Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970) (1151796), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Анализ биений удобно провести с помощью временной вектор- ной диаграммы, изо ображенной на рис. 6.24, а. Здесь векторы С =, и унр — — (/ нре — 'р"' являются комплексными амплиту- дами опорного напряж ения и отраженного сигнала соответственно, — у (1) е — /~ оп — комплексной амплитудой результирующего аУ= р( е — ' напряжения, изображенного на рис. 6.24, б.
Амплитуда результирующего напряжения в соответствии с век- торной диаграммой равна и,Р) =~/ (/.', + и' „,+2(~, илг.р ф(~) 8 354 и в общем случае закон ее изменения во времени не является гармоническим. Однако при с/ , ».(/ „р имеем у„,я=у,1/ 1-~-2 '""'совФ~в ~/т1 и, замечая, что приближенно 1/1+ х = 1+ — при х((1, получаем х и.,®=и., 1+ "' ФР) =и.,+и.„,со Ф®. 1/т1 Рис. 6.25. Пояснение принципа действия допплеровсиого радио- взрывателя 355 ТаКИМ ОбраЗОМ, Прн УСЛОВИИ Уп.,1 )) У„„р аМПЛИтуда рЕЗуЛЬтИруЮ- щего колебания изменяется практически по гармоническому закону. Переменная составляющая на выходе детектора (рис.
6.24, в) и„„(1) =- У вЂ” (/т1= с/ писоз Ф (1) = с/ „рсоз(2лРд 1+ сР ) (7) представляет собой напряжение допплеровской частоты, которое после усиления поступает на индикатор. Положительным качеством допплеровских радиолокаторов является отсутствие характерной для импульсных радиолокаторов ближней непросматриваемой зоны, определяемой длительностью зондирующего импульса. Рассмотренный принцип локации используется поэтому, например, в радиовзрывателях ракет или снарядов.
При этом по мере сближения радиовзрывателя с целью (рис. 6.25) амплитуда сигнала низкой частоты на выходе детектора его приемника возрастает, а допплеровская частота уменьшается, попадая в полосу пропускания фильтра и приводя в действие радиовзрыватель. Лопплеровские радиолокаторы могут быть также применены в качестве наземных средств обнаружения и сопровождения движущихся объектов и т.д. Приемники, подобные опи- р санному, часто называют приемниками на нулевых биениях или с нулевой промежуточной частотой.
В тех случаях, когда важна простота и нежелательна многоканальность, их полоса пропускания выбирается в со- 4 „р ответствии со всем ожидаемым диапазоном частот. Из-за неоптимальности такой обработки и повышенного шума на низких частотах эти приемники недостаточно чувствительны и применяются лишь, если требуемая дальность действия мала. $6.8 Рис. 6.26. Блок-схема допплеровского радиолока- тора с усилением на промежуточной частоте Влияние низкочастотных шумов практически исключается, если применено гетеродинирование (рис. 6.26) и основное усиление осуществляется на промежуточной частоте. Дальнейшее повышение чувствительности достигается, например, тем, что полоса пропускания усилителя промежуточной частоты (рассчитанная на ожидаемый диапазон допплеровских частот) перекрывается одним перестраиваемым узкополосным фильтром, либо набором неперестраиваемых.
При этом полоса отдельного узкополосного фильтра выбирается оптимальным образом, т. е, согласуется со спектром принимаемого сигнала (с учетом конечного времени облучения цели и флюктуаций ее эффективной поверхности). В случае использования набора фильтров каждый парциальный канал УПЧ заканчивается своим детектором. На детекторы подаются колебания частот ~„— Р и )'„с их выходов снимаются колебания частот Е„, которые затем усиливаются перед подачей на индикатор. В принципе возможно и использование метода спектрального анализа, описанного в конце ~ 6.6. Угловые координаты цели могут измеряться с помощью известных методов (гл.
5). Применение узкополосных фильтров позволяет определять абсолютное значение радиальной скорости цели. Один из способов получения информации о знаке скорости заключается в сдвиге нулевой частоты на некоторую величину ~, с помощью гетеродина и смесителя. При этом сигналы движущихся целей на выходе смесителя имеют частоту ~, — Р„, где знак допплеровской поправки определяется направлением движения цели. Для выделения сигналов 366 $6,8 движущихся целей в этом случае достаточно отфильтровать на выходе детектора сигналы в окрестности частоты ),.
Допплеровский радиолокатор может сопровождать цели по скорости и угловой координате. Надежность автосопровождения может быть существенно повышена, если используется узкополосный прием с автоподстройкой частоты гетеродина. На рис. 6.27 изображены схемы отслеживания частоты (скорости) с частотным (рис. 6,27, а) и фазовым (рис. 6.27, б) дискриминаторами (детекторами). В схеме с частотным дискриминатором входной сигнал частоты ~, преобразуется с помощью управляемого гетеродина и смесителя в сигнал промежуточной частоты ~„р — — ), — )„который подается на дискриминатор. Если принимается сигнал движущейся цели и промежуточная частота отличается от частоты настройки дискриминатора )„р, (за счет допплеровской поправки), то на выходе интегратора будет иметь место управляющее напряжение. Это на-- пряжение воздействует на гетеродин (отражатель клистрона) так, чтобы ~вр = ~вр„.
В схеме с фазовым дискриминатором сравниваются фазы напряжения сигнала (после преобразования) и опорного напряжения. Амплитуда выходного напряжения фазового дискриминатора зависит от разности фаз. Управляющее напряжение с выхода фильтра нижних частот воздействует на гетеродин, изменяя его частоту на величину, соответствующую допплеровской поправке частоты в принимаемом сигнале. Ошибка по частоте б)(1) = — бо(1) инте- 1 2п грируется здесь непосредственно за счет измерения фазы ~ бсо(з) с(з + сопМ (а не частоты) фазовым детектором. Осуществляя точное измерение частоты гетеродинов, можно получить данные о допплеровской поправке частоты или непосредственно о радиальной скорости движения цели. а) Рнс, 6.27. Схемы отслеживания частоты (скорости) в допплеровском радиолокаторе с частотным (а) и фазовым (б) дискрими- наторами 357 Полоса следящей системы в обоих случаях должна быть узкой, но обеспечивать неискаженное воспроизведение изменений частоты из-за эффекта Допплера.
При этом следует иметь в виду, что инерционность следящей системы связана с инерционностью как когерентного (додетекторного), так и Рис. 6.28. Однолучевая ~оппле некогерентного (последетекторровская навигационная система ного) интегрирования. Полоса додетекторного фильтра в режиме сопровождения одной цели определяется, главным образом, ф л ю ктуациями вторичного излучения. Полоса последетекторного фильтра может быть сужена, но так, чтобы обеспечивалась должная реакция на ускорение цели, Естественно, что разрешающая способность по скорости при наличии флюктуаций цели определяется их полосой и соответствующей полосой додетекторного фильтра.
Теоретический анализ оптимального приема сигнала при наличии быстрых флюктуаций за время его длительности применительно к режиму обнаружения приведен в ~ 6.18. На использовании принципа действия допплеровского радиолокатора основан один из методов создания автономной самолетной навигационной системы. Как известно, местоположение самолета в каждый момент времени может быть определено по правилам счисления пути в соответствии с ревультатами измерений путевой скорости и угла сноса, В простейшем случае допплеровский радиолокатор, размещенный на борту самолета, имеет луч„направленный под углом у (обычно у = 65 —:70') к горизонтальной плоскости (рис.
6.28). Рис. 6,29. Использование в допплеровской навига- ционной системе четырех лучей 358 $6.8 Ла/1 Рис, 6.31, Зависимость фазы, колебаний допплеровской частоты от дальности до цели Рис. 6.30. Нормированная авто- корреляционная функция непрерывного гармонического сигнала Ф (1) = 2гг~а — ~+ (ро, . с (8) Однолучевой допплеровский радиолокатор позволяет измерить, лишь одну составляющую путевой скорости самолета. Для одновременного измерения двух тангенциальных к земной. поверхности и вертикальной составляющих вектора скорости необходимы по крайней мере три луча, не лежащих в одной плоскости. На практике часто применяют четыре луча, ориентированных, например, как показано на рис. 6.29, причем пары передних и задних лучей располагаются симметрично относительно продольной оси самолета. Угол между лучами каждой из этих пар выбирают в.
пределах 60 —:90". Обработка результатов измерений допплеровских поправок. частоты, соответствующих каждому лучу, обычно выполняется бортовым счетно-решающим устройством. Использование четырех. лучей позволяет увеличить точность измерений, в частности значительно уменьшает ошибки, вызванные углом тангажа. Допплеровские радиолокаторы наряду с преимуществами имеют характерные недостатки и ограничения.
Существенный и, пожалуй, основной недостаток допплеровского радиолокатора состоит в том, что он не позволяет определить дальность до цели. Действительно, для непрерывного гармонического сигнала и(1) = Ке 1е -'. при — оо ( 1 ( оо двумерная автокорреляционная функция ~Р(т Р) = — ~ ет""~' й =~ б(Р) ~ является функцией, не зависящей огп временного сдвига т и равнои нулю всюду, кроме плоскости Р = 0 (нормированная автокорреляционная функция р(т, Р) = фт, Р)!тр(0,0) для данного сигнала изображена на графике рис.
6.30). Это не противоречит тому, что фаза. напряжения допплеровской частоты является линейной функцией расстояния (рис. 6.31): В самом деле, начальная фаза а Ю случайна: скачок начальной фазы при отражении всегда неизвестен.
Кроме того, при изменении расстояния до цели всего на половину длины волны фаза напряжения Л а""" Уо' ~ допплеровской частоты Ф изменяется на 2л, Из других недостатков кратко Рис, 6.32. Пояснение влияния укажем на следующие. обзора на качество селекции но 1. Если применяется общая скорости. СпектРы сигналов, приемо передающая антенна, возотраженных от движущейся цели 1а) и неподвижного объекта (д) никают тРУдности развЯзки тРак- тов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
