Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Последовательность когерентных раднонмпульсов и (1) (рис. 2АЗ, б) представляет собой произведение периодической последовательности видеоимпульсов единичной амплитуды и„ (1) на гармоническое колебание соз 2гс1»1, т. е. когерентные импульсы являются как бы «вырезанными» из синусоиды через равные интервалы Т . Определим спектральный состав импульсов и (1), для етого разложим в ряд Фурье периодическую функцию и,„(1) при выбранном начале отсчета, когда функция и,„(1) четная: 4« и,„(1)= — '+ ~ А„соз 2ппГ,1, (2,4.3) е=! 56 где амплитуды гармоник (для прямоугольных импульсов) равны гкуй А„= — и,„(?)соз2««г 6И=— 2 т, га и — в/а Соответственио пос«е разложения произведетуия косинусов получим и(1)аой Щсоз2фе( — осовев( 1" Ав 2 — ~ А„соз 2«(ув+ «Яв)1+ — ~~(~~ А„соз 2«Дв — «ги) Г, и 1 л 1 (2.4.4) т. е.
дискретные спектральные линни, соответствующие частотам (в ~ «г в (рис. 2.14, а). л(Р Рвс. 2Д4. Скектры коте. рентных последовательностей радиовыиульсов: о — случай модуляднн гармояического колебания аернодкческой аоследовательиостью вндеоимиульсов, б— случаЯ вмиолнения услеаня керновйчноств радионмаульсов, ио отсутствня составляюнтей увч тра (где ю— целое число) В ряде случаев к когерентной последовательности импульсов предъявляется еще одно требование †сохранен одинаковой начальной фазы у всех импульсов, т. е. выполнение условия их периодичности.
Если при этом несущая частота ~а кратна частоте повторения Р, = ЫТ„ т. е. )оТм оо лу, где лу — целое (обычно весьма большое) число, то спектр описывается тем же рядом, Фурье (2.4.4), но все гармонические составляющие, как и несущая частота („ сохраняют кратность частоте повторения г „. Если же у последовательности импульсов с одинаковой начальной фазой частота ~в не кратна г'ц, то в спектре вообще отсутствует составляющая частоты га (рис. 2.14, б). Мы рассмотрели спектр периодической послздовательности когерентных радиоимпульсов, который является ли- за нейчатым.
В случае конечного числа импульсов в пачке происходит расширение спектральных линий иа величину, обратную длительности всей пачки, т. е. 1/ФТ, (см. гл. 4), Нарушение когереитности вызывает дополнительное размытие спектральных линий сверх величины, определяемой длительностью пачки (частичная когерентность). В пределе при полном нарушении когерентности спектр пачки, как уже говорилось, не отличается от спектра одиночного импульса.
Таким образом, степень расширения спектральной линии сверх величины, определяемой шириной пачки, может служить мерой когерентности. Если воспользоваться линейным приближением, т. е. принять, что ширина спектральных линий А~ является линейной функцией интервала А~у„в пределах которого начальные фазы импульсов ~р„распределены равномерно, то АГ = Р,б~р,(2п. действительно, при АЧ~, = 2п спектр становится сплошным (ЬГ = Р,), а при А<р„= 0 — линейчатым (Гъг = 0). 3. Разновидности когерентно-импульсных систем. Когерентные РЛС с непрерывным излучением, рассмотренные в й 2.2, дают возможность осуществлять селекцию цели по скорости. Аналогичную возможность обеспечивают когерентно-импульсные РЛС, использующие когерентные импульсы.
РЛС с когерентным зондирующим сигналом (при непрерывном излучении или в виде пачки когерентных импульсов) можно назвать истинно когерентнымн. Что касается некогерентных импульсов, то в течение длительности пачки без применения специальных мер (о которых пойдет речь ниже) нельзя выделить изменения фазы отраженного сигнала, которые связаны с движением цели. С другой стороны, иногда в принципе возможно измерение доплеровского сдвига частоты в течение длительности короткого импульса, но такой метод имеет низкую точность (даже ниже, чем при непосредственной фиксации изменения временного положения импульсов). Важной разновидностью когерентно-импульсных РЛС являются пгевдокогерентиые.
В этих системах используется некогерентный зондирующий сигнал (применяется передатчик с самовозбуждением, например, магнетрон), но осуществляется запоминание начальной фазы каждого импульса. Это позволяет при приеме отраженного импульса исключить влияние случайной начальной фазы и сохранить только то изменение фазы, которое происходит засчет движения цели (предполагается, что при отражении пачки импульсов не происходит случайных изменений фазы). Запоминание же начальной фазы осуществляется посредст- 90 вом опорных стабильных гармонических колебаний, заполняющих почти весь промежуток между импульсами, начальная фаза которых совпадает с начальной фазой зондирующего импульса.
Различают псевдокогерентные системы с внешней когерентностью и внутренней. В системах с внешней когерентностью опорный сигнал создается вследствие отражения от неподвижных протяженных целей (например, от местных предметов, расположенных вблизи РЛС, если их координаты перекрывающиеся). В системах с внутренней когерентностью опорный сигнал формируется с помощью специального когерентного гетеродина, синхронизируемого по фазе импульсом передатчика. В РЛС обнаружения воздушных целей, используемых в аэропортах и на трассах, когерентно-импульсные методы применяются для отделения движущихся целей от неподвижных. Сигналы от неподвижных (или малоподвижных) целей являются пассивными помехами, возникающими из-за отражений зондирующего сигнала РЛС от местных предметов, от водной поверхности (при обнаружении кораблей), от гидрометеообразований, от специальных металлизированных дипольных отражателей (организованные пассивные помехи).
Пассивные помехи могут на 30 ...80 дБ превышать уровень внутренних шумов приемника и значительно маскируют полезный сигнал. Процесс отделения движущихся целей от неподвижных называется селекцией движущихся целей (СДЩ. 4. Принцип действия когерентно-импульсной РЛС. Рассмотрим структурную схему наиболее простой когерентноимпульсной РЛС, в которой опорное напряжение формируется из колебаний когерентного гетеродина (рис. 2.15, а).
Колебания когерентного гетеродина усиливаются усилителем мощности, который одновременно с помощью модулятора выполняет роль ключевого устройства. При этом из гармонических колебаний когерентного гетеродина «нарезается» периодическая последовательность радиоимпульсов. Кроме того, эти колебания вместе с отраженным сигналом после усилителя радиочастоты (УРЧ) попадают на фазовый детектор.
В качестве простейшего фазового детектора (см. 5 2.2, и. 2) можно использовать амплитудный детектор, на который подается сумма опорного сигнала когерентного гетеродина большой амплитуды и слабого полезного сигнала. Происходящий при этом процесс отличается от рассмотренного в 9 2.2, п.
2 лишь тем, что с опорным сигналом смешивается не непрерывный сигнал, а образо- 91 ванная из него когерентная последовательность радиоимпульсов. Фаза опорного напряжения когерентного гетеродина пц„(/) = У„„соз 2п/о2 равна Ф = 2п/о/ (2.4.5) Фаза:несущих колебаний последовательности нз Ж когерентных радиоимпульсов, отраженных от цели, расположенной на расстоянии В = Йо + о / и описываемой в преп фа+та огкг г 1 1 ~ гта Рнш 2яз.
Простейшая цогерентно-нмпудьсная РЛС делах длительности импульсов (/гТп+/, < / < ЙТ + + /, + т„, где й изменяется от 0 до А/ — 1) функцией и, = = У, соз [2п/о (/ — 2Р/с) — фа), соответственно равна фо = 2л/о (/ — 20/с) — фц = 2п (/о ~ Гд)/ — фо — фц (2.4.6) где фо = 2п/о (2Оо/с), а фц — сдвиг фазы при отражении. Разность фаз ф = фцг — фо — — Т2прд/+ фо + фц, (2,4,7) Сказанное иллюстрируется векторной диаграммой рис.
2.15, б. Амплитуда напряжения на выходе фазового детектора может быть найдена по приращению амплитуды опорного напряжения когерентного гетеродина под действием полезного сигнала (см. 9 2.2, п. 21: У,=и,— У„„=Ь~У„„+ У;+2и„„и...ф — У„„= =У„„()/1+(У,/У„„)'+2(У,/Уь)созф — 1), (2.48) 92 а с учетом неравенства У,/У„„((! Уа ж У„„(1 + — ' соз ~р — 1) = У, соз ~р = и У,соз(~ 2п Р„г+~р~+(рч). (2.4.9) Для неподвижной цели (частота Доплера Рд = О) в течение действия когерентных отраженных импульсов происходит изменение амплитуд У, в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от разности фаз ~р,+ фч. Это иллюстрируется рнс. 2.16 для двух различных целей.
Здесь изменение амплитуды результирующего колебания на входе детектора ир (!) соответствует изменению длины векторов на векторных диаграммах рнс. 2.16, а, б (заметнм, что соотношение У„, )) У~ на рнс. 2.16 не выдерживается). На рис. 2.16, а, б показаны также видеоимпульсы и» (!), полученные на выходе детектора, и соответствующие отметки цели. Если цель движется (Ря чь О), то разность фаз когерентного напряжения и сигнала у непрерывно изменяется. На векторной диаграмме вектор У, вращается, а результирующий вектор Ур колеблется (рис.
2.17, а). Амплитуда суммарного напряжения опорного и полезного сигналов Ур непрерывно изменяется с частотой Р„(рнс. 2.17, б). В результате напряжение и»(!) на выходе детектора принимает вид последовательности видеоимпульсов, амплитуда которых Уа изменяется с доплеровской частотой (рис.
2.17, в). Заметим, что амплитуды Ур, и Ур„находящиеся между максимальной и минимальной, должны быть равны длинам соответствующих векторов, т. е. несколько больше полученных путем построения ортогональной проекции на ось ир (!), показанной на рис. 2.17. Для аналитического представления амплитуд Уз заменим в формуле (2.4.9) время г его значениями ! = !» + йТ,. Тогда У» = У соз (+-2пр йТ -~- 2пР„! + ~р» + <р„), (2.4.10) где целое число й изменяется в зависимости от номера импульса в пачке, а разность фаз двух соседних импульсов Ьцг = 2прдТ,.
(2.4.11) На рис. 2.18показаныотметкн неподвижной цели Ц, н движущейся Ц,. Отметка движущейся цели из-за пульсации амплитуды оказывается двусторонней и как бы заштрихованной». Наличке движения цели можно определить по крайней мере по одному изменению полярности отметки зз Рис. 2.16. Сигналы на выходе фаэового детектора при неподвижных целях г' ~и~ гглг Рнс. 2Л7. Сигнал на выходе фазово: го детектора прн движении цели Рис. 2Л8. Отметки неподвижной и движущейся целей 94 цели. Для этого достаточно, чтобы расстояние Р изменялось всего лишь на АР = Х/4, так как сдвиг фаз отраженных колебаний ~р, изменится (согласно (2.4.6)) на 2л/е 2/лР/с = 4лР/)ь =- 4л — /Х = л и разность фаз (2.4.7) также изменится на л, а следовательно, в соответствии с (2.4 9) полярность напряжения с/а изменится на — (/а Вместе с тем для того, чтобы проследить факт движения по Рис. 2Л9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
