Файл: Радиоприемные устройства учебник..pdf

— регулировка усиления высокочастотного тракта, устраняющая перегрузки высокочастотных каскадов при возрастании уровня вход­ ного сигнала; отметим, что уровни входных сигналов могут изменяться

вчрезвычайно больших пределах (до 100 дБ);

—регулировка уровня выходной мощности (или напряжения), обеспечивающая нормальный режим работы исполнительного устрой­

ства;

— регулировка частотной избирательности, позволяющая ослабить мешающие сигналы на соседних частотных каналах сужением полосы пропускания приемника; разумеется, при этом несколько снижается качество воспроизведения полезного сигнала;

— регулировка пространственной избирательности, осуществля­ емая соответствующей ориентацией направленной приемной антенны или переключением приемных антенн с различными диаграммами на­ правленности.

Кнаиболее распространенным видам автоматических регулировок

вприемниках относятся автоматическая регулировка усиления (АРУ)

иавтоматическая подстройка частоты (АПЧ), назначение которой рас­

смотрено ранее.

Автоматическая регулировка усиления устраняет совершенно оче­ видные неудобства, связанные с ручным регулированием усиления высокочастотного тракта приемника. Схемы АРУ достаточно просты и их использование практически всегда считается оправданным. В не­ которых случаях применение АРУ является обязательным для обеспе­ чения нормальной работы радиоприемного устройства. Например, в ра­ диолокации при одновременном наблюдении целей, находящихся на различных расстояниях, интенсивность отраженных импульсных сиг­ налов может отличаться на несколько порядков. Для компенсации этого различия используется так называемая временная автоматиче­ ская регулировка усиления (ВАРУ), которая по заданной программе изменяет коэффициент усиления приемника так, что сигналы на его входе имеют примерно одинаковый уровень. Временной интервал, в пределах которого производится эта регулировка, определяется задержкой сигнала от наиболее удаленной цели и исчисляется долями или единицами миллисекунд. Разумеется, ручная регулировка усиле­ ния в данном случае невозможна.

Технические условия, на основании которых проводится электри­ ческий и конструктивный расчет радиоприемного устройства, состав­ ляют с учетом общих требований к радиотехнической системе. Часто при составлении отдельных пунктов технических условий бывает трудно определить, какой ценой может быть достигнуто их выполне­ ние. Поэтому на стадии проектирования считается допустимым измене­ ние некоторых пунктов технических условий, если это изменение без заметного ухудшения радиотехнической системы позволяет сущест­ венно упростить или удешевить радиоприемное устройство. Например, при приеме интенсивных сигналов на слабом фоне помех можно допу­ стить существенное расширение полосы пропускания приемника для того, чтобы отказаться от сложной системы АПЧ и упростить радио-

28

приемное устройство в целом. Возможны изменения и другого рода: сравнительно небольшое усложнение радиоприемного устройства при­ водит к значительному улучшению общих характеристик радиотехниче­ ской системы. Например, повышение чувствительности приемника радиодальномерной системы введением в его Состав малошумящего УРЧ может позволить на порядок снизить излучаемую мощность передатчи­ ка и тем самым резко сократить вес, габариты, потребляемую мощность, стоимость и т. д. аппаратуры всей системы. Таким образом, успех при проектировании в значительной степени определяется тем, насколько полно учитывается взаимосвязь технических и экономических показа­ телей, их влияние на общие характеристики как радиоприемного устройства, так и всей радиотехнической системы.

1.8.Помехоустойчивость радиоприема

В§ 1.6 были рассмотрены различные виды избирательности, исполь­ зуемые в радиоприемной технике с целью ослабления мешающего действия помех. Применение некоторых из этих видов избирательности (амплитудной, временной и т. д.) привело к созданию большого числа инженерных методов защиты от помех. Интерес к использованию этих методов неизменно возрастал с развитием уровня радиоприемной тех­ ники. Особое значение проблема помехоустойчивого радиоприема приобрела в начале 40-х годов, отмеченных бурным развитием радио­ локации. К этому времени воплощение инженерных методов защиты от помех позволяло использовать на практике десятки различных схем­ ных решений. Трудность, которая возникла в этой ситуации, состояла

втом, что обоснованный выбор одного из этих решений был сопряжен

струдоемким анализом большого числа вариантов. Исследования та­ кого рода в значительной степени носили характер случайных поисков

иникогда не могли дать уверенности в том, что не возможен иной, еще не разработанный метод, обеспечивающий по сравнению с выбранным более высокую помехоустойчивость.

Дальнейший прогресс в области помехоустойчивого приема был связан с развитием теории оптимальных фильтров. Основной задачей этой теории является отыскание такой структуры фильтра, входящего

всостав приемника, при которой принимаемый на фоне шумовой поме­ хи сигнал воспроизводился бы наилучшим образом. Качество воспро­ изведения сигнала при этом оценивается либо минимальной средне­ квадратичной ошибкой, либо максимальным отношением сигнала к шу­ му на выходе фильтра. Эти величины были названы критериями опти­ мальности.

Ограниченность теории оптимальных фильтров заключалась в том,

что в ней не ставилась более общая задача оптимального приема сооб­ щений, содержащихся в сигналах. Такая задача с некоторыми ограни­ чениями начальных условий была поставлена и решена В. А. Котель­ никовым. В созданной им теории потенциальной помехоустойчивости было введено понятие идеального приемника, который в соответствии с выбранным критерием оптимальности наилучшим образом вопроиз-

29

водит сообщение (модулирующий сигнал) р в результате анализа за ограниченное время Т входного колебания:

помехи иш (t).

Теория потенциальной помехоустойчивости не предполагает отыс­ кания электрической схемы идеального приемника. По существу, оп­ тимальный прием сообщения и сводится к некоторым математическим преобразованиям, которые необходимо совершить над функциями, опи­ сывающими входное колебание х (/). Правда, в некоторых случаях этим преобразованиям сравнительно легко придать схемную интерпретацию.

Ценность для практики получен­ ных результатов заключается в том, что при выбранном критерии оптимальности и принятых началь­ ных условиях помехоустойчивость идеального приемника является предельно достижимой (потенциаль­ ной). Следовательно, необходимость дальнейшего совершенствования реального приемника всегда может быть установлена сравнением его помехоустойчивости с потенциаль­ ной.

В основу критерия оптимальности при оценке потенциальной по­ мехоустойчивости был положен принцип максимальной апостериор­ ной (послеопытной) вероятности wx (р) передаваемого сообщения. Смысл этого понятия иллюстрируется рис. 1.13. Здесь предполагается, что сообщение р является случайной величиной, плотность вероят­ ности w (р) которой заранее (априорно) известна. Например, функция ю(р) на рис. 1.13 может представлять априорную плотность вероят­ ности веса р горючего в топливных баках ракеты на заданном участке траектории. Очевидно, что функцию w (р) можно рассчитать заранее, исходя'из технических данных двигателя и вероятностных траекторий. Телеметрический сигнал (t), содержащий сообщение р* об истинном весе горючего вместе с шумовой помехой um (i), воспринимается идеаль­ ным приемником как входное колебание х (t), ограниченное во времени выбранным интервалом наблюдения Т. В результате оптимальной об­ работки колебания х (t) идеальный приемник определяет апостериор­ ную плотность вероятности wx (р) и в качестве решения принимает та­

кое значение р, которое соответствует максимуму функции, w x (р)- Естественно, что при приеме сигнала на фоне помех неизбежно возник­ новение ошибки бр в воспроизведении передаваемого сообщения р*.

Заметим, что вид функции wx (р) зависит от уровня помех. Напри­ мер, можно заранее сказать, что в отсутствие помех апостериорное рас­ пределение wx (р) описывается дельта-функцией б (р — р *), соответст­ вующей истинному значению передаваемого сообщения р*. Если же

30