Литература / М.И.Финкельштейн Основы радиолокации

вательности радиоимпульсов на входе приемника (рис. 2.19). Это подтверждает, что слепые скорости специфичны для импульсного метода.

Рассмотрим теперь вопрос о слепых скоростях с точки зрения огибающей видеоимпульсов на выходе фазового детек­ тора когерентно-импульсной РЛС. Периодом огибающей Тог естественно назвать наименьший интервал между видеоим­ пульсами одной амплитуды в полярности. Для определения зависимости частоты огибающей от доплеровской частоты зафиксируем частоту повторения и будем повышать допле­ ровскую частоту, проводя каждый раз огибающую пуль­ сирующих импульсов в соответствии с определением перио­ да. При этом расположение видеоимпульсов относительно доплеровских колебаний не влияет на результат.

На рис. 2.23, а для случая F л — FJ4 показан уже из­ вестный (см. рис. 2.15, б) метод построения суммы опорно­ го и полезного сигналов с помощью векторной диаграммы. При этом фазовый сдвиг между колебаниями соседних им­ пульсов [формула (2.4.11)1 Дфг = 2rcFBTa — л/2. Соответ­ ственно соседние импульсы могут характеризоваться поло­ жением векторов в направлении 1 (5), 2, 3, 4. На выходе фазового детектора образуется модулированная последо­ вательность видеоимпульсов (рис. 2.23, б), причем здесь и далее используется приближенный перенос длины вектора

(амплитуда £/р) путем его проекции на ось ординат (см. замечание к рис. 2.17). В данном случае огибающая (штри­ ховая линия на рис. 2.23, б) совпадает с колебаниями до­ плеровской частоты (сплошная линия на рис. 2.23, б).'

Для упрощения рисунка в остальных случаях суммар­ ное высокочастотное колебание на входе фазового детек­ тора не изображается. На рис. 2.23, в показан случай, ког­

и 2 (4), а частота огибающей, так же как и в предыдущем слу­ чае, равна доплеровской частоте. Из рис. 2.23, г видно, что при F^ = Fn сдвиг фаз между колебаниями соседних импульсов Дфг = 2тсРяТп — 2л, и импульсы характери­ зуются постоянным положением векторов, т. е. постоянной амплитудой (положение /, 2, 3, ...). При этом огибающая (пунктир) имеет нулевую част’оту, т. е. импульсы ведут се­ бя так же, как в случае неподвижной цели. Данное -Явление подобно стробоскопическому эффекту.

При дальнейшем увеличении доплеровской частоты, ког­ да, например, F^ = 3Fп/2 (рис. 2.23, б), сдвиг фаз Дфг = = 2л FpTB ~ Зл, так что соседние импульсы характе-

100

ризуются положением векторов 1 (3, 5), и 2 (4). После того как частота огибающей упадет до нуля (рис. 2.23, е), она вновь возрастает до For = FJ2. Из рис. 2.23 следует, что частота огибающей равна доплеровской частоте лишь при

Рис. 2.23. Сигналы на выходе фазового детектора при различных скоростях цели

Дфг л. При Дфг > л для нахождения общего выраже­ ния частоты огибающей пульсирующих импульсов предста­ вим сдвиг фаз между колебаниями соседних импульсов на

101

определяет положение вектора, характеризующего ампли­ туду видеоимпульсов в последующие периоды повторения.

Таким образом, если периоду повторения Тп соответст­ вует изменение фазы колебаний между соседними импуль­ сами на Дф, то период огибающей Тог соответствует изме­

Подставляя выражение (2.4.16) в (2.4.17) и учитывая,

шем росте FK принимается k = 2 и т. д. Сказанное иллюст­ рируется рис. 2.24. Максимумы частоты огибающей соот­ ветствуют частотам Fn = (k + l/2)Fn (где k ~ 0, 1, 2, ...) Скорости цели, обеспечивающие максимальную частоту пульсаций, именуются оптимальными. Такие цели легче всего отделить от неподвижных.

В случае непрерывного метода частота огибающей бие­ ний на выходе фазового детектора всегда равна доплеров­ ской частоте, в импульсном же методе появляется неодно-

102

рентный гетеродин, который в этот момент времени начина' ет работать на частоте собственных автоколебаний, но с на­ вязанной начальной фазой колебаний. К концу периода повторения специальные импульсы срыва пср срывают ко­ лебания когерентного гетеродина до начала генерирования следующего импульса магнетрона.

Рис. 2.25. Структурная схема простейшей псевдокогерентной РЛС

м—?

Рис. 2.26. Времен­ ные диаграммы процессов в псевдокогерентной РЛС

На рис. 2.26 показаны отраженные импульсы «с для случая, когда расстояние РЛС — цель от периода к перио­ ду повторения не изменилось. Несмотря на случайный ха­ рактер начальной фазы каждого импульса магнетрона (а следовательно, и отраженного импульса) при неизменном расстоянии разность фаз между колебаниями когерентного гетеродина и сигнала остается постоянной. Это определяет одинаковую амплитуду видеоимпульсов на выходе фазово­ го детектора, т. е. разброс фаз компенсируется. Такая же компенсация имеет место при движении цели, но в этом

104

случае разность фаз, кроме' того, изменяется на величину 2л/0Д/3, где Д/3 — изменение времени запаздывания от пе­ риода к периоду. Таким образом, под действием когерент­ ного гетеродина и полезного сигнала в фазовом детекторе происходят такие же процессы и выделяются такие же ви­ деоимпульсы, как в истинно когерентных РЛС. Все резуль­ таты о характере спектра видеоимпульсов, слепых скорос­ тях и т. д. остаются в силе.

2. Псевдокогерентная РЛС с фазовым детектором на промежуточной частоте. На практике простейшую схе­ му (рис. 2.25) осуществить трудно из-за необходимости обес­ печения большого усиления в диапазоне СВЧ и трудностей фазирования когерентного гетеродина на этой частоте. Точность фазирования когерентного гетеродина тем выше, чем ниже добротность его контура. Однако когерентный гетеродин должен иметь и высокую стабильность. Для это­ го требуется, наоборот, высокая добротность, причем тем выше, чем выше частота генератора (так как за тот же про­ межуток времени, например, за период повторения укла­ дывается больше периодов высокочастотных колебаний).

Естественно, что указанные процессы значительно об­ легчаются при переводе когерентного гетеродина, а также фазового детектора на промежуточную частоту. Структур­ ная схема такой РЛС изображена на рис. 2.27. С помощью стабильного местного гетеродина с частотой /мг в первом смесителе фазирующие импульсы магнетрона с частотой fa преобразуются в фазирующие импульсы промежуточной частоты /пч и подаются на когерентный гетеродин. Тот же местный гетеродин во втором смесителе преобразует несу­ щую частоту импульсов полезного сигнала в час­ тоту /Пч ± Гд. Других отличий от схем рис. 2.21 данная схе­ ма не имеет.

3. РЛС с внешней когерентностью. Возможность исполь­ зования простейшей (некогерентной) РЛС для выделения движущихся целей была замечена еще в самых первых опы­ тах с импульсными РЛС. Это удается, когда неподвижная (или малоподвижная) и движущаяся цели занимают один разрешаемый импульсный объем. Наиболее распростра­ ненный случай — движущаяся цель на фоне протяженных местных предметов, окружающих РЛС.

Рассмотрим отраженный сигнал, состоящий, в свою очередь, из пассивной помехи и сигнала движущейся цели. Сигнал пассивной помехи можно представить как вектор­ ную сумму множества случайных отражателей (рис. 2.28). В пределах какого-либо периода повторения фаза зондирую­

105

щего сигнала ф3 = 2л/0/— ф31, где <р31 — случайное зна­ чение начальной фазы.

Фаза пассивной помехи в пределах определенного раз­ решаемого объема, расположенного на расстоянии Do,

Рис. 2.27. Псевдокогерентная РЛС с фа­ зированием на ПЧ

Рис. 2.28. К объяснению работы РЛС с внешней когерентностью

Разность фаз в пределах рассматриваемого периода по­ вторения между сигналами пассивной помехи и цели

=Ч=2лГд/ + <рц1 — фПП1.

Вследующем периоде повторения соответственно имеем

106

риода к периоду повторения изменяется лишь на +2л/7дТ'п (на рис. 2.28 она изменяется от <р до <р + 2лГд7\).

той 2л/7дТп/Тп — Зл^д. Таким образом, уже на входе при­ емника простейшей РЛС сигнал, отраженный от движущей­ ся цели, представляет собой последовательность импульсов, промодулированную доплеровской частотой. Пульсации этих импульсов на фоне местных предметов можно, напри­ мер, наблюдать на экране индикатора с амплитудной от­ меткой (при этом специальный фазовый детектор не требу­ ется, так как его роль в данном случае выполняет амплитуд­ ный детектор приемника).

2.6. ОСОБЕННОСТИ КОГЕРЕНТНО-ИМПУЛЬСНОЙ РЛС ПРИ НАЛИЧИИ ВЗАИМНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ РЛС

ИМЕШАЮЩЕГО ОБЪЕКТА

1.Особенности СДЦ при движении РЛС. Выше предполагалось, что РЛС и мешающие объекты неподвижны (или во всяком случае почти неподвижны) относительно друг друга. Данное положение на­ рушается, например, при работе наземных РЛС по воздушным це­ лям, движущимся на фоне облаков, в свою очередь перемещающихся под действием ветра. В других случаях это связано с расположением

РЛС на борту самолета.

Как было показано, в случае, когда РЛС неподвижна относи­ тельно мешающего объекта, спектральные линии сигнала, отражен­ ного от движущейся цели, смещены на Гд, что позволяет выделить движущуюся цель с помощью подавителя. В данном случае такая возможность затруднена, так как спектральные линии сигнала при движущейся РЛС также приобретают доплеровский сдвиг частоты. Особенно трудно это сделать, когда относительная скорость мешаю­ щих отражателей близка к относительной скорости цели.

Однако если радиальная скорость РЛС относительно мешающих отражателей известна с достаточной точностью, можно осуществить компенсацию собственного движения РЛС. Для этого надо изме­ нить частоту когерентного гетеродина на величину доплеровского смещения частоты, соответствующего известной радиальной состав­ ляющей скорости относительно мешающих отражателей. Разумеет­ ся для протяженных мешающих целей, имеющих разные радиаль­ ные скорости относительно РЛС (что соответствует значительному расширению спектральных линий), речь может идти о знании лишь средней скорости и о неполном подавлении.

В некоторых случаях более простой и эффективной может ока­ заться система с внешней когерентностью. Здесь не требуется ни когерентный гетеродин, ни компенсация относительного движения РЛС.

107

2. Ввод частоты компенсации. Изменение Частоты когерент­ ного гетеродина можно осуществить методом преобразования ча­ стоты. При этом в смесителе смешиваются колебания перестраивае­ мого генератора частоты компенсации собственного движения coq с собственной "частотой когерентного гетеродина, после чего филь­ тром выделяется верхняя или нижняя составляющая (/кг “Н соб или/кг — ■Рдсоб)- Так как частота/кг составляет несколько десят-

Н фазовому детектору

Рис. 2.29. Компенсация скорости движения цели (ГДЧ — генератор колебаний доплеровской частоты)

ков мегагерц, а Гдсоб лежит в звуковом диапазоне, фильтрация затруднена. Поэтому целесообразно осуществить многоступенча­ тое преобразование (см. рис. 2.29, где показано двухступенчатое преобразование -с помощью генератора на частоте /г).

2.7.ФАЗОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ. ДАЛЬНОСТИ

1.Одночастотный фазовый метод. Если в передаю­

Фазовый метод измерения дальности D основан на из­ мерении этого фазового сдвига ср. Так как однозначное из­ мерение разности фаз производится в пределах одного пе­ риода от 0 до 2л, т. е. при ср < 2л, то однозначно определя­ емая дальность Dоди -= сср/4л/0 < с2л/4л/0 = М2. При ис-

108

пользовании сравнительно низких частот такая дальность еще приемлема, но на частотах, используемых в радиоло­ кации, она слишком мала. Однако соответственно мала по абсолютной величине погрешность измерения дальности, которая при допустимой погрешности измерения фазы Дфиз

Рис. 2.30. Двухчастотный фазовый метод

Для значительного повышения однозначного расстоя­ ния могут применяться двухчастотные (или многочастот­ ные) РЛС с доплеровской селекцией.

2. Двухчастотный фазовый метод. Пусть зондирующий сигнал состоит из двух непрерывных синусоидальных коле­

После отражения от цели при условии линейного изме­ нения расстояния [см. (2.1.12)1 образуются колебания

Wc = U'c cos [2д (/о ± F'p)t — 4nf'QD0/c — фД;

We = cos [2л (ft ± F^t - 4лДО0/с - ф"1. (2.7.3)

Спектральный состав падающих и отраженных волн показан на рис. 2.30, а. Так как частоты ft и ft имеют близ­ кие значения, то можно принять фц ж фц — фц.

На рис. 2.30, в изображена упрощенная структурная схема рассматриваемой РЛС. Каждый приемник состоит из смесителя, узкополосного фильтра, усилителя доплеровской частоты. Состав­ ляющие отраженного сигнала разделяются фильтрами, реализация которых облегчается при уменьшении несущей частоты путем гете­ родинирования. Для эффективного разделения требуется, чтобы

109