2 Основні технічні параметри приймального пристрою і їх вплив на бойові можливості рлс
Параметри тракту прийому і фільтрації сигналів визначаються параметрами основних його складових: приймального пристрою і апаратури захисту від перешкод. Розглянемо вплив технічних параметрів приймального пристрою на тактичні характеристики РЛС.
Під технічними параметрами розумітимемо, перш за все, електричні параметри, основними з яких є:
гранична і порогова чутливості приймача або коефіцієнт шуму;
динамічний діапазон по входу і виходу;
діапазон робочих частот;
смуга пропускання і частотна вибірковість.
Чутливість приймального пристрою. Під чутливістю приймального пристрою розуміють здатність приймача виконувати свої функції при прийомі слабкого сигналу на фоні перешкод.
Чутливість сучасних радіолокаційних приймачів обмежується в основному рівнем їх власних шумів і складає 10-12...10-15 Вт. На практиці для характеристики радіолокаційних приймачів розрізняють: граничну, порогову і реальну чутливості.
Граничною чутливістю приймача називають мінімальну потужність або напругу сигналу, що наводиться в антені, при яких відношення сигнал/шум на виході лінійної частини приймача, тобто на виході високочастотного тракту (ВЧТ), рівно одиниці.
Даний параметр характеризує, потужність сигналу на вході приймача, рівну еквівалентній потужності шумів приймача, перерахованих на його вхід, з урахуванням потужності шумів антени, атмосфери, космосу, Землі:
Pпред = k·Tо·Пш·(Кш – 1 + tА), (3.28)
де до = 1,38.10-23 Дж, К - постійна Больцмана, Tо- температура антени в градусах за шкалою Кельвіна, Пш - шумова смуга пропускання приймача (звичайно рівна смузі пропускання ППЧ, тобто смузі пропускання приймача), Кш - коефіцієнт шуму приймача, tА = ТА/ТО - відносна температура антени. Гранична чутливість приймача застосовується для порівняння шумових властивостей ВЧТ.
Під пороговою чутливістю розуміється мінімальний сигнал, що наводиться в антені, при якому приймальний пристрій працює із заданою вірогідністю правильного виявлення і помилкової тривоги. Таким чином, порогова чутливість визначається на виході системи обробки (наприклад, детектора) і використовується для порівняння приймальних пристроїв з однаковою системою обробки.
Розглянемо детальніше поняття коефіцієнта шуму приймача Кш, службовця для оцінки шумових властивостей ВЧТ приймача.
Коефіцієнт шуму приймача це число, що показує в скільки разів відношення сигнал-шум на виході приймача менше, ніж відношення сигнал-шум на його вході (рис.3.53,а), тобто
де РШвих = РШвхКр + РШсоб – потужність шуму на виході приймача, Кр = РСвих/РСвх - коефіцієнт посилення вхідного сигналу по потужності. Тоді
(3.30)
Коефіцієнт шуму визначає граничну чутливість приймача при оптимальній смузі, тому отримання можливо меншого Кш завжди вигідно.
Динамічний діапазон приймача РЛС. Під динамічним діапазоном приймача розуміють діапазон можливих значень вхідного сигналу, при якому забезпечується лінійне посилення сигналу (приймач працює з допустимою величиною нелінійних спотворень). Мінімальний рівень вхідного сигналу обмежується рівнем внутрішніх шумів приймача, тобто граничною чутливістю. Максимальний рівень обмежений допустимими нелінійними спотвореннями в каскадах приймача. Динамічний діапазон (ДД) приймача визначається по амплітудній характеристиці (АХ) приймача (рис.3.54,а) по формулі
ДД, дБ = 20·lg UВХmax/UВХmin = 10·lg PВХmax/PВХmin. (3.32)
Для збільшення ДД застосовують ряд заходів, основними з яких є: вибір схем УВЧ з лінійною характеристикою в широкому діапазоні вхідних сигналів; застосування схем АРП різних типів; застосування підсилювачів з логарифмічними амплітудними характеристиками і т.д.
Найбільше поширення набули схеми АРП із зворотним зв'язком.
Для вирівнювання рівня вихідних шумів в приймачах використовують АРП по шумах або ШАРП. Швидкодія системи ШАРП погоджують з темпом огляду так, щоб система встигала відпрацювати зміну рівня шумового фону.
Характерною особливістю схем ШАРП є те, що з їх допомогою стабілізується не рівень вхідного корисного сигналу, а інтенсивність шумового фону.
У оглядових РЛС для зменшення маскуючої дії віддзеркалень від Землі і місцевих предметів застосовують часову АРП (ЧАРП). Суть її полягає у тому, що у міру збільшення дальності до ділянки підстилаючої поверхні посилення приймача плавно (за наперед складеною програмою) збільшується, доходячи до максимального значення на дальності, де віддзеркалення від Землі і місцевих предметів не спостерігаються.
Використовування систем часового автоматичного регулювання (ЧАРП) дозволяє регулювати лише середні значення пасивних перешкод залежно від дальності до мети. Система ШАРП інерційна і фіксує рівень завадового фону лише в середньому.
Діапазон робочих частот приймача - це область частот, в межах якої забезпечується його функціонування із заданими параметрами. Перебудова робочих частот здійснюється звичайно зміною місткості або індуктивності коливальних систем ВЦ, УВЧ і гетеродина.
Смуга пропускання і частотна вибірковість. Вибірковістю приймача називають здатність його виділяти сигнал і ослабляти дію сигналів, що заважають, і перешкод. На практиці використовують просторову, амплітудну, часову, частотну вибірковість. Найбільше поширення набула частотна вибірковість, вона заснована на відмінності в частоті сигналу і перешкоди.
Характеризується частотна вибірковість нормованою АЧХ трактів високої (преселектора) і проміжних частот і приймача в цілому (рис.3.54, б):
у(f)= К(f) /Kо
Основна вибірковість супергетеродинного приймача визначається трактом проміжної частоти, тобто ППЧ (останнього ППЧ при багатократному ПЧ). Кількісно вибірковість приймача оцінюється величиною ослаблення при заданому частотному розладі f:
(f) = 1/y(f) = Kо/K(f). (3.33)
Вибірковість приймача зворотньо пропорційна його нормованій АЧХ.
Вплив технічного стану елементів приймального пристрою на бойові можливості РЛС.
Основний вплив приймальний пристрій робить на дальність виявлення повітряних об'єктів, ефективність роботи апаратури захисту від перешкод, помилки вимірювання координат і погіршення роздільної здатності РЛС.
Вихід з ладу приймального пристрою приводить до небоєготовності РЛС. Несправність блоків УВЧ, перетворювачів частоти, ППЧ, детекторів, системи АПЧ приймача приводить до виходу з ладу РЛС. Порушення нормальної роботи схем когерентного каналу знижує можливості РЛС по захисту від пасивних перешкод.
Зміна параметрів основних елементів приймального тракту приводить до зміни окремих показників бойових можливостей РЛС. Так, погіршення чутливості приймального пристрою позначається на зниженні дальності виявлення цілей. Вплив зміни величини коефіцієнта шуму (чутливості) приймача на дальність виявлення оцінюється по основній формулі радіолокації. Погіршення (збільшення) коефіцієнта шуму викликає стиснення зони виявлення.
Погіршення точності роботи системи АПЧ, її невірна настройка призводить до того, що деякі складові основної частоти частотного спектру сигналу виявляються за межами смуги пропускання ППЧ. Це викликає зменшення амплітуди, збільшення тривалості і спотворенню форми сигналу, а отже, і зниження дальності виявлення об'єктів, погіршення роздільної здатності і точність вимірювання координат.
Стабільність роботи тракту когерентного гетеродина впливає на ефективність роботи систем захисту від пасивних перешкод і показники перешкодозахисної РЛС. У свою чергу, стабільність роботи когерентного каналу і інших елементів приймача багато в чому залежить від постійності величин і частоти джерел живлення, наявності екранування схем, забезпечення вібростійкої і інше. Вихід з ладу каналу пеленгації або його окремих елементів виключить можливість визначення і видачі пеленга на ПАП, понизить можливості РЛС по роботі в умовах АШП.
Вихід з ладу апаратури захисту від пасивних перешкод, а також неякісна її настройка, знижує перешкодозахисну РЛС. Так, порушення нормальної роботи системи СРЦ приводить до неякісної компенсації пасивних перешкод. Слід враховувати, що включення СРЦ погіршує співвідношення сигнал/шум і чутливість приймального тракту в цілому, що приводить до часткового зниження дальності виявлення цілей. При поганій настройці апаратура захисту від НІП перешкоди не компенсуватиметься, тобто вони створюватимуть на екрані індикатора засвіти у вигляді смуг або відміток, що переміщаються, і тим самим утруднятимуть роботу оператора, а луна-сигнали цілей можуть також частково пригнічуватися. Це приводить до різкого погіршення наблюдаємості відміток від цілей і умов роботи оператора, зниженню можливостей систем захисту від НІП і перешкодозахисної РЛС.
Індикаторний пристрій, його параметри і режими роботи роблять вплив на дальність виявлення цілей, точностні характеристики і роздільні здатності РЛС. Вихід з ладу індикаторного пристрою виключить можливість вимірювання координат повітряних об'єктів. Висока точність вимірювання координат забезпечується тільки ретельним калібруванням напруг пристроїв розгортки, необхідною якістю фокусування променя ЕПТ, правильним підбором масштабу відображення повітряної обстановки.
Таким чином, розглянуті основні технічні параметри приймальних пристроїв роблять великий вплив на бойові можливості РЛС. Слід мати зважаючи на, що принципова необхідність і специфіка умов узгодження приймальних каналів РЛС виявлення по різному позначається на структурі приймальних пристроїв у разі простих і складних, імпульсних і безперервних зондуючих сигналів.
Погіршення будь-якого з перерахованих параметрів приводить до збільшення втрат енергії корисного сигналу (зниження відношення сигнал-шум) в тому або іншому елементі тракту. Тому, вибираючи структуру побудови тракту прийому і виділення сигналів з перешкод і параметри його елементів, прагнуть забезпечити мінімізацію втрат в тракті при прийнятних конструктивних, технологічних і економічних показниках.