|
| |
|
Слаботочка Книги = ДДминД мйвДРмин (см- рис. 1.5), то получим ЧИСЛО ft элементов этой зоны. При наличии разрешения по скорости нужно ввести еще один множитель (Умакс1;мин)/А1мин. где Умам Омнн диапазон измеряемых скоростей цели, а Асмин разрешающая способность по скорости. Значит, в общем случае = (Дмакс - Дмин) обз Робе (f макс - - иман)/АДмянАамивДРмавАУмин. (2.0 /1/ ffoHexu Зондирующий CUtHCUl I  п-1 п Номер канала. Рис. 2.3. Временная диаграмма напряжения на выходе канала дальности (а) и диаграмма напряжений п каналов дальности, снятая в фиксированный момент времени (б). Подсчет по полученной формуле показывает, что число ft может достигать тысяч и даже десятков миллионов единиц, , При параллельном обнаружении по всем координатам и скорости обработка сигналов охватывает сразу всю зону и время обзора оказывается минимальным. Для этого, однако, РЛС должна содержать очень много (п) каналов. Последовательное обнаружение, как и последовательный обзор по угловым координатам (см. § 5), не требует многоканального обна--ружителя, но тогда длительность цикла возрастает пропорционально уменьшению числа каналов. Широко распространено последовательно-параллельное обнаружение, при котором луч антенны совершает последовательный обзор по угловым кооординатам, а обработка сигналов во всем диапазоне дальностей (скоростей) цели производится параллельно (см. рис. 2.1). В таком обнаружителе каждый канал имеет свой вход и выход относительно пороговой схемы. Постоянное пороговое напряжение t/дор устанавливают исходя из заданной вероятности ложной тревоги. С этим напряжением, одинаковым для всех каналов, сопоставляются видеосигналы каналов и, Ывз. вз, ... Согласно рис. 2,3, а, пороговая схема при Uop - пор пропустила в 1-м канале опорный зондирующий нмпульс / и сигналы целей 6, 9\ вместе с тем импульсы шумов и помех 2, 3, 4, 5, 7 так же, как сигнал цели 8, не прошли через пороговое устройство, В случае более низкого порога f/nop = пор через пороговое, устройство прошли также выброс помехи 5 и сигнал 8; значит, вероятность правильного обнаружения Рдо возросла, но ценой увеличения вероятности ложной тревоги Р. Чтобы одновременно увеличить Рцо и уменьшить Р , нужно добиться большего отношения сигнал/шум. Важно и то, что если имеются предварительные (априорные) данные о вероятностях появления целей на тех или иных* участках зоны обзора РЛС, то можно точнее установить пороговое напряжение и в той или иной мере сократить сектор обзора на ближайший промежуток времени. При многоканальном УОС, где испытание на порог производится параллельно по всем каналам, представляет интерес одновременное соотношение между видеосигналами каналов Ыв и порогом f/nop-Именно такая диаграмма показана на рис. 2.3, б, согласно которой цель обнаружена в 3-м канале дальности (/вз> пор)- § 8. Взаимодействие радиолокационных сигналов и шума 8.1. Шумовые помехи. Радиолокационные помехи имеют искусственное и естественное происхождение. Первые создаются противником, а вторые - естественным путем как внутри, так и вне радиоприемного устройства. Естественные помехи, особенно внутриприемные, неизбежны. Это флуктуационные шумы, которые существуют независимо от сигналов. Теория обнаружения и радиолокационных измерений разработана в основном применительно к таким шумовым помехам. Влияние умышленных помех рассматривается особо, при исследовании помехоустойчивости РЛС, Отличительное свойство флуктуационных шумов - их случайный характер и равномерный энергетический спектр. Внутренние шумы возникают вследствие хаотического теплового движения свободных электронов в проводниках (тепловые шумы) и беспорядочного изменения плотности электронных потоков в лампах и транзисторах (дробовой эффект). Каждый шумовой выброс - это импульс ничтожно малой длительности (около 10 с), полярность которого с равной вероятностью может быть положительной и отрицательной. Благодаря большой быстроте процесса его энергетический спектр очень широкий и равномерный, вплоть до частот 10 Гц, Сумма элементарных шумовых флуктуации, поскольку в ней очень много взаимно независимых слагаемых, подчиняется нормальному закону распределения вероятностей с ну- левым средним значением. Мелкие шумовые выбросы, согласно этому закону, более вероятны, чем крупньье, а энергетический спектр ре-згультирующего шума, как и его слагаемых, равномерный- Из равномерности спектра вытекает, что на каждый герц шумовой полосы пропускания приемника А/ приходится одинаковая средняя мощность шумов Ло- Эта удельная мощность называется спектральной плотностью мощности шума N. Ее размерность такая же, как энергии: No = Рш/А/з [Вт . с] = Рш/Д/s [Дж1. (2.2) 
Рис. 2.4. Временные диаграммы и энергетический спектр шумов на входе приемника (а, б) и выходе {в, г) его линейной части. На рис. 2.4, а показана временная диаграмма напряжения шумов Мшвх на входе приемника, а на рис. 2.4, б - энергетический спектр шума, т. е. зависимость спектральной плотности от частоты Д Заштрихованная площадь ЛоА/з = Рш соответствует мощности шумов, пропускаемых приемником. Обычно уровень шумов выражается через эффективное напряжение на сопротивлении R = 1 Ом. При этом условии среднеквадратическое значение шума Ош имеет такой же смысл, как и эффективное значение напряжения Иш, которое к тому же численно равно эффективному значению шумового тока 1. а = - ImR = /щ- Отсюда следует также, что мощность шума равна его дисперсии: Рш = UJR = Ul= с\ (2.3) Понятие эффективная шумовая полоса пропускания приемника Д/э предполагает, что во всей полосе Д/е коэффициент усиления по мощности линейной части приемника /Ср акс одинаковый, т. е. ее амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) / прямоугольная (рис. 2.5). Форма реальной характеристики 2 иная и соответствующая ей полоса пропускания Д/проп обычно определяется на уровне 0,5 от резонансного коэффициента усиления по мощности /Срмакс-Обе характеристики считаются эквивалентными, если им соответствует одинаковая мощность шумов на выходе. Так как эта мощность пропорциональна площади соответствующей характеристики, то пря-30 моугольная АЧХ имеет такую же площадь, какую имеет реальная АЧХ, и высоту, равную Ермаке; тогда основание прямоугольника будет эффективной шумовой полосой пропускания Д/з. В большинстве случаев полосы пропускания А/з и А/проп различаются незначительно, и их считают равными. 8.2. Отиошение сигнал/шум. Полоса пропускания каскадов, предшествующих УПЧ, достаточно широкая, поэтому именно УПЧ определяет полосу пропускания приемника. Спектр шумов в УПЧ сужается настолько (см. рис. 2.4, г), что шумы щ вых приобретают почти синусоидальную форму (рис. 2.4, в). Частота их в среднем Рис 2.5. К определению эффективной шумовой полосы пропускания приемника. равна промежуточной /пр> э амплитуда и фаза изменяются случайно, но не так быстро, как на входе приемника. Сглажи- 0,SI mw ванне огибающей можно объяснить тем, что длительность шумовых выбросов Тш ограничивается полосой пропускания Д/з и > не Может быть меньше чем l/A/e. Так как теперь частоты заполнения импульсов полезного сигнала и шума одинаковые (/пр) и длительности их Ти и одного порядка, то результирующее напряжение смеси сигнала с шумом очень сильно зависит от случайных изменений фазы шумовых выбросов. Когда сигнал и шум противофазны, уровень результирующего напряжения минимальный, а когда синфазны - максимальный. Первое препятствует, а второе способствует обнаружению бцели. Другое следствие: когда фазовый сдвиг между сигналом и шумом значительно изменяется от начала к концу импульса, последний деформируется и смещается по оси времени. Это вносит ошибку в измерения дальности цели. На временной диаграмме (рис. 2.3, а) показано напряжение огибающей, которое получается после видеодетектора. Эту диаграмму в пределах периода следования То можно воспроизвести на экране индикатора. Оператор РЛС, наблюдая за экраном, фиксирует свое внимание на тех всплесках (пиках), которые превышают шумовые выбросы, и именно такие пики воспринимает как отметки целей. Аналогично фиксируется цель в автоматическом пороговом устройстве: пики напряжений {/ма! , f/омакв превышают определенный уровень - порог i/nopi что является признаком наличия цели. Таким образом, обнаружение целей тем достовернее, чем больше отношение сигнал!шум перед порагсюым устройством. Отношение сигнал/шум по мощности q и по напряжению Yq выражается формулами g-Рсакс/Рш. (2-4) /7 = УРома с/Рш = Смакс ш. i) где Рс макс-пиковая мощность сигнала; -средняя мощность шумов; Uc макс - пиковое напряжение сигнала; Ош - среднеквадратическое (эффективное) значение напряжения шумов. Обработка сигналов в УОС направлена на то, чтобы обеспечить максимальное отношение сигнал/шум перед пороговым устройством за счет полного накопления энергии полезного сигнала и минимального накопления энергии шумов. Тогда на входе порогового устройства по окончании сигнала на входе УОС получается максимально возможное пиковое напряжение сигнала /с-мако-  вых 8 Рис. 2.6. Временные диаграммы для схемы оптимальной обработки прямоугольного импульса с синусоидальным заполнением. Пусть на вход УОС подаются прямоугольные радиоимпульсы iBx ф длительностью Ти и амплитудой (рис. 2.6). Они обладают импульсной мощностью, т. е. мощностью, усредненной за время % : P = U}2R. (2.6) Отсюда энергия каждого импульса 5 = P T,= t/ mtJ2R. (2.7) . Если обработка сигналов оптимальная, то ва счет накопления энергии сигнала в УОС амплитуда напряжения на выходе УОС i/вых ф нарастает по прямой АВ и достигает такого пикового вначе-ния /смако при котором В ВЫХОДНОМ радиоимпульсе, ограниченном огибающей ABCD, полностью сохраняется энергия входного радиоимпульса Э. Если к тому же учесть, что контур А BCD составляет половину огибающей ABDA прямоугольного радиоимпульса длительностью Т и И амплитудой мако 3 = J-2 о маке 2R (2.8) Приравнивая правые части формул (2.7) и (2.8), находим с мако (2.9) Отсюда определяем пиковую мгновенную активную мощность радиоимпульсов на выходе УОС, которую затем выражаем через энергию Э согласно (2.7): с макс = смакс/2i? = 20 = U!R = ЗЭ/Т. (2.10) Из формулы (2.2) следует, что мощность шумов, пропускаемых линейной частью приемника, Рш = ЛоА/ - Подставляем полученные выражения для Р акс и Рш в (2.4) и находим отношение <7==Рсмакс/Рш = 2Э/ЛоА/вТ . (2.11) Для линейной части приемника произведение эффективной шумовой полосы пропускания Д/э на длительность импульса Ти - величина постоянная. В приемнике, рассчитанном на оптимальное обнаружение сигналов, произведение А/вТи 1 и тогда отношение сигнал/шум по мощности 9 = 9о = 2ЭШо. (2.12) а отношение сигнал/шум по напряжению смаис/ш = У== Кад. (2.13) Это предельные отношения сигнал/шум. Отсутствие в формулах (2.12) и (2.13) какого-либо параметра, связанного с формой сигнала, не случайно. Формулы показывают, что максимально возможное отношение сигнал/шум, получаемое в результате оптимальной обработки сигналов, вависит только от отношения энергии Сигнала Э к спектральной плотности шума М которая также имеет размерность энергии. Накопление энергии одиночного импульса производится в пределах периода следования То и потому называется внутрипериодным интегрированием. В реальных условиях каждый цикл обзора сопровождается отражением от цели целой группы (пачки) импульсов, и это позволяет значительно улучшить отношение сигнал/шум суммированием в УОС энергии всей пачки. Этот процесс называется межпе-риодным интегрированием. § 9. Чувствительность радиолокационного приемника Входное сопротивление приемника согласовывается с сопротивлением излучения приемной антенны, чтобы получить от антенны максимальную мощность сигнала. Тогда, как доказывается в курсе Радиоприемные устройства , мощность шумов, на которую реаги- рует приемник, P = kTf (2.14) 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 |
|||||||||||||||||