Использование ЛЧМ сигналов при построении приемника радиолокационной станции сопровождения (стр. 3 из 5)
Отличия связаны прежде всего с возникновением в режиме КНИ явления слепой скорости и неоднозначности по дальности, для устранения которых понадобилось изменить общепринятую схему построения приемника сопровождения по дальности, а также задействовать ЦВС для решения ряда задач.
Важное техническое решение было найдено, при проектировании приемной системы, в использовании одних и тех же узлов и элементов системы синхронизации для работы РЛС в режиме ЛЧМ и КНИ. Это стало возможным благодаря сохранению одинаковой скважности для обоих режимов - равной 10, а использование линейной частотной модуляции в импульсном режиме, сняло все проблемы возникающие при большой длительности излучаемого сигнала. С другой стороны, большая длительность сигнала в режиме ЛЧМ дает ряд преимуществ.
Таким образом, приемная система РЛС 9S35М1 воплотила в себе самые последние научные разработки и достижения в радиолокации [6].
1.6.1 Основные технические характеристики
1.Динамический диапазон (дБ)
режим ЛЧМ - не менее 70
режим КНИ - не менее 80
2.Диапазон доплеровских частот (кГц) - от -17 до +60
3.Коэффициент шума (дБ) - не более 7,5
4.Уровень сигнала на выходе приемника ЛЧМ (В)
амплитудный режим - 2,25 ÷ 2,75
фазовый режим - 4,5 ÷ 5,5
5.Уровень шумов на выходе приемника ЛЧМ (В)
амплитудный режим - 1,1 ÷1,4
фазовый режим - 0,08 ÷ 0,12
6.Длительность ЛЧМ сигнала (мкс) - 100 (50)
7.Девиация частоты внутри ЛЧМ сигнала (кГц) - 900
8.Длительность сжатого импульса в приемнике
ЛЧМ (мкс) - 1,7 ± 0,33
9.Перекрытие доплеровского диапазона
приемника КНИ (кГц) - от 2,5 до 22,5
10.Коэффициет усиления приемника КНИ - более 110000
Рассмотрим более детально формирование и использование ЛЧМ сигнала в приемной системе[1, c 36, c 40].
1.6.2 Использование ЛЧМ сигнала
В РЛС для решения проблемы получения максимальной дальности при малой мощности сигнала увеличили длительность импульса. Как видно из графика (Рис.2) энергия сигнала Еs (энергетическая емкость) зависит от длительности и мощности импульса. При равных параметра цели, максимальная дальность Дmax для обоих случаев будет одинаковая [3].
Рис. 2
При этом:
Еs1 = Еs2 ,
где Еs 1 ≈Р1*tи1 , а Еs 2 ≈Р2*tи2 ,
а скважность сигналов q1=
; q2= 
Уравняв обе половины, получили:
Следовательно при увеличении скважности, для сохранения заданной дальности обнаружения необходимо увеличивать мощность сигнала. При уменьшении скважности – мощность можно понизить.
Минимальная мощность отраженного сигнала, которая будет различима на фоне шума определяется как:
Рпр min=ν Рш ;
Рш =No*Δfэ
Где, ν – коэффициент различимости,
Рш - мощность шума,
No –спектральная плотность шума,
Δfэ –эффективная полоса пропускания.
Таким образом, для первого случая предъявляются высокие требования к надежности оконечного усилителя мощности и защите волноводов от электрического пробоя. Во втором случае – ухудшаются характеристики по разрешению по дальности.
Для решения этой проблемы в РЛС используются дисперсионные ультразвуковые линии задержки (ДУЛЗ). Свойство их таково, что радиоимпульсы на разной частоте, проходят линию задержки с разным временем [3].
ДУЛЗ- представляет собой элемент по которому распространяются ультразвуковые колебания. Дисперсионной она считается, если время задержки в этой линии зависит от частоты ультразвуковых колебаний (Рис. 3).
Таким образом при подаче на вход ДУЛЗ, короткого прямоугольного импульса, имеющего линейчатый спектр, на выходе ДУЛЗ будет получен «растянутый» радио импульс с частотой заполнения меняющейся по линейному закону.
И на оборот, при подаче на вход ДУЛЗ импульса с ЛЧМ, при этом низкие частоты должны поступить первыми, произойдет сжатие импульса по длительности.
Рис. 3
1.6.3 Блок формирования ЛЧМ сигнала в РЛС 9S35М1
Блок формирования ЛЧМ сигнала обеспечивает формирование ЛЧМ радиоимпульса на промежуточной частоте, видеоимпульса для модуляции передатчика и опорного когерентного напряжения для обеспечения работы приемника в режиме СДЦ [1 c.40].
Технические данные:
-длительность ЛЧМ сигнал -100(50) мкс;
-девиация частоты внутри ЛЧМ сигнала -900 кГц;
-амплитуда ЛЧМ сигнала -0,5 В;
-средняя частота сигнала -28 МГц;
-амплитуда ИЗП не менее -2,5 В;
-длительность ИЗП -100 (50)мкс;
-длительность фронтов ИЗП, не более -0,5 мкс
-амплитуда опорного напряжения -0,7 В;
частота опорного напряжения -10 МГц.
Состав (Рис.4):
-гетеродин – 10 (У1);
-двухканальный оптимальный фильтр (ОФ) формирования ЛЧМ сигнала (У2);
-смеситель 10/28 для переноса ЛЧМ сигнала на промежуточную частоту (У6);
-смеситель 10/28/10 для преобразования опорного когерентного напряжения(У8);
Рис.4 Функциональная схема блока формирования ЛЧМ
-УПЧ-28 для компенсации затухания ОФ (У4);
-гетеродин 38, регулируемый для компенсации пассивных помех (У7);
-формирователь Фр (У5) импульсов возбуждения ДУЛЗ и импульсов запуска передатчика;
-коммутатор каналов ОФ и согласующие фильтры Ф1, Ф2.
Для формирования ЛЧМ сигнала и опорного когерентного с ним напряжения используется напряжение кварцевого генератора узла У1 (Гетеродин - 10) частотой 10МГц (Рис. 5 эпюра 1).
Рис. 5
Чтобы исключить аппаратную задержку сигнала на средней частоте ОФ (tз =142,8±0,5) мкс (в режиме "Масштаб 50") при формировании ЛЧМ сигнала и при последующем сжатии его в блоке формирования ЛЧМ и обеспечить совмещение сжатого импульса с "нулем" отсчета дальности, возбуждение оптимального фильтра производится опережающим импульсом «То-296» , «То-584» поступающим из блока системы синхронизации (эпюра 2). Импульс «То-296» при прохождении через инвертор и схему формирования колоколообразного импульса в формирователе Фр формирует видеоимпульс длительностью 0,3-0,4 мкс, необходимый для получения радиоимпульса возбуждения ОФ (эпюра 3).
Полученный радиоимпульс длительностью 0,3-0,4 мкс поступает в на вход Гетеродина 10 (У1).
На выходе манипулятора Гетеродина 10 из непрерывного колебания кварцевого генератора формируется радиоимпульс с частотой заполнения 10,0МГц, соответствующей рабочей частоте ОФ (эпюра 4).
После усиления радиоимпульс подается на ОФ, на выходе которого получается отклик длительностью около 100мкс (эпюра 5) для «Масштаба 50 км», с изменяющейся в соответствии с дисперсионной характеристикой ОФ частотой внутри отклика (ЛЧМ отклик).
В режиме «Масштаб 50» полученный ЛЧМ отклик (радиоимпульс) подается через согласующий фильтр на вход смесителя 10/28 (У6).
В режиме «Масштаб 100» радиоимпульс с выхода узла Гетеродин 10 (У1) проходит через два последовательных оптимальных фильтра (ОФ-1, ОФ-2). Таким образом, полученный ЛЧМ сигнал, увеличивается по длительности (при той же девиации частоты) до 200 мкс и уменьшается по амплитуде. На выходе ОФ-2 имеем сигнал с внутриимпульсной ЛЧМ с линейным участком длительностью 100мкс и девиацией частоты 900кГц.
Дальнейшее прохождение сигнала в цепях блока в режиме «Масштаб 100» не отличается от прохождения в режиме "Масштаб 50".
Перенос ЛЧМ отклика на промежуточную частоту станции 28МГц производится в смесителе 10/28 (У6) с помощью автономного кварцевого генератора 18МГц. Усиленный на частоте 28МГц отклик подается на манипулятор в УПЧ-28 (У4), который обеспечивает формирование из полного отклика ОФ ЛЧМ сигнал с заданными параметрами. Манипулятор открывается положительным импульсом "Строб ДУЛЗ" с Фр (эпюра 6).
Импульс "Строб ДУЛЗ" формируется из импульса стробирования ДУЛЗ, поступающего из системы синхронизации на формирователь Фр, что необходимо для точной установки частоты 28МГц в середине импульса 50мкс.
Полученный на выходе манипулятора узла СМ 10/28 ЛЧМ сигнал усиливается и подается в (эпюра 7) передающее устройство.
Для синхронной работы передающего и приемного устройства в блоке формирования ЛЧМ сигнала из строба ДУЛЗ с помощью формирователя Фр вырабатывается импульс запуска передатчика ИЗП ЛЧМ, поступающий в подмодулятор передатчика «О».
Кроме этого когерентное напряжение 10 МГц с Гетеродина -10 используется в качестве опорного напряжения в блоке сжатия принятого ЛЧМ сигнала. Для этого, непрерывное синусоидальное напряжение кварцевого генератора узла У1 частотой 10 МГц, поступающее на смеситель 10/28 узла У8, куда также поступает синусоидальное напряжение кварцевого генератора частотой 18 МГц из узла У6, что обеспечивает введение начальной фазы генератора частоты 18 МГц и последующее вычитание ее на фазовом детекторе блока сжатия ЛЧМ.
Преобразованный на частоту 28МГц сигнал поступает через полосовой фильтр на смеситель 28/10 У8, куда через контакты реле поступает напряжение кварцевого генератора частотой 38 МГц из блока сжатия ЛЧМ для последующей компенсации его случайной начальной фазы на фазовом детекторе блока сжатия.
При работе в условиях пассивных помех и для исключения влияния скорости ветра, предусмотрен режим КОМПЕНСАЦИИ ВЕТРА. В этом случае по команде «+27В ВКЛ КОМП ВЕТРА» через контакты реле по входу смесителя 10/28/10 узла У8 подключается напряжение регулируемого кварцевого гетеродина частотой 38 МГц узла У7.