книги из ГПНТБ / Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник]

дуляции. Здесь на верхнем чертеже по­ казан закон изменения фазы во времени, на нижнем: сплошная кри­ вая изображает немодулированное колебание, пунктирная — модули­ рованное по фазе колебание.

При модуляции по синусоидальному закону математическое выражение фазово-модулнрованного сигнала совпадает с выраже­ нием частотно-модулированного сигнала.

ЧМ и ФМ колебания имеют некоторые общие свойства. Д е й ­ ствительно, при модуляции фазы период колебании то уменьшается, то увеличивается, следовательно, изменяется частота, а при модуля­

а при частотной модуляции индекс 3 обратно пропорционален мо­

частоты.

10

зово-модулпрованных колебаний необходимо иметь устройство,

{m = 1

Как видно из формулы ( 7 ) , здесь в отличие от амплитудной модуляции д а ж е при модуляции синусоидальным сигналом имеется бесконечное множество пар боковых составляющих, амплитуды ко­

11

3. ШИРИНА СПЕКТРА РАДИОЛОКАЦИОННОГО СИГНАЛА И ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ ПРИЕМНИКА

Однако из этого не следует, что полоса пропускания приемника радиолокационной системы д о л ж н а быть такой ж е широкой. Не­ трудно доказать, что при определенных условиях неискаженное воспроизведение отраженного от цели сигнала возможно при сколь угодно узкой полосе пропускания приемника вне зависимости от ширины спектра сигнала передатчика. Так, например, если осуще-

12

ствляется измерение расстояния до неподвижной цели с помощью ЧМ радиолокационной станции непрерывного излучения, у которой резонансная частота фильтра н частота передатчика изменяются сиифазно, то вследствие наличия большого времени на измерение можно выбрать период модуляции таким (при заданной девиации),

Данный частный пример подтверждает принципиаль­ ную возможность выделения полезного ЧМ сигнала при сколь угодно узкой полосе пропускания приемника. Син­ фазное изменение частот фильтра и передатчика в ра­ диолокационных системах осуществить практически не представляет трудностей, так как в большинстве из них приемник и передатчик располагаются рядом. Поэтому фильтр приемника и колебательный контур передатчи­ ка можно перестраивать одним и тем же двигателем модулятора.

Несколько другие условия возникают, если цель по­ движна. В этом случае время определения расстояния до каждой цели ограничивается, что соответственно на­ кладывает ограничение на время установления колеба­ ний в фильтре и, следовательно, на его полосу пропуска­ ния. Правда, если скорость цели известна, то схему РЛС можно дополнить устройством, обеспечивающим равно­ мерное нарастание задержки модуляции частоты филь­ тра с этой скоростью. Тогда следящий фильтр сможет сколь угодно долго отрабатывать изменение частоты отраженного сигнала и, следовательно, его полоса может быть сколь угодно узкой.

Вместе с тем, если в ходе измерения расстояний одна цель заменяется другой, находящейся на расстоянии вдвое большем, чем первая (т. е. скорость изменения расстояния равна бесконечности), то для точного изме­ рения таких расстояний приемник должен иметь беско­ нечную полосу пропускания. Это свидетельствует о том, что в каждом конкретном случае нужно выбирать разум­ ные пределы скорости изменения координат целей. Нет смысла задаваться такой скоростью, при которой выход­ ной измерительный прибор не успеет зарегистрировать результат.

Практически в зависимости от назначения радиолока­ ционной станции, от тактико-технических требований, предъявляемых к ней, и выбираются измерительные и регистрирующие приборы, обладающие той или иной

13

инерционностью. Поэтому фактически эти тактико-тех­ нические требования к РЛС определяют предельно до­ пустимые значения скорости неучитываемых изменений координат цели, а следовательно, и полосу пропускания приемника.

Например, если к радиолокационной станции предъ­ является требование определять расстояние до одиноч­ ной маневрирующей цели с точностью АД = Юм, то пре­ дельное время, затрачиваемое на измерение tiaM, зависит от максимальной неучитываемой скорости изменения

ся из времени установления колебаний в фильтре t^, вре­

жно быть меньше ^,з м .

В простейшем приемнике при одноконтурном фильтре связь полосы пропускания Д/ф со временем установления

В сложных приемниках, содержащих несколько колеба­ тельных контуров, связь между результирующим време­ нем установления колебаний tx и полосой пропускания приемника более сложная. Однако приближенно сум­ марное время установления колебаний здесь можно счи­ тать равным корню квадратному из суммы квадратов времени установления каждого фильтра.

На основании приведенных выше соотношений мини­ мальная полоса пропускания приемника

= 100 гц.

Как видим, даже в сложных условиях работы радио­ локационной станции ширина полосы пропускания ее приемника требуется во много раз меньше ширины спектра сигнала.

Однако практически полоса пропускания приемников реальных радиолокационных станций все же намного

14

превышает минимально достижимую. Это объясняется многими причинами: размывом спектров сигналов пере­ датчика и гетеродина, расширением спектра отраженных сигналов (особенно от протяженных целей) и т. п. Глав­ ная же причина — трудность создания оптимальных фильтров для выбранной формы сигнала передатчика.

4. УСЛОВИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЕМА

Одно из важнейших требований, предъявляемых к радиолокационным системам, — высокая верность в ра­ боте, надежное обнаружение целей и правильное опре­ деление их параметров. Для удовлетворения этого тре­ бования система должна иметь прежде всего .высокую помехоустойчивость.

Вопросы оптимального приема рассматриваются ста­ тистической теорией обнаружения сигналов. В данном же случае нас интересует вопрос правильного выбора филь­ тра, обеспечивающего наилучшие условия распознавания и воспроизведения полезного сигнала при наличии по­ мех. Методика подобного выбора рассматривается в тео­ рии оптимальной фильтрации. Рассмотрим лишь некото­ рые положения этой теории.

Задачу можно сформулировать следующим образом. На входе фильтра полезный сигнал и шум представляют собой взаимно независимые стационарные

Требуется найти характеристику передачи такого опти­ мального фильтра, который обеспечил бы весьма точное

рабатываться точно этот сигнал в явном виде, он должен быть эквивалентным функции полезного сигнала. Иными словами, задача сводится к определению функции взаим­ ной корреляции q ( u ) между принятым и переданным (ожидаемым) сигналами. Это означает, что корреляцион­

15

вида модуляции. Последняя определяет лишь параметр, за которым должно осуществляться слежение.

Схемы следящего приема позволяют практически реализовать помехоустойчивость, близкую к потенциаль­ ной, при любых значениях отношения сигнала к помехе и, следовательно, снизить порог помехоустойчивости си­ стемы до его предельного значения. Они широко приме­ няются в системах непрерывного излучения, работающих с частотной модуляцией.

Описанные схемы являются типовыми. В последую­ щих главах будут рассмотрены их разновидности: схема со следящим фильтром, с обратной связью по частоте и т. д. Во всех этих схемах происходит слежение за мгно­ венным значением частоты.

При рассмотрении схем оптимального приема обыч­ но исходят из того, что амплитуда и фаза несущего ко­ лебания, а также спектральная плотность помехи оста­ ются постоянными во времени. В действительности же это не так. В каналах с переменными параметрами ам­ плитуда и фаза сигнала изменяются во времени. Поэто­ му приведенные выше схемы должны быть дополнены устройством автоматического регулирования уровня сиг­ нала, а в некоторых случаях — системой фазовой авто­ подстройки.

Бывает необходимым также применить устройство измерения и выравнивания интенсивности помехи. На­ пример, в случаях помех, сосредоточенных по спектру или во времени, целесообразно применить схему со сти­ ранием участков спектра, пораженных помехой [10].

В заключение следует еще раз подчеркнуть разницу между оптимальным фильтром, предназначенным для приема непрерывных (случайных) сигналов, и согласо­ ванным фильтром для приема известного сигнала. Пер­ вый служит для наилучшего воспроизведения формы по­ лезного сигнала, второй — для наилучшего выделения максимума сигнала из шума.

5.КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ИКЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ

СИСТЕМ

Как известно, радиолокацией называют отрасль тех­ ники, охватывающую радиотехнические методы и сред-

18

ства обнаружения, определения координат и параметров1 движения различных объектов (целей) с помощью отра­ жения, переизлучения или излучения ими радиоволн. Процесс обнаружения объектов, а также определения их координат и параметров движения обычно называют радиолокационным наблюдением, а используемые для

В зависимости от природы возникновения радиоло­ кационного сигнала, несущего информацию о цели, раз­ личают активную, полуактивную, активную с активным ответом и пассивную радиолокацию.

При активной радиолокации радиолокационный сиг­ нал создается в результате отражения объектом, за ко­ торым ведется радиолокационное наблюдение, электро­ магнитных колебаний, излучаемых РЛС. Таким образом, для активной радиолокации обязательным является на­ личие в составе РЛС передатчика и приемника.

В случае полуактивной радиолокации радиолокаци­ онный сигнал также создается в результате отражения объектом электромагнитных колебаний, но источник об­ лучения объекта не связан с приемным устройством РЛС, он может быть вынесен в другое место (во многих случаях его называют РЛС подсвета).

Особенностью активной и полуактивной радиолока­ ции является то, что она позволяет определять коорди­ наты и параметры объектов, не излучающих радиоволны.

При активной радиолокации с активным ответом ра­ диолокационный сигнал получают от установленного на объекте специального ретранслятора (ответчика), кото­ рый по сигналу РЛС, осуществляющей радиолокацион­ ное наблюдение за объектом, вырабатывает свой ответ­ ный сигнал. Достоинство этого вида радиолокации — возможность создания мощного ответного сигнала. Тем самым обеспечивается большая дальность действия си­ стемы.

В пассивной радиолокации радиолокационным сиг­ налом является естественное излучение радиоволн (пре­ имущественно теплового происхождения) объектом. При пассивной радиолокации нельзя использовать опорный сигнал, которым в активной радиолокации является из­ лучаемый сигнал. Это исключит возможность определе­ ния дальности до объекта одноканальной пассивной