РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ БОРЬБА: РАДИОРАЗВЕДКА И РАДИОПРОТИВОДЕЙСТВИЕ
.pdf
СВЧ - коммутаторы. Как показано на схемах (рис.6.3...6.6), в оконечных устройствах САП применяются СВЧ - коммутаторы. Такие коммутаторы часто выполняются на гибридных СВЧ - мостах (ГМ) (рис.б.10).
Если на входы мостов подать напряжения +u/2, -u/2, то на выходе (рис.б.10,а) на суммарном канале (Σ) будет напряжение u, а на разностном канале (∆) - 0.
Сменив фазу на входе (рис.б.10,6) выходы, Σ и ∆ поменяются местами. Это эквивалентно коммутации высокочастотной энергии между двумя выходами. Высокочастотные мосты можно включить в обратном
порядке (рис.б.П), образуя синфазный (рис.б.П.а) или противофазный (рис.б.11,6) делитель мощности.
На рис.6.12 показана схема из двух гибридных мостов, обеспечивающая коммутацию лучей антенн A1 и А2. Коммутацию антенн можно выполнить за счет изменения фазы входного сигнала усилителя на ЛБВ.
Очень важной характеристикой САП является поляризация излучаемой помехи. Поляризация может быть согласована с поляризацией сигнала или быть ей ортогональной.
Глава 7. ГЕНЕРАТОРНЫЕ ШУМОВЫЕ ПОМЕХИ
7.1. Прямошумовые помехи
Типовая структурная схема формирования прямошумовых помех показана на рис.7.1.
Генератор гауссовского шума с равномерной спектральной плотностью (генератор "белого шума" ГБШ) формирует шум со спектральной плотностью No. Полосовой фильтр (ПФ) с комплексной частотной характеристикой К(jω)=K(ω)e-jφ(ω) фильтрует этот шум, образуя на выходе гауссовский шум со спектром мощности Gшп(ω)= NoК2(ω), где К(ω) - АЧХ фильтра. После усиления по мощности в ЛБВ в Клбв формируется гауссовская прямошумовая помеха со спектром мощности
Gшп(f)=NoKлвбК2(f) (7.1)
Интегрируя этот спектр, можно найти выходную мощность прямошумовой помехи:
Pшш= ∞∫Gшш( f )df = No * Kллв * К02 ∆fшш |
(7.2) |
0 |
|
где Ко - резонансное усиление на частоте настройки полосового фильтра ПФ, a ∆fшп - эффективная полоса шума, определяемая полосой пропускания этого фильтра.
Часто заградительную ШП (∆fшп до 500 МГц) оценивают по максимальной спектральной плотности:
Nшш= Gшш( f0 ) = |
Ршп |
|
= NoKo2 Kллв |
(7.3) |
|
∆fшш |
|||||
|
|
|
|||
САП, создающие прямошумовую помеху, способны развить мощность (7.2) до 10кВт.
Самой распространенной моделью узкополосного ("небелого", окрашенного) шума является квазигармоническое колебание [22]. В соответствии с этой моделью шумовая помеха представляется как
u |
|
(t) = R(t) cos[ω |
t −θ (t)]= A(t) cosω |
t + B(t)sinω |
|
. |
t) ; |
|
шп |
t = Re R(t) exp( jω |
|
||||||
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
(7.4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.
R(t) = R(t)e− jθ (t ) = A(t) − jB(t)
или на векторной диаграмме ее комплексной огибающей R(t) (рис.7.2).
Одномерная плотность вероятностей гауссовских проекций A(t) и B(t) вектора шумового
колебания помехи |
A |
(t) = R(t) cosθ (t) |
(7.5) |
|
B |
sin |
|
то же гауссовская:
p(A, B) = (2πσ |
2 |
|
−1 |
|
(A2 + B2 ) |
||
|
) |
|
exp − |
|
|
, (7.6) |
|
|
|
2σ |
2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
σ 2 = ∫Gшш( f )df = Pшш |
|
(7.7) |
|||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
- мощность шумовой помехи.
Двумерная плотность вероятностей p(A,A1,B,B1) также гауссовская и определяется двумя корреляционными функциями ортогональных проекций А, В:
rА (t) ≤ AAt ≥ rВ (t) ≤ BBt ≥ s2 rN (t);
rАB (t) ≤ ABt ≥ −rВA (t) ≤ −BAt ≥ s2 sN (t)
(7.8)
которые связаны со спектром мощности соотношением
|
∞ |
|
|
σ 2 rN (τ ) = ±∫Gшш( f ) cos[2π ( f − f0 )τ ]df |
(7.9) |
||
sN |
0 |
sin |
|
типовой вид которых показан на рис.7.3.
Высокочастотная автокорреляционная функция колебания (рис.7.3, б) шумовой помехи (7.4) определяется соотношением
Rшш(τ ) < u |
шп |
u |
шпτ |
> σ 2 p |
N |
(τ ) cos[ω τ − γ (τ )] |
(7.10) |
|||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pN (τ ) |
cos |
γ (τ ) = |
1 |
rN |
(τ ) |
(7.11) |
||||||
sin |
σ 2 |
sN |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
а компоненты rn(τ) и sn(τ) показаны на рис 7.3,a.
Огибающая шумовой помехи R(t)=√ (A2(t)+B2(t)) распределена по закону Релея [22]:
|
R |
|
− R |
2 |
|
|
||
p(R) = |
|
|
|
(7.12) |
||||
|
2 |
|
2 |
|||||
σ |
exp |
2σ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Математическое ожидание огибающей, как следует из (7.19), < R >=σ |
π |
, |
|
2 |
|
а дисперсия σ2. Фаза θ(t) гауссовской шумовой помехи равновероятна в Диапазоне | θ |=<π Напряжение шумовой помехи uшп(t) действует на входе приемного устройства (РПМУ рис.7.4) в
аддитивной смеси с подавляемым сигналом Uc(t) и шумом естественного происхождения Uшп(t): UΣ(t)=uc(t)+uш(t)+uшп(t). (7.13)
Энергетические и спектральные характеристики входного колебания иллюстрируются рис.7.5, где обозначены: Рc и ∆fc мощность и ширина спектра сигнала; Nш -спектральная плотность шума, Nшп, ∆fшп, Ршп -соответственно спектральная плотность, эффективная полоса и мощность организованной шумовой помехи.
Представляют интерес значения соотношения сигнал/помехи в трех точках: на входе (qo), на выходе УПЧ (qi) и на выходе УНЧ (qz). Каскады РПМУ имеют коэффициенты усиления соответственно Кв, Ксм, Кпр, Кдмд, Клэ, Кн . Сигнал с полосой ∆fс проходит через УПЧ с полосой ∆fпр>=∆fc и УНЧ с полосой ∆fэ=∆fпр/2 без искажений.
Обычно считается, что ∆fшп<∆fпр<∆Fв. Отношение сигнал/шум на входе измеряется по спектральной плотности составляющих шумов с учетом узкой полосы фильтрации ∆fпр:
q0 |
= |
|
|
Pc |
|
= |
|
Pс |
|
|
(7.14) |
||
(Nш + Nшш)∆fш |
(Nш+ |
Ршп |
)∆fш |
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
∆fшш |
|
|
|
||
В точке 2 на выходе УПЧ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
q1 |
= |
|
Pc(KввКммКпр)2 |
= qo |
(7.15) |
||||||
|
|
(Nш |
+ Nшш)(KввКсмКпр)2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
В точке 3 за счет блока ПЗ получается выигрыш в отношении сигнал/шум в µ>\ раз:
q2 = q0 = |
Pc |
|
(7.16) |
|
|
Ршп |
|
||
|
Nш∆fпп + |
∆fш |
||
|
|
|||
|
|
∆fшш |
||
Очевидно, что при q2<qnp, то РПМУ рис.7.4 полностью подавлен шумовой помехой. Обычно внутренний шум значительно слабее шумовой помехи. Поэтому соотношение (7.16) можно переписать
Ршп∆fпп > q |
|
= ( Ршп) |
|
(7.17) |
|||
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пор |
|
|
|
пор |
|
Рс∆fшш |
|
Рс |
|
|
|||
САП, обеспечивающая выполнение условия (7.17), эффективна, поскольку полностью нарушает ("давит") РПМУ. В противном случае эффективность прямошумовой помехи недостаточна.
Рассмотрим возможные варианты структурных схем САП прямо - шумовых помех [б]. На схемах везде применены идентичные сокращения. Как можно видеть, схемы используют в основном различные варианты оконечных устройств с различными способами увеличения мощности.
Схема № 1 (рис.7.6) выполнена на рециркуляторе (РЦ). Принимаемый сигнал поступает через рециркулятор на схему оперативной радиотехнической разведки (ОРТР), где анализатор определяет и фиксирует несущие частоты сигналов, наблюдаемых на входе и подлежащих подавлению. Оператор посредством пульта управления (ПУ) включает передатчик генераторной (например, прямошумовой) помехи (ГНШП). Этот генератор создает помеху и излучает ее через циркулятор и общую антенную систему (АС). Настройка ГНШП на несущую частоту подавляемого сигнала осуществляется вручную оператором.
Схема № 2 (рис. 7.7) является многоканальной (п ЛБВ и п антенн).
Эта схема складывает в пространстве когерентные прицельные по несущей частоте шумовые помехи (∆fшп<10...20 МГц).
В схеме применено оконечное устройство того же типа, что и на рис.6.9, но с и антеннами. В САП с
ретранслятором (РСАП) применяется одна АС (схема № 3).
В РСАП также применяются схемы вида рис.7.1, но с простым усилением мощности на ЛБВ (схема № 4 рис. 7.8).
7.2. Модуляционные шумовые помехи
Типичная схема станции для постановки модуляционной шумовой помехи (МШП) представлена на рис. 7.9.
В точке 1 на схеме рис.7.9 задающим генератором (ЗГ) создается гармоническое колебание Eocosωt, несущая частота которого может перестраиваться с помощью устройства настройки (УН).
Генератор видеошума (ГВШ), схема которого воспроизведена на рис.7.10, формирует два напряжения видеошумов ξш(t), ηш (t) с эффективной полосой ∆Fвш≈∆Fэ, определяемой низкочастотным фильтром.
В основном тракте стоят два модулятора: амплитудный модулятор МОД-1 и фазовый
(частотный) модулятор МОД-2. В результате дополнительного усиления по мощности в ЛБВ выходная шумовая помеха в точке б принимает вид
uшп (t) = k1k2 Eo K лбв [1+ mамξш(t)]cos[ω0t − mфмηш (t)] |
(7.18) |
Это колебание имеет тот же спектр мощности Gшп(t), как и у прямошумоввой помехи с теми же энергетическими потенциалами (6.1) и (6.2). Но эффэктивная полоса шумовой помехи здесь определяется по-другому
∆fшп=2µ∆Fэ |
µ>=1 |
(7.19). |
в зависимости от того, какая модуляция - AM или ФМ - определяет сп выходной помехи.
Несмотря на идентичные энергетические характеристики, тонкие структуры прямошумовых и модуляционных помех существенно отличаются. Так, модуляционные шумовые помехи являются негауссовскими, даже если ξш(t) - гауссовский случайный шум и две проекции вектора комлексной огибающей (рис.7.2) A(t), B(t) - два негауссовских напряжения видео шума, в общем случае статистически зависимые. Как следствие этого, плотность вероятностей огибающей и фазы р(К,θ)=Ра.в[А=Ксоs θ, B=R sin θ (. является релеевской, а фаза - не равновероятна. Однако этим отличие структуры модуляционных шумовых помех от прямошумовых помех н раничивается. В результате модуляции появляется функциональная связь фаз на верхних и нижних боковых полосах, и, как
следствие, боковые полосы f<fo, f>fo в спектре шумовой помехи Gшп(f) оказываются коррелированными. Это наглядно видно из рис.7.11, где для простоты взят случай видеошумом. Спектральная плотность мощности видеошума показан рис.7.11, а.
Если на некоторой частоте F; в спектре видеошума ξш (t) фаза парциальной составляющей (случайной) равна φi, а фаза несущей φi =0, то в спектре Gшп (f) амплитудно-модулированной шумовой помехи на верхней fo + Fi; и нижней fo - Fi боковых частотах составляющие имеют функциональную связь фаз ± φi;. Несмотря на статистическую независимость гармоник на частотах Fj≠Fi, возникает с стическая связь боковых
полос (рис.7.11, 6). Эта связь является существенным недостатком модуляционных шумовых помех и создает принципиальные возможности для эффективной помехозащиты. Указанную связь легко иллюстрировать формально с помощью модели Раиса:
ξш (t) = ∑n |
Ci cos(2πFi t − ϕi) |
(7.20) |
i=0 |
|
|
где Сi; - постоянные амплитуды, a φi - случайные равновероятные фазы.
Если Eocosω0t- несущее колебание, то в результате AM формируются колебания отдельно верхней и нижней боковых полос
ξвп (t) = ∑n |
CiEo cos[2π ( f0 |
+ Fi )t − ϕi ]; |
|
|
||
i=0 |
CiEo cos[2π ( f0 |
+ Fi )t − ϕ j ] |
|
(7.21) |
||
ξнп (t) = ∑n |
|
|||||
|
|
|||||
i=0 |
|
|
|
|
|
|
Из (7.21) видна статистическая связь ξвп(t) и ξвп(t), ибо Rвн |
|
|
|
|||
Rвв(0) ≤ ξвп (t)ξнп (t) ≥ ∑n |
(CiEo)2 |
≠ 0 |
(7.22) |
|||
2 |
||||||
|
|
i=0 |
|
|
||
Энергетические характеристики модуляционных шумовых помех и прямых шумовых помех полностью идентичны, поэтому эффективность модуляционных шумовых помех определяются соотношением (6.3). Однако следует учесть, что благодаря большей эффективности схем помехозащиты при работе с модуляционными шумовыми помехами, коэффициент µ в формуле (6.3) следует взять большим, чем для прямошумовой помехи.
Следует отметить, что в САП модуляционных шумовых помех не обязательно делать отдельные модуляторы, так как AM, ФМ(ЧМ) модуляции можно получить прямо на ЛБВ, подавая соответствующие видеошумы на спираль. В дальнейшем рассматриваются несколько конкретных схем САП модуляционных шумовых помех.
Схема № 5 с дополнительной пилообразной ЧМ показана на рис.7.12. Здесь на выходе стандартного генератора низкочастотного шума (ГНШП) с устройством настройки (УН) имеется обычный небелый шум с полосой ∆fш.
В ЛБВ осуществляется частотная модуляция от генератора пилы с переменной крутизной k(t). В результате спектр выходной шумовой помехи uшп (t) за счет ЧМ расширяется и это расширение зависит от индекса частотной модуляции ∆fшп=f(∆fшп,К).
На рис 7.13 приведена схема №6 с шумовой АМ и с шумовой и пилообразной ЧМ модуляциями. Аналитически выходная шумовая помеха представляется как дополнительно сложно – модулированное колебание R(t) cos [ω0t – θ(t)]= uш(t).
В результате модуляции получается колебание |
|
uшп (t) = k1k2 R(t)[1+ mамξш]cos[2π[ f0 + mчмξш + kt]−θ (t)] |
(7.23) |
Это колебание имеет сплошной спектр, но полоса ∆fшп зависит от ∆fш и индекса ЧМ.
Схема № 7 соответствует модуляционной шумовой помехи с псевдослучайной ЧМ. Эта схема показана на рис.7.14.
Здесь в ЧМ-модуляторе (отдельном или на ЛБВ) происходит модуляция выходного колебания псевдослучайной последовательностью ηш(t), получаемой от цифрового генератора и схемы ЦАП. Это колебание имеет Дискретный низкочастотный спектр. Поэтому колебание uшп(t) на выходе также имеет дискретный (псевдошумовой) спектр с полосой ∆fшп, зависящий, в основном, от глубины частотной модуляции.
На рис.7.15 представлена многополосная схема № 8 САП с шумовой ЧМ.
Соответствующие спектры в точках 1...5 показаны на рис.7.16. Здесь на выходе спектр получается сплошной, но со сложной огибающей Gшп(f), зависящей (как и полоса ∆fшп) от глубины ЧМ и полосы видеошума ∆Fш.
Схема № 9 с п каналами и п антеннами приведена на рис.7.17. Здесь п задающих высокочастотных генераторов (ЗГ № 1...и) генерируют спектр дискретных высокочастотных гармоник f01-fon c шириной полосы ∆fо, которая может изменяться устройством настройки. Каждое из колебаний модулируется по частоте одним и тем же видеошумом ηш(t) а затем каждая из высокочастотных модуляционных шумовых помех с несущими foi излучаются через п антенн. Суммирование полей помех происходит в точке приема.
Схема № 10 с рециркулятором и генератором низкочастотной помехи модуляционного типа представлена на рис.7.18. Здесь нижняя часть схемы - это средство оперативной радиотехнической разведки типа той, что изображена на рис.7.6. Здесь оператор настраивает и включает вручную генератор низкочастотной помехи модуляционного типа, обеспечивая совпадение несущих частот foш≈fo и соответствующую полосу ∆fшп