Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Супряга Н.П. Радиолокационные средства непрерывного излучения

.pdf
Скачиваний:
41
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
6.26 Mб
Скачать

При заданном значении Та необходимо подбирать такое значение статической полосы пропускания, чтобы обеспечивалось соотношение

• ^ L * l .

(90)

При этом разрешающая способность будет опреде­ ляться той же формулой, что и при последовательном анализе, а значение полосы пропускания приближенным соотношением

 

Д / ^ А

(91J

где А—коэффициент,

близкий к

единице.

6.О П Р Е Д Е Л Ь Н О Й РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СИСТЕМЫ

В ЧМ

радиолокаторах,

по мнению

зарубежных

специалистов,

на величину

разрешающей

способности

б / д д как при

одновремен­

ном, так и при последовательном анализе накладываются два огра­

ничения:

 

первое

связано

 

с

дискретностью

анализируемого

спектра

и

может

 

быть

 

записано

в

виде

неравенства

&f д д > 2 Р п

;

второе

связано

с конечной

шириной

динамической

полосы пропускания

 

фильтра

и

математически выражается не­

равенством

б / Д д ^ йД/д,

где

а — коэффициент, зависящий от

метода

индикации

 

и режима

работы

анализатора

(обычно а < 1 ) . F n — часто­

та повторений

опроса

дальности

(для кривой

модуляции

с мгно­

венным обратным х о д о м Fn

=

FN).

 

 

 

 

 

Чтобы выразить разрешающую способность через расстояние,

вспомним

 

выражение

для дальномерного

приращения частоты:

Ь=~^Д

(921

или

 

Тогда

 

8 / а д = / Р + ад-/р = ^ 8 Д ,

(94)

откуда

 

Подставив в эту формулу выражение первого ограничения, получим

60

В общем виде выражение разрешающей

способности

можно

записать так:

 

 

 

ЬД = & д / ,

 

 

(97)

г д е ^.д/ — длина модуляционной волны;

 

 

 

I коэффициент, определяющий метод

индикации

и

условия

работы.

 

 

 

Таким образом, предельная разрешающая

способность

по даль­

ности ЧМ радиолокатора не зависит ни от частоты передатчика, ни от частоты модуляции. Она определяется только размахом модуля ­ ции Д/. Чем больше размах модуляции, тем лучше разрешающая способность Р Л С .

Использовав неравенство, определяющее второе ограничение, можно разрешающую способность по частоте выразить через зна­ чения диапазона и периода анализа:

 

 

 

1,65а

 

 

 

 

(98)

Это выражение

подтверждает обратную

зависимость

м е ж д у дина­

мической

разрешающей

способностью

и

периодом

анализа.

 

 

7. О ЧИСЛЕ ФИЛЬТРОВ

 

 

 

При одновременном

анализе дл я перекрытия всего

исследуемого

диапазона

частот ( / Г а = / Д м а к с — / Д м и н )

необходимо,

чтобы

резонанс­

ные частоты фильтров располагались на

шкале частот с интерва­

лами Д, которые определяют разрешающую способность

Р Л С по

частоте 6 / Д д ! >

2Д.

 

 

 

 

 

 

Тогда

для

обеспечения постоянной

 

разрешающей

способности

во всем исследуемом диапазоне потребное число фильтров опреде­

лится

формулой

 

 

 

 

 

^& i t

^Дмакс

/дмин

 

 

 

\

д

^

 

 

 

2

(/д макс ~ / д мин)

I.

(99)

 

 

ДД

 

 

 

 

 

 

Переходя от частотной разрешающей способности к разрешаю­

щей

способности по дальности, получим

 

 

 

N

2 ( Д и а - о ~ Дмип),

=

_2АД

'

^

^

Таким образом, при одновременном анализе необходимое ко­ личество фильтров зависит от диапазона возможных значений даль­ ности и требуемой разрешающей способности по дальности. Чем больше диапазон дальностей и выше разрешающая способность, тем

больше потребуется

фильтров.

Например,

при 6Д = 20 м,

ДЫЛКа

=

= 10000 м и Д м „ „ =

100 м

 

 

 

 

 

 

10ООО— 100

,

496.

(101).

 

N =

+

1 =

61

8.О ЧАСТОТЕ АНАЛИЗА

Выведенное выше выражение для определения количества фильтров при одновременном анализе в случае последовательного анализа определяет число разрешаемых составляющих спектра. Если

время просмотра одной составляющей равно Т п , то для просмотра всех составляющих потребуется время

 

 

 

1" 2 (Дыако — Дмиа)

(102)

 

 

=

~ [

 

оД

+ \ Fn

 

T a U

 

 

а частота последовательного

анализа

 

 

 

 

 

 

-

Г а п -

n-

(ЮЗ)

 

 

 

f a n

 

При одновременном анализе все составляющие дальномерного

спектра воздействуют на свои фильтры одновременно, т. е.

N=1.

Тогда

период

одновременного

анализа

7 " а о = — , а частота анализа

 

 

 

 

 

 

Fn

 

fao —

Tao

т.

е.

в

случае

одновременного анализа

при

 

 

 

 

 

 

прочих равных условиях скорость обзора увеличивается в УУ раз.

Г л а в а 3

ОСОБЕННОСТИ СХЕМ И КОНСТРУКЦИИ У З Л О В Р А Д И О Л О К А Ц И О Н Н Ы Х СИСТЕМ Н Е П Р Е Р Ы В Н О Г О ИЗЛУЧЕНИЯ

Одной из особенностей систем с непрерывным излуче­ нием является то, что у них пиковое значение излучае­ мой мощности в несколько раз меньше, чем в импульс­ ных РЛС. Это снижает опасность пробоя в антенно-вол- иоводном тракте.

В то же время невозможность разделения прямого и отраженного сигналов с помощью резонансных раз­

рядников и других простых средств затрудняет

созда­

ние простых антенных систем радиолокационных

станций

непрерывного излучения, вследствие чего приходится применять несколько антенн. Дополнительные трудности могут возникнуть также при конструировании антенн для ЧМ систем, где требуется пропускать широкую по­ лосу частот.

Передатчики систем с непрерывным излучением узкополосны. Медленные уходы частоты здесь должны ком­ пенсироваться. Для этой цели могут применяться систе­ мы автоматической подстройки частоты.

В системах с частотной модуляцией при радиолока­ ции многих целей предъявляются жесткие требования к линейности закона модуляции. Это усложняет конструк­ цию модуляторов. Для низких частот (ниже 200 гц) обычно применяются механические модуляторы, пред­ ставляющие собой мембрану, кулачковый или рычаж­ ный механизм с приводом, который создает периодиче-

63

скую деформацию резонансного объема, определяющего

частоту генерируемых колебании. Для высоких

частот

используются электронные методы частотной

модуля­

ции [2].

 

Если требуется обеспечить размах модуляции отно­ сительно небольшой, то в качестве передатчиков могут использоваться клистроны, магнетроны и митроны, в ко­ торых модуляция осуществляется путем изменения на­ пряжений на соответствующих электродах, перестройкой внешней резонансной полости и т. п. Более широкий раз­ мах модуляции может дать лампа обратной волны.

Во всех указанных случаях полезная частотная мо­ дуляция неизбежно сопровождается амплитудной моду­ ляцией. Для устранения этого явления необходимо под­ бирать особым образом режим и частотную .характери­ стику волноводного тракта, а также применять различ­ ные схемы умножения частоты.

Несмотря на некоторые особенности конструкции аи- тенно-волноводных и передающих устройств систем не­ прерывного излучения, здесь в основном применим весь комплекс технических средств импульсной радиолока­ ции. Что касается приемных устройств, то в системах с непрерывным излучением они существенно отличаются от приемных устройств импульсной радиолокации. Это отличие обусловливается самими принципами определе­ ния координат и других параметров цели.

1. ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Большим недостатком описанных ранее простейших схем радиолокационных станций с непрерывным излу­ чением является их незащищенность от низкочастотных помех. Особенно это относится к допплеровским систе­ мам, где частоты виброшумов, пульсаций питающих на­ пряжений и вторичных допплеровских биений лежат в диапазоне полезных'допплеровских частот и поэтому с помощью простейших схем не могут быть отфильтрова­ ны. К тому же в области звуковых частот резко возрас­ тают шумы кристаллических смесителей, что приводит к снижению чувствительности приемных устройств этих систем.

На рис. 26 приведены спектры полезных и мешаю­ щих сигналов на входе (рис. 26, а) и выходе (рис. 26, б) смесителя для простейшей схемы, в которой гетеродини-

64

рование осуществляется сигналом передатчика. Как Вид­ но из рисунка, спектр полезного сигнала после преобра­ зования накладывается на спектр помехи, что затрудняет его выделение.

Спектр

Сигнал

 

'передатчика

помехи

 

Отраженный

 

 

 

 

сигнал

 

 

fo%

f

Спектр

 

 

 

помехи

 

 

 

 

Лолезньш

преобра­

 

зованный

сигнал

 

f

Рис. 26. Спектры полезных и мешающих сигналов для простейшей схемы доппле-

ровской системы

Одним из путей выделения сигнала из спектра по­ мех может быть использование схемы с автономным ге­

теродином. На рис.

27, а

приведены

спектры помех,

ча­

стоты гетеродина /0

и

отраженного сигнала.

На

рис. 27, б приведены

спектры

помех

и преобразованного

сигнала. Как видно из рисунка, после преобразования полезный сигнал полностью отфильтрован от помех.

Как считают специалисты, осуществить и эксплуати­ ровать аппаратуру, выполненную по такой схеме, трудно (особенно на борту самолета). Она получается весьма сложной, так как необходимо обеспечить высокую ста­ бильность работы гетеродина и передатчика.

Действительно, если за время распространения ра­ диоволн до цели и обратно частота передатчика изме­ нится на величину 6f, то на выходе смесителя она будет

5 Н. П. Супряга

65

С/о+/д) (/о±б/) = / д ± б / .

Следовательно, уход частоты

передатчика приведет к изменению частоты

Допплера,

что внесет ошибку в определение скорости цели.

Если считать, что точность измерения частоты Допп­

лера должна

быть не хуже

1%, то при частоте

}л=10'1гц

стабильность

гетеродина за время проведения

измерений

 

 

6fr

fr+fA

f

 

 

Рис. 27. Спектр

полезных и мешающих сигналов' для

 

схемы

с автономным

гетеродином

 

 

 

должна быть

6/<0,01 • 104 = 102

гц. При частоте

передат­

чика f 0 = Ю1 0

гц потребуется выдерживать

относительную

его стабильность ~ ~ 1 0 ~ 8 . Такую стабильность

хотя и

можно обеспечить, но аппаратура при этом

будет

весьма

сложной.

 

 

 

 

 

 

Более легкий путь решения

той же задачи

сводится

к следующему. Как видно из рис. 27, для уменьшения ошибки измерения скорости по частоте Допплера важно обеспечить не абсолютную стабильность частот передат­ чика и гетеродина, а постоянство малой разности между их частотами. Практически это выполнить гораздо про­ ще, что является основной причиной широкого распро­ странения схем с жесткой «привязкой» частоты гетеро-

66

динирующего сигнала к частоте передатчика. В качестве примера рассмотрим две возможные разновидности та­ ких схем: схему с автоподстройкой гетеродина и схему гетеродинирования боковой составляющей.

На рис. 28 представлена структурная схема допплеровской системы с автоподстройкой гетеродина.

^•АПередатчик

 

Смеситель

УПЧ1

 

 

1

 

 

 

 

 

Гетеродин

Усилитель

 

 

постоянного

Щискриминатоа

>-

 

тока

 

2

 

Балансный

 

Смеситель

упчг

 

 

смеситель

 

 

 

 

 

 

1

 

 

Измеритель­

Усилитель

 

 

частоты

 

 

ное ycmpoucr.ittit

 

 

Допплерр

 

 

'1

 

 

 

Рис. 28. Структурная схема допплеровской системы с автопод­ стройкой частоты

Сигналы передатчика частотой / 0 излучаются пере­ дающей антенной. Часть их подается на первый смеси­ тель, на который также подводится напряжение от гете­ родина, выполненного в большинстве случаев на отра­ жательном клистроне. С выхода смесителя сигналы после усиления в усилителе промежуточной частоты (УПЧ1)

5*

67

поступают на частотный дискриминатор, нулевая точка

характеристики которого

соответствует

частоте

[0 — f r =

= fn40i где /пчп заданное

значение промежуточной ча­

стоты.

 

 

 

 

При выполнении последнего равенства на выходе дис­

криминатора

напряжение

равно нулю.

Если

разность

fo больше

/пчо, то дискриминатор вырабатывает по­

ложительное напряжение, которое после усиления в уси­ лителе постоянного тока подается на отражательный электрод клистронного генератора (гетеродина) и часто­ та его подстраивается так, чтобы удовлетворялось ра­ венство fo — /г=/пчо- Если разность частот передатчика и гетеродина станет меньше заданного значения про­ межуточной частоты, то дискриминатор выработает от­ рицательное напряжение и гетеродин перестроится в другую сторону, чтобы удовлетворялось это же равен­ ство. Таким образом, частота гетеродина как бы следит за частотой передатчика. При небольших уходах частоты передатчика гетеродин подстраивается так, чтобы раз­ ность между их частотами сохранялась постоянной, рав­

ной средней

частоте характеристики

дискриминатора.

На вход

второго смесителя

поступают

отраженные

сигналы частотой f0Tp,

отличающейся

от частоты

пере­

датчика на

величину

допплеровского

приращения, и

сигналы гетеродина. С выхода этого

смесителя снимает­

ся сигнал разностной частоты

 

 

 

 

 

(/о

+ к) - /г =

(fa ~ /г) +

/д =

U

+

/д .

(104)

который после усиления в УПЧ2 подается на балансный смеситель. На вход балансного смесителя подается так­

же в

качестве

гетеродипирующего

выходной сигнал

УПЧ1

частотой

/ 0 fr=fmi- С выхода

этого смесителя

снимается напряжение разностной комбинационной ча­

стоты (/пч +/д) — f m

= fn, которое после усиления подает­

ся на измеритель

параметров цели (измерительное уст­

ройство) .

 

Важным достоинством этой схемы является то, что частота выходного сигнала здесь не зависит от частоты /пч, поэтому неточность работы цепи автоподстройки не сказывается на результатах измерений.

Структурная схема допплеровской системы с гетеродинироваиием боковой составляющей приведена на рис. 29. Передатчик генерирует колебания частотой [о,

68

которые излучаются передающей антенной. Часть мощ­ ности передатчика попадает на вход балансного моду­ лятора, куда подаются также сигналы гетеродина, на­ строенного на заданную промежуточную частоту.

Передатчик

1

 

Балансный

Гетеродин

модулятор

 

Фильтр

доковой

частоты

Смеситель

УПЧ

Балансный

смеситель

 

 

Измерительное Усилитель устройство допплерозской

частоты

Рис. 29. Структурная схема допплеровской системы с гетеродинированием боковой составляющей

В результате балансной модуляции на выходе баланс­ ного модулятора получаются частично подавленный сиг­ нал несущей частоты f0 и сигналы двух боковых частот fo±fr (рис. 30). Далее сигналы поступают на фильтр боковой частоты, который не пропускает сигналы несу­ щей и верхней (или нижней) боковой частот. Таким образом, на вход смесителя подаются сигналы смещен­ ного гетеродина частотой f0 — fr и отраженные сигналы передатчика частотой fo-Ь/д.

69

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ