Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Простейшая доплеровская РЛС. Доплеровские РЛС с непрерывным (немодулированным) излучением применяются для измерения путевой скорости самолета, скорости подъема самолета с вертикальным взлетом, скорости ветра, скорости автомобильного транспорта при регулировании движения и т.д. Структурная схема простейшей доплеровской РЛС показана на рис. 2.6. Назначение всех элементов схемы ясно из надписей. Передатчик вырабатывает немодулированные колебания с частотой ~м которые попадают в антенну А через 76 развязывающее устройство, а также ослабленные в определенное число раз на вход приемника (смеситель).
Отраженный сигнал с частотой (е ~ Рд поступает через антенну на вход смесителя, где смешивается с прямым сигналом передатчика. При этом возникают биения с доплеровской частотой Р„. Смеситель является фактически детектором, выделяющим биения, которые затем усиливаются усилителем низкой частоты. Частотная характеристика усилителя доплеровской частоты (УДЧ) должна иметь спад в области Ратоелайавяеа Ф Ркс. 2.6. Структурдая схема вроететпдей леклеровской РЛС нижних частот для подавленияотражения от неподвижных и малоподвижных целей и должна быть ограничена в области верхних частот, по так, чтобы обеспечить требуемый диапазон частот.
Индикатором может служить частотомер, отсчитывающий скорость цели. Коснемся работы развязывающего устройства. Попадание в приемник прямого сигнала является в данном случае полезным, так как он используется в качестве опорного для выделения колебаний доплеровской частоты. При отсутствии просачивания часть сигнала передатчика должна быть введена в приемник. Величина допустимого прямого. сигнала определяется максимально допустимой мощностью на входе приемника (не вызывающей повреждения смесителя или заметного снижения чувствительности) и величиной шумов передатчика Р,р„из-за паразитной амплитудной модуляции, вызванной нестабильностями, фоном переменного тока и т.
д. Количественно действие паразитной амплитудной модуляции можно оценить из следующих соображений. Ограничим условно величину мощности шума передатчика на входе приемника чувствительностью приемника, т. е. Р„,р„= Р,р,„. Найдем отношение мощности передатчика Р„к чувствительности приемника Р„р но которое, как и для любых радиосистем, характеризует дальность РЛС и тт часто именуется ее энергетическим потенциалом: Р,!Р„„„= = (Рл(Р ос) (Рлрос)Рш ос), где Рлрос мощностьвппросачивающегося прямого сигнала. Логарифмируя это выражение, находим (в децибелах): Р = драв + г)шп, где Р— потенциал; др„— величина Развязки; и „вЂ” превышение мощности передатчика уровня собственного шума.
Задаваясь значениями р и г)рвю можно определить требования к. шумовым качествам передатчика. Так, при Р„= = 1 кВт и Р„р„„„вЂ” — 1О " Вт имеем р = 160 дБ. Если пр„— — 50 дБ, то д„, = 110 дБ, т. е. шум передатчика должен быть на 110 дБ ниже уровня мощности сигнала несущей частоты передатчика. Следует отметить, что наряду с паразитной амплитудной модуляцией в сигнале передатчика имеется паразитная фазовая модуляция, которая приводит к появлению ошибок при точном определении скорости цели.
Реальные развязывающие устройства (гибридное кольцо, ферритовый циркулятор и т. д.) могут обеспечить развязку порядка бО дБ. Наилучшая развязка при Х ( 10 см обеспечивается применением раздельных антенн (около 80 дБ и выше при )) ж 3 см). Однако при наличии двух антенн максимально допустимая по габаритам эффективная площадь каждой из них уменьшается примерно в два раза. Кроме того, это приводит к усложнению конструкции. Частичная компенсация просачивающегося сигнала (прнмерно 10 дБ) обеспечивается путем использования части сфазированного сигнала передатчика. 4.
Доплеровская РЛС с ненулевой промежуточной частотой. фактически приемник простейшей доплеровской РЛС (рис. 2.6) можно рассматривать как супергетеродинный, ио с нулевой промежуточной частотой. Здесь роль гетеродина выполняет прямой про. сачнвающийся сигнал. Однако чувствительность такого приемника мала, так как мощность шумов полупроводниковых приборов и ламп на низких частотах (эффект мерцания, илн флнккер-эффект) изменяется приблизительно как !// (в отличие от дробоных и тепловых шумов, имеющих равномерный спектр).
Отсюда следует целесообразность повышения промежуточной частоты (ПЧ). При использовании обычного супергетеродннного приемника должны быть приняты меры по обеспечению нужной стабильности передатчика и гетероднна. Это нелегко сделать в диапазоне СВЧ. Поэтому целесообразно использовать иную схему, в которой влияние нестабильностей исключено.
На рис. 2.7 изображена структурная схема доплеровской РЛС, имеющей однополосный супергетеродинный приемник. Колебания стабилизнРаванного генеРатоРа ПЧ глч смешиваютсЯ с сигналом передатчика. На выходе смесителя образуются колебания с частотами те 'н )е *гпч С помощью специального ВЧ фильтра боковой полосы уй выделяется опорный сигнал с частотой 7а + (пч. Вместо простого смесителя (детектора) может быть использоьан балансный, подавляющий колебания с частотой 1а и тсм самым облегчающий фвльтрацию.
Кроме того, ничего не изменится в работе остальной части РЛС, если выделять сигнал, соотвстствугощий не сумме (с+ йпо а р аз ности /с — (п ч. Па входе смесителя приемчика между колебаниями, имеющими частоты (с + )яч и /, ш гд. образуются биения, огибающая которых имеет частоту /пч ш г"„. Эта огкбшощая выделяется иа выходе смесителя приемнина и усиливается усилителем ПЧ. Лалсс имеется еще одни смеснтель (второй детектор), где смешиваются Рис. 2.7.
Структурная схема доплеровской РЛС с ненулевой про- межуточной частотой колебании упч ~ Рд с опоРными )яч и выделлютсЯ колебаниЯ с частотой Рн. Остальная часть схемы не отличается от изображеннои на рис. 2.5. Возможен и другой метод измерения доплеровской частоты Гп для случая одной цели. В качество второго детектора вместо смесителя применяют частотный детектор, у которого центральная частота диснриминатора равна Гнч.
5. «Гребенка» фильтров доплеровских частот. В двух рассмотренных устройствах предполагалось„что полоса пропускания усилителей приемника рассчитана на диапазон ожидаемых доплеровских частот. Если имеется лишь одна цель, т. е. не требуется никакого разрешения по скорости, то достаточно иметь на выходе приемника простой частотомер, например, в виде счетчика. При наличии же множества целей спектр колебаний состоит нз соответствующего числа спектральных линий.
Для разделения зтнх линий, т. е. разрешения по скорости, необходимо произвести спектральный анализ принимаемого сигнала. Прн последовательном спектральном анализе имеется один фильтр, перестраиваемый с определенной скоростью в диапазоне ожидаемых доплеровских частот. Время воз- 79 действия полезного сигнала на такой фильтр гораздо меньше, чем его общая длительность, что равносильно потерям полезной энергии. Параллельный спектральный анализ обычно осуществляется с помощью системы, состоящей из набора пэ — — Ь|/ЬРэ фильтров, где Ь/ — общая полоса ожидаемых доплеровских частот, ЬРэ — полоса пропускания фильтров.
При этом обеспечивается минимальное время анализа без потерь полезного сигнала Та,р ж 1/ЬРэ. Прн последовательном анализе это время возрастает до Т.„= и,/ЬР, = Ц~ЬРэ. Для получения максимальной чувствительности полоса пропускания отдельных фильтров должна быть согласована с шириной спектра.
В частности, при расширении спектральных линий отраженного сигнала только из-за конечного времени облучения цели (например, при круговом обзоре) требуемая полоса фильтров!см. (2.1.15)1 ЬРэ ж! /Т,з„. Для определения требуемой полосы пропускания фильтров при учете ускорения цели следует задаться некоторым конечным отрезком времени Ьг, в течение которого частота под влиянием эффекта Доплера изменяется. Он должен быть не меньше, чем время нарастания переходных процессов в фильтре, т. е.
Ьгж 1/ЬРэ. После подстановки в (2,1.16) и прнравннваннн ЬРэ — — ЬР имеем ЬР,э ж 3/2а /Х. Если, например, цель совершает маневр с перегрузкой ар — — 19,6 м/с' (2д) (что довольно много для пассажирского самолета), то при Х = 1О см имеем ЬРэ ж 20 Гц. Знание ширины спектральных линий ЬР позволяет, кроме того, определить потенциальную разрешающую способность по скорости. Из основного соотношения Рд —— = 2ср/Х находим бор — — ЬРЛ/2. Чтобы реализовать оптимальное разрешение по скорости необходимо выбирать полосы отдельных фильтров из условия ЬРь — — ЬР.
При реализации набора фильтров могут быть использованы электромеханические, кварцевые или активные фильтры на полупроводниковых элементах. Если набор фильтров установлен в канале промежуточной частоты, то их число должно быть в два раза больше по сравнению с видеочастотиым каналом, однако прн этом имеется возможность сохранить знак доплеровского сдвига частоты. В этом случае в РЛС на рис. 2.7 не нужен смеситель, связанный с генератором /„,', но этот генератор должен обладать высокой стабильностью. Структурная схема набора фильтров показана на рис. 2,8, а, а их частотная характе» 60 рнстнка — на рнс.
2.8, 6. Центральные частоты отдельных фильтров равны Гие ~ Рю где й — номер фнльтра относительно центрального. Нулевая доплеровская частота соответствует центральной частоте фильтра Г „остальные частоты +-Рд соответствуют фильтрам, настроенным на частоты Г,„ч- Рд. Таким образом, появленне максимума сигнала на вйходе того нлн иного нз ннх позволяет судить не только-о скорости, но н о ее знаке. Если требуется устранить помехи от неподвнж- а/ Рис.
2.8. чгреАТ1у бокка» филет- 4 ров доплеровскик частот гч йач чч Геч б Фч йчччч йчч'4 ных объектов, то можно использовать режекторный фильтр, настроенный на центральную частоту Г, (рнс. 2.8, б). б. Потенциальная точность измерения скорости. В $ 1.б, и. 3 было обосновано понятие потенциальной погрешности измерения времени запаздывания (че Рассмотрим от-, раженный сигнал простейшей доплеровской РЛС в двух разных формах согласно (2.1.10) н (2.1.!3): ис = У, соз (2я (1 — 1'Го — чр „), и, = У, соз 12п (~е — Рд)( — чро — чр и).
Сравнение этих выражений показывает полную нх снмметрнчность относительно времени 1, нлн частоты Доплера Рд. Если не обращать внимания на постоянные фазовые сдвиги, то одно выражение можно получить нз другого простой заменой Го на г н 1, на Рд. Поэтому все Выводы, сделанные относительно потенциальной точности измерения временн запаздывания, остаются в силе н для доплеровского 51 сдвига частоты. Таким образом, [см.
(1.6.17)! оюют(Р) =1/(2лТв''2 2Ею/Ую/, (2.2.6) где Т, — эффективная длительность сигнала, которая может быть определена с помощью формулы (1.6.16), если заменить / на /, а спектр огибающей импульса 3 (/) на саму огибающую э (!), т. е. Вв тВ'=Вв В' 1 Р '[в(вв ~ ! в*ВвВвв. Например, для синусоидального колебания с прямо- угольной огибающей длительностью т, тв(2 тв(2 (2нТв)2 = 4пт ~ !2 ((/ ~ т(/ = — тю, з тв(2 -т,(2 т. е. Т, =' тю/2к"3 (тот же результат можно было получить из (1.6.19) путем формальной замены /!тю,/2п на Т, и Л/ю на тю). г.з. вторичнып эффект доплерл 1. Частота биений при вторичном эффекте Доплера. При рассмотрении эффекта Доплера предполагалось, что цель точечная. Однако для случая ближней радиолокации приходится учитывать конечные размеры цели. Это относится к любой цели, но в особенности к земной поверхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
