3.15.2 Обробка сигналів з фазовою модуляцією
Внутрішньоімпульсна фазова маніпуляція означає, що зондуючий імпульс тривалістю и може бути представлений дотичними і парціальними імпульсами, кожний з яких має тривалість к = и/n і зсунутий по фазі щодо попереднього парціального імпульсу на певний кут .
Аналітично ФКМ радіоімпульс записується у вигляді:
U(t) = S·Uк(t)·exp j(t + к), k = 1
де Uк(t) - амплітуда к-го парціального імпульсу; w - частота; jк - початкова фаза коливань к-го парціального імпульсу.
Найпоширенішої - протифази - системі це зрушення рівне 0 або p. У разі Dj = 0 двійковий код парціального імпульсу, будь то 0 (позначається на малюнках (+)) або 1 (позначається (-)), не міняється, а у разі Dj = p - міняється на зворотний. Радіоімпульс, маніпулірований згідно коду 0001101, показаний на рис.3.101.
Рис.3.101
Оптимальний фільтр пристрою обробки даних сигналів, подібно фільтру ЛЧМС, скоює операцію, зворотну формуванню зондуючого імпульсу: руйнує фазову маніпуляцію і стискає імпульс по тривалості від tи до tк= tи/n. Стислий імпульс простій, і тому ширина його спектру визначається по формулі Df 'сп= 1/tк. Таку ж ширину спектру має фазоманіпулірований сигнал, але якби не було фазової маніпуляції, спектр був би вже: Dfсп= 1/tи. Отже, розширення спектру зондуючого випромінювання в n раз, здійснюване в передавачі в результаті внутрішньоімпульсної фазової маніпуляції, дозволяє в стільки ж разів стиснути імпульс в часі при оптимальній фільтрації в приймачі:
f 'сп/fсп= (1/к):(1/и) = и/к= n.
Очевидно, що тривалість tи потрібно вибирати достатньо великою, щоб при допустимій імпульсній потужності передавача забезпечити необхідний енергетичний потенціал РЛС, а тривалість tк слід приймати достатньо малою, щоб задовольнити необхідній роздільній здатності по дальності.
Один з можливих варіантів РЛС із зондуванням простору фазоманіпулірованимі радіоімпульсами показаний на рис.3.102. Коливання U1 несучої частоти ЗГ передавача посилюються в одному з двох стробованих підсилювачів, потім в РОЗУМ і через антенний перемикач поступають в антену у вигляді фазоманіпулірованих радіоімпульсів. Маніпуляція здійснюється за допомогою схеми формування коду, яка запускається синхронізатором РЛС. Кодові послідовності імпульсів U2, U3 стробують підсилювачі так, що в інтервалах часу tк з кодовим символом 0 відкритий підсилювач, що не створює фазового зрушення (Dj = 0), а при символі 1 - інший підсилювач, що зсовує фазу на Dj = p. Це і дозволяє одержувати в підсилювачі потужності і антені радіоімпульси із заданим кодом (00010).
Рис.3.102
Прийняті радіоімпульси через АП проходять в приймач і піддаються оптимальній обробці на проміжній частоті.
Лінія затримки, через яку пропускається послідовність імпульсів проміжної частоти U5, має відведення з інтервалами tк.. Щоб стиснути імпульси від tи до tк, потрібно поруйнувати фазову маніпуляцію, тобто виробляти декодування в зворотній послідовності кодуванню: замість 00010 скачки фази повинні слідувати коду 01000. Відповідно до суматора (S) підключені 1-е, 3-е, 4-е і 5-е відведення ЛЗ безпосередньо, а 2-й - через фазообертач на p (інвертування).
На тимчасових діаграмах (рис.3.103) послідовності імпульсів проміжної частоти на вході (U5, U6, U7, U8, U9) і виході (Us) суматора показані знаками (+), (-), щоб зосередити увагу на початкових фазах парціальних імпульсів. У затриманих на 2tк, 3tк, 4tк послідовностях U7, U8, U9 знаки однакові, а затриманої на tк і поверненої по фазі на p послідовності U6 - зворотні в порівнянні з вхідною послідовністю U5, що має код 00010. Суматор виробляє складання алгебри імпульсів в кожному кодовому інтервалі, і коли останній імпульс кодової послідовності U5 входить в ЛЗ, то на виході суматора утворюється прямокутний імпульс Us з максимальною амплітудою, яка більше початкової в 5 разів.
У загальному випадку коефіцієнт стиснення рівний числу кодових інтервалів n,т.е. у оптимальному фільтрі тривалість імпульсу зменшується від tи до tк = tи/n і відповідно (у n раз) зростає потужність сигналу.
На виході фільтру виходять трикутні імпульси з піковими значеннями, пропорційними амплітудам відповідних за часом імпульсів Us. Далі слідує відеодетектор і вихідний пристрій РЛС, в якому здійснюються післядетекторна обробка сигналів U11 і вимірювання дальності з використанням опорного імпульсу U12 синхронізатора РЛС.
Співвідношення між максимумами головного і бічних тимчасових пелюсток залежить від закону модуляції зондуючого імпульсу. Найпридатнішими виявилися коди Баркера. У розглянутих прикладах використовувалися коди 0001101 і 00010 при n = 7 і n = 5 відповідно.
Рис.3.103
Таким чином, внутрішньоімпульсна модуляція розширює спектр випромінювання від Dfсп = 1/tи до Df 'сп, а оптимальний фільтр приймача руйнує внутрішньоімпульсну модуляцію, зберігаючи ширину спектру, і тим самим зменшує тривалість імпульсів від tи до t'и = 1/Df 'сп. Відмітною особливістю систем обробки широкосмугових сигналів (ЛЧМС і ФКМС) радіолокацій є наявність фільтру стиснення, який включається після УПЧ, узгодженого із спектром імпульсу і реалізується на ЛЗ з відведеннями.