Лекція 9 тема: «імпульсно - доплеровські рлс» Навчальний клас

Час: 2 години

Місце : УК-1, прим.- клас.

Навчальна та виховна мета:

- дати характеристику імпульсно-доплеровським РЛС;

- розглянути генерування і обробку когерентних сигналів в імпульсно-доплеровських РЛС;

- розглянути функціональну схему імпульсно-доплеровської РЛС.

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. Загальні відомості. 2. Генерування і обробка когерентних сигналів в імпульсно-доплеровських РЛС. 3. Функціональна схема імпульсно-доплеровської РЛС	25 30 20	Звернути увагу на особливості імпульсно-доплеровських РЛС;
	Заключна частина: - висновок, відповіді на питання	5

Учбово-матеріальне забезпечення:

- Функціональна схема імпульсно-доплеровської РЛС.

Навчальна література:

1. О.Г. Сатыга. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. Вмф, 1991г. Зміст лекції № 9 та методика її викладання.

Сьогодні тема нашого заняття ІМПУЛЬСНО_ДОПЛЕРОВСЬКІ РЛС

На вивчення цієї теми відводиться 2 години. За цей час ми дамо характеристику імпульсно-доплеровським РЛС, розглянемо функціональну схему і принцип дії.

Перше питання лекції: Загальні відомості.

Для спостереження за цілями на фоні пасивних перешкод поряд із РЛС із селекцією рухомих цілей (СРЦ) застосовуються імпульсно-доплеровські РЛС.

У порівнянні із системами СРЦ, основною задачею яких є подавлення сигналів від нерухомих заважаючих об’єктів, імпульсно-доплеровські РЛС мають дві переваги:

- забезпечення однозначного виміру швидкостей спостерігаємих цілей, і їх поділ по доплеровським частотам;

- велика ефективність виявлення цілей, обумовлена оптимальною обробкою (накопичуванням) великої кількості когерентних імпульсів у пачці.

Характерними технічними особливостями імпульсно-доплеровських РЛС являються:

- використання високої частоти повторення імпульсів Fп для забезпечення однозначного виміру швидкості цілей.

У звичайних імпульсних РЛС частота повторення імпульсів лежить в межах Fп=100-1000 Гц, в той час як у імпульсно-доплеровських РЛС частота повторення імпульсів складає десятки тисяч імпульсів у секунду.

- використання когерентних зондувальних імпульсів;

- оптимальна когерентна обробка сигналів у приймальному пристрої;

- наявність набору доплеровських фільтрів або схеми автоматичного супроводження цілей по швидкості;

- застосування спеціальних методів усунення неоднозначності виміру дальності, обумовленої високою частотою повторення імпульсів.

Розглянемо основні ідеї роботи імпульсно-доплеровської РЛС рис.22.1.

Припустимо, що зондуючий сигнал являє собою безперервне гармонічне коливання. Спектр пасивної перешкоди і сигналу від рухомої цілі для цього випадку показаний на рис. 22.1,а, де Fд=2Vr/.

Теоретично РЛС із безперервним випромінюванням мають найкращі можливості по доплеровській селекції сигналів, однако у них затруднено вимір дальності.

Тепер припустимо, що випромінюваний сигнал є періодична послідовність з частотою повторення Fп. Така послідовність має лінійчатий спектр з інтервалом між спектральними складовими f= Fп (рис.22.1,б).

Відбиті від цілей і перешкод сигналитакож є періодичними, тому спектри перешкод і сигналів повторюються. Спектр перешкод при цьому групується в області частот, повязаних зі спектральними лініями випромінюваного сигналу, а спектральні складові сигналу цілі розташовані в зонах, вільних від перешкод.

Таким чином, спектр відбитих сигналів складається з ряду смуг, у межах кожної з яких міститься вся інформація про швидкість руху цілі. Тому при обробці сигналу використовується не весь спектр, а тільки смуга, у якій інтенсивність спектральних складових максимальна (рис.22.1,в). Ця смуга обмежена частотами fo і fo+Fп.

Використання однієї спектральної смуги приводить до енергетичних утрат, але при цьому спрощується обробка сигналів у приймачі.

Ця смуга частот виділяється за допомогою фільтра однієї бокової смуги (ОБС) і повинна бути досить широкою для перекриття усього діапазону можливих допле-ровських частот цілей. Це значить, що частота повторення зондувальних імпульсів повинна бути досить високою.

Наприклад, для виміру швидкостей цілей до 600м/с при довжині хвилі =3см частота повторення імпульсів повинна бути Fп  2Vr/ 40 кГц.

Виявлення сигналів доплеровської частоти і вимір частоти можливо за допомогою набору набудованих встик смугових доплеровських фільтрів, сукупність яких перекриває весь діапазон можливих доплеровських частот (рис.22.1, г).

Ширина смуги пропускання кожного фільтра визначає роздільну здатність по частоті (швидкості). Виявлення цілі проводиться по перевищенню вихідним сигналом доплеровського фільтра граничного рівня. Частота виміряється по номеру фільтра, на виході якого зареєстрований сигнал.

Друге питання лекції: Генерування і обробка когерентних сигналів у імпульсно- доплеровських РЛС.

У імпульсно-доплеровських РЛС зондувальний сигнал складається із послідовності (пачки) когерентних радіоімпульсів.

Звичайні імпульси РЛС, у яких в якості генераторів НВЧ використовуються магнетрони, не є когерентними тому що початкова фаза коливань, генеруємих магнетроном, міняється випадковим образом від імпульсу до імпульсу.

Передавач когерентних радіоімпульсів імпульсно-доплеровських РЛС складається із малопотужного генератора безперервних синусоїдальних коливань частоти fo, ключового пристрою, модулятора і підсилювача потужності (рис. 22.2, а).

Ключовий пристрій під дією імпульсів модулятора як би “вирізує” радіоімпульси з безперервного синусоїдального коливання. Отримані таким чином когерентні радіоімпульси підсилюються по потужності, наприклад, за допомогою прольотного клістрона, і надходять в антену. Відбита від цілі пачка радіоімпульсів, частота яких fвідб = fo Fд. Зміщена на величину доплеровського зсуву, разом з сигналами перешкоди поступає у приймальний пристрій, який виконує оптимальну обробку прийнятих сигналів і поділ сигналів по частоті Доплера.

Оптимальна обробка когерентної пачки радіоімпульсів здійснюється кореляційно-фільтровим методом, сущність якого випливає із рис.22.3, 22.4).

Прийняті сигнали цілей і перешкод стробуються за допомогою періодичної послідовності відеоімпульсів, тимчасове положення яких зівпадає з положенням на осі часу прийнятої пачки. Стробуючі імпульси виробляються селекторами дальності. Радіоімпульси з виходу стробуючої схеми надходять на фільтр однієї бічної смуги (ОБС). Завдяки вузькій смузі пропускання фільтра ОБС ( у порівнянні зі спектром імпульсів) послідовність імпульсів на виході фільтру перетвориться в безперервний випадковий процес. Далі слідує набір доплеровських фільтрів, які здійснюють селекцію цілей по швидкості (доплеровській частоті).

Смуга пропускання кожного фільтру зворотньо пропорційна тривалості пачки вхідних імпульсів. У фільтрі, набудованому на частоту вхідних сигналів, завдяки когерентності останніх, відбувається наростання амплітуди вихідного коливання. Попереднє стробування селекторами дальності допомогає уникнути при цьому зайвого нагромадження шумів у моменти відсутності сигналу.

Можна сказати, що такий фільтр робить нагромадження (інтегрування) вхідних сигналів, тобто здійснює оптимальну обробку, що підвищує ефективність виявлення цілей.

Генератор Sin

Коливань fo

Підсилювач потужності

Ключовий пристрій

u_г

u_вих

Модулятор

u_м

Рис.22.2,а

АоCos2f₀t

u_г

u_вих

u_вих= u_м(t) Cos2f₀t

Uсел дальності

0

t

U_ф ОБС

t

0

u_вх

t

Рис.22.4

Амплітудний детектор виділяє огинаючу вузькосмугового сигналу. За допомогою післядетекторного фільтру нижніх частот відбувається зглажування випадкових значень огинаючої. Граничний пристрій фіксує наявність сигналу в доплеровському каналі і не пропускає шуми, установлює визначену імовірність помилкової тривоги. З виходу порогового пристрою сигнал надходить на індикатор.

Третєпитання лекції: Функціональна схема імпульсно-доплеровської РЛС (рис.22.5).

Передаюча частина РЛС призначена для формування когерентної пачки радіоімпульсів частоти fo і складається із синхронізатора, малопотужного стабільного по частоті задаючого генератора, імпульсного модулятора, ключового пристрою і підсилювача потужності.

Приймальна частина

fпр + Fд.

Широкосмуговий ППЧ

Доплеровський

фільтр

АД

Фільтр

НЧ

Пороговий

пристрій

Гетеродин

m – доплеровських фільтрів

АП

Змішувач-2

fo + Fд.

fo - fпр.

Підсилювач

потужності

Фільтр

Стробуємий

каскад

Фільтр

ОБС

Змішувач-3

На індикатор

Ключовий пристрій

Змішувач-1

Від селектора

дальності

fпр.

Імпульсний

модулятор

Кварцевий генератор

fo - fпр.

Схема формування гетеродинного сигналу

fо

Синхронізатор

Стабілізований

задаючий

генератор

Рис.22.5

Передаюча частина

Приймальна частина включає у свій склад кварцовий генератор проміжної частоти fпр, змішувачі 1 і 2, фільтр, широкосмуговий ППЧ.

Кварцовий генератор виробляє синусоїдальні коливання з частотою, рівною проміжній частоті fпр. На виході змішувача 1 виділяється сигнал з частотою

fo - fпр. Цей сигнал використовується в якості гетеродинного сигналу.

Така схема формування гетеродинного сигналу забезпечує стабільність коливань проміжної частоти, необхідну при подальшій обробці прийнятого сигналу.

Стабільність проміжної частоти пояснюється її незалежністю від можливих змін частоти передавача fo. Відбиті від цілі сигнали мають зрушення по частоті на величину частоти Доплера fo + Fд. У змішувачі 2 виділяється сигнал проміжної частоти разом з частотами Доплера fпр + Fд. Основне посилення сигналів виконується в широкосмуговому підсилювачі проміжної частоти. З виходу ППЧ сигнали надходять на обробну матрицю. Матриця складається із n – каналів дальності, кожний з яких містить m – доплеровських фільтрів. Кількість каналів дальності звичайно дорівнює скважності, що забезпечує перекриття всього діапазону дальностей. Число доплеровських фільтрів визначається із заданої роздільної здатності по швидкості. Для того, щоб доплеровські фільтри могли бути конструктивно виконані більш простими, проміжна частота звичайно ще раз знижується за допомогою третього змішувача.