Файл: Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник].pdf

поступают на частотный дискриминатор, нулевая точка

ложительное напряжение, которое после усиления в уси­ лителе постоянного тока подается на отражательный электрод клистронного генератора (гетеродина) и часто­ та его подстраивается так, чтобы удовлетворялось ра­ венство fo — /г=/пчо- Если разность частот передатчика и гетеродина станет меньше заданного значения про­ межуточной частоты, то дискриминатор выработает от­ рицательное напряжение и гетеродин перестроится в другую сторону, чтобы удовлетворялось это же равен­ ство. Таким образом, частота гетеродина как бы следит за частотой передатчика. При небольших уходах частоты передатчика гетеродин подстраивается так, чтобы раз­ ность между их частотами сохранялась постоянной, рав­ ной средней частоте характеристики дискриминатора.

На вход второго смесителя поступают отраженные сигналы частотой f0Tp, отличающейся от частоты пере­ датчика на величину допплеровского приращения, и сигналы гетеродина. С выхода этого смесителя снимает­ ся сигнал разностной частоты

который после усиления в УПЧ2 подается на балансный смеситель. На вход балансного смесителя подается так­

снимается напряжение разностной комбинационной ча­

68

которые излучаются передающей антенной. Часть мощ­ ности передатчика попадает на вход балансного моду­ лятора, куда подаются также сигналы гетеродина, на­ строенного на заданную промежуточную частоту.

Измерительное Усилитель

устройство допплерозской частоты

Рис. 29. Структурная схема допплеровской системы с гетеродинированием боковой составляющей

В результате балансной модуляции на выходе баланс­ ного модулятора получаются частично подавленный сиг­ нал несущей частоты f0 и сигналы двух боковых частот fo±fr (рис. 30). Далее сигналы поступают на фильтр боковой частоты, который не пропускает сигналы несу­ щей и верхней (или нижней) боковой частот. Таким образом, на вход смесителя подаются сигналы смещен­ ного гетеродина частотой f0 — fr и отраженные сигналы передатчика частотой fo-Ь/д.

69

С выхода смесителя преобразованный сигнал часто­ той /г+/д подается на усилитель промежуточной часто­ ты и затем на вход балансного смесителя, куда также подается напряжение гетеродина.

Рис. 30. Спектр частот сигналов, снимаемых с вы­ хода балансного модулятора

На выходе балансного смесителя выделяется сигнал разностной комбинированной частоты (/г+/д) — f r = fn., который после усиления подается на измерительное уст­ ройство.

Врассмотренной схеме так же, как и в предыдущей, вследствие двукратного гетеродинирования частота вы­ ходного сигнала не зависит от частот передатчика и ге­ теродина, поэтому их нестабильность работы не сказы­ вается на точности измерений.

ВЧМ радиолокационных системах излученный сиг­ нал, а следовательно, и принимаемый приемником сиг­ нал подвержены широкополосной частотной модуляции. Как уже упоминалось, для эффективного приема такого сигнала необходимо осуществить следящий прием.

Еще в 40-х годах В. И. Сифоровым было доказано, что переход от амплитудной модуляции к широкополос­ ной частотной может значительно повысить помехоустой­ чивость системы. Тогда же было доказано, что при этом выигрыш в превышении сигнала над помехой по мощно­ сти пропорционален квадрату индекса модуляции, т. е. может достигать нескольких порядков.

Но широкополосной частотной модуляции присущ и серьезный недостаток. Дело в том, что выигрыш в вы­ ходном сигнале приемника реализуется лишь в том слу­ чае, если превышение сигнала над помехой на входе

70

iiepBOro нелинейного элемента приемного тракта (огра­ ничителя или детектора) больше некоторого порогового значения. Ниже этого значения помехоустойчивость ЧМ системы ухудшается и становится хуже, чем у A M си­ стемы.

Как известно, в частотно-модулированных системах при использовании в УВЧ и УПЧ обычных гармониче­ ских стационарных фильтров для неискаженного приема сигналов полоса пропускания приемника должна быть больше удвоенной девиации частоты. В то же время, чем больше полоса пропускания входного линейного тракта приемника (включая УВЧ и УПЧ),тем больше мощность помех, тем больше, следовательно, должно быть надпороговоё значение полезного сигнала.

Однако эта невыгодная зависимость порога сигнала от девиации не является особенностью широкополосного частотно-модулированного сигнала. Она связана прежде всего с несоответствием таким сигналам фильтров, используемых в обычных приемниках.

Следящие фильтры

Указанный недостаток может быть устранен, если во входном тракте приемника вместо стационарных фильтров применить нестационарные, модулированные фильтры, чтобы их собственные колебания совпадали по форме с резонансным внешним сигналом. Для этого соб­ ственные колебания фильтра должны быть также частот­ но-модулированными, причем мгновенная частота их должна изменяться синфазно с частотой поступающего на фильтр внешнего резонансного сигнала, как бы не­ прерывно следя за ее изменениями в процессе модуля­ ции. Такой фильтр получил название следящего.

Различают два типа следящих фильтров: с внешним синфазированием и с самосинфазированием. У первого типа модуляция реактивных параметров фильтра осу­ ществляется от внешнего источника; у второго типа для модуляции его реактивных параметров используется вы­ ходной сигнал самого следящего фильтра. Оба типа следящих фильтров в принципе отличаются от извест­ ных схем инерционной автоподстройки контуров на ста­ ционарную несущую частоту входного сигнала.

71

Следящий фильтр с внешним синфазированием. На рис. 31 приведен возможный вариант структурной схе­ мы ЧМ радиовысотомера, в котором передатчик моду­ лируется по частоте (по треугольному закону) с помо­ щью двигателя, вращающего ротор переменного кон­ денсатора колебательного контура. Одновременно этот же двигатель перестраивает и фильтр приемника. В дан-

. ис. 31. Простейший Ч М радиовысотомер со следящим фильтром

ном случае передатчик и приемник находятся рядом и

Радиовысотомер работает следующим образом. Пере­ датчик излучает ЧМ колебания. Небольшая часть мощ­ ности передатчика попадает в приемник. Здесь сигналы передатчика и принятые приемником отраженные от по­ верхности Земли сигналы сравниваются. Поскольку ча­ стота отраженных сигналов отличается от частоты излу­ ченных сигналов (в связи с запаздыванием отраженного сигнала), то по сдвигу частоты можно определять рас­ стояние— высоту полета объекта, на котором установ­ лен радиовысотомер. Чем больше высота, тем больше запаздывание отраженного сигнала и тем больше его

72

где /3 — время, за которое излученные радиоволны проходят расстояние от радиовысотомера до поверхности Земли и обратно;

Я—• высота полета; с — скорость света.

Особенностью схемы данного радиовысотомера яв­ ляется то, что частота передатчика и резонансная часто­ та фильтра перестраиваются синфазно, т. е. в каждый момент времени фильтр оказывается настроенным на ча­ стоту излученного сигнала.

Если высота не меняется, то оператор, имея много времени для измерений, может с помощью цепи пере­ менной задержки медленно изменять задержку модуля­ ции частоты фильтра, пока она не станет равной задерж-

ке модуляции частоты сигнала Т0= — . В этом режиме

с

фильтр в каждый момент времени настроен на частоту отраженного сигнала.

Поскольку время измерения не ограничено, то мож­ но выбирать период модуляции достаточно большим (при заданном размахе Af), чтобы колебания в фильтре могли устанавливаться при сколь угодно узкой полосе его про­ пускания. В таком режиме следящий фильтр с весьма узкой полосой пропускания обеспечивает неискаженный прием широкополосного частотно-модулированного сиг­ нала.

Таким образом, если измеряется расстояние до непо­ движной цели, то с помощью схемы со следящим филь­ тром возможно неискаженное воспроизведение отражен­ ного сигнала при сколь угодно узкой полосе пропускания приемника независимо от ширины спектра сигнала пере­ датчика. Как будет показано ниже, это свидетельствует о больших возможностях схем со следящим фильтром в области помехоустойчивости.

Следящий фильтр с самосинфазированием. Второй тип следящего фильтра рассмотрим на примере связного ЧМ приемника (рис. 32). Данная схема отличается от схемы обычного супергетеродинного приемника тем, что в ней низкочастотный сигнал с выхода частотного детек­ тора после усиления и коррекции подается на реактив­ ный модулятор, который автоматически подстраивает фильтр промежуточной частоты в резонанс с изменяю­ щейся в процессе модуляции частотой входного сигнала.

73

Следовательно, в данном случае фильтр промежуточной частоты является следящим фильтром с самосннфазированием, так как для модуляции его реактивных парамет­ ров используется сам выходной сигнал.

Y

времени для установления колебаний в следящем филь­ тре при любой частоте настройки. Поэтому полоса про­ пускания фильтра может быть сколь угодно малой.

Таким образом, следящие фильтры второго типа так­ же обладают большими возможностями в области повы­ шения помехоустойчивости и снижения уровня искаже­ ний при приеме частотно-модулированных сигналов.

Следящие фильтры эффективно могут применяться в частотно-модулированных радиолокационных системах. Но введение непосредственно в высокочастотный тракт следящего фильтра связано с некоторыми трудностями реализации высокой добротности перестраиваемого филь­ тра. Поэтому более выгодно применять схемы, имити­ рующие эффект следящего фильтра, — схемы со следя­ щим гетеродином,

74