- •Частота Допплера при горизонтальном полёте
- •Спектр допплеровских частот
- •Основные типы дисс
- •Влияние крена и тангажа на точность дисс
- •Составляющие ошибок дисс
- •Принципы построения дисс с непрерывным зондирующим сигналом
- •2.7.1. Дисс с нулевой промежуточной частотой и немодулированным сигналом
- •2.7.2. Дисс с двойным преобразованием частоты и немодулированным сигналом
- •2.7.3. Двухчастотный дисс с двойным преобразованием частоты
- •2.7.4. Дисс с непрерывным частотно-модулированным сигналом
Принципы построения дисс с непрерывным зондирующим сигналом
Известно несколько структурных схем построения ДИСС с излучением непрерывных колебаний. Общим для всех структурных схем является использование для излучения и приёма раздельных антенн. Это необходимо для того, чтобы уменьшить влияние на работу приёмника просочившегося паразитного сигнала передатчика, поскольку излучение и приём сигналов происходят одновременно.
2.7.1. Дисс с нулевой промежуточной частотой и немодулированным сигналом
На рис. 16 приведена простейшая структурная схема самолётного ДИСС с непосредственным преобразованием отражённых сигналов в диапазон допплеровских частот с помощью высокочастотного смесителя и их дальнейшим усилением на низкой частоте. Такая схема получила название "с нулевой промежуточной частотой". Передатчик вырабатывает непрерывные немодулированные СВЧ-колебания с частотой f0 , которые подаются на неподвижную передающую антенну и излучаются одновременно по трём лучам в направлении земли. Отражённые от земной поверхности сигналы со средними частотами f0+FДi принимаются идентично расположенными лучами приёмной антенны ( i = 1,2,3 - номер луча). Каждому лучу соответствует свой канал приёма и измерения, все каналы идентичны. Сигналы с антенны поступают на балансные смесители, на которые в качестве гетеродинных подаются опорные сигналы передатчика с частотой f0. Благодаря использованию балансных схем смешения уменьшается влияние шумовой модуляции гетеродинного сигнала на чувствительность приёмного устройства.
С помощью УНЧ на выходе смесителя отфильтровывается сигнал допплеровской частоты FДi, который поступает на измеритель частоты. С выходов каналов приёма и измерения значения средних допплеровской частот FДi поступают в вычислитель, который определяет Wп и с путем решения системы уравнений. Значения Wп и с поступают на индикатор и в навигационную систему самолёта.
ДИСС с нулевой промежуточной частотой обладают низкой чувствительностью приёмного устройства, которая ограничивается тепловыми шумами и шумами просочившегося сигнала передатчика. Собственные шумы приёмного тракта, не содержащего усилителя СВЧ, определяются, как известно, шумами смесителя, гетеродина и шумами первых каскадов усилителя преобразованного сигнала (УНЧ). В диапазоне частот от сотен Гц до сотен кГц энергетический спектр шумов полупроводниковых приборов и усилителей неравномерен. Спектральная плотность мощности шума Gш пр возрастает при уменьшении частоты (Рис. 17,б). Поэтому чувствительность СВЧ-приёмника с нулевой промежуточной частотой, обусловленная собственными шумами приёмника, примерно на 10 дБ хуже, чем СВЧ-приёмника с высокой (порядка нескольких МГц) промежуточной частотой.
Основным паразитным сигналом, ограничивающим чувствительность ДИСС, является сигнал передатчика, просачивающийся на вход приёмника из-за существующей электромагнитной связи между передающей и приёмной антеннами, которая зависит от размещения и экранировки антенн. В ДИСС с непрерывным сигналом в сантиметровом диапазоне волн обычно развязка составляет около 30 дБ - для подвижных антенн и 60-70 дБ - для неподвижных. В то же время чувствительность приёмника может достигать 110-120 дБ/мВт. Поэтому влияние просочившегося сигнала на чувствительность может быть весьма значительным.
Просочившийся сигнал состоит из двух компонент, каждая из которых имеет случайную модуляцию по амплитуде и фазе. Первая компонента представляет собой прямой сигнал передатчика, проникающий непосредственно из передающей в приёмную антенну. Вторая компонента - сигнал передатчика, отражённый от элементов конструкции ЛА. Параметры шумовой модуляции первой компоненты Gш1(f) определяются характеристиками генератора СВЧ (рис. 17, б).
Известно, что любой автогенератор возбуждается и работает под действием собственных шумов. Среди множества спектральных компонент шума, выделяемых резонансной системой генератора, многократно усиливается лишь гармоника с частотой f0 , соответствующая максимуму коэффициента передачи резонансной системы.
Наряду с этим, на частотах, близких к f0, существует спектр шумовых колебаний, спектральная плотность мощности которых убывает по закону
,
где = 0,6 ÷ 2 - параметр, зависящий от добротности резонансной системы, К - постоянный коэффициент.
Для клистронного генератора, а также полупроводниковых генераторов при длине волны 3 см Gш пер на частоте, отстоящей от f0 на 1 кГц, на 130 -110 дБ ниже мощности несущей.
Примерный вид спектра шумов передатчика изображён на рис. 17, а, а спектры отдельных составляющих шума в приёмном устройстве - на рис. 17,б. Шумы передатчика, попадающие на вход приёмника вместе с прямым просочившимся сигналом, ослабляются вследствие имеющийся развязки между передающей и приёмной антеннами. Во время преобразования в диапазон низких частот мощности симметрично расположенных слева и справа относительно f0 составляющих шума складываются, при этом спектральная плотность мощности шума удваивается. Основную роль в образовании второй компоненты просочившегося сигнала играет несущая частота излучаемого сигнала, уровень которой на 130 - 140 дБ превышает уровень шумов передатчика. При отражении сигнала несущей f0 от вибрирующих со звуковыми частотами элементов конструкции ЛА возникает модуляция отражённого сигнала по амплитуде и фазе. Эта модуляция зависит от конструкции ЛА и характера вибраций отражающих элементов (обтекателя антенны, элементов экранирования и других). Спектральная плотность мощности шума второй компоненты просочившегося сигнала также сосредоточена в области низких частот и убывает с увеличением частоты (рис. 17, б).
При длине волны 3 см и скорости самолета Wг =180-1500 км/ч частота Допплера отражённых сигналов лежит в диапазоне 1-10 кГц, т.е.спектр полезного сигнала попадает на участок частот, где спектральная плотность мощности шума является весьма значительной. Поэтому ДИСС с нулевой промежуточной частотой находят ограниченное применение, а различные варианты конструкции и структурных схем определяются, в основном, стремлением устранить отдельные компоненты шума.