книги из ГПНТБ / Вулконский Б.М. Основы теории радиолокационных устройств самонаведения ракет учебник

§ 44. ВРЕМЕННАЯ СЕЛЕКЦИЯ

Временная селекция направлена на борьбу с несинхронными им­ пульсными помехами и импульсными помехами большой длитель­ ности. В ее основе лежат различия между полезным сигналом и по­ мехой во временном положении относительно зондирующего им­ пульса, в частоте следования и длительности.

Селекция по временному положению эхо-сигнала относительно зондирующего осуществляется схемой стробирования приемного устройства узким стробом, описание которой было дано в предыду­ щей главе.

Схема стробирования исключает проникновение в приемник импульсной помехи, не совпадающей по времени со стробом. И если положение строба строго согласовано с моментом прихода эхо-импульса, а длительность строба равна длительности эхо-им­

а сам принцип сопровождения цели по дальности путем автомати­ ческого перемещения строба, как будет показано ниже, требует его удлинения примерно вдвое по сравнению с длительностью эхо-им­ пульса.

Поэтому в практических схемах стробирования длитель­ ность строба выбирается примерно в два раза больше длительности эхо-импульса, что увеличивает вероятность проникновения несин­ хронной импульсной помехи в приемное устройство и соответствен­ но ухудшает их селектирующие свойства.

Этот недостаток схем автоматического стробирования компенсируется/ введением в состав приемного устройства селекторов по частоте следования и длительности эхо-импульсов.

Принципиальная схема одного из возможных вариантов селек­ тора по частоте следования показана на рис. 8-2. Схема работает от видеоимпульсов и включается после видеоусилителя. С выхода схе­ мы импульсы, отселектированные по частоте следования, подаются на схему АСД и схему захвата.

Действие селектора основано на задержке предыдущего импуль­ са относительно следующего на вр'емя, точно равное периоду по­ вторения зондирующих импульсов. Задержка импульсов осущест­ вляется на короткозамкнутой искусственной линии задержки (Лз). Если параметры линии таковы, что время распространения импуль­

са до ее короткозамкнутого конца составляет t3 = (Тп-f- т„),

360

а отвод импульсов осуществляется на расстоянии ти от ее разомк­ нутого конца, то общее время задержки в линии будет равно 4 — = 24' — ти= Тп.

Задержанный эхо-импульс предыдущего периода посылок и пря­ мой импульс следующего периода подаются на каскад совпадений, собранный на лампе Л). Лампа Л г заперта по управляющей сетке отрицательным смещением E g. Величина этого смещения выбрана так, что амплитуды одного импульса (прямого или задержанного) недостаточно, чтобы открыть лампу. Только при совпадении пря­ мого и задержанного импульсов по времени, когда положительное напряжение на управляющей сетке равно удвоенной амплитуде импульсов, лампа открывается и в ее анодной цепи возникает вы­ ходной импульс. Совпадение может иметь место только в том слу­ чае, если период следования входных импульсов схемы точно ра­ вен Тп. Следовательно, схема способна пропускать импульсы толь­ ко с периодом следования Тп. Последовательности импульсов с пе­ риодом меньше и больше Та через схему не пройдут.

Основным и наиболее ответственным элементом селектора по частоте следования является элемент задержки. На практике этот элемент может выполняться в виде специальных электронных схем задержки, электрических или ультразвуковых искусственных линий задержки.

Независимо от конструктивного выполнения основным требова­ нием к элементу задержки является с/рогая стабильность и син­ хронность его работы относительно частоты посылок передатчика. Невыполнение этого требования может привести к пропускам от­ дельных эхо-импульсов в отселектированной последовательности, то есть к нарушению нормальной работы селектора.

Селектирование эхо-импульсов по их длительности осущест­ вляется до селектирования по частоте следования. Селекторы дли­ тельности могут выделять видеоимпульсы, длительность которых

361

не превышает заданного значения, не меньше некоторого задан­ ного значения или находится в определенных пределах.

Наиболее эффективны селекторы, пропускающие импульсы, дли­ тельность которых не больше заданной. Эти селекторы предназна­ чены в основном для борьбы с сигналами, отраженными от мор­ ской поверхности и других протяженных объектов, поскольку длительность таких сигналов обычно более чем в два раза превы­ шает длительность эхо-импульсов от цели. Описаниеселекторов по длительности можно найти в работе [52].

§ 45. СХЕМЫ ЗАЩИТЫ ПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПОМЕХАМИ

Рассмотренные выше схемы временной селекции не защищают высокочастотную часть приемного устройства от возможных пере­ грузок мощными помехами типа немодулированной несущей часто­ ты. Вместе с тем такие помехи могут легко быть организованы про­ тивником, либо могут явиться следствием отражений от близко рас­ положенных протяженных преград и в частности от морской по­ верхности. Эти помехи, имея большую амплитуду и заполняя собою весь строб, могут приводить к резкой перегрузке усилительных кас­ кадов приемного устройства во время действия строба и, как след­ ствие, к потере полезного эхо-сигнала. Схема инерционной АРУ не в состоянии предотвратить эти перегрузки вследствие своей инер­ ционности. Предотвратить перегрузки за время действия строба можно толькой такой регулировкой, постоянная времени которой сравнима с длительностью строба, то есть быстродействующей авто­ матической регулировкой (БАРУ). Поэтому в тех приемных устрой­ ствах, где БАРУ не используется для регулировки усиления по сиг­ налу, ее целесообразно вводить специально как средство борьбы с помехами (БАРУ по помехам). В приемных устройствах, где БАРУ уже имеется, она автоматически выполняет функцию защи­ ты от помех.

Внешне схема БАРУ по помехам ничем не отличается от обыч­ ной схемы БАРУ. Так же как и обычная БАРУ, она охватывает один или последовательно несколько каскадов УПЧ и включает в себя детектор, усилитель и фильтр (см. рис. 7-37). Разница состоит только в том, что регулируемыми каскадами УПЧ схемы БАРУ по помехам являются каскады, предшествующие стробируемому, а ее постоянная времени обеспечивает подавление только помехи, в то время как полезный сигнал проходит через схему практически без искажений.

На рис. 8-3 показаны временные диаграммы, которые иллюст­ рируют прохождение огибающих сигнала и помехи через усилитель­ ный каскад, без БАРУ по помехам и охваченный такой БАРУ. Там же показаны диаграммы выходного напряжения стробируемого

362

УПЧ. Как видно, помеха большой амплитуды перегружает усили­ тельный каскад, сдвигая рабочую точку анодно-сеточной характе­ ристики для полезного сигнала вправо.

Схема БАРУ за счет детектирования помехи создает регулирую­ щее напряжение, примерно равное амплитуде помехи, которое воз­ вращает рабочую точку влево, обеспечивая нормальное усиление полезного сигнала.

Выбор постоянной времени БАРУ по помехам, при которой обес­ печивается эффективное подавление помехи и неискаженное уси­ ление сигнала, производится из анализа ее динамичских свойств. Пусть на вход усилителя, охваченного цепью БАРУ, в момент tо воздействует помеха с прямоугольной огибающей, амплитуда ко­ торой L/mn, а в момент i\ приходит полезный сигнал также с прямо­ угольной огибающей длительностью тм и амплитудой Umc. Это рав­ носильно тому, что в момент to на схему подан скачок напряжения величиной Umn, а в момент t\ еще один скачок величиной Umz.

Поведение схемы БАРУ с однозвенным /?С-фильтром в интерва­ ле времени от tQдо t\ может быть описано уравнением (7-207) при

U3 = 0 .

363

Таким образом, переходный процесс в схеме при воздействии помехи протекает с постоянной времени

В установившемся режиме

Этому значению соответствует напряжение регулирования на выходе цепи БАРУ и коэффициент усиления регулируемого усили­ теля, равные:

1 + & K \ p y U m a

БАРУ тем эффективнее подавляет помеху, чем быстрее заканчи­ вается переходный процесс, то есть чем меньше п. Из (8-20) можно получить время установления процесса, в течение которого £/вых (t) примет значение, отличающееся не более чем на 1 0%' от установив­ шегося

Задаваясь определенным допустимым отношением времени t j к известному периоду посылок Тп и ожидаемой амплитудой помехи Ошп, на основании (8-25) можно сформулировать требования к по­ стоянной времени и другим параметрам БАРУ с позиций эффектив­ ности подавления помехи. Однако наряду с подавлением помехи БАРУ должна обеспечивать неискаженную передачу полезного си­ гнала, поэтому выбор параметров схемы по формуле (8-25) не яв­ ляется окончательным.

Начиная с момента А, уравнение БАРУ принимает вид

364

Величина С находится из начальных условий. В момент t\ регу­ лирующее напряжение на выходе цепи БАРУ определится форму­ лой (8-23). Это напряжение поддерживает коэффициент усиления равным К\ (8-24), поэтому выходное напряжение в момент t\ равно /(",£/,пс+п. Приравнивая ' это значение правой части (8-27) при

t = t\, получим

то есть при прохождении через усилитель с БАРУ амплитуда полез­ ного сигнала убывает по экспоненциальному закону. К концу эхоимпульса его амплитуда будет равна

Из (8-32) следует, что для уменьшения искажений полезного сигнала необходимо увеличивать постоянную времени БАРУ, но в соответствии с (8-25) это увеличит ее инерционность и снизит эф­ фект подавления помехи.

Противоречивость этих требований вынуждает принимать на практике компромиссное решение. Обычно постоянная времени

RC

БАРУ выбирается так, чтобы отношение—— лежало в пределах

3-г-10. При этом переходный процесс в БАРУ успевает закончиться за время, соответствующее минимальной дальности действия РГС, и БАРУ достаточно эффективно подавляет помеху большой дли­ тельности, практически не реагируя на полезный сигнал.

Особенностью отражения радиоволн сантиметрового диапазона от морской поверхности при наличии волнения является монотонное убывание амплитуды отражений с расстоянием. Закон изменения

365

мощности отражений от волн в каждом периоде посылок для вол­ нения до 5 баллов описывается эмпирической формулой вида [16]

где Р„— мощность помехи;

А— постоянный коэффициент, учитывающий параметры из­ мерительной аппаратуры;

Р— постоянная, принимающая значение от 2,7 до 4,7 в зави­ симости от балльности моря и других внешних факторов.

Таким образом, в этом случае помеха оказывается велика в на­ чале периода посылки и монотонно убывает к концу периода. Для устранения перегрузок приемного устройства отражениями от воли и ложных захватов, которые могут возникать при поиске и сопро­ вождении близких целей, применяют схемы временной автоматиче­ ской регулировки усиления (ВАРУ).

ВАРУ представляет собой схему программного изменения коэф­ фициента усиления УПЧ в каждом периоде посылок. Запускается схема синхроимпульсами так, что начало каждого цикла ее работы совпадает с моментом излучения зондирующего импульса. Сразу после излучения, когда помехи от моря велики, схема обеспечивает минимальный коэффициент усиления УПЧ, который оказывается достаточным для обнаружения и выделения сравнительно мощных эхо-импульсов от близких целей и одновременно исключает воз­ можность ложных захватов и перегрузок приемника помехами. Да­ лее, по мере уменьшения интенсивности помех коэффициент усиле­ ния начинает нарастать по экспоненциальному закону и к концу пе­ риода посылки достигает максимального значения, необходимого для обнаружения и выделения эхо-сигналов от далеких целей.

Принципиальная схема типовой ВАРУ показана на рис. 8-4,а. Лампы Л 1 и Л2 представляют собой регулирующую часть схемы. Напряжение регулирования подается на управляющую сетку лам­ пы одного или двух первых каскадов УПЧ. Режим схемы подби­ рается таким, чтобы в отсутствии импульсов на входе лампа Л t была заперта, а регулирующее напряжение, снимаемое с Rs, обеспе­ чивало нормальное (максимальное) усиление регулируемых каска­ дов.

В момент посылки зондирующего импульса на сетку лампы Л х подается положительный импульс. Лампа открывается, и конденса­ тор С за время действия входного импульса заряжается до напря­ жения Uc. При этом на управляющую сетку лампы Л2 подается отрицательное напряжение смещения, которое полностью или ча­ стично запирает лампу, а с сопротивления R s на регулируемые кас­ кады снимается большое отрицательное напряжение, и коэффи­ циент усиления этих каскадов падает до минимума. По окончании входного импульса лампа Л\ закрывается и начинается разряд кон­ денсатора С через сопротивления R4 и R5. Отрицательное напряже­ ние на сетке лампы Л2 уменьшается. Анодный ток лампы увеличи­

366

нЫе зависимости напряжения на конденсаторе С (на сетке лампы Л2) и коэффициента усиления регулируемых каскадов УПЧ, пояс­ няющие процессы в схеме.

ВАРУ является разомкнутой системой программного регулиро­ вания. Закон регулирования определяется в ней параметрами цепи разряда конденсатора С, поэтому эффективность ВАРУ тем выше, чем ближе закон изменения интенсивности помехи к экспоненциаль­ ному. В противном случае, например при волнении моря свыше 5 баллов, эффективность ВАРУ резко падает. Что касается помех, интенсивность которых с изменением расстояния меняется по более сложным законам, например отражения от гидрометеоров, то для них схемы ВАРУ с разрядом емкости вообще неэффективны.

В заключение остановимся еще на одной регулировке усиления УПЧ — автоматической регулировке усиления по шумам (ШАРУ). Хотя прямым назначением этой схемы, в отличие от предыдущих, и не является борьба с перегрузками приемного тракта, она относит­ ся к схемам защиты от помех. Необходимость ШАРУ обусловлена заметным увеличением и колебаниями уровня собственных шумов приемного устройства вследствие изменений температуры окружаю­ щей среды, давления, влажности, вибраций и др. Кроме того, во время работы РГС на приемное устройство могут непрерывно воз­ действовать внешние шумовые помехи, уровень которых сравним с уровнем собственных шумов. Действие таких помех равносильно увеличению собственных шумов приемного тракта.

Увеличение уровня собственных шумов на выходе приемника и колебания этого уровня при постоянстве требуемого коэффициента превышения приводят к уменьшению и флуктуациям дальности дей­ ствия РГС. В результате РГС будет захватывать цели на дально­ стях, меньше расчетных, и захваты могут чередоваться со срывами.

Назначением ШАРУ является автоматическое поддержание по­ стоянства среднего уровня собственных шумов на выходе приемно­ го устройства, что устраняет указанные явления. Схема ШАРУ строится по принципу инерционной АРУ. Она охватывает обратной связью выход видеоусилителя (или УПЧ) и управляющие сетки ре­ гулируемых ламп УПЧ. Число регулируемых ламп обычно не пре­ вышает двух-трех.

с выхода приемного устройства. После детектирования выде­ ляется постоянная составляющая шумов, которая усиливается, фильтруется и подается в качестве регулирующего напряжения сме­ щения на сетки ламп регулируемых каскадов УПЧ. В результате коэффициент усиления УПЧ изменяется так, чтобы на выходе при­ емного устройства уровень шумов оставался примерно постоянным.

Для того чтобы в формировании регулирующего напряжения не участвовали эхо-сигналы, отраженные от целей, ШАРУ ставится в импульсный режим работы. Момент и продолжительность воздей­

368

ствия'дгумового напряжения на вход цепи ШАРУ ограничиваются специальным стробом. Строб ШАРУ формируется самостоятельной схемой и открывает приемник и цепь ШАРУ в промежутке между синхроимпульсом запуска передающего устройства и высокочастот­ ным зондирующим импульсом магнетрона, когда приход эхо-им­ пульсов исключен.

Постоянная времени фильтра ШАРУ в связи с импульсным ха­ рактером ее работы должна быть достаточно большой, чтобы за время между смежными входными воздействиями (за период по­ сылки) регулирующее напряжение ШАРУ практически не изменя­ лось.