Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 70
Текст из файла (страница 70)
7ЛО. Прамаугольный импульс с ЛЧМ и условие его оптималь- иои обработки дывания /гр = Йр (ог)/с(го является линейной функцией частоты (в отличие от обычных фильтров, где /гр ж сопэ1). На рис. 7.10, а,б показаны импульс с ЛЧМ и характер изменения частоты в пределах длительности этого импульса. Если такой импульс проходит через фильтр, у которого зависимость времени группового запаздывания от частоты /гр (р) имеет вид, показанный на рис. 7.10, в, то это обеспечивает эффект сжатия.
Действительно, фильтр ускоряют низкочастотные составляющие у среза импульса (/гр меньше) и замедляет составляющие с более высокими частотами у фронта импульса (/„р больше). При выборе значений /гр г н /гр „, (соответствующих частотам /шга и /„а, импульса) следует исходить нз условия /гр „ак — 'гр а ь = ти> так как слишком малая разность задержек дает неполное сжатие, а слишком большая — расширение сжатого импульса. Степень сжатия определяется, как было' показано выше, величиной девиации частоты гь/и. Длительность сжатого импульса равна примерно 1/сь/и.
Дисперсионная ультразвуковая линия задержки (ДУЛЗ) представляет собой ультразвуковой волновод в виде плоской тонкой алюминиевой или стальной пластины с пьезопреобразователями на концах. Дисперсией облада- 399 ) )!1 й 1!!! ет первый продольный тип колебаний. При этом средняя частота /, = а/д, где т( — толщина звукопровода, а а =— = 2 — 2,2 МГц ° мм. Ширина линейного участка Ь|„ж ж (0,1 — 0,15)/э. Соответствующий участок группового запаздывания А/„р — — Р1, где 1 — длина звукопровода; р !,5 — 3 мкс/см. Например, прн /э = 20 МГц, Ь/а = = 3 МГц, А(,р — — 33,3 мкс ДУЛЗ представляет собой стальную ленту, длина которой 198, ширина 12,7, толщина 0,076 мм.
Недостатком ДУЛЗ является то, что при широкой полосе Ь/, толщина пластины оказывается Фэд~ азэуг очень малой. Для расширения полосы использует- а) и/т) плавное изменение толщины по длине. Это эквивалентно последовательному соединению нескольких ДУЛЗ. Получают развитие пьезоэлектрические многоотво ные ЛЗ использ ю ие Рас. тли пьеэоэлеатраческче мао- повеРхностные акУстичегортводаые ЛЗ, асаольэующае ские волны (ПАВ), у ко- ПАВ торых в качестве звуко- провода применяются пьезоэлектрические материалы (естественный нли синтетический пьезокварц, ниобат лития и др.). Возбуждение и съем электроакустических колебаний осуществляются с помощью металлических решетчатых электродов.
На рис. 7.11, а показан вариант ЛЗ с неэквидистантиым расположением электродов. Импульсная харакгеристика такой ЛЗ (реакция на короткий видеоимпульс) — последовательность видеонмпульсов одинаковой длительности с переменным периодом повторения (рис. 7З1, в), С помощью полосовых фильтров при этом можно выделить ЛЧМ сигнал (рис. 7.!1, б), который используется как зондирующий. Такой импульс после отражения от цели поступает с выхода приемника на вход 2 (рнс.
7.11, б) для обработки .в СФ, т. е. для сжатия. Этот импульс является зеркальным отображением импульсной характеристики фильтра сжатия (см. 5 4.3, п. 1). В рассматриваемой ЛЗ на ПАВ число электродов может быть доведено до коэффициента сжатия. Интегральное исполнение с грименением фотолитографи- ааа ческой планарной технологии позволяет получить число электродов каждой гребенки примерно 101. Для сжатия импульсов малой длительности с большой девиацией частоты (десятки или сотни мегагерц)может прнменятьсн ЛЗ с отводами н полосовымн фильтрами со смещенными характеристиками в цепи каждого отвода (см. рис. 7.7).
При движении цели, когда частота отраженного сигнала сдвигается на Рд, происходит сдвиг частот (м,„и ( ы. Соответственно сдвигаются значения 1„„. В зависимости от знака доплеровского смещения сжатый импульс появляется на выходе раньше ( — Рд) или позже (+Р ), чем импульс неподвижной цели. При этом можно разделить сдвиги, определяемые дальностью и скоростью, если чередовать направления включения генераторного н сжимающего фильт. ров. В заключение отметим, что в принципе достигнуты ко.эффициенты сжатия порядка нескольких тысяч и даже !О~, хотя гюка на практике используются значительно меньшие коэффициенты сжатия.
7.3. ФА30мднипулиРОВАнные импульсы 1. Сжатие фазоманипулированного (Фй() импульса. Лругнм (кроме частотной модуляции) путем расширения спектра является фазовая манипуляция (ФМ). Она заключается в том, что весь радиомпульс разбивается на ряд парциальных радиоимпульсов, имеющих определенные фазовые сдвиги 2п(й. При й )'2 манипуляция многофазная, а при й = 2 — противофазная, так как возможны лишь фазовые сдвиги О и и. Такой случай при длительности парциальных импульсов т, = тд(А( иллюстрируется на рис. 7.12, а. При этом сигнал можно представить в виде и, =- ((, б, соз в,( = ((, соз [ы,( + (а„— 1)п!21, (7.3.1) где б„= ~1 — символ, соответствующий моменту времени т,л, в который осуществляется манипуляция фазы на и. Оптимальная обработка такого импульса может производиться с помощью СФ в виде ЛЗ с отводами, причем весовые коэффициенты ~1 расположены зеркально относительно знаков фаз сип~алов (рис.
7.12, б). Заметим, что зондирующий сигнал рис. 7.12, а можно образовать с помощью той же ЛЗ, если подать короткий радиоимпульс длительностью т„(А( с обратной стороны линии. 491 На рис. 7.13, а, б условно изображен процесс оптпмаль. ной обработки посредством фильтра рис. 7.12, б.
Рисунок иллюстрирует механизм сжатия сигнала и образование боковых лепестков. Заметим, что так как в данном случае весь импульс состоит из последовательности парцнальиых импульсов, то перед данным фильтром (или после него) иа- а) Рис, 7Л2. Фазоманипулиропаипый импульс (а) и соответствующий СФ (61 Рис. 7ЛЗ. Опт обработка ФМ импульса до поставить СФ для парциальных радиоимпульсов. В результате образуются радноимпульсы с треугольной огибаюц(ей, показанной на рис. 7.13, в. Характерным для ФМ сигналов является то, что уровень боковых лепестков остается постоянным на интервале ~ти по обе стороны сжатого импульса (где ти — длительность несжатого импульса), а их уровень зависит от произведения длительности на полосу (т„!Л1)(1/ти) = 1/У, Напомним, что в случае ЛЧМ сигналов боковые лепестки уменышаются при удалении от центра сжатого импульса н оии относительно независимы от коэффициента сжатия (произведения длительности на полосу).
402 2. Понятие о фазовой псевдослучайной манипуляции. В настоящее время уделяется внимание отысканию кодов таких последовательностей, которые обеспечивают максимальный главный лепесток и минимальные боковые лепестки. Зля л/ ( 13 широко известны коды Баркера. В табл. 7.1 Таблица 7.! л, л, Г вагах л< л~ л а ° л. и~в 2 ~+1~ — 1~ — 1/2 З (+1~+1~ — 1~ 4 )+1~+1~ — 1~+! ~ — 1/3 ! ~1/4 5 ~+1~+1~+1~ — 1 ~+1~ 7 ~+ 1~+1~+ 1~ — 1 ~ — 1 ) +1 ~ — 1 ~ ~ — 1/11 1З )+1)+1~+1)+1~+1~ — ! ~ — 1~+1~+1~ — ! ~+1~ — 1)+1~ !/!З указаны символы 4/„= ~! для разных /У, причем для некоторых /У имеются две последовательности ( — 1, +1 для л/ = 2; +1, — 1, +1 для /!/ = 3 и +1, +1, +1, — 1 для /У = 4). В последнем столбце приведен уровень боковых лепестков нормированной автокорреляционной функции (см.
5 7,1, п, 2), которая для нечетных Л/ равна 1 для А=О, О для й = 1, 3, ..., /!/, гв,„— — ~1/У для Й= Й Йто! ! т1 га= — ' = — ~., Н и'+! =- Ли с 1= 1 где Й вЂ” целые значения !/та в обе стороны от главного лепестка, причем для четных Л/ четные и нечетные й меняются местами; знак гв„,„„зависит от Л/. Сказанное легко проверить, как это сделано на рис. 7.13; общее доказательство опускаем. Лля получения идеальной иглообразной корреляционной функции без боковых лепестков (а следовательно, соответствующей поверхности тела неопределенности) необходимо иметь случайный (шумовой) закон модуляции (вспом- 403 ннм, что корреляционная функция белого шума является дельта-функцией).
Расстройка относительно ожидаемых значений ! и Р должна независимо разрушить выбросы функции корреляции. Однако чисто шумовой сигнал, имеющий переменную амплитуду, неудобен. Поэтому желательно использовать фазовую манипуляцию по шумоподобному (псевдослучайному) закону. Ряд исследований показал, что кодов Баркера с боковыми лепестками 1/У при У ~ 13 не существует. Поэтому использование этих кодов для фазовой манипуляции радиолокационных сигналов обладает ограниченными возможностями с точки зрения коэффициента сжатия. Предложено множество различных кодовых последовательностей, дающих достаточно низкий уровень боковых лепестков автокорреляционной функции выходного сигнала СФ.
Остановимся кратко на так называемых М-последовательностях (последовательности максимальной длительности). Они представляют собой набор символов Н, (+1 или — 1), повторяющихся с периодом У и определяемых произведением двух (или'в общем случае большего четного числа) символов в виде А = — А-.А-ь (7.3.2) где п - й = 1, 1 = (и + 1), ..., У. Число комбинаций п символов из двух элементов +! н — 1 равно 2", нз которых 2" — ' положительных и 2" — ' отрицательных. Так как нужно исключить комбинацию нз одних отрицательных символов, как на обеспечивающую манипуляцию фазы, то максимальная длина последовательности равна У = 2" — 1, причем число отрицательных н символов равно 2"-' — !.
Соответственно ~~"„Ы, = !. Пусть, 1=1 например, и = 2 (т. е. У = 3). Если задаться 4 = — 1 и А +1 и й 1 то ~(з '~з-А-ь Ф(а +1э т. е. последовательность имеЪт вид — 1, +1, +1. Лалее идут повторяющиеся г(, = — 1, 4 = +1, г(6 = +1, 4 = — 1, ... Заметим, что эуа последовательность совпадает с кодом Баркера при У = 3. При и = 3 (т. е. У = 7) возможны значения й = 1 и й = 2, откуда г(, = — й,,й;, и И, = — г(;,А „что приводит, если задаться ((, = — 1, Н, = — 1, На = +1, к последовательностям; — !, — 1, +1, — 1, +1, +1, +1 и — 1, — 1, +1, +1, +1, — 1, +1 (так как в этих последовательностях отличается только порядок следования одинаковых символов, то их можно назвать «зеркальными»).
404 Число элементов последовательности с ростом й7 практически удваивается при увеличении и на 1 (У 1023 при а = 10 и У = 2047 при л = 11 и т. д.). Почти каждому значению л соответствуют несколько чисел й, при котором действует правило (7.3.2), хотя они отсутствуют при п =* = 8, 12, 13, 16 (табл. 7.2). Таблица 7.2 ц 2 ~ 3 ~ 4 ~. 5 ~ 6 ! 7 ~ 9 ~ 1О ~ 1! ~ 14 ~ 15 ~ 17 ~ 18 Л ~ ! ~ 1; 2~ 1; З~ 2; З) 1; О~ 1; О~ 4„ Ь~ З; 7 ~ 2 9 ~ В; 9 ~ 1; 14~ З; 14~ З; 1В Заметим, что.
если бесконечную последовательность 1!1 с периодом в Ф элементов сдвинуть вправо или влево на некоторое число элементов и применить правило (7.3.2), то получится та же последовательность, смещенная на некоторое число элементов. Рассматриваемая М-последовательность обладает свойством «хаотичности» и именуется «псевдослучайнойа. Поясним этот термин. Пусть последовательность образуется подбрасыванием монеты, причем появлению герба соответствует„ например, +1, а цифры — 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
