Накопители пачек импульсных сигналов

Как уже говорилось, для обеспечения выделения слабых сигналов, отраженных от целей, необходимо осуществлять накопление энергии импульсов пачки. Самым простым накопителем является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) индикатора РЛС, применяющаяся в качестве устройства отображения информации. Необходим выбор ЭЛТ с достаточно длительным послесвечением. Если полезные сигналы, отраженные от цели, попадают в одну и ту же точку экрана, то наблюдается повышение яркости свечения — эффект интегрирования. Помеховые сигналы засвечивают экран в случайных местах, и яркость свечения люминофора от одиночного сигнала существенно меньше, чем от последовательности сигналов. Такое явление используют в РЛС обзорного типа.

Если предполагается автоматический съем информации, то можно использовать накопитель с динамической памятью — рециркулятор (рис. 6.54).

Рис. 6.54. Рсциркупятор.

Накопление энергии пачки импульсов осуществляется суммированием поступающего на сумматор импульса с импульсами, поступившими ранее и «хранящимися» в устройстве благодаря их циркуляции по цепи обратной связи. Для предотвращения самовозбуждения коэффициент передачи по цепи обратной связи должен быть меньше единицы. Подбором коэффициента усиления усилителя обратной связи компенсируются потери в линии задержки. Так как достаточно часто используются ультразвуковые линии задержки (УЛЗ), потери в которых достигают 80 дБ, задача поддержания стабильного значения коэффициента передачи цепи обратной связи достаточно сложна и конструкция рециркулятора усложняется.

При использовании когерентной пачки импульсов их фазовая структура связана. С учетом доплеровского смещения частоты сигнала фазовую структуру можно считать известной.

Однако неизвестна фаза первого импульса и ее считают случайной величиной.

Накопление энергии импульсов пачки можно проводить как на промежуточной частоте, гак и после демодуляции на видеочастоте (рис. 6.55). При использовании схемы (рис. 6.55, а) осуществляется накопление на промежуточной частоте.

Рис. 6.55. Накопитель энергии когерентной пачки импульсов на частоте: а — промежуточной; б — видео После переноса с помощью смесителя частоты радиоимпульсов на промежуточную частоту и после их прохождения через фильтр, согласованный с импульсом пачки, они поступают на линию задержки (ЛЗ) с отводами. Так как задержка между отводами ЛЗ составляет Т_сл, то в случае точной и стабильной ЛЗ в сумматоре происходит суммирование импульсов пачки. После демодуляции в амплитудном детекторе устраняется неопределенность начальной фазы первого импульса пачки, так как далее на пороговое устройство (ПУ) поступает огибающая просуммированных импульсов. В ПУ по соотношению между энергией принятой пачки импульсов и порогом, значение которого устанавливается с учетом априорной информации о помеховой обст ановке, принимается решение о наличии или отсутствии цели.

Однако реализация накопителей энергии на промежуточной частоте является сложной технической задачей. При достаточно большом количестве импульсов в пачке вследствие нестабильности параметров ЛЗ растут фазовые набеги, а ведь речь идет о малых долях периода промежуточной частоты.

Можно упростить требования к точности и стабильности параметров, ЛЗ на несколько порядков, осуществляя накопление энергии пачки на видеочастоте. Но для сохранения достоинств использования когерентной пачки импульсов необходимо использовать синхронное детектирование принимаемых сигналов (рис. 6.55, б).

В случае применения двух квадратурных каналов с противофазными опорными колебаниями устраняется неопределенность, связанная со случайностью начальной фазы первого импульса пачки. Так как применено синхронное детектирование, то сохраняется достоинство когерентной пачки импульсов, видеоимпульсы имеют одинаковую полярность и их суммирование приводит к росту амплитуды максимального отклика, приходящегося на конец пачки (в этот момент суммируются все импульсы пачки). Так как помеховые сигналы некогерентны, то при суммировании разнополярных сигналов амплитуда отклика на них не увеличивается. В результате отношение сигнал/помеха увеличивается в п раз — пропорционально числу импульсов в пачке. После возведения канальных сигналов в квадрат, их суммирования и извлечения из суммы квадратного корня получаем сигнал, аналогичный полученному при амплитудном детектировании, так как он не зависит от начальной фазы первого импульса.

Отличие вследствие доплеровского смещения частоты принимаемых сигналов от посланных (на нее настроена частота опорного гетеродина) приводит к появлению фазовых сдвигов между импульсами в пачке, в результате чего уменьшается выходной сигнал. Возможен момент, когда из-за разнополярности импульсов происходит их взаимная компенсация. Решением этой проблемы может быть реализация многоканального по скорости приемника, каналы в котором имеют опорные гетеродины, частоты которых сдвинуты относительно соседних на величину разрешения по скорости:

ззо Отметим, что требуемая высокая стабильность частоты опорных гетеродинов допускает нестабильность по частоте в пределах 10 ⁷ — 10 ^х. Это усложняет техническую реализацию таких устройств.

Структура приемника некогерентной пачки радиоимпульсов представлена на рис. 6.56.

Рис. 6.56. Накопитель энергии иекогерентпой пачки импульсов.

На схеме сразу видно отличие накопителя некогерентной пачки импульсов or рассмотренных ранее накопителей когерентных импульсов. Отсутствие необходимости в сохранении внутренней высокочастотной структуры импульсов позволяет после согласованной фильтрации осуществить амплитудное детектирование сигнала.

Далее осуществляется синхронное суммирование видеоимпульсов. Но уже требуется стабильность в пределах видеоимпульса, а не его высокочастотного заполнения. Это требование снижает показатели стабильности на три порядка. Однако при этом теряется информация о доплеровском смещении частоты, что исключает получение информации о скорости цели и проведение селекции целей по скоростям, ниже чувствительности приемника. Так как детектирование осуществляется до накопления энергии пачки возможно подавление слабого сигнала в амплитудном детекторе (нелинейном элементе) помехой.

Многие трудности, связанные с использованием аналоговых методов накопления энергии пачки импульсов, преодолеваются при использовании цифровых накопителей. Прежде всего, исчезает проблема создания высокостабильной линии задержки сигнала на большое время. Возможно использование цифровых накопителей в когерентных и некогерентных РЛС. После согласованной фильтрации аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП (рис. 6.57).

Рис. 6.57. Цифровой накопитель энергии некогерентной пачки импульсов.

При преобразовании аналогового сигнала в цифровую форму шаг дискретизации соответствует длительности импульса сигнала. Период следования Т_ся зондирующих импульсов разбивается на число градаций дальности N_D = T_CJ /_1Й. В результате разрешение по дальности 6/_)_рс= Ct_B0/ 2.

С выхода АЦП последовательность «-разрядных двоичных чисел с интервалом /_вГ) поступает в блок памяти БП, в котором, подобно ЛЗ в рассмотренных ранее накопителях, сохраняются на время (п-1 )Т^, после чего поступают на сумматор. Если сумма сигнала сумматора превышает' порог, значит в данном элементе градации дальности К еегь цель и дальность до нее D = CKt_u- / 2.