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

в т раз длительность, это не ведет к ухудшению разрешающей способ­ ности. Если принимается еще одни импульс с дополнительным запаз­ дыванием Дт, то при достаточной протяженности импульсной харак­ теристики фильтра образуется неискаженный сжатый импульс со сме­ щением At. Из выражения для /ир имеем Д/прД/ — Д/Дх = 0 или At = ~ Дт-т. Растяжение сжатого импульса является поэтому составной частью изменения масштаба времени. Разрешающей способности оно не ухудшает, что наблюдалось и экспериментально.

Недавно в США (г. Флойд и Маршальские острова) [158І опублико­ ваны материалы о пуске в эксплуатацию двух опытных РЛС, предназ­ наченных для наблюдения за космическими объектами с разрешаю­ щей способностью по дальности менее одного метра. Полосы частот (250—500) МГц, длительности импульса (10—40) мкс. Используется трансформация временного масштаба в 100 раз. Из-за большого значе­ ния т и ограниченной длительности импульсной характеристики фильтра одновременно просматривается всего 30 м дальности.

Г л ава 1.8

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ СЖАТИЯ РАДИОИМПУЛЬСОВ

Как было выяснено в гл. 1.7, эффективным средством получения импульсных характеристик большой длительности является использо­ вание временных задержек на у л ь т р а з в у к е . Достоинством акустических колебаний является значительно меньшая, чем у элек­ тромагнитных, скорость распространения. Акустические колебания в однородной изотропной упругой линейной среде без потерь подчиня­ ются волновому уравнению

ные плоские волны, обладающие различными скоростями распростра­ нения

сжатия и сдвига соответственно, которые зависят, в свою очередь, от модуля растяжения (модуля Юнга) Е и коэффициента Пуассона ст [78]

ную) волну, для которой rot S = 0. При V = аг оно описывает произ­ вольную соленоидальную (не обязательно поперечную) волну, для ко­ торой diV S = 0. Решение (1) в общем случае сводится к сумме без­ вихревой и еоленондальной волн, с чем встретимся в ходе дальней­ шего анализа фильтров сжатия.

Основываясь на работах [44, 52, 53, 74, 76, 80, 85, 94, ПО, 112, 120— 122, 124, 127, 155, 156], рассмотрим в § 1.8.1 акустические фильтры с дискретным съемом, а в § 1.8.2—с естественной дисперсией. Как разно­ видность фильтров с естественной дисперсией рассмотрим в § 1.8.3 маг­ нитоакустические фильтры сжатия, основанные на магнитоупругих волновых взаимодействиях [36, 64, 82, 83, 91, 92, 100, 101, 124, 126, 157]. Как разновидность фильтров с распределенным съемом в § 1.8.4 рассмотрим оптико-акустические фильтры сжатия [46, 64, 81, 102, 103, 124].

Переходя к неакустическим устройствам обработки, рассмотрим возможности задержки и сжатия радиоимпульсов совокупностью не­ взаимодействующих колебательных систем с переменными параметрами,

вчастности при использовании эффекта спинового эха [35, 64, 73, 124].

В§ 1.8.6 рассмотрим метод параллельной фильтрации, который позволяет, комбинируя фильтры произвольного вида, существенно повысить коэффициент сжатия [68, 99]. Основное внимание будет уделено фильтрам сжатия 4M радиоимпульсов, хотя материал § 1.8.1, 1.8.4, 1.8.5 может быть использован и при построении устройств об­ работки фазоманипулированных радиоимпульсов. Некоторые не рас­ смотренные вопросы можно найти в [133]й:).

§ 1.8.1. ФИЛЬТРЫ СЖАТИЯ С ДИСКРЕТНЫМ СЪЕМОМ НА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ НЕДИСПЕРГИРУЮЩИХ ЛИНИЯХ ЗАДЕРЖКИ

На рис. 1.8.3, а поясняется принцип построения фильтра сжатия

от общего преобразователя электрических колебаний в ультразвуко­

кадмия CdS). В отдельных случаях между пьезоэлектриком и звукопро­ водом помещается пленка, обеспечивающая согласование акустиче­ ских сопротивлений (например, из индия—между пьезокерамикой и со­

ДяЩего звукопровода для подвода электрических колебаний к пьезо­ элементам (или их съема) требуются проводящие электроды. На рис. 1.8.5 показаны такие электроды при нанесении пьезоэлектрической пленки из сульфида кадмия на звукопровод (например, из сапфира) для возбуждения продольных колебаний. Решетка может быть выпол­ нена путем создания прорезей или фотоспособом. В случае пьезоэлек­

я) б)

Рис. 1.8.3. Фильтры сжатия со ступенчатым (а) и клиновидным (б) звукопроводом с одной решеткой.

Рнс. 1.8.4. Фильтры сжатия со ступенчатым (а) и клиновидным (б) звукопрово­ дом с двумя решетками.

отпадает необходимость в добавочных пьезоэлектриках. Достаточ­ но нанести на основной звукопровод металлические слои, образующие электроды (возбуждающий и приемный), в частности совокупность электродов в виде решеток.

В отличие от фильтров рис. 1.8.3, а, 1.8.4, а элементы задержки фильтров рис. 1.8.3, б, 1.8.4, б не разделяются. В процессе распро­ странения ультразвуковых колебаний по звукопроводам рис. 1.8.3, б и 1.8.4, б могут поэтому проявляться некоторые детали явления дифрак­ ции, менее характерные для звукопроводов рис. 1.8.3, а и 1.8.4, а. По­ этому фильтры сжатия (рис. 1.8.3, б), а особенно фильтры рис. 1.8.4, б называют д и ф р а к ц и о н н ы м и .

Закон распределения элементов решетки (съемов) по поверхности клиновидного звукопровода можно тем не менее приближенно устано­ вить, исходя из распределения задержек th схемы (см. рис. 1.8.3, а)

іі используя формулы f(2), (3), (6), § 1.4.4]. Решая квадратное урав­ нение [(3), § 1.4.41 для (3 < 0, имеем

Тогда распределение съемов по гипотенузе сечения клина определя­ ется выражением

где V — соответствующая скорость распространения звуковых коле­ баний; й- — острый угол в сечении клина. Длина отрезка гипотенузы,

занятого съемамн, будет

Число съемов Q на отрезке А/ получим из (1), приравнивая т„ разность значений th при k — ± (Q — 1)/2. В результате най­ дем

Фильтры сжатия с клиновидными звукопроводамн обеспечивают высокую линейность закона модуляции частоты импульсных характе­ ристик, широкие полосы частот и большие коэффициенты сжатия. Так, согласно [94] на клиновидной линии из сапфира обеспечена частотная

В работе [110] описан клиновидный фильтр с коэффициентом сжатия 1200 (длительность импульсной характеристики составляет 34 мкс, полоса частот 34 МГц, центральная частота 100 МГц).

Недостатком фильтров [94, ПО] являются большие потери: 75 дБ для первого фильтра и 60 дБ для второго. Возможные пути уменьше­ ния потерь состоят: 1) в переходе к более тонким пленкам; 2) в исполь­ зовании пьезоэлектрических звукопроводов с повышенным коэффици­ ентом электромеханической связи (типа ниобата лития) и нанесении на них проводящих возбудителей и элементов съема.

Хотя в рассмотренных устройствах использованы о б ъ е м н ы е ультразвуковые волны, основные функции формирования импульсной