|
| |
|
Слаботочка Книги  Градуировка шкалы дальности индикатора производится согласнв этому масштабу. Например, как показано на рис. 3.5, цели / соответствуют напряжение развертки ttj = as и дальность Щ = 25,5 км а цели 2 соответствуют = 5 и Дг = 48,5 км. 16.2. Основные показатели импульсного метода дальнометрии. Потенциальная разреишющая способность по дальности АДминп определяется из тех соображений, что при сближении целей, например / и 2, их импульсы различаются до тех пор, пока разность времени-, запаздывания 2 не сократится до длительности одного импульса Тн. Этот предел соответствует расстоянию между целями АДмнн а = = ст /2.- Полученная формула потенциальной (предельной) разрешающей способности по дальности совпадает с (3.1). Минимальная дальность действия {мертвая зона) импульснойРЛС Дмин ограничивается возможностью раздельного приема зондирующего {0) и отраженного от ближайшей цели (/) импульсов. Дальность Дмвв больше расстояния АДмвн п. характеризующего разрешающую способность дальномера, так как приемник и антенный переключатель настолько изменяют свое состояние под воздействием мощного зондирующего импульса длительностью Ти, что к ним возвращается способность принимать отраженные сигналы только через так называемое время восспшновления после действия этого импульса. Отсюда минимальная дальность   Дмнн = С (Т + tn)/2. (3.6) Предел однозначного отсчета дальности Додн- Каждая РЛС в соответствии со своим энергетическим потенциалом имеет максимальную дальность действия Дмакс. которой соответствует запаздывание сигнала д макс == 2Дмакс/с. Необходимо, чтобы период следования импульсов Тс был больше, чем дыакс- Если это условие не соблюдается, то сигнал, отраженный от достаточно удаленной цели (на рис. 3.5 от цели 5), принимается после излучения очередного зондирующего импульса О и отсчёт дальности становится неоднозначным [при истинной дальности Дз = 013/2 цели 3 индикатор показывает Дз = дз/2 = с (дз-Тс)/2]. Таким образом, однозначный отсчет дальности ограничивается периодом Тс. Д,дн < сТе/2 = cf2F. (3.7) Потенциальная точность измерения дальности выражается формулой, справедливой для всех методов дальнометрии: 2 Уя% 2Дэ Уя% (3.8) где Од п - потенциальная среднеквадратическая ошибка дальности; Ти длительность сигнала; А/э - эффективная ширина спектра сигнала. Для иллюстрации этой формулы обратимся к рис. 3.6, на котором показаны видеосигналы треугольной формы, полученные после оп- тимальной o6pj 1,рямоуголыЯВ -. сов длителй или т (штрихпун1СГ1 линии), и нЩ£,ие Ивых смеси ла с шумом Цш или ш (!вд ные линии). вЩ. е было шумов, то ; сигналы фиксировались бы--ачках А, В, С уртЩягсчета Vote- Под воздействием шумов те же сигмАяы пересекают SwfewjjpeHfa в точках А\ В, С, в результате чего время запаздывания Сигнала измеряется соответственное ошибкой Aiiu**, Л/д. Из рисунка видно, что увеличение <ипи&си от А/д до Д/д произошло вследствие повышения напряжения шумов от ы4 до йш, а уменьшение ошибки от Д/д до AfJ вызвано укорочением сигнала во времени от xi до т.
 Рнс. 3.6. Сигналы на выходе приемника, нскажеиные шумами. Эта иллюстрация формулы (3.8) приближенна ; мгновенные зна-!чения шумов изменяются даже при их неизменном среднеквадрати-leckom значении. И все же общая закономерность именно такая: Щотенциальная точность измерения дальности, как и разрешающая способность РЛС по дальности, тем выше, чем больше отношение \тгнал1шум и меньше длительность сигнала (шире его спектр). Такое влияние ширины спектра сигнала можно объяснить еще тем. Что с увеличением числа гармонических составляющих их синфазное суммирование дает на выходе УОС более высокий и острый пик. Пример 3.1. Рассчитать потенциальные разрешающую способ-юсть по дальности и среднеквадратическую ошибку дальности, ми-имальную дальность и предел однозначного отсчета измеряемой даль-(ости при следующих исходных данных импульсного дальномера: 1лительность импульса Тн = 2 мкс, время восстановления t- 1,5 мкс, частота следования = 500 Гц и отношение сигнал/шум = 10. По приведенным формулам находим ДДмивп = сТи/2 = 150т [мкс) = 150-2 = 300 м; Од п = ст2К5 = 150хи [мкс1/К:= 150 2/3,14 10 = 53.5 м; Дмин -с{г + Q/2 = 150 (т + 4) = 150 (2 -Ы .5) = 525 м; до1ш = сГс/2 = с/2с = 3-102-500 = 3-10 м = 300 км.  § 17. Импульсный метод радиодальнометрйи с применением сложных по форме радиоимпульсов Простые радиоимпульсы не позволяют совместить большую дальность действия РЛС с высокой разрешающей способностью и точ-1юстью по дальности, так как первое требует больших, а второе требует малых по длительности импульсов. Противоречие разрешается использованием сложных радиоимпульсов - зондирующих импульсов большой длительности Тя с внутренней частотной или фазовой модуляцией. Внутриимпульсная модуляция расширяет спектр излучения от Д/гп = 1/ти до Д/сп, а оптимальный фильтр приемника разрушает внутриимпульсную модуля- - -t----г- цию, сохраняя ширину спек- \ /Л.Т ра, и тем самым уменьшает длительность импульсов от т до ти = 17СП- Отношение йс, =Д/са/А/сп = -и/-и (3-9) называется коэффициентом сжатия. Длительность зондирующих импульсов Ти выбирается достаточно большой, чтобы энергия излучения обеспечила заданную дальность действия РЛС, а внутриимпульсная модуляция расширила спектр настолько, чтобы сжатые импульсы удовлетворяли требованиям по разрешению и точности измерения дальности. 17Л. Форшрование и оптимальная обработка (сжатие) линейно-чгстотно-модулированных сигналов (ЛЧМС), т. е. радиоимпульсов длительностью Ти, несущая частота которых / изменяется линейно в пределах /мин - /макр (рис. 3.7). Такая ЛЧМ расширяет спектр импульсов от Д/сп = 1/тв до величины А/с п. равной девиации частоты Д/ =± /макс - /мин. ЛЧМС формируются в передатчике активным или пассивным способом. Активное формирование означает, что амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) й линейно-частотная модуляция (ЛЧМ) происходят параллельно (рис. 3.8). Первая осуществляется по каналу синхронизатор - импульсный модулятор - каскады СВЧ, а вторая по каналу синхронизатор - частотный модулятор - каскады СВЧ. Частотным модулятором может служить реактивная лампа, управляемая от генератора линейного пилообразного напряжения, подключенная к задакщему генератору СВЧ; в результате частота зондирующего импульса на всем его протяжении изменяется по линейному закону. После отражения от цели ЛЧМС принимается антенной и проходит через антенный переключатель (АП) в приемник, состоящий из преобразователя частоты, УПЧ, фильтра сжатия и видеодетектора. 66 Рис. 3.7. Временные диаграммы напряжения и частоты ЛЧМ сигнала. АЧХ фильтра сжатия совпадает по форме с огибающей сигнала, и поэтому ширина спектра А/сп = А/т практически не изменяется фильтром. ФЧХ фильтра такова, что время задержки в нем гармонических составляющих сигнала обратно пропорционально их частоте. Следовательно, данный фильтр оптимален по отношению к ЛЧМС. Фильтр сжатия может быть выполнен в виде диспергирующей линии задержки и сумматора. Линия называется диспергирующей потому, что она обладает дисперсией, т. е. групповая скорость распространения волны в линии зависит от частоты. Сиихротэатор
Выходное устройство преобразователь частоты и ут Видео-
приемник Рис. 3.8. Упрошенная функциональная схема РЛС, излучающей ЛЧМ импульсы. Диспергирование достигается тем, что в сумматоре одновременно складываются сигналы, поступающие с различных отводов линии и имеющих поэтому различную задержку U (рис. 3.9). Пусть в момент времени t == U импульс полностью вошел в линию. Тогда срез импульса, на котором частота сигнала Ubx минимальная, окажется в начале линии (<з = 0); в следующих отводах, где задержка больше (4 = <з, tly ...), частота сигнала пропорционально больше; с наибольшей задержкой 4 = t придет фрвит импульса, где частота сигнала максимальная. Таким образом, колебания проходят по линии тем меньший путь (групповая скорость их тем больше), чем меньше частота колебаний. Это процесс, обратный ЛЧМ, и в момент времени, близкий к ti, сигналы, подводимые со всех отводов к нагрузке, совпадают по фазе и образуют максимальный пик с амплитудой Свых т- До и после этого момента фазовые сдвиги между составлякнцимн выходного напряжения фильтра иные и огибающая этого напряжения изменяется согласно функ11ии отсчета sin xlx, где х = пД/ т о. Как известно, функция отсчета изображается основным и боковыми лепестками, которые сменяются при отклонении во времени от максимального пика на ±Тио; ±2тив; ±Зтво, ... Если пренебречь временнйми боковыми лепестками, то выходной сигнал представляется в виде импульса колокольной формы, длительность которого на уровне половинной мощности равна Ти,:  шшш-  Рис. 3.9. Процесс сжатия ЛЧМ сигмла. Итак, на вход оптимального-фильтфа подается ЛЧМ импульс длительностью т и шириной спектра Л/, а на выходе получается импульс длительностью ти с той же шириной спектра, ио без внутренней модуляции, т. е. ти = I/Afon = I/A/m- Тем самым подтверждается, что длительность импульса сжимается в приемнике во сШлько раз, во сколько спектр импульсов расширяется в передатчике за счет ЛЧМ: сж = Ти/ти = Л/т/Д/сп = Д/сп/Д/сп- Отсюда находим, что выигрыш в амплитуде сигнала от Отвх ДО f/твых пропорционален квадратному корню из коэффициента сжатия: (3.10) а выигрыш в мощности равен (Усж)* = *сж- Таким образом, отношение сигнал/шум по мощности на выходе фильтра сжатия больше, чем на его входе, в кж раз и равно до - 2Э/Мо. Последняя формула такая же, как для оптимальногсг фильтра простых радиоимпульсов, но здесь Э-энергия ЛЧМС ца входе фильтра, которая увеличена в сж раз за счет применения зондирующих импульсов, имеющих длительность не ти, а Ти = сжи- Убедимся, что использование ЛЧМ не только повышает помехоустойчивость и дальность действия РЛС, но и ее разрешающую способность по дальности. Допустим, что на вход фильтра поступают два импульсных сигнала сг со сдвигом во времени tz - tt, который меньше длительности Ти одного импульса (рис. 3.10). Если бы импульсы не содержали внутренней модуляции, то их невозможно было бы различить. В данном случае, когда имеется внутриимпульсная модуляция, происходит сжатие, и притом независимое (фильтр линейный), обоих импульсов, благодаря чему они, четко разрешаются в выходном напряжении фильтра Мф вых- Сжатие импульсов во времени, кроме того, должно вызвать повышение точности измерения дальности (см. ри!;. 3.6). - 17.2. Разновидности фильтров сжатия. Сжатие импульсов можно производить не только в линиях задержки, но ив различных фильтрах нижних и верхних частот. В первых групповая скорость уменьшается. ,а задержка возрастает с ростом частоты; во вто?1ых - наоборот. Поэтому фильтр нижних частот сжимает импульсы, частота которых уменьшается от начала к концу импульса, а фильтр верхних частот сжимает импульсы, частота которых увеличивается. Пассивный способ формированиЛ ЛЧМ импульсов отличается от активного тем, что формирование происходит в линейном оптимальном фильтре, который во время приема используется для сжатия сигналов. При передаче немодулированные импульсы малой длительности пропускаются через фильтр в одном направлении, чтобы получить ЛЧМ импульсы большой длительности; при приеме отраженные ЛЧМ импульсы пропускаются через тот же фильтр, но в обратном направлении, и тогда получаются короткие немодулированные импульсы. Длительность исходного короткого импульса должна быть достаточно мала, чтобы ширина его спектра была такой же, какая требуется для форми- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||