Литература / Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы (1990)

РАДИО/

ТЕХНИЧЕСКИЕ

СИСТЕМЫ

Под ред. проф. Ю. М. КАЗАРИНОВА

Допущено Государственным комитетом СССР

по народному образованию в качестве учебника

для студентов вузов, обучающихся по специальности «Радиотехника»

Москва «Высшая школа» 1990

ПРЕДИСЛОВИЕ

В образовании радиоинженера курс «Радиотехнические системы» занимает особое место. При его изучении студент впервые сталкивается с комплексным исполь­ зованием знаний, полученных в курсах высшей математики и физики, технических дисциплин, предусмотренных учеб­ ным планом специальности «Радиотехника».

Обобщая, систематизируя и развивая знания студентов, курс «Радиотехнические системы» формирует системный подход к проектированию радиоэлектронных средств, мето­ ды которого анализируются в дисциплинах, завершающих радиотехническое образование инженера.

Первые две части курса — «Введение в статистическую теорию радиосистем» и «Радиолокационные и радио­ навигационные системы» — являются содержанием предла­ гаемой книги, написанной в соответствии с действующей программой курса коллективом преподавателей кафедры радиосистем Ленинградского электротехнического инсти­ тута им. В. И. Ульянова (Ленина).

Работа по написанию книги распределялась между авто­ рами следующим образом: В. П. Ипатов—гл. 1—6; Ю. М. Ка­

Ю.Д. Ульяницкий—гл. 19—21; Ю. П. Гришин—гл. 22. Авторы книги признательны коллективам кафедр

радиотехнических систем Московского электротехнического института связи и Таганрогского радиотехнического ин­ ститута им. В. Д. Калмыкова за полезные советы, сделан­ ные при рецензировании рукописи.

Замечания и пожелания по книге можно направлять по адресу: 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., 29/14, издательство «Высшая школа».

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Радиотехнические системы относятся к классу информаци- онно-управляющих технических систем, осуществляющих извлечение, передачу или разрушение информации с по­ мощью радиоволн. Отличительный признак радиосисте­ мы— наличие радиоканала (одного или нескольких), со­ стоящего из источника радиоволн, являющихся носителем информации, среды, в которой распространяются радио­ волны, и приемника, извлекающего информацию путем соответствующей обработки радиоволн, достигающих его антенны. Радиоволны, несущие ту или иную информацию, называются радиосигналом. Таким образом, характерным признаком радиосистемы является использование радио­ сигнала в качестве носителя информации. Назначение информации — один из признаков классификации радио­ систем. По этому признаку радиосистемы можно подраз­ делить на системы передачи, извлечения и разрушения информации (радиопротиводействия), а также системы радиоуправления. В свою очередь, каждая из этих групп имеет свои разновидности, отличающиеся функциональным назначением системы. Так, среди систем передачи информа­ ции различают системы радиосвязи (одноканальной, много­ канальной, радиорелейной или через ИСЗ), телеметрии,

локационные и радионавигационные системы, системы радиоастрономии, радионаблюдения поверхности Земли или других планет, радиоразведки радиотехнических средств противника.

Системы разрушения информации (радиопротиводейст­ вия) предназначены для создания условий, в которых работа радиосистем противника становится невозможной.

Системы радиоуправления служат для управления рабо­ той различных объектов с помощью радиосигналов.

4

По виду применяемых сигналов различают непрерыв­ ные, импульсные и цифровые радиосистемы. В непрерыв­ ных системах информация отображается изменением пара­ метров (амплитуды, частоты, фазы) непрерывного, обычно гармонического, сигнала. В импульсных системах сигнал представляет собой последовательность радиоимпульсов, в которой информацию могут нести как изменяющиеся параметры отдельных импульсов (амплитуда, частота, фаза, длительность), так и всей последовательности (число импульсов в последовательности, интервал между ними).

В цифровых системах передаваемый сигнал предвари­ тельно квантуется по времени и уровню. Каждому уровню соответствует кодовая группа импульсов, которые и моду­ лируют несущее колебание. Цифровые системы легко сопрягаются с ЭВМ, осуществляющими обработку и за­ поминание информации, воспроизводимой затем устрой­ ством отображения.

Для создания радиосистем различных назначений ис­ пользуется практически весь диапазон радиоволн от мириа­

принципу действия и назначению к радиотехническим, работают в инфракрасном и видимом диапазонах электро­ магнитных волн. Таким образом, применяется почти весь спектр электромагнитных колебаний. Следует подчеркнуть, что использование того или иного диапазона радиочастот для систем различных назначений регламентировано меж­ дународной комиссией распределения радиочастот (МКРР), так же как и ширина спектра частот, отводимого системе того или иного типа. Эти ограничения влияют на выбор вида радиосигнала и построение радиосистемы и в конеч­ ном счете сказываются на ее тактико-технических характе­ ристиках.

При создании системы стремятся получить наилучшие характеристики для определенных условий ее работы. Для сравнения вариантов построения проектируемой си­ стемы и выбора наилучшего (оптимального) варианта необходимо обоснованно выбрать показатель качества системы (критерий оптимизации), относительно которого систему можно считать оптимальной. Поскольку тре­ бования к системе многочисленны и часто противоречивы, желательно оптимизировать систему по какому-то обо­ бщенному критерию, учитывающему основные требования к ней. Обычно в качестве такого обобщенного критерия применяется эффективность системы.' К сожалению, до

5

•Переносчики информации и помехи в ра­ диотехнических системах

•Основы теории обнаружения и различе­ ния сигналов

•Алгоритмы и устройства оптимального оинаружения и различения сигналов

•Основы теории измерения параметров сигналов радиотехнических систем

•Примеры реализации и расчета точности алгоритмов оценки параметров сигналов

•Разрешение сигналов. Сложные сигналы

ГЛАВА 1

ПЕРЕНОСЧИКИ ИНФОРМАЦИИ И ПОМЕХИ

ВРАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

§1.1. ОБЩАЯ МОДЕЛЬ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Как отмечалось, терминами «радиотехнические» или «ра­ диоэлектронные» обычно подчеркивают специфику тех информационных систем, в которых функции переносчиков сообщений между пространственно разнесенными пунктами выполняют электромагнитные волны радиодиапазона. В общем виде структурная схема любой радиотехнической системы (РТС) имеет вид, показанный на рис. 1.1. Отправи­ тель, в распоряжении которого имеется информация от первичного источника, «закодированная» в значениях конк­ ретных физических величин (например, уровня и высоты звука в радиовещании, интенсивности и цвета элемента изображения в телевидении и др.), с помощью преобразо­ вателя сообщение — волна взаимно однозначно отображает сообщение первичного источника в значения параметров (интенсивности, частоты, фазы и т. п.) радиоволн, посылае­ мых в канал распространения (эфир). Названное преобразо­ вание может быть продуктом осознанных действий отпра­ вителя, как, например, в системах передачи информации, в частности в вещании, и тогда роль преобразователя сообщение — волна отводится передающему устройству,

Рис. 1.1

8

включающему в себя модулятор и передатчик. Возможен, однако, и такой вариант, когда сообщение «управляет» параметрами радиоволн независимо от воли отправи­ теля,— так происходит, например, в радиолокации, где координаты лоцируемой цели автоматически преобразуются во время запаздывания и направление прихода отраженных от нее радиоволн. Взаимно однозначная связь параметров волны с передаваемым сообщением позволяет на приемной стороне применить обратное преобразование волна — сооб­ щение, придав принятой информации ту конкретную форму, которая требуется получателю. Обычный набор элементов, из которых состоит преобразователь волна — сообщение,— антенная система, приемник, демодулятор и др.

Наряду с радиоволнами, несущими полезную информа­ цию, на преобразователь волна — сообщение реальной РТС воздействуют и помехи различной природы. Существуют виды помех, искажающих передаваемые электромагнитные колебания уже в канале распространения. К числу таковых относятся атмосферные, обусловленные грозовыми разря­ дами и изменчивостью физических свойств атмосферы;

индустриальные, связанные с эксплуатацией электроуста­ новок различного назначения; межсистемные, создаваемые посторонними радиосредствами и неизбежные вследствие тесноты в эфире; преднамеренные, умышленно излучаемые объектами, противодействующими той или иной РТС. Кроме того, помехи возникают и на самой приемной стороне, так как процессу преобразования волны в сообще­ ние всегда сопутствуют шумы антенно-фидерного тракта и внутриприемные шумы.

Диалектика прогресса радиоэлектроники такова, что, сколь бы внушительными пи выглядели успехи в нейтрали­ зации помех путем непосредственного воздействия на их источники (разработка новых образцов малошумящей приемоусилительной техники, совершенствование меро­ приятий по регламентации радиосвязи и электромагнитной совместимости и пр.), требования к качеству передачи и извлечения информации в РТС растут опережающими темпами. К тому же источники ряда помех, например атмосферных, вообще неподвластны ни создателям РТС, ни регламентирующим органам. Поэтому первоочередной заботой разработчика любой РТС является достижение необходимой помехоустойчивости, т. е. достаточного им­ мунитета в отношении тех или иных помех. Важнейшие количественные показатели помехоустойчивости будут изу­ чаться в последующих главах.

9