2.5.5. Радиолокаторы с внешней когерентностью

Применение СДЦ с внутренней когерентностью затрудняется по мере расширения спектра доплеровских частот пассивных помех. Такое расшире­ние вызывается двумя обстоятельствами; увеличением верхней границы зоны обнаружения РЛС и укорочением длины волны. В сантиметровом диапазоне волн спектр доплеровских частот может достигать такой величины, что в СДЦ с внутренней когерентностью подавить пассивную помеху весьма трудно. В этом случае используют системы СДЦ с внешней когерентностью.

Принцип работы систем с внешней когерентностью аналогичен системам с внутренней когерентностью. Отличие состоит в том, что когерентный гетеро­дин фазируется не зондирующим сигналом, а сигналом пассивной помехи, или же сама пассивная помеха используется в качестве источника опорного напря­жения. Известно несколько разновидностей метода внешней когерентности.

На рис. 2.306 изображена схема и эпюры, поясняющие возможность не-когерентной компенсации пассивных помех

Принцип работы заключается в следующем .Сигналы от усилителя про­межуточной частоты (УПЧ) с большим динамическим диапазоном (например, логарифмическою) поступают на обычный детектор (Д), за которым следует схема череспериодного вычитания (ЧПВ), На индикатор с амплитудной отмет­кой (АИ) подаются сигналы до схемы ЧПВ или после нее. Соответствующие осциллограммы изображены на рис.2,106, б.

До схемы ЧВП наблюдается продетектированная пассивная помеха, сравнительно медленно флюктуирующая вследствие взаимного перемещения отражателей в каждом разрешаемом объеме. Если внутри некоторых разрешае­мых объемов имеются быстро перемещающиеся объекты, то имеют место зна­чительно более быстрые флюктуации. После череспериодного вычитания мож­но обнаружить пульсации цели на фоне остатков помех. Таким образом, с од­новременным приходом отраженных сигналов от пассивных помех и целей обыкновенный амплитудный детектор приобретает свойства фазочувствительного детектора. Опорным напряжением оказывается напряжение пассивной помехи. Фаза этого напряжения и фаза отраженного сигнала одинаково зависят от начальной фазы зондирующего импульса, вследствие чего последняя не влияет па разность фаз сигнала и опорного напряжения. Она зависит лишь от радиальной скорости перемещения объекта относительно пассивной помехи и определяется по формуле:

Схема некогерентной компенсации обладает существенным недостатком. Для разрешаемых объемов, в которых отсутствует помеха, имеет место обыч-

ное детектирование и при отсутствии флюктуации сигналы от целей повторя­ются каждый период и компенсируются в схеме ЧПВ, Следовательно, а зонах, свободных от пассивных помех, цели окажутся потерянными, если не принять специальных мер.

Одной из таких мер может быть следующая. В тракт обработки вводится искусственная линия задержки с регулируемой задержкой сигналов на проме­жуточной частоте, подключаемую через переключатель К (рис. 2.107).

Пусть в пределах диаграммы направленности антенны РЛС одновремен­но находятся цель, движущаяся с радиальной скоростью u_p и практически не­подвижный объект (облако). Сигнал от неподвижного объекта может быть ис­пользован для выделения доплеровской частоты сигнала цели. На рисунке цель и облако находятся на различных дальностях и их сигналы в приемнике не

с овпадают во времени. Если в тракте усиления по промежуточной частоте име­ется линия задержки на время то задержанный сигнал цели совпадает с сигналом от облака. В УПЧ2 возникнут биения двух сигналов, в результате чего образуется амплитудная модуляция результирующего колебания допплеровской частоты. На выходе детектора ее можно отфильтровать и изме­рить.

Еще одно видоизменение по сравнению с первоначальным вариантом за­ключается во введении быстродействующего устройства анализа помехи и коммутатора выходного напряжения. При отсутствии помехи на индикатор по­дается напряжение не с выхода схемы ЧВП, а непосредственно с детектора. На­личие или отсутствие помехи определяется по превышению установленного порога в течение определенного времени. Эффективность коммутации возрас­тает, если напряжение на детектор подать через небольшую линию задержки, а на анализатор помехи - без задержки. Одним из методов учета свойств помехи является использование корреляционных обратных связей, что позволяет не только компенсировать помеху, но и накапливать полезный сигнал.

Следует обратить внимание на то, что при фазировании когерентного ге­теродина помеховыми сигналами они задерживаются на время, равное или не­сколько большее длительности импульса РЛС, с тем, чтобы предотвратить компенсацию полезных сигналов от целей, летящих в облаке помех.

К достоинствам систем СДЦ с внешней когерентностью можно отнести следующее. Фазирующий импульс помехи проходит те же элементы приемного тракта (от антенны до фазового детектора), что и обрабатываемый сигнал. Сле­довательно, медленные фазовые нестабильности элементов приемного тракта (УВЧ, смесителя, тракта промежуточной частоты) оказывают одинаковое влия­ние на фазу опорного напряжения и фазу обрабатываемого сигнала и, следова­тельно, взаимно компенсируются.

Еще один вариант системы СДЦ с внешней когерентностью предусмат­ривает фазирование когерентного гетеродина помеховыми сигналами. Струк­турная схема такого устройства изображена на рис.2.108.

Сравнение принятых колебаний с опорными происходит на фазовом детекторе. Чтобы исключить потерю сигнала при отсутствии помехи в схеме применяют устройство анализа помехи и переключатель, который в отсутствии помехи подключает выход фазового детектора непосредственно к индикатору.

Недостатком схем с внешней когерентностью является расширение спек­тра помех вследствие нелинейного преобразования колебаний в детекторе. По­этому качество подавления помех может быть хуже, чем для метода внутренней когерентности.

Принцип работы радиолокатора рассмотрим на примере схемы, изображенной на рис. 2.109.

Стабильный задающий генератор формирует непрерывные колебания не­сущей частоты (/о), которые являются опорными для фазового детектора. Им­пульсный модулятор обеспечивает включение усилителя мощности на время излучения импульсов (т_и). Усилитель мощности с линейной фазово-частотной характеристикой усиливает колебания несущей частоты до необходимой мощ­ности, которые через антенный переключатель и антенну излучаются в про­странство. Отраженный от цели сигнал принимается антенной, усиливается в усилителе высокой частоты и подается на фазовый детектор.

Когерентность сигнала обеспечивается тем, что для формирования зон­дирующих и опорных колебаний используется один и тот же задающий генера­тор непрерывных колебаний. В фазовом детекторе осуществляется сравнение начальных фаз приходящих радиоимпульсов с фазой опорного колебания.

Если сигнал отражается от неподвижного объекта, то начальные фазы всех отраженных радиоимпульсов будут одинаковы

где Д_о - расстояние до объекта.

Напряжение на выходе фазового детектора будет представлять собой ви­деоимпульсы одинаковой амплитуды и полярности, определяемыми дально­стью до цели.

Если цель движется равномерно, то непрерывно изменяется и сдвиг фаз

На выходе фазового детектора образуется последовательность видеоимпульсов с зменяющейся амплитудой и полярностью.

Необходимо заметить, что пассивные помехи, в общем случае не являют­ся неподвижными (кроме «местных» предметов), а перемещаются со скоростью

ветра что приводит к пульсации помехи на выходе фазового детектора.

Для компенсации пульсаций необходимо частоту опорного сигнала изменять на величину

где - изменение сдвига фаз за время периода следования Т.

Однако частота опорного сигнала и даже промежуточная час­ тота , поэтому в схемах РЛС смещение частот обычно реализуют

путем двукратного преобразования частоты. Кроме того компенсацию скорости ветра производят лишь в определенных участках пространства, для чего реали­зуется стробирование по дальности и угловой координате.

Известны и другие способы компенсации скорости ветра:

- использование систем обработки с внешней когерентностью;

- переход к более длинным волнам (метровый диапазон);

- двухчастотный метод работы РЛС;

- использование схем ЧПК на видеочастоте.