Лекция 2

2. Сигналы в радиолокационных системах

   1. Общие сведения о локационных сигналах

Биорадиолокатор – разновидность радиолокационной системы. Радиолокация – одно из направлений радиотехники. Обратимся еще раз к определению радиотехнической системы. Радиотехнической системой (РТС) называется совокупность средств и приборов, использующих радиоканал, соединенных между собой и предназначенных для целенаправленного выполнения единой задачи или ряда задач, связанных с передачей, извлечением и преобразованием информации. Основным отличием радиотехнических систем от других систем, связанных с передачей, приемом и преобразованием информации является то, что носителем информации в РТС являются радиосигналы. В аппаратурной части РТС эти сигналы проявляются в виде токов и напряжений, а в атмосфере, космическом пространстве, в направляющих искусственных линиях – в виде электромагнитных волн. Устройство, преобразующее информационное сообщение в радиосигнал, называют передающим, а устройство, преобразующее принятый радиосигнал в информационное сообщение, - приемным. Совокупность аппаратных средств и физической среды, в которой распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику, называется линией связи.

Разнообразие решаемых задач приводит к достаточно большому разнообразию видов и количеству РТС. Универсальность методов передачи, извлечения, измерения и преобразования информации, реализованных в этих системах, позволяет применять их во многих областях науки и техники. Эти методы базируются на основных постулатах радиотехники, которые мы уже упоминали на предыдущей лекции и которые можно сформулировать в следующем виде:

- радиосигналы в однородной среде распространяются прямолинейно;

- скорость распространения радиосигналов в свободном пространстве постоянна и известна с достаточной на сегодняшний день точностью;

- радиосигналы способны отражаться от физических объектов и

неоднородностей среды, встречающихся на пути их распространения;

- частота радиосигналов, принимаемых измерителем, изменяется

в зависимости от скорости перемещения источника сигналов и измерителя друг относительно друга.

В основу работы любой РТС положена функциональная связь информационных параметров с одним или несколькими электрическими параметрами радиосигналов. К информационным параметрам относят текстовые сообщения (радиосвязь); параметры ориентации объектов в пространстве: навигационные элементы местоположения, дальность до объекта, его скорость, угловые координаты и др.; командные сигналы для управления объектами и т.п. Основные электрические параметры радиосигналов – амплитуда, частота, фаза.

Если в простейшем виде источник несущих колебаний в РТС формирует сигнал вида

u(t) = U₀ cos (ω₀ t + φ₀), (1.3)

где U₀ - амплитуда сигнала, ω₀ - несущая частота, φ₀ – начальная фаза, то принимаемые сигналы могут иметь следующий вид

u(t) = U(x) cos (ω₀t + φ₀) или

u(t) = U₀ cos [ω(x)t + φ₀] или (1.4)

u(t) = U₀ cos [ω₀t + φ(x)],

где x – информационный параметр.

Иногда вместо параметров несущего колебания информационное

сообщение может быть связано функциональной зависимостью с каким–либо параметром модулирующего сигнала, с его амплитудой, частотой, фазой.

Модулирующее колебание

Амплитудно-модулированный сигнал

Частотно-модулированный сигнал

Рис.1.7. Примеры непрерывных сигналов

Определенную специфику имеют цифровые методы передачи информации. В системах, использующих цифровые методы, информация закладывается в параметры кодирования дискретных сигналов. Это временные параметры: длительность импульсов, их временная расстановка, это частотное заполнение импульсов, фазовые соотношения в кодовой последовательности сигналов и т.п. (рис.1.8, 1.9).

Извлечение информации из радиосигнала осуществляется путем преобразования его электрических параметров в вид удобный для измерения, прослушивания, визуального наблюдения, использования в вычислительном комплексе и т.д.[4,5].

Рис.1.8. Аналоговое кодирование цифровой информации

Рис.1.9. Простейшие виды модуляции в цифровом канале связи

Известно, что радиосигнал характеризуется некоторой эффективной длительностью τ и эффективной шириной спектра Δf. Кроме того, важной характеристикой сигнала является превышение его средней мощности P_с над средней мощностью помех (шумов) P_ш

q = P_с / P_ш. (1.5)

Произведение

τ· Δf· q = V_с (1.6)

называют объемом сигнала. Чем больше объем сигнала, тем большее количество информации он может перенести. Количество сведений, которое может быть передано с помощью сигнала заданного объема,

равно

J = τ Δf· log₂ k ·P_с / P_ш, (1.7)

где k = const - коэффициент, определяемый статистическими свойствами помех и сигнала.

Важнейшим информативным параметром сигнала является его удельная содержательность, которая показывает, насколько эффективно используется сигнал данного объема для передачи информации

Β = J / V_с. (1.8)

Сигнал может быть передан, принят или запомнен информационной системой только в том случае, если ее параметры согласованы с параметрами сигнала. Согласование заключается в следующем:

- ширина полосы пропускания системы ΔF должна быть не меньше ширины спектра сигнала Δf

ΔF ≥ Δf. (1.9,а)

- время действия системы ΔТ должно быть не меньше длительности сигнала τ

ΔТ ≥ τ. (1.9, б)

- превышение средней мощности сигнала над средней мощностью помех q в системе должно быть не менее необходимого превышения Q

q ≥ Q . (1.9, в)

Произведение

ΔТ ·ΔF ·Q = V_ис. (1.10)

называют емкостью информационной системы.

Очевидно, что сигнал может быть принят, передан или запомнен без искажений только такой системой, у которой информационная емкость больше или равна объему сигнала

V_ис ≥ V_с.

Cреди РТС нас в нашей учебной дисциплине интересуют системы извлечения информации. Системы извлечения информации - это, в соответствии с принятой классификацией РТС: системы радиолокации, радионавигации, радиоастрономии, радиоразведки. Мы будем рассматривать только радиолокационные системы [2,3].