книги из ГПНТБ / Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие

формы необходимо суммирование бесконечно большого числа гармонических составляющих.

2.Амплитуды гармонических составляющих в общем слу­ чае с увеличением номера гармоники убывают. Это позволя­ ет ограничиваться при формировании импульса конечным чис­ лом первых составляющих ряда. Чем круче фронт импульса, тем большее число высших составляющих должно входить в состав импульса.

3.Амплитуды всех членов ряда зависят от величины ко­ эффициента заполнения импульсов К. Чем меньше К, тем меньше амплитуда постоянной составляющей и первой (ос­ новной) гармоники и тем большее значение приобретают в

создании импульса высшие гармонические составляющие. При этом амплитуда гармонических составляющих убывает медленнее с повышением номера гармоники.

В. Частотные спектры импульсных колебаний

Для быстрой оценки роли отдельных составляющих, обра­ зующих импульсное колебание, строят частотный спектр. Р аз­ личают амплитудно-частотный и фазочастотный спектры.

А м п л и т у д н о - ч а с т о т н ы й с п е к т р представляет собой зависимость амплитуд различных гармоник от частоты или номера гармоники:

Ап = фі (Fn) .

Фа з о ч а с т о т н ы й — зависимость углов сдвига фаз гар­ моник от частоты или номера гармоники:

фп = Ф 2 (F n ) •

Построим амплитудно-частотные спектры (рис. 1.13) для раз­ ложенных выше импульсных колебаний с коэффициентами за­ полнения К = 0,5 и К = 0,2. Пусть частота повторения им­ пульсов Fn= 10 кгц. Тогда при К = 0,5, где

20

По оси абсцисс откладываем частоту, а по оси ординат — половину отношения амплитуды данной гармоники к ампли­ туде постоянной составляющей

1 U m

2 U

Поскольку все гармонические составляющие (рис. 1.13) имеют в данном случае начальные фазы 0 или 180°, то мож­ но показать на графике амплитудно-частотного спектра одно­ временно и фазовые соотношения. Гармонические составляю­

аF=10m Ти=50мксекК-0,5

Рис. 1. 13. Амплитудно-частотные спектры импульсных напря­ жений прямоугольной формы.

Из графиков (рис. 1.13 а, 1.13 б) видно, что огибающая многократно пересекает ось абсцисс через равные интервалы по частоте. Амплитуда гармоник уменьшается с увеличением номера гармоники, но убывает не непрерывно. Все гармоники, заключенные между двумя нулевыми точками, имеют одну и ту же фазу. При переходе через нуль фазы изменяются на

21

180°. Точки перехода огибающей спектра через нуль не зави­ сят от частоты повторения импульсов Fn, а определяются дли­ тельностью импульса ти. Вычислим гармоники, амплитуды ко­ торых обращаются в нуль. Амплитуда n-ой гармоники

где ш = 1, 2, 3, 4 — целые числа.

Таким образом, обращаются в нуль амплитуды тех гармо­ ник, для которых выполняется условие

то есть амплитуды, равные нулю, имеют те гармоники, номе­ ра которых кратны величине скважности импульсов.

Умножая номер гармоники, имеющей нулевую амплитуду, на частоту основной гармонической составляющей, получим значение частоты в точках перехода огибающей спектра че­ рез нуль:

тТ m

n0F Т

Первый переход огибающей спектра через нуль будет при

Рассмотренные примеры частотных спектров относятся к периодическим колебаниям, под которыми подразумевается бесконечная последовательность импульсов или периодичес­ ких несинусоидальных колебаний.

Характерной особенностью спектра периодических колеба­ ний является его дискретный характер, то есть он состоит из отдельных частотных составляющих.

В радиолокации часто приходится иметь дело с одиночны­ ми импульсами и сериями из конечного числа импульсов. Ч ас­ тотный спектр одиночного импульса можно получить из час­ тотного спектра периодического колебания при Т->оо. С уве­

22

личением периода повторения уменьшается частота основной

Fn = 0 все линии спектра сливаются, и он из дискретного ста­ новится сплошным. На практике при графическом изображе­ нии спектра знак гармоник не учитывают (берут абсолютные значения гармоник) и амплитудно-частотный спектр имеет вид, показанный на рис. 1. 14.

вид).

Основная часть энергии сосредоточена в первых двух ле­ пестках (до 95% ), поэтому за эффективную ширину спектра принимают полосу частот

Ч а с т о т н ы й с п е к т р р а д и о и м п у л ь с о в (рис. 1.15)

Частотный спектр радиоимпульсов можно получить из частотного спектра видеоимпульса, так как

U,(t) = U(t) • COS (Opt ,

где u (t)'— функция, определяющая закон изменения видео­

импульса;

U i( t) — функция, отражающ ая закон изменения радио­ импульса.

Следовательно,

uj(t) = - U 0-cosiopt + 2 U m-sin(nQt + (fn)-cos (Opt, n=l

23

или

Рис. 1. 15. Частотные спектры видеоимпульса (а) и радиоим­ пульса (б).

Анализируя данное выражение, приходим к выводам:

1.Роль постоянной составляющей выполняет несущее ко­ лебание с круговой частотой сор.

2.Спектр симметричен относительно частоты мр.

3.Амплитуда гармоник радиоимпульса в два раза меньше, чем в спектре видеоимпульса, а число гармоник — в два раза больше.

4.Ширина первого лепестка спектра радиоимпульса в два раза больше, чем у видеоимпульса, и основная часть энергии

сосредоточена в первом лепестке. Пример построения радио­ импульса по спектру видеоимпульса показан на рис. 1.15 при К. = 0,2, Fn = 10 кгц, fp = 10 мгц.

24

ь) антенна; г) антенный переключатель;

д) индикатор; е) блок запуска;

ж) источник питания.

)

Рис. 1. 16. Блок-схема импульсной РЛС

Блок запуска вырабатывает кратковременные импульсы с частотой повторения Р Л С . Он применяется для синхронного запуска передатчика и индикаторного устройства.

Передатчик состоит из модулятора и генератора У К В . При поступлении импульсов запуска на вход модулятора пос-

Рис. 1. 17. Временные диаграммы напряжений, поясняющие импульсный метод работы радиолокационной станции.

26

Генератор У К В под воздействием видеоимпульсов выраба­ тывает мощные кратковременные радиоимпульсы, которые через антенный переключатель поступают к антенне и излу­ чаются в пространство (рис. 1. 17 е). Во время генерации ан­ тенный переключатель блокирует вход приемника. Отражен­ ные от цели импульсы принимаются антенной и через антен­ ный переключатель поступают на вход приемника.

Таким образом, антенный переключатель подключает ан­ тенну во время действия зондирующего импульса к передат­ чику, а во время паузы — к приемнику.

Антенна служит для излучения и приема радиоволн. Приемник предназначен для усиления слабых отраженных

радиоимпульсов, преобразования их в видеоимпульсы и пода­

чи их на индикаторное устройство (рис. 1.17 г). Индикаторное устройство служит для наблюдения за от­

раженными от цели сигналами и определения координат це­

В большинстве радиолокационных станций местоположе­ ние целей определяется путем измерения дальности (D ), ази­ мута (ß) и угла места (е). Дальность определяют измерением времени запаздывания отраженных импульсов (эхо-сигналов) относительно зондирующих импульсов:

Г) _ ^ W n 2 '

В связи с большой скоростью распространения радиоволн это время оказывается очень малым (сотни-тысячи мксек). Н а ­ пример, при D =150 км

Столь малые отрезки времени непосредственно измерить нельзя, поэтому для отсчета их используют специальные электронные схемы. В простейшем случае время запаздыва­ ния отраженных импульсов измеряют с помощью ЭЛ Т с электростатическим управлением и линейной разверткой лу-

27

t

■ 18. Принцип определения дальности в импульсных РЛС.

ча на экране. Для получения развертки используют пилооб­ разное напряжение, возникающее в момент действия импуль­ са запуска Р Л С (рис. 1.18).

Под действием линейно изменяющегося пилообразного на­ пряжения, приложенного к горизонтально отклоняющим плас­ тинкам Э Л Т , луч перемещается по экрану слева направо с постоянной скоростью и прочерчивает при этом светящуюся линию развертки. Начало развертки совпадает с началом дей­

На вертикально отклоняющие пластины трубки подается выходное напряжение приемника. Так как луч на экране ЭЛ Т движется с постоянной скоростью, то он за равные промежут­ ки времени проходит равные расстояния и линия развертки является равномерной шкалой времени (рис. 1.18 б).

Таким образом, при помощи развертки можно определить время запаздывания отраженных импульсов, то есть и даль­ ность до цели. Для упрощения процесса определения даль­ ности линию развертки градуируют сразу в единицах даль­ ности. О дальности до цели судят по расстоянию между фрон­ тами зондирующего и отраженного импульсов.

О п р е д е л е н и е у г л о в ы х к о о р д и н а т ц е л е й

Для определения угловых координат можно использовать информацию, содержащуюся в амплитуде сигнала либо в фа­ ле. В связи с этим различают методы определения координат:

—амплитудные;

—фазовые;

—амплитудно-фазовые.

Наибольшее практическое применение нашли амплитуд­ ные методы определения угловых координат:

—метод максимума;

—метод минимума;

—метод равносигнальной зоны;

—метод сравнения.

Метод максимума. При вращении антенны амплитуда при­ нятого сигнала изменяется от импульса к импульсу по закону изменения диаграммы направленности. Относительное изме­ нение сигнала определяется шириной диаграммы направлен­ ности. Величина угла фц, в пределах которого амплитуда сиг­ нала достаточна для срабатывания приемного устрой­

29