Файл: Тверской, В. И. Дисперсионно-временные методы измерений спектров радиосигналов.pdf

|srj) такой же длительности Д7', которые соответствуют обратному ходу цикла изменения частоты гетеродинного сигнала.

Рассмотрим случай ЛГ<с7\ При этом длительность ложных откликов, соответствующих импульсам помехи, соизмерима с Д7=2|а|Дсо, т. е. ложные сигналы на выхо­ де рециркулятора занимают практически всю полосу анализа. Относительный уровень «мешающего фона» имеет порядок 2 ( т —1)АТ/тТ. Таким образом, динами­ ческий диапазон измерений помимо прочих факторов за­ висит от возможности уменьшения длительности обрат­ ного хода цикла изменения частоты гетеродинного сигна­ ла в дисперсионной ступени.

Влияние нестабильности начальной частоты и фазы

ЧМ гетеродина. Эффективность накопления откликов, от­ вечающих первичным выборкам, а отсюда и точность измерений спектра в значительной степени зависят от выполнения условия когерентности (3.6.9) для сигнала ЧМ гетеродина. Оценим влияние отклонений фазового сдвига Фя от величины, кратной 2л, на характеристики анализатора. Примем, что такие отклонения фазы малы и могут считаться случайными и независимыми. Откло­ нения Ф# могут быть вызваны нестабильностью началь­ ной частоты гетеродинного сигнала в начале каждого из циклов перестройки, нестабильностью времени прямого хода цикла изменения частоты гетеродина (т. е. при не­ изменном Т в небольших пределах меняется т), измене­ нием от цикла к циклу закона перестройки частоты гете­ родина во время обратного хода и т. д. Полагаем, что скорость изменения частоты гетеродинного сигнала во время прямого хода перестройки поостоянна и удовлет­ воряет (1.3.1) (тем самым не учитываются искажения откликов, определяемые рассогласованием гетеродинно­ го сигнала с линией).

ния фазы за счет изменений других параметров гетеро­ дина. Случайные отклонения фазы Дш^т: и ДФа незави­

симы и малы по сравнению с единицей.

Так как флуктуации фазы гетеродинного сигнала пе­ реносятся на сигнал промежуточной частоты, последний

105

Величина Acogh{t—kT) определяет здесь отклонение фа­ зы на последнем (&+1)-м цикле. Чтобы оценить погреш­ ность анализа спектра, следует найти дисперсию (или среднеквадратичное отклонение) сигнала G(t) с учетом того, что в подынтегральное выражение (3.6.5) вместо ф(,Я) входит случайный фазовый сдвиг

k к

(3.6.16) характеризует погрешность измерения состав­ ляющих спектра примерно одинаковой амплитуды, а (3.6.17) — уровень «мешающего фона», который умень­ шается при отходе от центра отклика. Для того чтобы нормированная погрешность была мала, необходимо что­ бы

Если задана точность относительного измерения ам­ плитуд составляющих спектра, то, выбрав необходимые значения гт , можно оценить требуемую стабильность начальной частоты и фазы гетеродинного сигнала. Вели­ чину, ограничивающую динамический диапазон измере­ ний, можно найти из (3.6.17). При анализе спектров гар-.

106

ионических сигналов не имеет смысла требовать умень­ шения амплитуды «фона» до уровней, значительно меньших собственных боковых лепестков отклика. До­ статочно, например, задать уровень фона вдвое меньшим максимальных амплитуд боковых лепестков. В отсутст­ вие весовой обработки сигнала, когда огибающая эле­ ментарного отклика описывается соотношением (3.6.15), справедливо условие

среднеквадратичные отклонения Acog, АФо вычисляются с учетом заданной точности измерений амплитуд состав­ ляющих спектра из (3.6.19); при больших т эти отклоне­ ния находятся с использованием (3.6.20).

Влияние нарушений условий когерентности в рецирку­ ляторе. Эффективность накопления откликов, соответст­ вующих первичным выборкам сигнала, зависит от точ­ ности, с которой выполнены условия когерентности (3.6.6), (3.6.8). Эти условия связывают между собой внутренние параметры рециркулятора и, кроме того, оп­ ределяют их зависимость от параметров дисперсионной ступени устройства. Сколько-нибудь значительное нару­ шение указанных равенств делает невозможным измере­ ние спектров. Целесообразно оценить только влияние постоянных отклонений сад и Т от величин, определяемых указанными условиями. Такой подход оправдан, посколь­ ку параметры ДЛЗ и частота сдвига сигнала в рецирку­ ляторе в течение времени измерений могут считаться достаточно стабильными и флуктуации величин Т, а, (Ой можно не рассматривать. В то же время следует учитывать возможность неточного сопряжения этих ве­

воряющую условию (3.6.8). Отклонение величины истин­ ного сдвига частоты от сад о обозначим

Асад = сад—сойо,

аотклонение величины Г/2а от сад о обозначим

Affldi= Т/2а—оад о-

Отклонение выходного отклика от сигнала (3.6.15), соот­ ветствующего «идеальному случаю», иначе говоря, лож­

107

где

Ed= |A(>)dT( т 2/3 + т / 2 + 1/6) —

—АсосиГ( т 2/3—пг+ 2/3) |.

Нормированная погрешность измерения амплитуд состав­ ляющих спектра, обусловленная отклонениями от коге­ рентности в рециркуляторе (Qm=coo), определяется ве­ личиной Еа. Она мала, если выполнено условие ей<С1.

Вдали от центра отклика ложный сигнал AGz{t) имеет характер относительно медленно спадающего «фо­ на», который ограничивает динамический диапазон ана­ лиза. Аналогично предыдущему случаю положим, что уровень фона должен быть во всяком случае вдвое мень­ ше максимальных амплитуд боковых лепестков элемен­ тарного отклика G(t). В отсутствие обработки входного сигнала это требование приводит к неравенству

При малых m допустимые отклонения (оа и Т/2а от сойо определяются на основании 8й<С1; при больших пг — с учетом также (3.6.21).

3.7. Особенности дисперсионно-временных анализаторов в реальном масштабе времени

Сравним описанные устройства с многоканальными фильтровыми анализаторами параллельного типа. Дис­ персионно-временное устройство значительно проще: оно имеет только один канал, основными элементами кото­ рого являются смеситель, ЧМ гетеродин и ДЛЗ. По су­ ществу, схема дисперсионно-временного анализатора одновременного типа оказывается не намного сложнее

В случае использования ДЛЗ с малым начальным'вре-ч менем задержки в одном анализаторе, как показано в § 3.5, может реализоваться достаточно широкий диа­ пазон полос и разрешений. В фильтровом параллельном анализаторе изменение полос обзора и разрешения тре­ бует, как правило, замены всей системы фильтров. Су­ щественное отличие дисперсионно-временного анализа-

108

тора от фильтрового устройства параллельного типа (впрочем, как и ряда других одноканальных анализато­ ров в реальном масштабе времени) состоит также в том, что при получении спектра каждой последующей выбор­ ки «забывается история» сигнала. Спектр выборки вос­ производится с весом r ( t ) = a ( t ) —a(t—т), где o{t) — единичная функция. Эта особенность делает описывае­ мую методику в ряде случаев (например, при анализе спектров нерегулярных сигналов) более удобной, чем использование мпогофильтровых анализаторов не толь­ ко из-за относительной простоты, но также из-за ее функциональных характеристик. В фильтровом анализа­ торе весовая функция r(t), как известно, плавно спада­ ет при х— *оо. Поэтому имевшие место «в прошлом» большие выбросы сигнала еще оказывают влияние на характер показаний анализатора через интервалы вре­ мени, значительно превосходящие постоянную времени фильтра. В идеальном дисперсионно-временном анали­ заторе влияние «истории» сигнала отсутствует. В реаль­ ных устройствах оно хотя и имеет место, но оказывает­ ся значительно меньшим, чем в фильтровом анализато­ ре, и обусловливается двумя факторами: во-первых, ограничением полосы пропускания линии (например, включением последовательно с ней полосового фильт­ ра); и, во-вторых, неравномерностью амплитудно-частот­ ной характеристики линии. В первом случае постоянная времени устройства, характеризующая степень влияния «истории» сигнала, определяется величиной 2n/(Ato'+' + |st|), во втором — величиной, обратной ширине наи­ более узкого выброса амплитудно-частотной характери­ стики линии /С(со). При относительно плавной амплитуд­ но-частотной характеристике постоянная времени дис­ персионного анализатора за счет увеличения девиации частоты гетеродинного сигнала может быть значительно меньше чем 2я/Асо и не зависит от разрешающей способ­ ности.

В фильтровом анализаторе постоянная времени зави­

сит от разрешения и имеет порядок 2я/Л©о, т. е. влиянием «истории сигнала» пренебрегать нельзя. В связи с этим его селективность может быть весьма высокой (во вся­ ком случае в принципе) за счет использования фильт­ ров с крутыми скатами амплитудно-частотной характе­ ристики. В дисперсионно-временном анализаторе значи­ тельное увеличение селективности затруднено, поскольку

109