Висновки:

1. Велику різноманітність РЛС класифікують по наступним ознакам:

-призначенню (корабельні, літакові і ракетні бортові, наземні);

-вигляду зондувального сигналу( станції активної радіолокації можуть бути розділені на дві великі групи: РЛС з імпульсним і безперервним вилученням;

-числу одночасно використовуваних незалежних радіолокаційних каналів

(одноканальні і багатоканальні);

-способу управління в просторі діаграмою напрямленості (з електроме-ханічним управлінням променем і РЛС із електронним управлінням променем).

2. Для забезпечення супроводження цілі по дальності і кутовим координа-

там використовуються РЛС, що мають крім передатчика та приймача канал дальності і канал управління антеною.

Лекція 7 тема: « рлс зі складними сигналами» Навчальний клас

Час: 2 години

Місце : УК-1, прим.- клас.

Навчальна та виховна мета:

- розглянути необхідність використання складних сигналів, принцип їх створення і обробки;

- побудити творчий підхід до рішення виникаючих протиріч.

Навчальні питання та розподіл часу:

№ п/п	Основні питання теми	Час (хв)	Організаційно-методичні указівки
	Перевірка наявності студентів, форми одягу, зовнішнього вигляду	2	Контроль відповідності записки старшини журналу
	Вступ: -оголошення теми, навчальних цілей, питань лекції, рекомендованної літератури	3
	Контрольне опитування студентів по пройденій темі	5
	Основна частина: 1. РЛС із внутріімпульсною лінійною частотною модуляцією. 2. РЛС із внутріімпульсною фазовою модуляцією. .	35 40	Звернувати увагу на достоїнства РЛС із складними сигналами.
	Заключна частина: - висновок, відповіді на питання	5

Учбово-матеріальне забезпечення:

Навчальна література:

1. О.Г. Сатыга. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. Вмф, 1991г. Зміст лекції №7 та методика її викладання.

Сьогодні тема нашого заняття РЛС ЗІ СКЛАДНИМИ СИГНАЛАМИ

На вивчення цієї теми відводиться 2 години.

Як бачимо із назви теми лекції, розмова буде йти про РЛС зі складними сигналами.

Складними називаються сигнали з внутріімпульсною модуляцією.

Найбільш широко знаходять такі складні сигнали як:

сигнали із внутріімпульсною лінійною частотною модуляцією

(ЛЧМ - імпульси) і сигнали із внутріімпульсною фазовою маніпуляцією (ФМ – сигнали).

Тепер дамо характеристику цим сигналам і розглянемо можливості їх використанн в РЛС.

Перше питання лекції: РЛС із внутріімпульсною лінійною частотною модуляцією

Спочатку розглянемо, чим викликана необхідність використання складних сигналів.

Розглядаючи формулу для визначення максимальної дальності дії РЛС

,

де α – коефіцієнт, який знаходиться із виразу

ми бачимо, що R_макс залежить від енергії сигналу в імпульсі Эс=Рі·і.

Енергію сигналу можна збільшити двома шляхами: збільшуючи Рі·або і.

Перший шлях обмежений можливостями електровакуумних приладів (магнетронів, клістронів), джерел живлення, небезпекою пробою ізоляторів і хвилеводних ліній передачі. Практично тут досягнута межа підвищення потужності.

Таким чином, зростання енергії сигналу з обмеженою імпульсною потужністю можливо тільки за рахунок збільшення тривалості імпульсів.

Але при цьому погіршується роздільна здатність по дальності (ΔД= ), що в ряді тактичних застосувань РЛС неприпустимо.

Протиріччя між дальністю дії РЛС і роздільною здатністю по дальності при застосуванні звичайних немодульованих радіоімпульсів важко розв’язуємо.

Це протиріччя знімається при застосуванні методу стиску так називаємих складних сигналів.

Розглянемо принцип роботи РЛС зі складними сигналами, використовуючи структурну схему рис. 19.1.

Генератор

складних

сигналів

Підсилювач

потужності

Зондуючий сигнал

АП

«прийом-передача»

Ц2

Ц1

Стискуючий

фільтр

Приймач

Відбитий сигнал

Рис.19.1.

Генератор складних сигналів генерує ЛЧМ або ФМ-імпулси великої тривалості. Ці імпульси підсилюються по потужності в підсилювачі потужності і випромінюються в простір.

При відбитті сигналу від близько розташованих по дальності цілей відбиті імпульси можуть накладатися один на одного.

Відбиті сигнали підсилюються приймачем і подаються на оптимальний (стискуючий) фільтр. У стискуючому фільтрі відбувається стиск кожного імпульсу по тривалості з одночасним збільшенням амплітуди.

Таким чином, стиск складних сигналів великої тривалості дозволяє збільшити дальність дії РЛС (за рахунок випромінювання імпульсів великої тривалості) при збереженні високої роздільної здатності по дальності (за рахунок отримання імпульсів малої тривалості після обробки фільтром).

Р озглянемо радіоімпульс з лінійною частотною модуляцією рис.19.2.

u

t

0

і

a

fo

Рис. 19.2

• ц

  fmax

  ентральна частота заповнення імпульса;

• ч

  fmin

  астота заповнення напочатку імпульсу;

• частота заповнення напочатку імпульсу;

Огинаюча цього сигналу має прямокутну форму, а частота заповнення змінюється по лінійному закону рис. 19.2,б зі швидкістю =fmi, де

fm – зміна частоти внутрі імпульсу (девіація частоти);

i – тривалість імпульсу.

В даний час розроблено велику кількість різних пристроїв стиску ЛЧМ-імпульсів. Найбільш широке поширення отримали стискуючі фільтри на дисперсійних лініях затримки і на звичайних лініях затримки з нерівномірно розподіленним дискретним зніманням.

Дисперсією називається залежність швидкості поширення коливань у якому-небудь середовищі від частоти цих коливань.

Дисперсійними називаються лінії затримки, час затримки tз коливань у яких залежить від частоти коливань рис. 19.3.

Поняття залежної від частоти дозволяє дати наступне з’ясування механізму стиску при внутріімпульсній лінійній частотній модуляції рис.19.4.

При надходженні відбитого імпульсу в лінію затримки відбувається взаємний зсув різних частин імпульсу. Початкова частина імпульсу з високою частотою заповнення затримується в лінії на більшу величину в порівнянні з затримкою інших частин, у частності, із затримкою кінцевої частини імпульсу, де частота заповнення порівняно низька. У результаті наступні частини імпульсу як би “набігають” на попередні. У момент закінчення вхідного імпульсу створюють-ся умови для синфазного накладення всіх груп частот вхідного сигналу,

і створюється пік стиснутого імпульсу. Ступінь стиску визначається коефіцієн-том стиску Кст, рівним відношенню тривалості вхідного сигналу до вихідного. Кст.=і_вх/і_вих

Потужність імпульсу на виході стискуючого філтру збільшується в Кст раз.

Це є наслідком збереження енергії Рі_вхі_вх= Рі_вих і_{вих. Відкіля}

Рі_вих= Рі_вх Кст.

Н

fm= 200кГц,

априклад, для стиску імпульсу тривалістю 500мкс у 100разів необхідно, щоб

девіація частоти в імпульсі була швидкість зміни частоти

=400МГц/c. Якщо при цьому потужність імпульсу на вході стискуючого фільтра Рі_вх=1мкВт, то на виході фільтра потужність імпульсу буде Рі_вих=100мкВт.

У сучасних РЛС Кст. може досягати значення декілька тисяч.

Дисперсійні лінії на великі часи затримки звичайно будуються на базі ультразвукових хвилеводів, виконаних у вигляді стрічок чи циліндричних проводів з матеріалу, що проводить ультразвук. На рис.19.5 схематично показана дисперсійна ультразвукова лінія затримки (ДУЛЗ).

П’єзоелектричний перетворювач перетворює електричні коливання в ультразвукові за рахунок прямого п’єзоефекту і ультразвукові коливання – в електричні за рахунок зворотнього п’єзоефекту.

Час затримки ультразвукових коливань в ультразвуковому хвилеводі залежить від частоти.

Передаючий п’єзоелектричний перетворювач

Передаючий п’єзоелектричний перетворювач

Рис. 19.5

За допомогою дисперсійної лінії затримки, яка використовується для стиску імпульсу, можна формувати ЛЧМ-імпульс якщо на її вихід подати короткий радіоімпульс. Проходячи через дисперсійну лінію затримки в зворотньому напрямку, цей імпульс розтянеться і придбає лінійну частотну модуляцію. На рис. 19.6. зображена спрощена схема РЛС, що використовує ЛЧМ-сигнали.

Особливістю схеми є наявність двох однакових дисперсійних ліній затримки в каналах передавача і приймача. У передаючому каналі запускаючі короткі імпульси розтянуться, здобувають лінійну частотну модуляцію, підсилюються і випромінюються в напрямку на ціль. Відбиті імпульси в приймальному каналі підсилюються і стискуються. Для отримання найбільшого ефекту стиску необхідно, що б параметри обох дисперсійних ліній затримки були зовсім однаковими. Тому часто використовується одна дисперсійна лінія в режимі передачі і прийому на яку сигнали подаються із протилежних кінців. У цьому випадку досягається ідеальне узгодження між параметрами ЛЧМ-імпульса і характеристиками стискаючого фільтру.

Друге питання: РЛС із внутріімпульсною фазовою маніпуляцією

Ф

і

азоманіпуліруємий сигнал являє собою послідовність примикаючих один до одного простих радіоімпульсів (елементів) з різними початковими фазами. Звичайно елементи мають однакові тривалості. Найбільш часто використовується сигнали, початкова фаза яких у кожному елементі може мати одне із двох значень – 0^О чи 180⁰. На рис. 19.7. зображений маніпулірованний по фазі 0^О , 180⁰ імпульс і його умовне позначення “+” відповідає початковій фазі 0^О , а знак “-“ - початковій фазі 180^О.

а)

+

+

-

+

-

+

-

б)

-

-

+

-

+

-

+

в)

Рис. 19.7

Розглянемо механізм стиску фазоманіпулірованого сигналу в оптимальному фільтрі. Імпульсна характеристика оптимального фільтра повинна повторити у зворотній послідовності застосовану кодову групу (рис.19.7,в).

Оптимальний фільтр із такою характеристикою складається із:

• лінії затримки, до відводів якої підключені фазообертувачі;

• загального суматора;

• кінцевого фільтра, оптимального для елементарного радіоімпульсу тривалістю і (рис. 19.8).

Відводи лінії затримки розташовуються таким чином, щоб затримка в часі змінювалася на величину, рівну тривалості одного елементу. Фазообертувачі

змінюють фазу на 180⁰ або зберігають її відповідно до застосовуваного коду

(

значок “-1” означає поворот фази на 180⁰).

Генератор

t - вхідна напруга

в вигляді їдинич-

ного імпульсу

-1

-1

-1



Ї

Оптимальний фільтр

для одиночного радіоимпульсу

Рис. 19.8

Простежимо процес отимальної фільтрації ФМ-імпульсу. На рис.19.9,а схематично показані зрушені в часі радіоімпульси на виході фазообертувача.

Результат їхнього підсумовування представлений на рис. 19.9,б, а вихідна напруга оптимального фільтрав целому на рис. 19.9,в. Як випливає із рис. 19.9,б, в оптимальному фільтрі відбувається Стикс фазоманіпулірованоо импульсу в n раз і одночасне збільшення в стельки ж раз його амплітуди, де

n – число елементів у вихідному «долгому» імпульсі.

След підкреслити, що для стиску ФМ-сигналу застосовуються не будь-які випадкові послідовності, а тюльки ті, котрі забезпечують у стиснутому імпульсі один максимум і низкий ревень «бічних пелюстків» чи залишків.

Зазначеній вимозі задовільняють фазоманіпуліровані сигнали, побудовані по коду Баркера.

У таблиці 1 приведена послідовність зміни фаз коду Баркера при різній його «довжині».

Розглянутий вище ФМ-сигнал відповідає коду Баркера довжини n=7.

Бічні пелюстки сигналів, маніпулірованих по коду Баркера, постійні, а їхній

рівень дорівнює амплітуді вхідного сигналу. На жаль коди Баркера відомі лише

. Таблиця 1

Число кодових інтервалів	Зміна фази на кодових інтервалах
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
3	0	0		-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
5	0	0	0		0	-	-	-	-	-	-	-	-
7	0	0	0			0		-	-	-	-	-	-
11	0	0	0				0			0		-	-
13	0	0	0	0	0			0	0		0		0

для n=3, 5, 7, 11, 13. Отже максимальний стиск можливий тільки в 13 разів.

Формування фазоманіпулірованого складного сигналу може здійснюватися за допомогою стискуючого фільтра, який використовується при прийомі цього сигналу, і генератора(див. рис. 19.8). Генератор підключається до виходу лінії затримки і сторює високочастотний радіоімпульс тривалістю , який за допомогою лінії затримки з відводами, фазообертувачів і суматора перетвориться в послідовність примикаючи один до одного радіоімпульсів, фаза яких міняється по заданому закону.