- •3.9 Тракт приема радиолокационных сигналов
- •3.9.1 Принципы построения тракта приема и фильтрации радиолокационных сигналов
- •3.9.2 Основные технические параметры приемного устройства и их влияние на боевые возможности рлс
- •3.10 Система апч рлс
- •3.10.1 Назначение, классификация и основные характеристики систем апч
- •3.10.2 Принципы построения структурных схем систем апч
- •3.11 Потери в тракте приема радиолокационных сигналов
- •3.11.1 Методика учета потерь в тракте приема радиолокационных сигналов
- •3.11.2 Потери в тракте высокой частоты
- •3.11.3 Потери за счет неоптимальности частотной характеристики линейной части приемника
- •3.11.4 Потери, обусловленные наличием побочных каналов приема
- •3.11.5 Потери, обусловленные неоптимальностью формы ачх
- •3.11.6 Потери, обусловленные расстройкой приемника по частоте
- •3.12 Накопители радиолокационных сигналов
- •3.12.1 Назначение и классификация накопителей радиолокационных сигналов
- •3.12.2 Оптимальный фильтр для последовательности видеоимпульсов
- •3.12.3 Аналоговые накопители как квазиоптимальные фильтры для последовательности видеоимпульсов
- •3.13 Когерентное накопление радиолокационных сигналов
- •3.13.1 Оптимальная и квазиоптимальная фильтрация когерентных последовательностей импульсных сигналов
- •3.13.2 Корреляционно-фильтровая обработка когерентной последовательности радиоимпульсов
- •3.13.3 Когерентное накопление импульсных сигналов с неизвестным доплеровским сдвигом по частоте
- •3.14 Некогерентное накопление радиолокационных сигналов
- •3.14.1 Общие сведения об оптимальной обработке некогерентной пачки импульсов
- •3.14.2 Число эффективно накапливаемых импульсов и коэффициент различимости в рлс кругового обзора
- •3.15 Особенности построения систем обработки широкополосных зондирующих сигналов
- •3.15.1 Обработка сигналов с линейной частотной модуляцией
- •3.15.2 Обработка сигналов с фазовой модуляцией
3.15.2 Обработка сигналов с фазовой модуляцией
Внутриимпульсная фазовая манипуляция означает, что зондирующий импульс длительностью и может быть представлен соприкасающимися и парциальными импульсами, каждый из которых имеет длительность к = и/n и сдвинут по фазе относительно предыдущего парциального импульса на определенный угол .
Аналитически ФКМ радиоимпульс записывается в виде:
U(t) = S·Uк(t)·exp j(t + к), k = 1
где Uк(t) – амплитуда k-го парциального импульса; – частота; к – начальная фаза колебаний k-го парциального импульса.
Наиболее распространенной – противофазной – системе этот сдвиг равен 0 или p. В случае = 0 двоичный код парциального импульса, будь то 0 (обозначается на рисунках (+)) или 1 (обозначается (–)), не меняется, а в случае = – меняется на обратный. Радиоимпульс, манипулированный согласно кода 0001101, показан на рис.3.101.
Рис.3.101
Оптимальный фильтр устройства обработки данных сигналов, подобно фильтру ЛЧМС, совершает операцию, обратную формированию зондирующего импульса: разрушает фазовую манипуляцию и сжимает импульс по длительности от и до к= и/n. Сжатый импульс простой, и поэтому ширина его спектра определяется по формуле f 'сп= 1/к. Такую же ширину спектра имеет фазоманипулированный сигнал, но если бы не было фазовой манипуляции, спектр был бы уже: fсп= 1/и. Следовательно, расширение спектра зондирующего излучения в n раз, осуществляемое в передатчике в результате внутриимпульсной фазовой манипуляции, позволяет во столько же раз сжать импульс во времени при оптимальной фильтрации в приемнике:
f 'сп/fсп= (1/к):(1/и) = и/к= n.
Очевидно, что длительность и нужно выбирать достаточно большой, чтобы при допустимой импульсной мощности передатчика обеспечить необходимый энергетический потенциал РЛС, а длительность к следует принимать достаточно малой, чтобы удовлетворить требуемой разрешающей способности по дальности.
Один из возможных вариантов РЛС с зондированием пространства фазоманипулированными радиоимпульсами показан на рис.3.102. Колебания U1 несущей частоты ЗГ передатчика усиливаются в одном из двух стробированных усилителей, затем в УМ и через антенный переключатель поступают в антенну в виде фазоманипулированных радиоимпульсов. Манипуляция осуществляется с помощью схемы формирования кода, которая запускается синхронизатором РЛС. Кодовые последовательности импульсов U2, U3 стробируют усилители так, что в интервалах времени к с кодовым символом 0 открыт усилитель, не создающий фазового сдвига ( = 0), а при символе 1 – другой усилитель, сдвигающий фазу на = . Это и позволяет получать в усилителе мощности и антенне радиоимпульсы с заданным кодом (00010).
Рис.3.102
Принятые радиоимпульсы через АП проходят в приемник и подвергаются оптимальной обработке на промежуточной частоте.
Линия задержки, через которую пропускается последовательность импульсов промежуточной частоты U5, имеет отводы с интервалами к. Чтобы сжать импульсы от и до к, нужно разрушить фазовую манипуляцию, т.е. производить декодирование в обратной последовательности кодированию: вместо 00010 скачки фазы должны следовать коду 01000. Соответственно к сумматору (S) подключены 1-й, 3-й, 4-й и 5-й отводы ЛЗ непосредственно, а 2-й – через фазовращатель на (инвертор).
На временных диаграммах (рис.3.103) последовательности импульсов промежуточной частоты на входе (U5, U6, U7, U8, U9) и выходе (Us) сумматора показаны знаками (+), (–), чтобы сосредоточить внимание на начальных фазах парциальных импульсов. В задержанных на 2к, 3к, 4к последовательностях U7, U8, U9 знаки одинаковые, а задержанной на к и повернутой по фазе на последовательности U6 – обратные по сравнению с входной последовательностью U5, имеющей код 00010. Сумматор производит алгебраическое сложение импульсов в каждом кодовом интервале, и когда последний импульс кодовой последовательности U5 входит в ЛЗ, то на выходе сумматора образуется прямоугольный импульс Us с максимальной амплитудой, которая больше исходной в 5 раз.
В общем случае коэффициент сжатия равен числу кодовых интервалов n,т.е. в оптимальном фильтре длительность импульса уменьшается от и до к = и/n и соответственно (в n раз) возрастает мощность сигнала.
На выходе фильтра получаются треугольные импульсы с пиковыми значениями, пропорциональными амплитудам соответствующих по времени импульсов Us. Далее следует видеодетектор и выходное устройство РЛС, в котором осуществляются последетекторная обработка сигналов U11 и измерение дальности с использованием опорного импульса U12 синхронизатора РЛС.
Соотношение между максимумами главного и боковых временных лепестков зависит от закона модуляции зондирующего импульса. Наиболее пригодными оказались коды Баркера. В рассмотренных примерах использовались коды 0001101 и 00010 при n = 7 и n = 5 соответственно.
Рис.3.103
Таким образом, внутриимпульсная модуляция расширяет спектр излучения от fсп = 1/и до f 'сп, а оптимальный фильтр приемника разрушает внутриимпульсную модуляцию, сохраняя ширину спектра, и тем самым уменьшает длительность импульсов от и до 'и = 1/f 'сп. Отличительной особенностью систем обработки широкополосных радиолокационных сигналов (ЛЧМС и ФКМС) является наличие фильтра сжатия, который включается после УПЧ, согласованного со спектром импульса и реализуется на ЛЗ с отводами.