когерентности тракта РСА при такой схеме формирования зондирующего сигнала предъявляет высокие требования к опорному генератору. Так, если излучаемый сигнал имеет фазу ~р„= в,1+<р(1), где ~р(1) — паразитная фазовая модуляция опорного генератора, то задержанный на то принимаемый сигнал имеет фазу <р =и,(~ —.св)+е(~ —.св) . Фазовые флуктуации траекторного сигнала на выходе ФД составляют Л~р(1,т )=<р(т)-<р(т-т,).
Случайный процесс фазовых нестабильностей опорного генератора <р(1), обусловленный незначительным уходом частоты генератора за время синтезирования (единицы секунд), можно считать нормальным случайным процессом с корреляционной функцией К„(т) . Тогда разность фаз такого процесса имеет дисперсию о~ =2~о~ — К„(та)1. Чем ниже частота фазовых флуктуаций опорного генератора, тем больше значение К„(то) и, следовательно, меньше вклад низкочастотных флуктуаций в СКО флуктуаций фазы Лд приемопереданнйего тракта. Однако опорные генераторы имеют спектральную плотность фазовых шумов колебаний, возрастающую с уменьшением частоты, что требует учета всех спектральных составляющих фазовых шумов опорного генератора. Наиболее сильно фазовые искажения влияют на интегральный уровень боковых лепестков выходного сигнала точечной цели (функции неопределенности), от которого в значительной степени зависит возможность обнаружения малоразмерных целей на фоне земной поверхности.
При малых СКО флуктуаций фазы а, интегральный уровень боковых лепестков Р,ДдБ) = 20!да „~рад). Поскольку нарушение когерентности приемопередающего тракта является лишь одной из причин фазовых флуктуаций траекторного сиг- 114 Про нцнни построения РСА землеоозорн нала, то допустимая величина о приемопередатчика обычно не должна превышать нескольких градусов. Псевдокогерентные РСА. В РЛС такого класса начальный фазовый сдвиг между зондирующим импульсом передатчика (обычно магнетронного) и сигналом опорного генератора в каждом периоде повторения является спучайным.
Для обеспечения когерентности такой РЛС производится измерение разности фаз излученного импульса передатчика и сигнала опорного генератора. Для этого в момент излучения импульса часть его мощности ответвляется и проходит через тракт приемника так же, как и отраженные сигналы. На выходе фазового детектора с инусный и косинусный сигналы передатчика запоминаются на время одного периода повторения.
С помощью запомненных сигналов фазовращатель производит коррекцию фазы принимаемых сигналов. В результате сигналы на выходе фазовращателя не зависят от случайной фазы импульса передатчика и определяются только фазой отраженного сигнала. Возможно также вместо фазы принимаемых сигналов корректировать фазу опорного генератора. Истинно когерентные РСА обладают рядом преимуществ по сравнению с псевдокогерентными, поэтому обычно используют истинно когерентные РСА. У современных опорных генераторов интервал корреляции фазовых нестабильностей Л~р(!) обычно много меньше времени синтезирования Т, (быстрые нестабильности), а СКО нестабильностей фазы Жр составляет 3...! О . Модуляция зондирующего сигнала. Основные характеристики РСА по разрешению, обнаружению и точности измерения координат объектов, а также скрытности и помехоустойчивости определяются модуляцией зондирующего сигнала. Выбор сигналов по большинству подобных критериев сводится к анализу функции неопределенности зондирующего сигнала.
Например, ширина главного пика ФН определяет разрешение и точность измерения координат; интегральный уровень боковых лепестков ФН вЂ” динамический диапазон изображения; расстояние между основным и боковым пиками ФН вЂ” неоднозначность измерения координат и т.п.
Зондирующие сигналы можно разделить на два больших класса: непрерывные модулированные сигналы и импульсные периодические сигналы. Для обоих классов ширина основного пика ФН определяется полосой частот модуляции ЛГ, и длительностью сигнала Т, . Чем шире спектр, тем выше разрешающая способность по времени задержки сигнала (дальности), а чем больше длительность — тем выше разрешение по частоте (азимуту). Глава 5 Импульсные периодические сиенты используются в РСА по двум причинам.
Первая причина — возможность получения малого интегрального (суммарного) уровня мощности боковых лепестков в зоне т т„,„,М'„отражений от земной поверхности (рис. 5.3), где т„, — максимальная задержка (дальность обзора), а Л$'„ ширина спектра доплеровских частот траекторного сигнала. Так, пачка импульсов без внутриимпульсной модуляции имеРис. 5З. Спектр импульсного периодического ет ФН в виде периодических сигнала пиков на всей площади 4Лт',Т, .
В отличие от непрерывного сигнала, у которого вся плошадь ФН 4М;Т, заполнена боковыми лепестками, у пачки импульсов плошадь между пиками свободна от боковых лепестков ФН. Пачка простых импульсных сигналов имеет максимальную среди всех возможных сигна- 2 лов свободную от пиков площадь, равную 2҄— = 4.
Выбирая период Т„ повторения Та, можно расположить область отраженного сигнала т„, Лта в этой свободной зоне. В этом случае отношение сигнал/фон в изображении будет определяться интегральным уровнем боковых лепестков лишь в небольшой области вблизи основного пика ФН. Кроме того, уровень этих боковых лепестков может быть значительно понижен выбором соответствующей весовой функции при обработке сигнала.
Вторая причина применения импульсного периодического сигнала— это возможность использования одной антенны на передачу и прием. К сожалению, использовать простой импульсный сигнал без внутриимпульсной модуляции в режиме радиовидения обычно не удается вследствие низкой средней мощности такого сигнала. Так„например. нри периоде повторения Г„=!мс (максимальная дальность обзора 150 км) и разрешении но дальности 1,5 м ( т„= 10 не ) скваж- ность сигнала Я == Т„/тв =- 10 . При импульсной мощности сигнала !'„=10 кВт средняя мощность Р„= 0,1Вт, что явно недостаточно. 116 Принципы поетроеиии РСА ммлеобзоро Поэтому для увеличения средней мощности используют длинные (т„= !...!00 мкс) сигналы с внутриимпульсной модуляцией с последующим сжатием в )00 раз и более. При этом возрастает сложность системы обработки и требуется выбор специальных видов модуляции, обеспечивающих малый уровень боковых лепестков в области отражений т„, Л$'„. Максимальная длительность излучаемого сигнала обычно ограничивается максимально допустимой мертвой зоной, обусловленной запиранием приемника на время излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
