Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (с содержанием) (1151797), страница 64
Текст из файла (страница 64)
6.!9. Основное внимание уделим пачке без модуляции фазы или частоты несущей. Если сигналы У(Г) и У(à — т) сдвинуть на время ~ т~ ) Т, = = МТ, функция р(т, Р) будет равна нулю. То же самое произойдет, если ~ т! ( Т„но импульсы сдвинутых пачек не перекрываются. В пределах — Т, ( т ( Т, вдоль оси т тело неопределенности имеет ряд пиков шириной 2т„, взаимно сдвинутых на период посылки Т. При Р=О каждый пик пачки и огибающая этих пиков имеют треугольную форму (рис 6.20, а), в чем нетрудно убедиться само. стоятельно. Наличие большого количества пиков функции р(т, Р) по оси т может привести к неоднозначности измерений дальности.
Однако, если период посылки Т ) Г, „,„„неоднозначность устраняется. Рассмотрим поведение функции р(т, Р) по оси Р. При т = сопз1 функция р(т, Р) представляет собой модуль преобразования Фурье от произведения У(г)У(à — т). Если т = О, это произведение Уз(Г) Рис. б 19. К анализу интеграла свертки для когереитиой пачка радиоимпульсов с постоянной мгиовеииой частотой колебаний з49 й В.7 а) Рнс. б.20. Сечения плоскостями Р = 0(а) н т = 0 (б) тела неопределенности прямоугольной когерентной пачки раднонмпульсов с постоянной мгновенной частотой колебаний совпадает с точностью до множителя с огибающей сигнала (7(7) и, следовательно, функция р(0, г) описывает ее амплитудно-частотный спектр.
Известно, что спектр огибающей пачки радиоимпульсов состоит из ряда пиков, которые соответствуют частотам, кратным частоте посылки )с„ = 1)Т. Ширина каждого пика по нулям определяется длительностью пачки и равна 2)Т„ а ширина огибающей пиков определяется длительностью одного импульса и равна 2/т„. Таким образом, на оси Р при т = 0 функция неопределенности также состоит из целого ряда пиков (рис.
6.20, б). То же самое будет при ) т ~ = Т, ! т) = 2Т и т. д. Наличие большого числа пиков по оси Р может вести к неоднозначности измерения радиальной скорости цели, если максимальная допплеровская частота больше частоты следования импульсов. Итак, тело неопределенности когерентной пачки немодулированных по частоте радиоимпульсов состоит из ряда сравнительно узких пиков, распределенных как по оси т, так и по оси Р (рис. 6.21).
Его рельеф изображен на рис. 6.22 при помощи трех градаций уровня. Поскольку объем тела неопределенности )г * = сопз1, объем каждого пика уменьшается обратно пропорционально их общему числу, но остается неоднозначность отсчета дальности и скорости цели. Эта неоднозначность может быть снята за счет априорных 350 й 6.7 Рис. 6,22. Диаграмма неопреде. ленности когерентиой пачки радиоимпульсов с постоянной мгновенной частотой колебаний Наряду с пачками когерентных импульсов без модуляции фазы или частоты несущей возможны когерентн не начни им пульсов п р и н а л и ч и и такой м о д у л я ц и и, Вид тела неопределенности зависит от закона модуляции несущей, Даже если ограничиться случаем линейной частотной модуляции, и тогда следует различать две разновидности пачек: пачку периодически следующих частотномодулированных радиоимпульсов, каждый изкоторых имеет частотную девиацию бй за время длительности импульса т„и и а ч к у в виде вырезки из длинного частотномодулированн о г о (или манипулироваиного) к о л е б а н и я, которая получается за счет стробнрования последнего периодической последовательностью видео- импульсов.
В первом случае лишь несколько с к а ш и в а ю т с я п р я м ы е, на которых расположенызачерненныенарис.622областй высокой корреляции (подобно тому, как это показано на рис. 6!7), оставаясь в п р е д е л а х заштрихованных в е р т и к а л ь н ы х п о л о с. Если частотная девиация бй достаточно велика, скос в пределах. изображенного участка незначителен, Зато протяженность пиков по оси т обратна девиации бг' за время импульса. Во втором случае за исходную возьмем диаграмму рис.
6.17, заменяя т„на МТ Соответственно временной структуре последовательности видеоимпульсов искомая диаграмма включает вырезки от исходной длительностью т„периода Т. Соответственно же спектру модулирующей последовательности эти вырезки чразмножаются» вдоль оси )г с интервалом ))Т, Протяженность пиков вдоль оси т обратна девиации за время пачки. Б. МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ ПРИ ЗОНДИРОВАНИИ ПРОСТРАНСТВА МОНОХРОМАТИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ $6.8. Использование непрерывного немодулированного излучения. Допплеровский радиолокатор Переходя к изучению принципов построения радиолокаторов с непрерывными и длинноимпульсными зондирующими когерентными сигналами, рассмотрим простейший радиолокатор непрерывного излучения, основанный на эффекте Допплера — Белопольского, способный обеспечить селекцию по скорости, например селекцию движущихся целей на фоне неподвижных.
352 й 6.8 излучаемые антенной. Пусть точечная цель движется равномерно и прямолинейно, удаляясь от радиолокатора (и„ ) О). Тогда в соответствии с законом трансформации отраженного сигнала (2 2.9) принимаемое ко- лебание ип (()=У „рсоа [2п(),— г )( — ф,[ имеет частоту, отличающуюся от частоты зондирующего сигнала на величину допплеровской поправки частоты 2и, 2и ~ =ге и Начальная фаза ф, определяется дальностью в момент облучения цели г, = г(0) и скачком начальной фазы при отражении ф„,: фе = 2я), — "+ ф„и, (3) (2) Принимаемое колебание (1) можно записать и иначе: м„р (() = 0~ „и соз [2л/е ( — Ф (() ), (4г где С[Х(() 2ПРл (+ фа (го+ Отт)+ фсти. с ! ! 1 1 га гд Ркс.
6.23. Блок-схема простеашегодопплеровского радколокатора Если иметь очень стабильный передатчик и весьма узкополосные фильтры на высокой частоте, то оптимальная обработка могла бы быть обеспечена без какого-либо преобразования частоты или получения биений в приемнике. Практически, однако, применяются схемы корреляционно-фильтрового типа, использующие получение биений или преобразование частоты. Блок-схема простейшего допплеровского радиолокатора показана на рис. 6.23. Передатчик генерирует непрерывные немодулированные колебания частоты (а и (г) = У„соз 2п[, (, ил/г е Г г гй ! Рис, 6.24. К анализу биений на входе приемника доп- плеровского радиолокатора Это позволяет рассматривать его как колебание на частоте зондирующего сигнала /„но с переменной начальной фазой; закон изменения фазы Ф(/) определяется законом изменения дальности до цеди г(/) = ге + пг К Значения допплеровской поправки частоты г'х в практически важных случаях лежат в диапазоне звуковых или ультразвуковых частот.
Поэтому выделение колебаний частоты г'и непосредственно из принимаемых высокочастотных колебаний с помощью фильтров не представляется возможным, хотя бы вследствие нестабильностей частоты генератора передатчика. Допплеровская поправка частоты отраженного от движущейся цели сигнала может быть определена путем сравнения принятых (4) и опорных (когерентных излучаемым) колебаний и, (/) = (/„, 2п/,/ (6) на входе приемника (детектора). Анализ биений удобно провести с помощью временной векторной диаграммы, изображенной на рис.
6.24, а. Здесь векторы ц =(/ и // =(/ е — гого являются комплексными амплиту- 1 шг пр тир дами опорного напряжения и отраженного сигнала соответственно, а 0 =(/ (Г)е — /еп1 — комплексной амплитудой результирующего н= мр напряжения, изображенного на рис. 6.24, б. Амплитуда результирующего напряжения в соответствии с векторной диаграммой равна (/ (/)=~/ (/ю+ (/ ~+2(/ен (/ аасозФ(/) 4 6.6 и в общем случае закон ее изменения во времени не является гармоническим. Однако при с/еа )) (/„„р имеем (/ , (() = (/аа ~Г 1 + 2 "' Ф (() инн и, замечая, что приближенно р'1+х= 1+ —" при хсс,1, получаем 2 (/„в(1)ж(/нп 1+ — "псов Ф(1) =(/,+(/ „псозФ(().
и„, Рис 6.25. Пояснение принципа действия допплеровскосо радио- взрывателя 355 Таким образом, при условии (/ац )) (/напр амплитуда результирующего колебания изменяется практически по гармоническому закону. Переменная составляющая на выходе детектора (рис. 6.24, в) а„„(()=-(/„,— (/.,=(/„„с Ф(1)=(/.„, з(2 У,(+р,) (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. 6.26) амплитуда сигнала низкой частоты на выходе детектора его приемника возрастает, а допплеровская частота уменьшается, попадая в полосу пропускання фильтра и приводя в действие радиовзрыватель. Лопплеровские радиолокаторы могут быть также применены в качестве наземных средств обнаружения и сопровождения движущихся объектов ит.д. Приемники, подобные опи- и санному, часто называют прием- 1 никами на нулевых биениях или с нулевой про/иежуточной частотой. В тех случаях, когда важна простота и нежелательна многоканальность, их полоса пропускания выбирается в со- йн р г А 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. э в.в ,- кд Рнс. 6.26. Блок-схема лопплеронского раднолока- 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 )„ — Рл и )„ с их выходов снимаютсЯ колебаниЯ частот Рл, котоРые затем УсиливаютсЯ перед подачей на индикатор. В принципе возможно и использование метода спектрального анализа, описанного в конце 2 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 )„— рп, где знак допплеровской поправки определяется направлением движения цели.
Для выделения сигналов 866 $ 6.8 движущихся целей в этом случае достаточноотфильтровать на выходе детектора сигналы в окрестности частоты 4. 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).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
