Файл: Губин, В. А. Пространственно-временная обработка радиолокационных сигналов (конспект лекций).pdf

19

го детектора зависит не только от входного сигнала, но и от фазы опорного напряжения, подаваемого на фазовый детектор.

Известно, что с помощью двух фазовых детекторов с опорными напряжениями, сдвинутыми по фазе на 9 0 ° , принимаемый сигнал РЛС ( 2 .1 ) можно разделить на две ортогональные составляющие

полностью сохранив заключенную в нем информацию.

Если синтезированная антенна в РЛС не сфокусирована и фаза

принимаемого сигнала за время его накопления изменяется мало,

то в системе обработки необходимо использовать обе ортогональ­ ные составляющие сигнала ( 2 .6 ) и ( 2 . 7 ) . Б противном случае

изменяется на несколько периодов,и каково бы ни было начальное

максимального значения. В этом случае при использовании в систе

диаграммы направленности антенны. Все рассмотренные выше зако­ номерности справедливы и для импульсного режимаРЛС. Разница состоит в том, что в промежутке между импульсами сигнал равен

нулю, а кривые (р и с .2 . 2 , в , г ) являются огибающими импульсов.

Характер изменения сигналов в когерентных РЛС можно также

рассматривать на основании теории антенных устройств. Предста­ вив траекторию движения РЛС как большую синтезированную антен­ ну, можно разбить ее на зоны Френеля (р и с.2 . 3 ) . Сигналы, при­ нимаемые РЛС при перемещении в пределах одной зоны, изменяются

20

Рис.2 .3 . Линии равных фаз когерентных сигналов точечной цели

по фазе не более чем на зс . Их можно суммировать без коррек­ ции фазы (как в синфазной антенне), а при обработке по видео­ частоте можно складывать импульсы с одинаковыми весами. Так именно и накапливаются сигналы, соответствующие первой (ближай­ шей к РЛС) зоне в системах с несфокусированными синтезированны­ ми антеннами.

Перемещение РЛС из одной зоны в другую связано с переходом фазы сигнала в соседний квадрант или с изменением полярности импульсов.

§ 2 . 2 . ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА КОГЕРЕНТНОЙ РЛС

Функциональная схема станции с синтезированной антенной является типовой для импульсных когерентных РЛС. Как известно,

такие РЛС бывают двух видов г с задающим генератором и с коге­ рентным гетеродином. Эти элементы служат источником опорного напряжения для фазовых детекторов в промежутках между зондирую­ щими импульсами, когда происходит прием отраженных сигналов.

В первом случае (рис. 2 Л ) задающий генератор создает высо-

костабильйЪе непрерывное колебание, которое подается на фазовые детекторы приемника и на импульсный генератор передатчика.

22

С помощью модулятора из этих непрерывных колебаний выделяются короткие импульсы, которые усиливаются мощным выходным каска­ дом передатчика и поступают в антенну. В результате этого опор­ ное напряжение фазового детектора и излучаемые импульсы оказы­ ваются когерентными.

По прекращении зондирующего колебания напряжение задающего

генератора сохраняет неизменную начальную фазу, что и позволя­ ет использовать его в качестве опорного напряжения фазового детектора.

Подобные системы отличаются высокой стабильностью фазы,

что необходимо для когерентного накопления большого числа им­

пульсов и получения высокой разрешающей способности. Некоторые

неудобства ее применения связаны с тем , что в качестве мощного источника зондирующих колебаний должны применяться электрова­ куумные приборы типа усилителей мощности. Такие приборы обыч­

ратор зондирующих импульсов, который работает в режиме самовоз­ буждения с произвольной начальной фазой. Типичным таким генера­ тором является импульсный магнетрон. Опорное напряжение, кото­ рое должно быть когерентно с этими импульсами, формируется с

в работу в момент начала зондирующего импульса и по его оконча­ нии продолжает генерировать колебание с неизменной начальной фазой. Эти колебания являются как бы продолжением зондирующего импульса во время приема отраженных сигналов.

Достоинством РЛС с когерентным гетеродином является возмож­

ность применения мощных малогабаритных генераторов зондирующих

импульсов (магнетронов). Однако стабильность фазовых соотно­

шений в этих системах несколько ниже, чем в РЛС с задающим гене­ ратором.

Схемы, представленные на рис.2 .4 и 2 . 5 , весьма упрощены,

так как предполагают применение приемников прямого усиления.

В действительности.в когерентных РЛС, как и в РЛС других типов,

используются супергетеродинные приемники и фазовое детектирова­ ние сигналов производится по промежуточной частоте.

Рассмотрим кратко элементы'когерентных РЛС, связанные с преобразованием частоты.

23

В качестве источника задающих колебаний в схеме ри с.2 . k

часто применяют кварцевые генераторы; специальными мерами, в

частности термостатированием, повышается стабильность часто­

ты колебаний.

Принимаемый сигнал и опорное напряжение имеют случайные,

но одинаковые по величине фазовые сдвиги, поскольку местный гетеродин и генератор передатчика работают независимо. На вы­ ходное напряжение фазового детектора не влияют одинаковые фа­ зовые сдвиги сравниваемых напряжений. Оно определяется лишь разностью фаз между этими напряжениями, являющейся регулярной функцией расстояния до цели.

Однако местный гетеродин' когерентной РЛС должен быть высо­ костабильным. Уход фазы его колебаний за время распространения сигнала до цели и обратно влияет на выходное напряжение фазо­ вого детектора.

Особенности рассмотренных выше функциональных схем РСА и их элементов характерны для когерентных РЛС различного назна­ чения, в частности для радиолокационных систем с селекцией движущихся целей.

Р и с .2 .6 . Схема преобразования частоты в когерентной РЛС с зада­ ющим генератором

Генераторы работают на сравнительно низких частотах, изме­ ряемых десятками и сотнями килогерц. Колебания высокой частоты формируются последовательной цепочкой умножителей ч&стоты

(р и с .2 . 6 ) . В процессе умножения получают сначала напряжение с

24

усилителя мощности передатчика, может работать от автономного

генератора, определяющего частоту посылок. Однако, чтобы зон­ дирующие сигналы следовали с высоко стабильным периодом, их синхронизируют от общего задающего генератора. Если частота его колебаний больше требуемого значения частоты посылок, в

канале синхронизации модулятора включают делители частоты , как показано на схеме р и с .2 .6 .

Таким образом, источником различных по частоте колебаний в

рассматриваемой схеме является общий задающий генератор, и

между этими колебаниями устанавливаются жесткие фазовые соотно­ шения.

При использовании супергетеродинного приемника в схеме рис.2 .5 когерентный гетеродин работает на промежуточной частоте

и управляется колебаниями передатчика, преобразованными по час­ тоте в специальном смесителе (р и с .2 . 7 ) . Местный гетеродин в приемном тракте и тракте формирования опорного напряжения обя­ зательно должен быть общим. В этом случае его фаза не влияет на выходной эффект фазового детектора.

Рис .2 .7 Схема преобразования частоты в РЛС с когерентным гет е ­ родином

Перейдем теперь к описанию наиболее специфического элемента

функциональной схемы РЛС, а именно к системе обработки радио­ локационных сигналов.

25

§ 2 . 3 . ОПТИМАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В РСА

Оптимальный прием на фоне флюктуационных помех заключается,

как известно, в выполнении операций над принимаемым сигналом u ( t ) , соответствующих выражению

т

рый должен быть принят от заданной точки земной поверхности за

идентичны. Однако они принципиально отличаются по способам реа­ лизации.

жения. Он представляет собой расчетный сигнал одиночной точечной цели, находящейся в данной точке зоны обзора. Напряжение апри­ орного сигнала и сигнал приемника перемножаются и интегрируют­