4.5.2 Когерентные накопители

Ознакомимся со способами накопления энергии когерентной пачки импульсов, в которой фазы импульсов изменяются по регулярному закону.

Накопление энергии такой пачки можно осуществить по различным схемам; на радио (промежуточной) или видеочастоте. В первом случае (рис.4.18) отклики фильтра, согласованного с одиночным импульсом пачки (СФОИ), поступают в когерентный накопитель, состоящий из линии задержки (ЛЗ) с отводами по числу "n" импульсов в пачке и сумматора. Задержка между отводами линии задержки выбирается так, чтобы импульсы, следующие с периодом повторения Т_п , суммировались синфазно.

Ясно, что такое когерентное суммирование возможно благодаря регулярности фазы в когерентной пачке.

При практической реализации когерентного накопления возможны существенные затруднения. Во избежании нарушения синфазности суммируемых импульсов погрешность ЛЗ не должна превышать малой доли периода несущей частоты. Вместе с тем задержка в ЛЗ во многих случаях оказывается весьма большой (например, при n = 11, Т_п = 1мC, t_з = (n-1)T_п = 10мC), а требования к точности и стабильности ЛЗ - чрезвычайно жесткими.

Требования к точности ЛЗ существенно упрощаются при накоплении энергии импульсов пачки на видеочастоте. Погрешности ЛЗ в этом случае должны быть малыми по сравнению с длительностью импульса, а не периодом несущего колебания. Это означает снижение требований к точности ЛЗ на 2...3 порядка. Для преобразования радиосигнала на видеочастоту используется синхронное детектирование, позволяющее учесть регулярную связь между фазами импульсов когерентной пачки.

Синхронное детектирование осуществляется в двух квадратурных каналах с помощью фазовых детекторов (ФД) и опорного гетеродина (ОГ) (рис.4.19). Частота ОГ выбирается равной ожидаемой промежуточной частоте сигнала.

Разность фаз принимаемого сигнала и колебания ОГ является случайной величиной. Однако вследствие когерентности сигнала эта разность фаз одинакова для всех импульсов пачки при условии равенства частот сигнала и ОГ. В таком случае видеоимпульсы пачки на выходе ФД и в отводах ЛЗ имеют одинаковую полярность. Поэтому они суммируются в сумматоре. Вышесказанное иллюстрируется эпюрами напряжений рис.4.20. Очевидно, что амплитуда центрального импульса выходного сигнала возрастает пропорционально числу импульсов в пачке "n".

Значения разности фаз помехи и колебания ОГ в моменты времени, разнесенные на период Тп, случайны и независимы. Поэтому амплитуды "импульсов" помехи в отводах ЛЗ в отличие от сигнала оказываются разнополярными (см.рис.4.20(9)). При суммировании в сумматоре помеха частично компенсируется. Можно показать, что дисперсия помехи в сумматоре увеличивается в "n" раз, а амплитуда в раз. В результате отношение сигнал/помеха повышается пропорционально раз.

Выходные сигналы сумматоров U_s1 и U_s2 возводятся в квадрат. Сигнал на выходе приемника будет равен

U_вых =

Ожидаемое значение доплеровского смещения частоты F_до учитывается при выборе частоты ОГ. При движении цели с неизвестной скоростью доплеровская частота F_д может отличаться от ожидаемой F_до. При этом начальные фазы радиоимпульсов принимаемого сигнала получают от импульса к импульсу дополнительный неучтенный сдвиг фазы f = 2(F_д - F_до)Т_п. Вследствие этого видеоимпульсы на выходе ФД оказываются промодулированными по амплитуде разностной частотой F= F_д - F_до. Эта модуляция приводит к уменьшению сигналов U_s1 и U_s2 в каналах и выходного сигнала U_вых. В случае если период разностной частоты 1/F становится равным длительности пачки импульсов Т = nТ_п, то наступает взаимная компенсация модулированных импульсов пачки в сумматорах. Результат накопления будет близок к нулю. Сигнал на выходе ФД для этого случая показан на рис.4.20(10).

Таким образом, сигналы, отличающиеся по частоте на величину dF=1/T, разрешаются по скорости.

Если диапазон возможных значений доплеровской частоты F_дмах -F_дmin превышает разрешающую способность, то накопитель должен быть многоканальным "по скорости". В каждом из N = (F_дmax - F_дmin)/dF каналов такого накопителя ОГ настраиваются на различные значения частоты, причем шаг по частоте выбирается f_{ог i+1} - f_{ог i} = dF .

В когерентных РЛС предъявляются жесткие требования к стабильности частоты гетеродина приемника, а также СВЧ - генераторов передатчика. Уход частоты этих генераторов приводит к модуляции амплитуд видеоимпульсов на выходе ФД и к соответствующему уменьшению сигнала накопителя. Относительная нестабильность частоты не должна превышать 10^-7 ....10^-9.