Файл: Супряга Н.П. Радиолокационные средства непрерывного излучения.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.07.2024

Просмотров: 139

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Измерение высоты

Из формул (137) видно, что фаза боковых полос по­ лученного спектра является функцией времени задерж­ ки т и, следовательно, расстояния до земной поверхно­ сти. В частности, фаза каждой из принятых боковых

полос составляет , где п — порядок боковой по­ лосы. Таким образом, можно выбрать одну из боковых полос и сравнить ее фазу с' фазой модулирующего сиг­ нала генератора передатчика. Такое сравнение позволит

определить угол, эквивалентный Тогда наклонная

тс

дальность до земли равна г и = — . где с — скорость света.

Абсолютная высота равна произведению наклонной дальности на косинус угла отклонения луча ф, а именно:

h = racos<l>.

(145)

Однако боковые полосы принятого сигнала расположе­ ны не на частотах FM, 2FU и т. д., а смещены относитель­ но их на величину / д из-за движения объекта. Матема­ тически это показывается в формулах (137) членами

sin2jt[/n4 fn+FK(t

и т. д., а графически — изобра­

жением спектра на рис. 77 и 78.

Чтобы сместить

сигналы в область частот nF^, при­

менен так называемый способ свертывания спектра, устраняющий одновременно влияние шума на информа­ цию о высоте, который возникает вследствие «размы­ тия» составляющей боковой полосы допплеровским спектром, имеющим шумовую природу. При этом исполь­ зуются обе полосы частот любого выбранного порядка. В прежних допплеровских системах измерения скорости такое свертывание недопустимо, так как оно приводит к резкому снижению чувствительности.

Подробный анализ процесса свертывания спектра вы­ ходит за рамки данной книги.

Выбор параметров системы

М о ж н о показать, что отношение сигнал/шум при работе радио­ локатора по протяженной цели (заполняющей все сечение луча

антенны), такой как Земля,

может

быть выражено

так:

S

 

P/GowX-ouZE

 

N

~

16*2 cos

<]>r2NFkTB '

( 1 4 6 *

149



где

— — о т н о ш е н и е

 

сигнал/шум

в полосе

В пропускания

приемного

 

 

 

тракта;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р,

— средняя

мощность

передатчика;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Go — максимальное

 

усиление

антенны;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w — коэффициент,

 

характеризующий

диаграмму

 

направленности

 

 

 

антенны

(учитывающий

потерн

энергии

на

боковые

лепест­

 

 

 

ки по отношению к основному

в

децибелах,

равный

обыч­

 

 

 

но

 

0,6);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

— длина

волны;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С о у д е л ь н а я

эффективная

площадь

 

рассеяния

 

земной

поверх­

 

 

 

ности;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т—расстояние

 

 

д о

рассеивающей

поверхности;

 

 

 

 

 

 

 

 

• ф — у г о л

падения

 

луча;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NF—шум-фактор

 

 

 

приемника;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k—постоянная

 

 

Больцмана;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т — абсолютная

температура;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

— полоса

пропускания, приблизительно

равная

ширине

 

спект­

 

 

 

ра допплеровской частоты, определяемой в основном

 

диапа­

 

 

 

зоном измеряемых скоростей и в меньшей степени диапа­

 

 

 

зоном

работы

 

высотомера;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z — потери

в

системе

по высокой

частоте;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е — коэффициент

эффективности

модуляции.

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я ЧМ системы

 

непрерывного излучения

для

одной

из

боко­

вых

полос

коэффициент

эффективности

модуляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е =

j \ (М),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(147)

где

п — порядок

боковой

полосы;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М — индекс

модуляции

принятого

сигнала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Это

видно

из известного тождества

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jl{M)

+

J*(M)

 

+

Jl(M)+Jl(M)

 

+ Jl(M)-V.

 

. . =

1.

 

(148)

 

Индекс

модуляции

 

принятого сигнала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М =

2 ? s i n ^ 2 * F M - ^ - j .

 

 

 

 

 

 

 

 

(149)

 

Из таблиц бесселевых функций и

выражения (149)

видно,

что

величина Е и, следовательно, результирующее отношение

сигнал/шум

различны для различных боковых полос и являются

функцией

индекса

модуляции

излученного

сигнала

В

с

частотой

модуля­

ции

FM

и временем

задержки сигнала

т. В частности, для

боковых

полос

не

нулевого

порядка

(/0 )

сигнал

приближается

к

нулю

при

времени

задержки

 

(и,

следовательно,

дальности),

 

равном

 

нулю.

В силу периодичности синусоидального закона сигнал будет прини­

мать нулевые

значения

при

 

 

 

 

 

 

2TtFa ~~ =

tin

(150)

(где

я = 1 , 2,

3)

или при дальности

 

 

 

 

 

 

Хм

 

 

 

 

 

 

г = п ,

 

(151)

где

А.м — длина

волны

модулирующего

сигнала.

 

150

 

 

 

 

 

 


Из изложенного видно, что следует особенно

тщательно выби­

рать необходимую боковую полосу, индекс модуляции

излучаемого

сигнала р и частоту модуляции F„ в соответствии с эксплуатацион­

ными требованиями, предъявленными

к системе

(максимальной

скоростью, высотой и т. д . ) .

 

 

 

Так как рассматриваемая Р Л С

в первую очередь

предназна­

чена для вертолетов, самолетов с вертикальным взлетом и легких самолетов, то максимальную рабочую вы­

соту

можно

принять равной 3000 м, а мак­

Л(л|)

 

 

 

 

симальную

скорость

650

км/ч

с

учетом

ра­

 

 

 

 

 

боты

Р Л С

при

вертикальном

взлете,

по­

 

 

 

 

 

садке объекта и зависании. Весьма

 

важно,

 

 

 

 

 

чтобы Р Л С

могла измерять высоту и ско­

 

 

 

 

 

рость

вплоть

д о

приземления

без

 

каких-

 

 

 

 

 

либо провалов. Требуемая точность изме­

 

 

 

 

 

рения

скорости должна

быть

около

0,2%

 

 

 

 

 

или 0,1

м/сек,

а

точность определения

вы­

 

 

 

 

 

соты 0,6

м

или

2%

(определяется

по боль­

 

 

 

 

 

шей

из

величин).

Р Л С

должна

нормально

 

 

 

 

 

работать при больших углах крена и тан­

 

 

 

 

 

гажа и над любой поверхностью

том

 

 

 

 

 

числе

и над

спокойной

поверхностью

воды).

 

 

 

 

 

Выбор

боковой полосы. Одним из

преи­

Рис. 79. Функция Бес­

муществ ЧМ систем с непрерывным

излу­

селя

для

малых

ве­

чением

перед

системами

с

непрерывным

личин аргумента

М

излучением

 

(без

 

модуляции)

 

является

 

 

 

 

 

значительно

 

большая

развязка

 

пере­

 

 

 

 

 

датчика

и

приемника

и

невосприимчивость

к отраженным

сигна­

лам от близлежащих объектов.

Причина этого заключается в том,

что при нулевом и близком к

нулю времени запаздывания отра­

женного

сигнала

относительно

сигнала

гетеродина

(как

в

случае

прямого

попадания

сигнала

передатчика на

смеситель

приемника)

индекс модуляции принимаемого сигнала М и, следовательно, ампли­ туды всех боковых полос, за исключением полосы нулевого порядка,

стремятся

к

нулю

(рис.

79). В

связи с этим

боковая полоса

нуле­

вого порядка

(/о)

исключается

из

рассмотрения,

так как не

исполь­

зуется в этой

системе. -

 

 

 

 

 

 

 

 

Эксплуатация

Р Л С

на

самых

малых высотах

фактически

пред­

определяет

использование

первой

боковой

полосы. Это

следует

из анализа поведения различных функций Бесселя и основного вы­

ражения отношения сигнал/шум (146). Если Jt{M)

разложить в

ряд Тейлора, то

 

 

 

М

I

 

1№

/И*

\

,

 

^ W = T

1 +

^

+ Т а Г я Т - - - - >

( 1 5 2 )

При

малых

значениях

аргументы

s i n * « x .

Учитывая

это,

из

уравнения

(149)

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М:

 

: 4 ^ F M

— .

 

(153)

 

 

 

 

 

 

 

с

 

Подставим в уравнение (153) значения т = и F M = — .

С Ам

151


Тогда получим

 

 

 

 

М = ^

- г

= кг,

(154)

где k — постоянная величина для данной

системы.

 

Когда М — малая величина,

Ji

(М)

практически равно

первому

слагаемому уравнения (152). Подставляя значение М из уравнения

(154) в уравнение

(152),

получим

 

 

 

Jl

(М) = 4" г = k\r.

(155)

 

 

 

2

 

Аналогично

/2 /м\ — ь2,а

 

 

 

(156)

 

 

J\

(М) = k{ri = кгг\

где ki

и кг — постоянные

величины.

 

Из

уравнения

(146) следует, что для конкретной

Р Л С и задан­

ного значения а„ отношение сигнал/шум выразится следующим об­ разом:

N г*

где k3 — величина постоянная.

Однако в выражении (147) £ представлено в виде ] \ (М) , а

из выражения (156) оно равно k2rz. Следовательно, для малых ве­

личин расстояния г отношение — — постоянная величина и не за­

висит от расстояния г:

 

~ = къкъ

(158)

Другими словами, для области малых

высот у Р Л С типа ЧМ

с непрерывным излучением, работающей по протяженной цели, воз­ растание функции Бесселя компенсирует квадратичную зависимость

сигнала

от расстояния до

цели. Это ж е можно

показать

графически

исследованием кривой функции Бесселя l\

для малых

аргументов

(рис. 80) и кривой

——, изображенной

на

рис. 81.

Результирующая

кривая

отношения

сигнал/шум для полосы ] \

ЧМ

Р Л С

непрерыв­

ного излучения показана

на рис. 82.

 

 

 

 

 

 

 

Исследование ряда Тейлора для других боковых полос, изобра­

женных

на рис. 79, показывает, что

боковая

полоса h

 

является

единственной, которая имеет необходимую форму

в области

малых

высот. Боковая полоса Ji

и выбрана

для

рассматриваемой

Р Л С .

Д л я сигнала внутри

самой системы, т. е. от

антенны

до

кри­

сталлического смесителя,

сохраняется

зависимость

функции

Бесселя

от расстояния, а обратная квадратичная зависимость сигнала от расстояния теряет свою силу. Следовательно, при малой относи­

тельной

задержке м е ж д у

сигналом местного гетеродина и прямым

сигналом

результирующий

выходной сигнал будет близким к нулю,

152