2.5.3. Когерентность сигналов

Для измерения доплеровских частотных сдвигов у отраженных сигналов используются когерентные РЛС, характеризующиеся когерентностью излучае­мых колебаний. Колебания называются когерентными в течение определенного интервала времени, если существует функциональная связь какой-либо части колебания с любой другой ее частью. Для двух гармонических колебаний коге­рентность достигается в случае, если разность фаз между ними на определен­ном интервале остается постоянной.

Импульсная последовательность радиоимпульсов характеризуется таки­ми параметрами, как несущая частота, начальная фаза каждого импульса, фор­ма, амплитуда и временное положение импульсов, В общем случае когерентной пачкой импульсов является такая последовательность импульсов, у которой за­висимость между указанными параметрами известна. Все параметры импульс­ной последовательности, кроме соотношения начальных фаз, или известны, или могут быть измерены. Характер соотношения начальных фаз (случайный, не­случайный) определяет когерентность пачки импульсов. Когерентная пачка та­кая, в которой отсутствуют случайные изменении фазы от импульса к импуль­су.

Различают несколько видов обеспечения когерентности колебаний.

1. Истинная внутренняя когерентность достигается тем, что колебания создаются стабильным задающим генератором, после которого включается усилитель мощности с устойчивой фазовой характеристикой.

2, Эквивалентная внутренняя когерентность достигается тем, что генера­тор с самовозбуждением формирует последовательность импульсов постоянной

несущей частоты со случайными начальными фазами. Начальная фаза каждого зондирующего импульса запоминается на время приема отраженных сигналов до следующего зондирования. Путем соответствующей обработки принимаемо­го колебания эта фаза исключается и принимаемые колебания оказываются практически такими же, как и в случае истинной когерентности.

3. Внешняя когерентность достигается тем, что информация о случайной начальной фазе зондирующего импульса извлекается из приходящих от пас­сивных помех сигналов.

Все радиолокационные станции, имеющие систему СДЦ , разделяются по принципу работы на две группы: когерентные и некогерентные. Классификация РЛС изображена на рис. 2.102,

В когерентных РЛС для селекции движущихся целей применяется прин­цип сравнения по фазе отраженных сигналов с опорным. При когерентности этих колебаний разность фаз сигналов, отраженных от неподвижных объектов, с течением времени меняться не будет, а разность фаз сигналов, отраженных от движущихся целей, будет функцией времени (рис.2.103), Выявляя эти различия с помощью фазового детектора, можно отселектировать полезные сигналы дви­жущихся целей.

Не когерентные РЛС используют для выделения движущихся объектов не фазовую структуру, а смещение огибающей сигнала за значительный промежу­ток времени либо побочные эффекты движения (изменение диаграммы обрат­ного рассеяния, пропеллерная модуляция и др.).

Когерентные РЛС, в свою очередь, подразделяются на РЛС с внутренней и внешней когерентностью и зависимости от источника опорного сигнала.

2.5.4. Радиолокаторы с эквивалентной внутренней когерентностью

Простой однокаскадный передатчик, работающий в режиме самовозбуж­дения, каковым является, например, магнетрон, проще передатчиков истинно когерентных РЛС. Особенностью таких передатчиков является случайная на­чальная фаза формируемого радиоимпульса (импульсы некогерентны). Исполь­зуя такой передатчик, нельзя подавать на фазочувствительный детектор опор­ное напряжение с жестко фиксированной фазой. Однако, можно путем запоми­нания начальной фазы каждого импульса на время периода повторения постро­ить когерентно-импульсную систему, которую называют псевдокогерентной. В

такой системе в качестве опорного напряжения используется специальный ге­нератор - когерентный гетеродин (на высокой или промежуточной частоте), которому навязывается начальная фаза магнетрона. Когерентный гетеродин за

поминает фазу, осуществляя тем самым эквивалентную когерентность.

Структурная схема когерентно-импульсного радиолокатора с эквива­лентной внутренней когерентностью изображена на рис.2.104.

Когерентный гетеродин представляет собой генератор с самовозбуждени­ем. Обычно его колебания искусственно срываются после приема отраженных импульсов от самых далеких объектов. На рис.2.105 изображены эпюры, пояс­няющие принцип действия когерентного гетеродина.

Рис. 2.105. Пояснение принципа действия когерентного гетеродина.

После начала зондирования в контур когерентного гетеродина поступает напряжение зондирующего импульса. До момента отпирания гетеродина кон­тур работает в режиме вынужденных колебаний, и полная фаза будет равна

После окончания зондирующего импульса и отпирания в некоторый мо­мент времени / = 0 когерентный гетеродин формирует сигнал на своей частоте и его полная фаза

Переход от режима вынужденных колебаний к собственным имеет место при t = 0 и полная фаза колебаний когерентного гетеродина при этом не меня­ется. Это значит, что начальная фаза сигнала навязывается когерентному гете­родину, т,е. и остается таковой в течение всего периода следования импульсов.

Время запаздывания отраженного сигнала составляет величину, напри­мер,tз (рис.2.105). В этом случае полная фаза отраженного сигнала за время его существования определяется следующим образом:

Разность фаз колебаний когерентного гетеродина и отраженного сигнала явля­ется функцией времени:

При наложении колебаний образуется импульс биений, происходящих с разно­стной частотой. Скос импульса объясняется изменением сдвига фаз между на­пряжением когерентного гетеродина и отраженного сигнала за время длитель­ности импульса.

Основными нестабильностями , влияющими на СДЦ с внутренней когерентностью, являются;

• нестабильность периода посылки и длительности импульса;

• нестабильность частоты задающего генератора при истинной внутренней когерентности;

• нестабильность частоты когерентного гетеродина при эквивалентной внут­ренней когерентности;

• нестабильность частоты сигнала;

• нестабильность частоты местного гетеродина.

Все перечисленные факторы приводят к появлению остатков на выходах схем компенсации. Поэтому применяются специальные меры для стабилизации всех параметров. Особенно сложной является стабилизация частоты при экви­валентной внутренней когерентности. Стабилизация когерентного гетеродина особенно осложняется, поскольку требуется фазирование. Поэтому, для облег­чения его стабилизации, работу когерентного гетеродина переводят на проме­жуточную частоту.