Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970) (1151796), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Обогащение спектра излучаемого колебания по сравнению с немодулированным расширяет возможности получения информации, позволяя улучшить разрешающую способность по дальности и точность ее измерения. Поскольку в системах с непрерывным излучением прямой и отраженный сигналы все время подводятся к приемному устройству, измерение расстояния может быть сведено к измерению частотного интервала между излученными и отраженными от цели колебаниями в один и тот же момент времени.
В этой связи в настоящем параграфе уточняются понятия мгноееннььх и спектральнь~х частот, рассматриваются возможные законы модуляции мгновенной частоты и дается пример простейшего одноцелевого радиолокатора с частотно-модулированным излучением. В последующих параграфах рассматриваются особенности многоцелевой частотной локации. Модуляция частоты произвольного колебания и(1) = (l соз(в,1 + ~(1)) тесно связана с модуляцией фазы — начальной ф(1) и полной со,1 + ~(1). Производную по времени от полной фазы называют мгновенной частотой колебания й — (а, 1+ ~ (1)) = а, + Л~ (1), (1) где приращение частоты Ла(1) по сравнению с а, является произ- водной начальной фазы Ав И) ='Ф'(1). (2) Интегрируя (2) в пределах от ~, до 1 и обозначая ф1,) через ~„ получим, что приращение начальной фазы по сравнению с ~р, определяется интегралом. от приращения частоты ~ (~) = ~ Аа (з) йе+ ~,.
(3) Отсюда, в частности, следует, что постоянному приращению частоты соответствует линейное изменение приращения фазы во времени, а линейному приращению частоты — квадратичное. Периодическому закону изменения частоты соответствует также периодический закон изменения фазы, а, значит, и всего частотно- % Е.1О 365 модулированного колебания в целом.
Последнее в этом случае может быть представлено рядом Фурье и Щ = ~ У„сов ( — Й1.~-у„), т. е. суммой гармонических составляющих с кратными частотами. Частоты этих гармонических составляющих называются сггегсгпральными частотамгг. Для частотно-модулированного колебания с ограниченным во времени интервалом отличных от нуля значений линейчатый спектр вырождается в сплошной, т. е, спектральные линии плотно заполняют ось частот. Спектральные частоты, отличаясь от мгновенных, связаны с ними.
Например, ширина спектра ЛЧМ колебания большой длительности определяется практически величиной девиации частоты, т. е. разностью между максимальной и минимальной мгновенными частотами Л~ = ) „,„, — ~ „„. Это значит, что спектральные частоты, распределенные по всей частотной оси, имеют существенную интенсивность лишь в области, определяемой величиной девиации частоты и расположенной в районе несущей. Рассмотрим некоторые разновидности модуляции мгновенной частоты.
На рис. 6.39,а изображен симметричный ггилообразяьсй закон изменения мгновенной частоты. В этом случае скорости нарастания и убывания частоты вполне одинаковы и составляют 2Л~/7. Величина девиации Л) практически составляет доли процента от несущей )',. На рис. 6.39, б изображен несилаиетричный пилооб~~дкс Л ~мИН а) У ~ил ха Ь ~иякС Ь ~иин Рис. 6.39. Примеры различных законов модуляции частоты $6.1Ь латур Рис. 6.40.
Схема корреляпионной обработки сигнала с по- следовательным анализом по времени запаздывания (4) (5) 367 и, (1) = Е/, з1 и ~фт (1), и, (~) =- (1, з1п $, (~) разный закон изменения мгновенной частоты. В этом случае скорости нарастания и убывания частоты существенно отличаются друг от друга. Спектр излучения при несимметричном законе менее изрезан, чем при симметричном, когда одни и те же мгновенные частоты дважды излучаются в течение пер: ода модуляции. На рис. 6.39, в изображен гармонический закон изменения мгновенной частоты, применяемый в радиоальтиметрах при работе по единственной цели— поверхности земли. Обработка непрерывных частотно-модулированных сигналов в принципе возможна с помощью оптимальных фильтров, рассчитанных на один период модуляции частоты, либо с помощью корреляционных схем, в которых перед интегрированием происходит перемножение отраженного и ожидаемого сигналов, причем последний должен подаваться в определенный момент времени для каждого разрешаемого элемента дальности.
Пример схемы корреляционной обработки отраженного ЧМ сигнала приведен на рис. 6.40. Сигнальная составляющая напряжения в такой схеме достигает максимума при совпадении во времени отраженного и ожидаемого сигналов. Упрощение обработки может быть достигнуто за счет перехода от корреляционной к корреляционно-фильтровой обработке, когда в качестве опорного напряжения используется непосредственно напряжение колебаний передатчика. В этом случае отпадает необходимость в линии переменной задержки. Рассмотрим принцип измерения расстояния до одной цели при использовании симметричного пилообразного закона модуляции частоты и корреляционно-фильтровой обработки. Блок-схема такого частотного дальномера изображена на рис. 6.41.
Прямой сигнал передатчика может попадать в приемник непосредственно через антенну, либо по специальному фидеру. Отраженный от цели сигнал на входе смесителя, отличаясь от прямого сигнала по амплитуде, запаздывает во времени на величину 1, = = 2г/с. При наложении прямого (опорного) и отраженного сигналов 1 Рис, 6.41. Блок-схема простейшего частотного радиодаль- номера возникают биения с частотой, зависящей от дальности до цели. Мгновенная частота огибающей биений равна абсолютному значению разности мгновенных частот прямого и отраженного сигналов б( ) ~ ~ !Рт ® Ра®!' 2п(й Ж Из векторной диаграммы (рис. 6.42) амплитуда результирующего колебания Ур — — )/И ~ + Ут + 2У, У, соз Ф (1) (6) или, если амплитуда опорного сигнала У, значительно больше, чем отраженного Уа, С' ~У,+У созФ(~), Фаза Ф(~) определяется как разность фаз прямого и отраженного сигналов Ф 4) =%(Π— $,И).
Рис. 6.42, Векторная диаграмма, поясняю. щая образование биений ф 6.10 366 ~! ° Рис. 6,43. Пояснение принципа действия частотного дальномера при неизменном расстоянии до цели Рис. 6.44. Пояснение особенностей работы частотного дальномера прн изменяющемся расстоянии до цели 369 !6 зак. 1200 После детектирования и подавления постоянной составляющей цепью ЯС выделяется колебание частоты биений Аи=и,— и,=и, Э®. (8) На рис. 6.43, а сплошными ломаными линиями показаны законы изменения частоты передаваемого и принимаемого (отраж нного) сигналов для симметричного пилообразного закона изменения мгновенной частоты.
При этом цель полагается неподвижной, а время запаздывания отраженного сигнала много меньше периода модуляции 1о <= Т. Линии законов изменения частоты сдвинуты на время запаздывания сигнала 1о. На рис. 6.43, б показан график изменения частоты биений. Из графика видно, что частота биений в основном остается постоянной, за исключением небольших интервалов времени, на границах которых разность скоростей изменения частоты колебаний передатчика и отраженного сигнала меняет знак. Скорость изменения частоты у = 2Х~~Т = 2Л~Р связана с девиацией частоты и периодом Т (или частотой модуляции Р). Основное значение частоты биений будет 4Л~Р'г Гбо=7Гз= с Аналогично для несимметричного закона изменения мгновен- НОИ ЧаСтОтЫ у = — = Л~Р И Рбо — уГ, = л~ 2Л~Рг Т С Таким образом, частота биений Рбо может служить мерой дальности до цсли.
Ее называют поэтому частотой дальности. Движение цели вызывает дополнительное изменение частоты принимаемых колебаний на допплеровскую частоту. Поскольку девиация частоты передатчика значительно меньше несущей, можно пренебречь изменением допплеровской частоты за период модуляции. На рис. 6.44 показаны законы изменения частоты излученного и отраженного колебаний, а также частоты биений при симметричном пилообразном законе изменения частоты зондирующего сигнала.
В данном случае допплеровская поправка по абсолютной величине меньше частоты дальности и прибавляется к ней в один полупериод модуляции, а вычитается из нее в другой ~б1 ~ бо+ ~д> откуда легко определяются частота дальности и допплеровская частота г ~б1+ ~бо г ~б~ ~бг ! При несимметричном пилообразном законе модуляции частоты за каждый период модуляции измеряется только линейная комбиЗ76 $ 6.!О нация дальности и скорости. Раздельное определение их значений возможно в результате обработки за ряд периодов модуляции (см. ~ 6.17). Простейшим примером частотного радиолокатора, рассчитанного на работу по единственной цели, являтся авиационный частотный радиовысотомер (радиоальтиметр), используемый при посадке или полетах на малых высотах, Лля измерения малых расстояний пригодны импульсные радиолокаторы с не модулированным по фазе радиоимпульсом малой длительности или со сложно-модулированным сигналом, имеющим широкую полосу частот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
