Разрешающая способность и разрешаемый объем рлс

Разрешающая способность РЛС – способность наблюдать раздельно две близко расположенные цели.

Разрешающая способность РЛС по дальности δD определяется длительностью импульса τ:

.

Разрешающая способность РЛС по угловым координатам определяется шириной диаграммы направленности .

Ширина диаграммы направленности параболической антенны в радианах:

,

где _s- рабочая длина волны, d_A - диаметр антенны.

Для расчета в градусах используют формулу: .

Координатная ошибка составит:

, где D – дальность до цели.

Разрешаемый объем РЛС (рис. 9.5) - это объем усеченного конуса с высотой D и основанием т.е.:

Рис. 9.5. К расчету разрешаемого объема РЛС

Глава 10 Оптимальные приемники радиолокационных сигналов

Особенностью сигналов радиолокационных систем (РЛС) является наличие пачки импульсов.

Фильтрация РЛ- сигналов заключается в следующем:

а) Выделение из помехи каждого импульса (фильтрация).

б) Накопление энергии пачки импульсов (суммирование откликов фильтра).

Наряду с простыми сигналами в РЛС используются сложные линейно частотно модулированные (ЛЧМ) и фазоманипулированные (ФМ) сигналы.

10.1. Согласованная фильтрация лчм-сигналов

Линейно частотно модулированный (ЛЧМ) сигнал – это сигнал с линейным изменением частоты внутри импульса:

f_s = f_so + bt ,  t < Tи / 2

где b = 2 f_М /Tи - крутизна ЛЧМ, f_М-девиация частоты.

Вид ЛЧМ сигнала и его сжатая форма показаны на рис. 10.1.

Ширина спектра сигнала определяется девиацией частоты: 2f_S=2f_М.

Рис. 10.1. ЛЧМ сигнал и его сжатая форма после согласованного фильтра

АЧХ -сигнала имеет равномерную спектральную плотность:

Фазовый спектр имеет форму параболы, так как частота нарастает линейно:

Для АЧХ и ФЧХ согласованного фильтра имеем:

;

.

В качестве согласованного фильтра ЛЧМ-сигнала используется дисперсионная ультразвуковая линия задержки (ДУЛЗ). При прохождении ДУЛЗ, играющей роль согласованного фильтра (СФ), обращенный сигнал (у которого частота линейно убывает в импульсе) становится сжатым. В ней на одном конце происходит преобразование радиосигнала, на промежуточной частоте 9-11 МГц, в ультразвуковые колебания, которые распространяются до противоположного конца, где происходит обратное преобразование в электрический сигнал. В дисперсионной УЛЗ ультразвуковые волны разных частот имеют разную задержку такую, которая компенсирует изменение фазы внутри импульса. В результате набега волн одной частоты на другие происходит их интерференция и сжатие импульса с увеличением амплитуды.

Для простого сигнала f_s_s= 1.

Для сложного сигнала f_s_s>>1.

При сжатии сигнала происходит перераспределение спектра из девиации частоты в спектр сжатого сигнала:

f_{s сж}_{s сж}= f_{s дев}_{s сж} =1, откуда f_{s сж} = f_{s дев} ,

где f_{s сж} определяется по уровню 0,7 от максимальной амплитуды сжатого сигнала.

Длительность сжатого сигнала _{s сж}=1/f_{s сж} можно измерить с помощью осциллографа. Отношение К_сж=_{s ЛЧМ} /_{s сж} называется коэффициентом сжатия. Примерно во столько же раз происходит увеличение амплитуды импульса при сжатии. При этом помехи, проходя через согласованный фильтр в виде ДУЛЗ, сильно ослабляются, и на выходе увеличивается отношение «сигнал/шум». Соответственно с уменьшением _sсж увеличивается разрешение по дальности.

На выходе согласованного фильтра сигнал имеет следующий вид:

,

-задержка сигнала в СФ.

Интегрируя, получаем:

Разрешающая способность по времени будет следующей:

.

Одновременно (при сжатии) увеличивается амплитуда, что позволяет лучше увидеть сигнал при шумах .

Преимущества ЛЧМ- сигналов:

1) Можно уменьшить максимальную мощность импульса (предотвратить пробой антенно-фидерного тракта) и увеличить его энергию за счет большой длительности.

2) Улучшается условие наблюдения сигнала на фоне помехи за счет увеличенной длительности наблюдения и последующего сжатия импульса.

3) После СФ сигнал сжат, имеет увеличенную амплитуду ( и импульсную мощность) и, следовательно, увеличены разрешающая способность и отношение «сигнал/шум».

Реализация фильтра с линейной ФЧХ.

Дисперсионная ультразвуковая линия задержки (ДУЛЗ) реализуется на пластине из пьезокварца (вырезанной из синтетического монокристалла кварца). При этом используются поверхностные акустические волны (ПАВ), формируемые встречно-штырьевыми, пьезо-акустическими преобразователями (ВШП). Пример конструкции ВШП на ДУЛЗ показан на рис.10.2

Рис.10.2. Конструкция ВШП ДУЛЗ с использованием ПАВ (Подложка- пьезокварц)

Частотный диапазон линий задержки на ВШП - 9-11 МГц. Т.е. она используется на промежуточной частоте.