Файл: Радиоприемные устройства учебник..pdf

менеиие находят линейные радиотехнические цепи с постоянными па­ раметрами. Сложные радиосигналы, база которых В > 100, могут быть эффективно обработаны линейными радиотехническими цепями с переменными параметрами [4].

Сообщение, закодированное в радиосигнале с помощью определен­ ного вида модуляции, выделяется в радиоприемном устройстве при детектировании. Как уже было отмечено, процесс детектирования, подробно рассмотренный в гл. 8, 9, может проводиться на основе ис­ пользования свойств линейных радиотехнических цепей с перемен­ ными параметрами или нелинейных цепей. Использование линейных радиотехнических цепей с переменными параметрами для детектиро­ вания, основанное на зависимости тока или напряжения на выходе от величины рассогласования параметров цепи с параметрами радиосиг­ нала, позволяет выделить сообщение, используя при любой величине отношения сигнал/шум на входе цепи режим работы, близкий к ре­ жиму корреляционной обработки радиосигналов. При этом в боль­ шинстве практических случаев радиоприема требуется жесткая синх­ ронизация радиоприемного устройства с передатчиком. В случаях, когда такая синхронизация не может быть осуществлена, для выделе­ ния передаваемого сообщения используют нелинейные радиотехни­ ческие цепи в виде амплитудных детекторов AM колебаний или частотных детекторов ЧМ колебаний.

Введение в схему приемника нелинейных радиотехнических цепей может привести к появлению так называемого «порогового эффекта», ко­ торый состоит в резком уменьшении отношения сигнал/шум на выходе приемника при приближении величины отношения сигнал/шум на его входе к единице. Причиной этого эффекта является взаимодействие сигнала и шума в нелинейных цепях приемника, в результате которого при малой величине отношения сигнал/шум на входе таких цепей в них слабый сигнал подавляется шумом. Для снижения величины отноше­ ния сигнал/шум на входе радиоприемного устройства, при котором на­ чинает проявляться «пороговый эффект», в радиоприемных устройствах ЧМ радиосигналов применяют следящий прием либо по схеме управ­ ляемого гетеродина [5], либо по схеме управляемого колебательного контура [6]. В обеих схемах удается уменьшить величину полосы про­ пускания линейных радиотехнических цепей, расположенных в схеме до входа частотного детектора, что приводит в конечном счете к повы­ шению отношения сигнал/шум на выходе цепи и снижению величины отношения сигнал/шум на входе приемника, при которой проявляется «пороговый эффект».

При приеме AM радиосигналов от «порогового эффекта» избавляют­ ся, переходя к методам синхронного радиоприема [7].

Заканчивая рассмотрение общих закономерностей в схемах прием­ ников различного назначения, необходимо заметить, что в современ­ ной теории оптимального радиоприема удается установить способы рационального использования априорной информации не только о структуре ожидаемых радиосигналов, но и о структуре возможных помех. При этом всегда основное значение имеют сведения, определяю­ щие колебание ожидаемого радиосигнала. Если бы не были известны

498

никакие предварительные сведения о сигнале, то его нельзя было бы принять, так как было бы невозможно отличить сигнал от любой поме­ хи. Поэтому всегда следует стремиться к тому, чтобы наилучшим обра­ зом и в полной мере использовать в первую очередь всю априорную информацию об ожидаемом сигнале. Дополнительная априорная ин­ формация о помехах также важна и ее можно учесть, однако прежде чем это делать, нужно оценить надежность этой информации в практи­ ческих задачах радиоприема. Такая необходимость связана с тем, что учет этой информации может существенно усложнить схему проек­ тируемого приемника, приводя в ряде случаев к искажениям прини­ маемого сигнала при отсутствии помех. Вообще не следует забывать, что теория оптимального радиоприема, дающая руководящие прин­ ципы для конструирования радиоаппаратуры и определяющая наи­ более перспективные направления ее совершенствования, не исключает творческую инициативу радиоинженера. Инженер, получив техни­ ческое задание на проектирование радиоприемного устройства, может, опираясь на методы и е ы в о д ы этой теории, либо наиболее рационально использовать априорные сведения, либо, оценив характеристики оптимального приемника, т. е. приемника, в котором эти сведения использованы наилучшим образом, поставить вопрос о необходимости введения дополнительных данных, использование которых приведет к улучшению этих характеристик.

Таким образом, основные особенности приемников различного назначения в первую очередь обусловлены формой ожидаемых радио­ сигналов и техническим способом их согласования со структурой и параметрами радиотехнических цепей в приемнике.

В последующих параграфах на конкретных примерах радиоприем­ ных устройств различного назначения читатель сможет проследить влияние исходных априорных сведений о сигнале и некоторых помехах на схемы соответствующих приемников.

Дополнительные сведения по затронутым в этом параграфе вопросам можно найти в предыдущей главе и, в частности, в 18, 9].

13.2. Особенности радиолокационных приемников

Радиолокационная информация о характеристиках цели и пара­ метрах ее движения заключена в модуляции радиолокационных сиг­ налов, которая возникает при их распространении и переотражепни от цели. Структура радиолокационных сигналов, излучаемых передат­ чиком, т. е. вид и некоторые параметры модуляции этих сигналов, обычно известны к моменту начала проектирования радиолокацион­ ного приемника, поэтому согласовать эти сигналы со структурой и параметрами цепей в приемнике удается достаточно точно.

Радиолокационные сигналы

Врадиолокационных системах находят применение непрерывные

иимпульсные сигналы. При выборе структуры сигналов приходится руководствоваться различными, часто противоречивыми требования­

ми, важнейшими из которых являются следующие;

—обеспечение такой структуры отклика радиотехнической цепи, согласованной с ожидаемом радиосигналом, при которой удается реа­ лизовать заданные точности измерения координат радиолокационных целей при сохранении однозначности измерения в пределах допусти­ мого изменения координат;

—возможность инженерной реализации радиотехнических цепей,

согласованных с сигналом по условию (13.3).

Структура радиолокационных сигналов, удовлетворяющих этим требованиям, выявляется в процессе анализа отклика радиотехни­ ческой цепи, согласованной с ожидаемым радиосигналом по условию (13.3). В радиолокационных приемниках это условие достаточно часто реализуется при использовании линейных радиотехнических цепей с постоянными параметрами. В этом случае выражение (13.3) можно

С учетом (13.17) для сигнальной составляющей отклика на выходе

Зто выражение при ав (t—т) = 0, рассматриваемое как функция не­ известных параметров радиосигнала s (0, называют функцией неопре­ деленности, а ее график диаграммой неопределенности. Эта функция определяет точность и разрешающую способность при измерении с помощью корреляционного приемника таких радиолокационных параметров, как дальность и скорость цели. Задавая определенные требования к структуре диаграммы неопределенности, например точ­ ность измерения параметров траектории движения цели, можно найти структуру радиолокационных сигналов, применение которых позво­ ляет выполнить эти требования. Таким образом были найдены неко­ торые виды радиолокационных сигналов [10, 11], форма диаграммы неопределенности которых имеет заданную конфигурацию, а схемы их приемников пригодны для инженерной реализации.

Из этих сигналов широкое применение получили: частотно-моду- лированные непрерывные радиосигналы, импульсные сигналы с гар­ моническим заполнением, импульсные сигналы с частотной модуляцией внутри импульса. В последние годы все более широкое распространение получают псевдослучайные шумоподобные сигналы [12]. Эти сигналы представяют собой последовательность импульсов, следующих друг за другом с одинаковым интервалом. В общем случае импульсы могут отличаться амплитудами и начальными фазами. Чаще всего приме­ няют фазоманипулированные сигналы с постоянными амплитудами.

Такие сигналы имеют практически постоянную спектральную плотность в сравнительно широком диапазоне частот, определяемом длительностью одного импульса, а их использование позволяет полу­ чить практически любой априори заданный вид функции неопределен­ ности. Применение фазоманипулированных сигналов в радиолокацион-

500

ных системах, кроме увеличения точности измерения параметров целей, обеспечило взаимодействие высокочувствительной радиоэлектронной аппаратуры с быстродействующими цифровыми вычислительными ма­ шинами, что в свою очередь привело к высокому уровню автоматизации процесса передачи, приема и обработки радиолокационной информации.

Заканчивая краткий обзор возможных видов радиолокационных сигналов, следует отметить функциональное взаимодействие прием­ ника и передатчика любой радиолокационной системы при формиро­ вании и обработке таких сигналов.

Приемники радиолокационных систем с частотной модуляцией

Врадиолокационных системах с непрерывным излучением для измерения расстояния до отражающего объекта может быть примене­ на частотная модуляция гармонического колебания. Устройства такого типа применяют часто как высотомеры малых высот. Типовая схема радиовысотомера.с частотной модуляцией приведена на рис. 13.2.

Вэтой схеме сигнал модулятора М подается на вход частотномодулированного передатчика П с мощностью 0,5—1 Вт. Передаю­ щая антенна излучает в направлении отражающей поверхности ОП ЧМ колебания. Частота обычно модулируется по периодическому пило­ образному закону, поэтому мгновенную частоту /ф колебаний, излу­

чаемых передатчиком, можно представить выражением f x — fo (1 ± у0. где fg — средняя частота передатчика; v — коэффициент, характе­ ризующий скорость изменения частоты. Отраженный сигнал с мгно­

венной частотой /з — /о И ± у (t — 2R/c)]t где R — расстояние до отражающей поверхности, с — скорость распространения электро­ магнитных волн в вакууме, улавливается приемной антенной и через входное устройство ВУ поступает на балансный смеситель БСМ, на который одновременно подается часть напряжения сигнала от передат­ чика. На выходе смесителя образуется сигнал биений с частотой /, рав­ ной разности частот принимаемого и излучаемого радиосигналов, т. е. f = \ f 2 — f j | = 2 f 0 Rv/c. Эта частота, пропорциональная величине расстояния до отражающей поверхности, обычно лежит в диапазоне низких частот. Поэтому этот сигнал усиливается УНЧ, ограничивает­ ся по амплитуде ограничителем ОГР и поступает на измеритель час­ тоты ИЧ, выход которого связан с индикатором расстояния до отра­ жающей поверхности И.

501