Distantsionny_kontrol_psikhofiziologicheskogo_sostoyania_s_pomoschyu_sverkhshirokopolosnoy_RLS

201

Рис. 4.12 Зависимость потерь при обработке от длительности строба (Eм=1; Eстр=1; R=50;

=5.38; стр=2.51).

Минимальное значение потерь для рассматриваемого случая (Eм=1; Eстр=1; R=50; =5.38;

ω0=2.51) достигается при оптимальной длительности импульса стробирования оптстр , определяемой по

формуле (4.3) и составляет -5.95 дБ.

СШП РЛС второго типа

В РЛС этого типа задающий генератор формирует непрерывное колебание на рабочей частоте РЛС f0. Из этого колебания формируются как излучаемые короткие импульсы, так и опорный им-

пульс для фазового детектора.

При движении наблюдаемого объекта за счет эффекта Доплера частота принятого импульса от-

личается от частоты излучаемого. Будем полагать, что принятый сигнал является радиоимпульсом с высокочастотным заполнением на частоте fс и Гауссовой огибающей (рис. 4.6) и описывается выра-

жением (4.1).

Опорный сигнал имеет вид:

s(t) E0 sin(2 f0t ) ,

где E0 –амплитуда опорного импульса. f0 – частота опорного импульса.

– начальная фаза опорного импульса.

Тогда энергия сигнала, выделяющаяся на нагрузке R интегратора, будет равна:

203

На рис. 4.14 показана зависимость энергии сигнала, выделяющейся на нагрузке R интегратора,

от начальной фазы опорного сигнала.

205

Рис. 4.15 Временные диаграммы сигналов на выходе смесителя при различном значении частот опорного и принятого импульсов.

Определим потери, возникающие при обработке, если в качестве опорного сигнала использует-

ся гармоническое колебание. Для этого воспользуемся выражением (4.4). Подставляя в это выраже-

ние значения для полной энергии принимаемого сигнала (4.5) и энергии сигнала, выделяющейся на нагрузке интегратора (4.7), получим:

206

График этой функции в зависимости от соотношения частот опорного и принятого сигналов при постоянной нулевой начальной фазе опорных колебаний представлен на рис. 4.16. Максимум функции соответствует равенству частот принятого и опорного импульсов. График позволяет оце-

нить потери при различии частот указанных сигналов.

Рис. 4.16 Потери при обработке в зависимости от соотношения частот опорного и принятого сигналов (Eм=1; E0=1; R:=50: =5.38; fс=2.51).

Определим требования к стабильности частоты задающего генератора, формирующего опор-

ный сигнал. Стабильность этой частоты должна быть такова, чтобы за время наблюдения цели с ми-

нимальной скоростью на выходе системы обработки не образовался ложный сигнал с частотой, попа-

дающей в полосу пропускания фильтра основной селекции (появление ложной цели).

Для этого представим нестабильность опорного сигнала, как частотную модуляцию его частоты по синусоидальному закону.

s(t) E0 sin 0 ч cos t t ,

где:

ωч – амплитуда частотного отклонения,

208

Отсюда найдем величину частоты ложного сигнала:

и минимальное значение относительной нестабильности частоты:

На рис. 4.17 приведен график, позволяющий определить связь относительной нестабильности частоты опорного сигнала с допустимой частотой ложного сигнала.

Рис. 4.17 Зависимость относительной нестабильности частоты опорного сигнала от частоты ложного сигнала

Так, например, чтобы предотвратить появление на выходе системы обработки сигнала ложной цели при нижней частоте среза доплеровского фильтра равной 40 Гц, при длительности накапливае-

мой пачки 0.3 сек, необходимо обеспечить стабильность частоты опорного сигнала не хуже 10-7 за это время. В этом случае частота ложного сигнала будет лежать за пределами полосы пропускания до-

плеровского фильтра.

Селекция сигналов, отраженных от движущихся объектов.

Импульсы электромагнитного поля, излучаемые РЛС, имеют частоту (период) f0=1/Т0, длитель-

ность τ0 и частоту повторения (период повторения) FПо=1/ТПо. При отражении от объекта произойдут

209

изменения этих параметров сигналов, излучаемых как первым, так и вторым типом СШП РЛС (рис.

4.18.а и 4.18.б).

При этом Тс станет меньше Т0, а так как число периодов в импульсе остается прежним, то и длитель-

ность отраженного импульса τс<τ0. Одновременно за счет того же эффекта уменьшится период по-

вторения импульсов ТПс<ТПо (см. рис. 4.18, где t1–t2=ТПо–ТПс) и, соответственно, увеличится частота повторения импульсов, отраженных от объекта, FПс FПо. Знак этих изменений зависит от направления

движения объекта относительно РЛС, а величина – от его радиальной скорости. Спектр сигнала, так-

же в зависимости от этого направления, расширяется или сжимается и сдвигается в сторону высоких или низких частот.

В принципе для выделения сигнала движущейся цели можно использовать изменения всех трех,

указанных выше, параметров импульсной последовательности.

Однако изменение частоты fс за длительность СШП импульса очень мало. Так, импульс, имею-

щий длительность τс=1 нс на частоте fс =1 ГГц представляет собой один период колебаний (рис.

4.18.а, моноволна). Обнаружить изменение этого периода (или частоты) за время его существования измерителями времени (или частоты) практически невозможно.

210

Более чувствительным является измерение разности фаз между колебаниями отраженного и опорного импульсов. Оценим эту разность фаз. При движении объекта по направлению к РЛС с ра-

ность периодов будет лежать в пределах T0 Tс 10 6 10 7 T0 (фактически также будет меняться

и длительность импульса τс). Выраженная в градусах фазы, эта разность будет исчисляться несколь-

кими угловыми секундами. Обнаружить такое изменение фазы колебаний за время существования импульса с помощью фазовых измерителей также практически невозможно.

С учетом этих особенностей для обнаружения движущейся цели в СШП РЛС используется из-

менение частоты следования импульсов FПс. Фактически в РЛС измеряется не само изменение часто-

ты FПс, а изменение разности фаз между колебаниями опорного и принятого импульсов, возникающее за счет изменения периода следования импульсов при их отражении от движущейся цели.

Определим эту разность фаз и характер ее изменения при движении объекта.

Примем мгновенное значение фазы колебаний излученного сигнала равным φи(t)=2πft. Тогда при отражении от неподвижного объекта, находящегося на расстоянии R, мгновенное значение фазы сигнала имеет вид:

Разность фаз излученного и отраженного сигнала и t о t 4 f Rc в этом случае

будет постоянной величиной, одинаковой в каждом периоде повторения. Огибающая этих импуль-

сов, которая выделится на выходе интегрирующего усилителя, фактически является постоянной со-

ставляющей (рис. 4.19). Ее амплитуда будет пропорциональна эффективной площади рассеивания

(ЭПР) неподвижных объектов в зоне радара, ограниченной дальностным стробом. С фазового детек-

тора эти импульсы подаются на фильтр высоких частот, который исключает постоянную составляю-

щую из выходного сигнала. Частота среза этого фильтра определяет минимальную скорость обнару-

живаемых объектов.