|
| |
|
Слаботочка Книги нейяая цепь с диодами Д1, Д2; интегратор в виде фильтров нижних частот R1 С1 и R2 С2 (рис. 2.12, в). Другой пример; устройство обработки когерентных сигналов со случайной начальной фазой, где используются два канала с опорными напряжениями, находящимися в квадратуре, т. е. сдвинутыми на 90° (рис. 2.15). В этом устройстве смеситель предназначен для пе-  Рис. 2.21. Временные диаграммы процессов в корреляционном приемнике. ремножения входного и опорного сигналов, а интегратором служат ?С-фильтры нижних частот, которые вместе со смесителями образуют фазовые детекторы. Процессы в корреляционном приемнике иллюстрируются временными диаграммами (рис. 2.21). Опорное напряжение Ыоп (О является копией сигнала без шумов [ыоп (О = о(01. наблюдаемого си t= Жо t = Входное напряжение Ывх (О отличается от напряже- ния с (О наличием шумовой составляющей Ыщ (О которая беспорядочно пульсирует относительно оси времени в отсутствие сигнала и от-52 носительно кривой о (О Ри наличии сигнала. На выходе перемножителя получается произведение Ивх (О оп it) = [ с it) + m (01 с (О = Ul (t) + (t) (t), которое равно нулю, когда нет опорного напряжения, а следовательно, и сигнала. Когда имеется сигнал, то за счет составляющей, равной квадрату напряжения сигнала ul (О, это произведение преимущественно однополярное и, кроме того, несколько пульсирует за счет шумовой составляющей. Интегратор коррелятора суммирует для каждого момента времени i вплоть до ?о+н произведение ЫвхСО оп (О и выдает напряжение 2, пропорциональное корреляционному интегралу: ul{t)dt+ Y uit)Ucitjdt. (2,29) io + t передатчик I I I 4-U- Если бы не было шумовой составляющей, то выходное напряжение коррелятора s монотонно возрастало, но так как второе слагаемое, интеграла R (т) знакопеременное, то рост R (т) сопровождается некоторыми пульсациями. Ясно, что чем больше длительность корреляционного приема сигналов, тем больше максимум выходного напряжения t/s макс, пропорциональный максимуму корреляционного интеграла R (т)макс. и тем больше вероятность того, что этот максимум превысит. порог 13.3. Реализация корреляционного метода обработки. Опорное напряжение для коррелятора получают ответвлением незначитель-.ной части излучения передатчика в линию задержки. Значение задержки ДОЛЖНО- быть равно времени запаздывания отраженного (ответного) сигнала. Если это равенство не соблюдается, то опорный и отраженный сигналы не совпадают во времени; они не коррелируются и напряжение на выходе фильтра (интегратора) не достигает порогового. - В связи с этим коррелятор должен быть многоканальным (рис. 2.22). В каждом канале имеется отдельный смеситель (перемножитель) С1, С2, СЗ, ... и интегратор в виде фильтра нижних частот. ---.>. ---- ------5. Рис. 2.22. Функциональная схема корреляционного приемника. Задержка создается линией задержки. рассчитанной на перекрытие требуемого диапазона дальности. Число отводов (элементов) линии задержки определяется числом каналов, которое выбирают исходя из разрешающей способности РЛС по дальности. Так как через пороговую схему проходят сигналы из тех каналов, где запаздывание отраженного (ответного) сигнала совпадает с задержкой опорного напряжения, то имеется возможность использовать это устройство и как многоканальный измеритель дальности. Сложная (многоканальная) структура коррелятора - недостаток метода. Имеется еще ограничение: постоянная времени фильтра нижних частот Тц = RC должна быть как можно больше, чтобы фильтр не успевал быстро проинтегрировать кратковременные шумовые выбросы и этим вызвать ложную тревогу. Но при таком большом значении Тц полезный сигнал должен иметь очень большую длительность. Отсюда следует вывод о том, что корреляционный метод обработки менее целесообразно применять в импульсных РЛС, а предпочтительнее его использовать в РЛС с непрерывным излучением. В целом, фильтровая обработка сигналов используется более широко, чем корреляционная. § 14. Рабочие характеристики приемника и коэффициент различимости Рабочими характеристиками приемника называется семейство характеристик, которое позволяет определить отношение сигнал/шум по энергии одиночного сигнала Э/No на входе идеального приемника, необходимое для того, чтобы обеспечить заданные вероятности правильного обнаружения Р о и ложной тревоги Рдт (рис 2.23). Заметим, что под идеальным приемником обнаружения понимается такой, в котором происходит оптимальная обработка одиночного импульса или пачки когерентных импульсов и отсутствуют какие-либо дополнительные энергетические потери в отношении сигнал/шум в приемной части РЛС. Обычно параметром для каждой характеристики служит не Э/Л , а 0 = 23/iVo, т. е. энергетическое отношение сигнал/шум на выходе оптимального фильтра для одиночного сигнала. В случае приема пачкн из Ni импульсов идеальный накопитель увеличивает это отноше--ние в Nt раз. Отсюда следует, что в общем случае (Nt 1) под параметром характеристик следует понимать величину (7os =-Лг(7о- Так как эффективность оптимальной обработки сигналов зависит от их свойств (например, сигналы с известной или случайной фазой, стабильной или флуктуирующей амплитудой), то рабочие характеристики различные для этих случаев. На рис. 2.23 показаны рабочие характеристики, относящиеся к оптимальному приему сигналов со случайными амплитудой и фазой. По оси абсцисс отложена вероятность Р т. по оси ординат - вероятность Ро, а параметром служит отношение сигнал/шум q z = Л?г9о = Nt23INa. Обратимся, например, к точкам А, В, С характеристик: если Рлт = 10-, то для увеличения Рпо от 0,3 (точка А) до 0,6 (точка В} требуется увеличить <7о2 от 10 до 25. Если к тому же необходимо уменьшить Рлт до 10-* (точка С), то величина увх должна быть еще более повышена - до 50. Зная, что параметр характеристик = 23NilNo и что коэффициент различимости /Пр равен пороговому отношению сигнал/шум энергии одиночного сигнала на входе приемника, находим зависимость между Qoz и >Пр ДЛЯ случая идеального приема (Шр = три) тр = Э/Л/ = <7о2/2Л.-. (2.30)  Рис. 2.23. Рабочие характеристики приемника. Для реального приемника вводится общий коэффициент потерь а, равный произведению коэффициентов потерь отдельных частей приемного и выходного устройств РЛС: или в децибелах а1дБ1 ai [дБ] + 2 [дБ1 + аз [дБ] (2.31) (2.32) Каждый из коэффициентов at, 2. з, - показывает, во сколько раз снижается энергетическое отношение сигнал/шум данной частью устройства обнаружения сигналов. Так как для сохранения прежних значений Рпо и Рл1 это требует равного увеличения энергетическо- £3 го отношения сигнал/шум на входе приемника, то коэффициент различимости реального приемника в а раз больше, чем идеального: /Ир = а/Пря = agosl2Nt. (2.33) Рассмотрим некоторые составляющ,ие обш;его коэффициента потерь. а) Линейная часть приемника после приведения мощности ее шумов к входу (через коэффициент шума Ш) рассматривается как идеальный четырехполюсник, для которого коэффициент потерь aj = 1 (т. е. О дБ). б) Замена оптимального фильтра для одиночного сигнала квазиоптимальным вызывает увеличение коэффициента потерь от аг = 1 (О дБ) до значения, зависящего от несогласованности ча-CTOTjibix характеристик фильтра и спектра сигнала. Например, при прямоугольном импульсе несущей или промежуточной частоты и фильтре с прямоугольной АЧХ 2 - 1,21 {0,7 дБ). в) Коэффициент потерь детектирования аз зависит от схемы и режима работы видеодетектора, которые выбираются исходя из принятого способа обработки сигналов. Если принимается пачка Nt когерентных импульсов и имеется возможность применить синхронный фазовый
/ 2 Ч бвГО 2 4 681002 f 6 too а Рис. 2.24. Зависимость коэффициента потерь детектирования от числа импульсов в пачке. детектор (согласно рис. 2.14, й), то обработка сигналов получается идеальной и детектор не вносит потерь, т. е. аз = 1 (О дБ). Если интегрирование некогерентное, то поскольку при этом используется амплитудный детектор, расположенный перед накопителем, возникают потери, связанные с режимом квадратичного детектирования слабых сигналов. Соответствующий коэффициент потерь аз возрастает с числом интегрируемых импульсов Nt согласно рис. 2.24. Рост потерь объясняется тем, что отношение сигнал/шум на выходе видеоинтегратора распределяется между ббльшим числом импульсов и на каждый из НИХ приходится меньшее отношение = qoxINt. Аналогично влияет на аз уменьшение отношения сигнал/шум на входе. идеального видеоинтегратора, так как это тоже означает, что на входе детектора сигнал слабее. Например, при Afj = 40 и = 200 коэффициент потерь 3 = 2 (3 дБ), а при том же значении Nt, но при меньшем q = 18 коэффициент aj = 3,1 (5 дБ). г) Бидеоинтеграторы насьш;аюгся по мере накопления сигналов, т. е. каждый последующий импульс пачки вызывает все меньшее по-Б6 вышение отношения сигнал/шум. Это количественно учитывается коэффициентом потерь а, который в среднем равен 1,16 при Nt == 10, 1,2 при Afj = 20 и 1,3 при Ni = 70. Электронно-лучевой индикатор РЛС, как и видеоинтегратор, повышает отношение сигнал/шум в VNt, что по сравнению с когерентным интегратором дает проигрыш в Afj/jiVi = >лГг. Для ориентировочных расчетов этой формулой можно пользоваться и при других видеоинтеграторах. д) До сих пор предполагалось, что во всем телесном угле приема и излучения антенны плотность потока мощности электромагнитной волны одинаковая (П == Um); соответственно амплитуда напряжения  а -5 Рис. 2.25. К определению коэффициента потерь в антенне. на входе приемника Um равна Vmm- Б действительности плотность потока мощности П и амплитуда 1/ изменяются с направлением и в данном положении диаграммы направленности антенны равенства П = и г/т = соблюдаются только при Ф == Фт (рис. 2.25). Это снижает результат интегрирования импульсов пачки соответственно коэффициенту потерь, который имеет среднее значение as ~ 1,5. - Отсюда следует и то, что в интеграторы УОС целесообразно вводить весовые усилители, которые,-будучи включенными между запоминающим элементом (например, линией задержки) и сумматором, усиливают задержанные через период То сигналы тем больше, чем больше их вес согласно диаграмме направленности антенны. е) Коэффициент различимости влияет, на чувствительность приемника и тем самым на максимальную дальность действия РЛС. Поэтому если в уравнении дальности РЛС не учтено затухание в фидерах, соединяющих передатчик с антенной и антенну с приемником, а также в антенном переключателе, то в коэффициент потерь а вводится множитель со средним значением а, = 1,6. В каждой конкретной РЛС возможны и другие источники потерь с- соответствующими коэффициентами. 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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||