Файл: Ширман, Я. Д. Разрешение и сжатие сигналов.pdf

двух самолетов, которые в режиме «без 4M» давали одну отметку в виде дужки, сравнительно большой ширины в радиальном направлении. Полная длина радиуса на этом снимке соответствует дальности 40 км.

I

Рис. 1.7.10. Сигналы, отраженные от группы самолетов, в узкополосном (а)

II широкополосном (б) режимах.

' Для сравнения дальности действия в узкополосном и широкополос­ ном режимах осуществлялась проводка самолетов, летевших по оп­ ределенному маршруту. В процессе проводки производились наблю­ дения на индикаторе с амплитудной отметкой при остановленной антен­ не и быстром переключении режимов. Из 27 таких проводок в 17 слу­ чаях дальность обнаружения в обоих режимах была одинаковой, в 9 случаях дальность обнаружения в широкополосном режиме уменьши­ лась, но не более чем на 5%, и только в одном случае более 5%. (Не­ большого снижения дальности — порядка единиц процентов — мож­ но было бы ожидать независимо от использования техники сжатия в связи с увеличением числа элементов разрешения.)

Рис. 1.7.11. Вид индикатора кругового обзора при переключении режимов за время оборота антенны.

Опыт локации реальных целей проиллюстрировал и подтвердил возможности существенного повышения разрешающей способности по дальности при заданной энергии радиоимпульсов за счет сжатия, практически без проигрыша в дальности действия. Косвенно была под­ тверждена тем самым возможность увеличения дальности действия без повышения пиковой мощности и ухудшения разрешающей способ­ ности по дальности*).

§ 1.7.5. ОПЫТЫ ПО РАЗРЕШЕНИЮ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕЛИ

Представляло интерес убедиться, что, используя технику сжатия, можно получить разрешающую способность по дальности, достаточ­ ную для разрешения элементов цели, определения радиальной протя­ женности последней, снятия радиолокационных «портретов» целей.

*) Прямое подтверждение было получено в 1959 г. за счет увеличения дли­ тельности импульсов до 100 мкс и пропорционального увеличения их скважности практически при неизменной средней (а не только пиковой) мощности. Даль­ ность действия была повышена в 2 раза при сохранении исходной разрешающей способности по времени запаздывания 6 мкс.

В развитие описанного в § 1.7.4 эксперимента, в 1959—1960 гг. была начата подготовка эксперимента по разрешению элементов целей, а сам эксперимент был проведен в 1963 г. В 1967 г. были опубликованы результаты аналогичного опыта, проведенного в США Бромлеем и Коллэном [98].

В нашей экспериментальной установке использовались ЛЧМ радио­ импульсы сантиметрового диапазона волн с девиацией частоты око­ ло 70 МГц длительностью 2 мкс. Сжатие импульсов производилось на промежуточной частоте в фильтре, который был выполнен в виде, срав-

Рис. 1.7.12. Закон изменения частоты в импульсной характеристике.

нительно компактного блока, содержавшего ламповую схему и коак­ сиальный кабель РК-19 длиной 400 м (вес блока составил около 14 кг). Как выяснилось впоследствии, подобные фильтры на коаксиальном кабеле, но с неравноотстоящими отводами, разрабатывались в США Мюллером и Гудвином [65].

Укорачивающий фильтр в нашем опыте имел импульсную характе­ ристику длительностью 2 мкс с частотной девиацией 72 МГц и ступен­ чатым изменением частоты от 78 до 6 МГц (рис. 1.7.12). Каждый эле­ мент импульсной характеристики получался при помощи исполь­ зования «контурного» съема (см. § 1.4.4 и 1.7.4). Упрощенная функци­ ональная схема укорачивающего фильтра приведена на рис. 1.7.13. При подаче на его вход короткого («дельта») импульса длительностью

Состыкованные импульсные отклики суммируются, образуя резуль­ тирующую импульсную характеристику, которая обеспечивает сжа­ тие зеркального или близкого к нему сигнала.

Однако при выбранных параметрах фильтра и сигнала в сжатом импульсе укладывался всего один период колебаний несущей частоты. Поэтому для выделения огибающей потребовалась квадратурная об­ работка (см. § 1.4.4). Фильтр имел два выхода: косинусный и синус­ ный. Для получения синусного выхода каждый элемент косинусной импульсной характеристики перед суммированием сдвигался по времени на 1/4 периода колебаний соответствующей частоты. Времен-

Рис. 1.7.13. Схема широкополосного ^фильтра сжатия со съемом иа контуры.

ные сдвиги и суммирование осуществлялись в специальном отрезке кабеля с отводами. Колебания с выхода косинусного и синусного ка­ налов подавались на квадратичные детекторы и далее на выходной сумматор. В силу периодичности моментов переключения импульс­ ной характеристики фильтра (1/6 мкс) в спектре сжатого ЛЧМ сигнала наблюдаются осцилляции, основной пик этого сигнала сопро­ вождается спутниками, имеющими теоретический уровень 16%, ко­ торые располагаются по обе стороны от пика с указанным выше интер­ валом. Специальной компенсации спутников не производилось (за ис­ ключением простейшей корректировки закона модуляции). Фильтр включался в тракт широкополосного приемного устройства с двойным преобразованием частоты. Передающее устройство было выполнено по однокаскадной схеме на ЛОВ типа М сантиметрового диапазона волн с выходной мощностью порядка 100 кВт. Для управления колеба­ ниями ЛОВ использовался модулятор со схемой коррекции вершины модулирующего импульса, обеспечивающий закон изменения частоты колебаний, близкий к линейному.

Индикаторное устройство было построено на элементах осцилло­ графа С1-11. Запуск развертки к моменту прихода отраженного сигна­ ла осуществлялся от схемы автосопровождения цели по дальности.

Реальная разрешающая способность по дальности оценивалась по сигналам от двух сдвинутых в радиальном направлении уголковых отражателей. Она составляла около 3—3,5 м по уровню 0,5 выходного импульса. На рис. 1.7.14 показан отраженный видеосигнал от само­ лета, летящего в направлении на экспериментальный макет. Видны разделяющиеся отражения от носовой и хвостовой частей самолета. По таким изображениям удавалось определять радиальную протя­ женность цели с точностью до единиц метров.

В работе Бромлея и Коллэна [98] зондирующие радиоимпульсы имели вдвое меньшую по сравнению с указанной длительность, но вдвое большую частотную девиа­ цию. Для сжатия радиоим­ пульсов использовался пря­ моугольный радиоволновод длиной I — 183 м. Фазоча­ стотная характеристика пос­ леднего определяется выра­

жением

где сокр = 2я/кр — критичес­

кая частота, откуда группо­

Рис. 1.7.14. Видеосигнал самолета (метки вое запаздывание дальности через 7,5 м).

изменяется от 1,56 до 2,61 мкс, т. е. на 1,05 мкс. В пределах 1,05 мкс импульсная характеристика волновода имеет частотную девиацию Д—

— Д=0,15 ГГц, что позволяет сжимать радиоимпульсы по уровню 0,64 до 1/0,15 « 6,7 нс. Зависимость Др (/) носит явно нелинейный харак­ тер. Групповое запаздывание на центральной частоте диапазона (Д + + Д)/2 = 2,725 ГГц, равное 1,95 мкс, более чем на 130 нс отличается от полусуммы задержек на средних частотах; это почти в 20 раз пре­ вышает временную разрешающую способность. Поэтому и закон мо­ дуляции частоты передатчика был выбран нелинейным. Для уменьше­ ния уровня боковых лепестков сигнала производилось выравнивание и скругление спектра принимаемых колебаний. Для скругления этот спектр параллельно пропускался через два практически недисперги­ рующих (увеличенного сечения), отличающихся по длине на А/, ра­ диоволновода; выходные колебания вычитались. Тем самым образо­ валось фильтрующее звено с амплитудно-частотной характеристикой cos ( n f A l /Ѵф), где ѵф — близкая к скорости света с фазовая скорость.

работы [98] получена разрешающая способность 1—1,5 м с подавлением

= fro-\-Afrt/xn, где А/г — частотная девиация, приходящаяся на дли­ тельность импульса (рис. 1.7.16). Преобразованное колебание имеет

Рис. 1.7.16. Пояснение изменения временного масштаба при корреляционно­ фильтровом приеме с 4M гетеродинированием:

девиацией А/пр = А /— Д/г. Хотя сжатый импульс имеет увеличенную