Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Лепестковый характер диаграммы направленности излучателя связан с интерференцией волн, излучаемых отдельными элементами. В главном лепестке диаграммы может сосредоточиваться свыше 90% всей мощности излучателя. Простейшим излучателем является магнитный диполь — виток провода, диаметр которого мал по сравнению с длиной излучаемой волны. Диаграмма направленности диполя имеет форму тороида.
Направленности реальных преобразователей в горизонтальной и вертикальной плоскостях обычно различаются. Так, в радиолокационных системах сантиметрового диапазона диаграмма узкая в горизонталыюй плоскости и широкая в вертикальной. Коэффициент коицеитрациг~, или коэффициент направленного действия К„ характеризует меру концентрации излучаемой энергии вдоль некоторого направления (обычно направления главного максимума диаграммы направленности) определяется выражением вида где Р„,~„— мощность сигнала в направлении главного максимума на некотором расстоянии 1 от излучателя; Р— мощность сигнала гипотетического «ненаправленного» излучателя на том же расстоянии. Под ненаправленным понимается излучатель с диаграммой направленности в форме шара. Для простейших преобразовагелей ЛС (диполей) К,щ = 1,5.
Направленность зависит от волнового размера Ы ®/Х излучателя. С его увеличением уменьшаегся ширина диаграммы направленности и возрастает коэффициснт концентрации ~рис. 5.2). В Оо современных ЛС, преобразователи кото- 50 рых состоят из болыпого числа элементарных диполсй (так называемые антенные решетки), существует возможность управления диаграммой направленности путем 30 10 соответствующего амплитудно-фазового распределения излучения по поверхности 0 2 4 6 д~,,р~Х преобразователя.
1'ак, уменьшая мощность излучения Р(х) отдельных диполей от ценРис. 5.2. Зависимость угловой тра излучающей поверхности к ес краю„ ширины О„главного максимума можно расширить главный максимум диаотволновогоразмерад„„~йизлу- граммы направленности и уменынить дочателя бавочные максимумы (рис. 5.3, а). Если же 5.1. Теоретические основы локации увеличивать мощность излучения Р(х) диполей к краю излучающей поверхности, можно сформировать более острую диаграмму направленности (рис. 5.3, б). Изменяя фазу излучения отдельных диполей, можно поворачивать главный максимум диаграммы направленности, т. е. осуществлять сканирование среды излучения. Рис. 5.3.
Зависимость вида диаграммы направленности от амплитудного распределения мощности 5.1.3. Модуляция и детектирование сигналов Основным принципом передачи информации в ЛС является мадумция— изменение по заданному закону во времени некоторых параметров, характеризующих сигнал. Обычно такими параметрами являются его амплитуда, частота и фаза. Так как информация в ЛС переносится волновыми процессами, то имеет место модуляция колебаний, т.
с. вариация какого-либо параметра периодических колебаний, медленная по сравнению с самими колебаниями :-".;:::;-':::, (рис. 5.4). Колебание, с помощью которого передается сигнал, называется не- сущим, а его часпла ~ — несущей частотой (см. рис. 5.4, а). Несущее колеба!,,-::,'':,-:: ние имеет более высокую частоту, чем частота Д переносимого (моду- ~-:;::::.: - лирующего) сигнала, которая называется модулирующей частотой (см. ~:::-'::.:: рис, 5.4, б). При описании модуляции обычно используют понятие круговой астоты ~о = 2к ~. В дальнейшем для краткости в также будем называть не~";:::-:::::- сущей частотой, а ~о„, — частотой модулирующего сигнала, д Р~к. 5.4. Модулированные колебания; а — несущее колебание; 6 — иодулирующий сигнал; в — д — амилитудна-, частотно- и фазоао-~~одулироааннос колебание сОотйетстаеино Разделяют непрерывную и импульсную модуляции.
В первом случае модулируюгций сиг~а~ ~зм~няет ~~пл~~уду, ч~с~о~у или фазу несущего колебания, во втором — кроме указанных имеет место также вариация ширины импульсов, а также импульсно-кодовая модуляция. При любом сиособе непрерывной модуляции скорость изменения .амплитуды, частоты или фазы должна быть достаточно мала, чтобы за -один период несущего колебания Т = 17' = 2~т/со модулирующий сигнал почти не менялся.
Обычно круговую частоту несущего колебания (:иесу1цую частоту) выбирают из условия й) > 5о~и. При импульсной ~одул~ции вместо круговой ч~стоты использую~ термин частоты следования импульсов ви, которая в соответствии с теоремой 111еннона должна быть по крайней мере вдвое выше максимальной частоты модулирующегО сигнала: щ, 1 2щ Сложение сигналов с близкими частотами вызывает биение, которое можно рассматривать и как модуляцию.
5. 1. Теордпические основы локации Рассмотрим основные способы непрерывной модуляции сигналов (рис. 5.4, в — д). Наиболес распространенной является алиишиудиая модуляция (АМ). В общем случае амплитудно-модулированный сигнал определяется выражением и® = и„,(Г)сояои, Й1„ где и,„(~) — амплитуда модулирующсго сигнала, причем —" «о)и„. й Если изменение амплитуды несущего колебания и(т) пропорционально модулирующему сигналу, то АМ является линейной.
В этом случае и(~) =ио~1+иш„,(1)/им~„.х(у)1, где ио — амплитуда несущего колебания; т — глубина модуляции„характеризующая степень изменения амплитуды: и -и т = мп1ах мппп, 0< <1 Ф имтах + имп11п и и . — максимальная и минимальная амплит ы мо ли ющего и ~~ах ° м ппп уд ду Ру сигнала соответственно. В простейшем случае, когда модулирующий сигнал является гармоническим: и, (г)/и„,„, (г) -- созоэ„(~), имеем (рис.
5.5, а) и® = ио(1+итсоясо„~)сов(ом+<р), где (р — пач Для опр чиной ~р мо. вид Как следуе ~~~:,-:,",,-,:.:::." . состоит из Ф альная фаза несущего колебания. еделсния спектра амплитудно-модулнроввнного сигнала вели- кно пренебречь. Тогда выражсние и(() для такого сигнала примет ! 1 и(~) = ио созй~+ — гпиосоя(и — Оз )~+ — тио сов(с0+ Оз,„)1. 2 2 т нз згой зависимосн1, амплитудно-модулированный сигнал трех гармонических сигналов: одного с несущей частотой в и В живой природе при локации используется как непрерывная, так и импульсная модуляция. Псрнан характерна для летучих мьппей, вторая — для дельфинов и наземных млекопитающих. В обоих случаях имеет место частотная модуляция, причем закон изменения частоты довольно сложен и определяется конкретной задачей.
Так, летучая мышь в обычных условиях в течение 40...100 мс излучает ультразвуковые сигналы пастояьпюй частоты 70...80 кГц, но в конце подачи сигнала эта частота за 1...5 мс линейно убывает до 45...60 кГц, Локацнонные сигналы дельфинов имеют существенно мсньшую длительность (0,04...0,1 мс), но более широкий спектр (30...150 кГц). Наземные млекопитающие, например землсройки, излучают импульсы длительностью 0.1...3,5 мс и частотой 20 кГц. Слуховая (приемная) система животных, использующих локацию, обладает выраженными резонансными свойствами.
5. Локаииаиные информационные сисиемы двух с нижней а — о) и верхнсй оз+ о~ боковыми частотами, соответствующие им сигналы называются спутниками (рис. 5.5, 6). Амплитуда ио несущего колебания не меняется„в то время как амплитуда спутника равна тио/2. Амплитуды сигналов в спектре соотносятся как 1:т/2:т/2, 2 2 поэтому соапюшсние мощностей этих сигналов имеет вид 1:(т12):(т/2) . Следовательно, при т = 1 мощность каждого спутника составляет лишь 25 % от мощности несущего колебания. Чем болыпе глубина модуляции, тем больше мощность, персносимая спутниками, т. е.
лучше отношение сигнал/шум. Однако на практике и = 0„6...0,8, поскольку при т > 0,8 резко возрастают искажения при детектировании амплитудно-модулированного сигнала. Ширина спектра ЬМ при АМ определяется как разность между наибольшей (верхцей) и наименьшей (нижней) частотами спектра и в рассматриваемом случае равна 2ам. И ипих ипип ио тио/2 О Нм Ю '0)м И И+0)м И Рис. 5.5. Амплитудно-модулированный сигнал «а) и его спектр (6) В общем случае модулирующий сигнал и «~) имеет более сложный спектр: спутник состоит уже не из одночастотного сигнала, а из набора сигналов разных частот, образующих по абе стороны ат не~ушей две полосы боковых частот.
Если АМ линейная, то нижняя (левая) полоса боковых частот в точности повторяет форму модулирующего сигнала, а верхняя (правая) является ее зеркальным отражением (см. пунктирные линии на рис. 5.5, б). Анализ спектра сигнала свидетельствует, что полезную информацию можно восстановить по любой боковой полосе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
