Для
обеспечения линейной связи между
выходным напряжением ИСО и частотными
отклонениями были приняты меры к
выполнению равенства и тщательным
подбором формы модулирующего напряжения
минимизированы исходные отклонения от
линейного закона ЧМ. Все это позволило
контролировать работу системы автоподстройки
по осциллограммам на выходе ИСО, откалиброванного
в единицах отклонения частоты от
линейного закона.
Для случая генератора ЛЧМ
сигналов с №=240 МГц, 7=120 мкс и
t=0,5 мкс измеренные таким образом
отклонения не превышали 5 кГц.
Достаточно низкий уровень высокочастотных
составляющих частотного и фазового
отклонений позволяет обеспечить
низкий уровень боковых лепестков
в РЛС с корреляционной обработкой,
предназначенных для работы в
небольших по дальности "окнах".
При такой корреляционной обработке
низкочастотные отклонения в
значительной степени компенсируются.
Отличительная особенность генератора
ЛЧМ сигналов с девиацией частоты
l ГГц и длительностью 7=250 мкс, предназначенного
для формирования когерентных последовательностей
импульсов, состоит в том, что в нем первоначально
стабилизируется не начальная, а центральная
частота 6 ГГц, выходная же частота в процессе
модуляции меняется от 5,5 до 6,5 ГГц.
Модулирующее напряжение, подаваемое
на один из управляющих входов
УГ с полосой пропускания 500
кГц и крутизной MX порядка 100
МГц/В, получается двойным интегрированием
прямоугольного импульса.
Необходимость
в формировании такого модулирующего
напряжения вызвана тем, что крутизна
MX падает примерно на 8 дБ при изменении
частоты от 5,5 до 6,5 ГГц. Из-за непостоянства
крутизны управления, а также из-за
неравномерности затухания, вносимого
элементами СВЧ тракта, общая неравномерность
усиления ЦОС в диапазоне частот
составляет примерно 12 дБ.
Этот вредный эффект, не позволяющий
оптимальным образом выбрать
параметры ЦОС, устраняется специальным
компенсирующим фильтром, у которого
разница в затухании на краях
диапазона также равна 12 дБ, что
позволяет поддерживать коэффициент
усиления ЦОС во всем диапазоне
генерируемых частот постоянным
с точностью до 2 дБ.
Хорошее качество сформированного
ЛЧМ сигнала было подтверждено
натурными испытаниями, при которых
работа РЛС проверялась по
сигналу, отраженному от точечной
цели (сферы), удаленной на 1000 км.
Минимальное
влияние отклонений от заданного
закона модуляции наблюдалось в
том случае, когда отраженный эхо-сигнал
находился в центре окна по дальности
или, другими словами, когда отраженный
и гетеродинный сигналы точно
совпадали по времени. Уровень боковых
лепестков в сжатом сигнале, полученном
в результате обработки данных, образованных
смешением отраженного и гетеродинного
сигналов, составлял -32 дБ от главного
лепестка.
В экспериментальных исследованиях
двух вариантов системы автоподстройки
с ИСО на разностной и на
промежуточной частотах использовались
митрон дециметрового диапазона и ЛЗ с
т=0,8 мкс и затуханием 15 дБ, выполненная
на коаксиальном кабеле длиной ПО м. Характеристика
ИСО в обоих случаях была синусоидальной,
а фильтр имел двухканальную структуру.
В первом из этих устройств,
предназначенном для формирования
сигналов с №=40 МГц и Гс=25,6 мкс,
в качестве эталонной использовалась
последовательность импульсов длительностью
70 не и периодом Тэ=0,8 мкс. Эффективность
стабилизации скорости ЧМ проверялась
изменением крутизны -модулирующего
напряжения.
Применения
ЛЧМ сигналов
В
современных РЛС для обнаружения
целей и слежения за ними часто
применяются ЛЧМ сигналы, поскольку
при их использовании необходимо
небольшое число доплеровских каналов.
Связано это с гребенчатой
формой функции неопределенности
ЛЧМ сигнала, при которой значительные
доплеровские расстройки мало сказываются
на амплитуде выходного сигнала приемника.
Совместное измерение дальности и скорости
при наличии помех можно осуществить,
если в качестве зондирующего использовать
сигнал, состоящий из ряда ЛЧМ сигналов,
начальные значения фазы и частоты, скорость
ЧМ и длительность которых в общем случае
неодинаковы.
Простейшими частными случаями
составных сигналов являются
сигналы с V-образной ЧМ или
несимметричной двунаправленной
ЧМ. До недавнего времени применение
когерентных последовательностей
широкополосных ЛЧМ импульсов
в условиях неопределенной частоты
принятого сигнала было сложной
задачей.
Успехи, достигнутые л построении
приборов на поверхностных акустических
волнах (ПАВ), открыли широкие возможности
для обработки таких сигналов.
Возможности импульсных последовательностей
существенно расширяются, если
кодируется скорость ЧМ в отдельных
импульсах либо изменяется их
начальная частота по линейному
закону.
Одновременное измерение дальности
и скорости целей осуществляется
также РЛС с непрерывной ЧМ,
например, по треугольному закону.
Повышенный интерес к таким
РЛС связан с достижениями
в разработке твердотельных СВЧ
приборов, позволяющих получать
в непрерывном режиме среднюю
мощность по крайней мере иа
порядок больше, чем в импульсном.
Трудности реализации работающих
в непрерывном режиме РЛС, связанные
с необходимостью устранения
нелинейности ЧМ, в значительной
степени окупаются простотой
приемника. Помехоустойчивость таких
РЛС при работе в условиях
сильных отражений можно повысить,
усложнив форму непрерывно излучаемых
сигналов, например, псевдослучайным
изменением частоты в моменты
смены знака скорости ЧМ при
модуляции по треугольному закону.
В
некоторых случаях условия применения
РЛС требуют адаптивного изменения
параметров излучаемого сигнала. Например,
в РЛС поиска надводных целей
для устранения влияния отражений
от морской поверхности, маскирующих
малоразмерные цели, период пилообразных
ЧМ сигналов меняется пропорционально
дальности до облучаемой цели, а
девиация частоты поддерживается равной
100 МГц.
Этим обеспечивается высокое
разрешение малоразмерных целей
на небольших дальностях иа фоне
отражений от морской поверхности и эффективное
обнаружение крупных целей на больших
расстояниях. На дальностях, меньших 0,9
км, период ЧМ сигналов фиксируется, а
девиация частоты снижается до 37,5 МГц.
Распознавание космических объектов:
Современные РЛС в состоянии
не только обнаруживать космические
объекты и измерять параметры
их движения, но и определять
их размер, конфигурацию, скорость
вращения вокруг центра тяжести
и оси вращения. По изменению
скорости вращения спускаемого
объекта при его вхождении
в плотные слои атмосферы можно
определить его массу. Для решения
этих задач необходимы сигналы
с полосой частот в несколько
сотен мегагерц.
В литературе встречаются упоминания
об использовании для этого
непрерывных ЧМ сигналов и
коротких немодулированных радиоимпульсов
с полосой частот в несколько
гигагерц, но наибольшее применение
нашли все же ЛЧМ сигналы.
Поскольку дальность действия
таких РЛС велика, для обеспечения
заданного отношения сигнал-шум
увеличивают и длительность сигнала,
например, до 1 мс. При этом база
сигнала достигает порядка 106
и более.
При такой базе и тех скоростях,
которые имеют космические объекты,
уже нельзя считать, что действие
эффекта Доплера сводится только
к смещению центральной частоты.
Кроме того, при полосах частот
в несколько сотен мегагерц
условия распространения радиоволн
для различных участков спектра
сигнала оказываются неодинаковыми.
В этих условиях применение
для такого рода задач ФМ
сигналов практически невозможно.
При
использовании ЛЧМ сигналов, для
которых каждому моменту времени
соответствует вполне определенная
частота, эти эффекты могут быть
скомпенсированы, поскольку условия
распространения радиоволн в
различных участках спектра сигнала
и параметры движения объектов контролируются
сигналами с относительно небольшой
базой.
В таких РЛС возможны три
способа обработки принятого
сигнала: корреляционный, фильтровой
и их комбинация-корреляционно-фильтровой.
Среди них первый и третий для РЛС с высокой
разрешающей способностью более предпочтительны,
поскольку выходная информация в них легко
преобразуется в цифровую и может быть
использована для анализа в ЭВМ. Кратко
охарактеризуем известные по литературе
РЛС, предназначенные для распознавания
космических объектов.
Станция является многофункциональной
РЛС дециметрового диапазона
с ФАР и управляется с помощью
двух. ЭВМ IBM-360. Дальность действия
станции достигает нескольких
тысяч километров. Среди семи
сигналов два ЛЧМ сигнала. Одни
(длительностью 250 мкс) используется
для поиска на больших дальностях
и идентификации объектов, другой
- для сопровождения на больших дальностях.
Флойдская РЛС и РЛС ALCOR работают в режиме
поочередного излучения узкополосных
и широкополосных ЛЧМ сигналов.
В первоначальном варианте флойдская
РЛС была рассчитана на ЛЧМ сигнал длительностью
20 мкс и девиацией частоты 250 МГц. Для формирования
этого сигнала смешивались сигналы генератора
с девиацией частоты 247,5 МГц и сигналы
с девиацией частоты 2,5 МГц, полученные
ударным возбуждением дисперсионной линии
задержки (ЛЗ). Во флойдской РЛС используется
корреляционио-фильтровая обработка такого
сигнала со 100-кратным изменением временного
масштаба.
Поскольку
дисперсионная ЛЗ имеет полосу 5
МГц и ее характеристика линейна
на интервале 40 мкс, одновременно просматриваемый
участок по дальности составляет
30 м. В РЛС ALCOR для обработки широкополосного
ЛЧМ сигнала применяются сразу
два процессора. В одном спектр
входного сигнала разделяется на
32 участка, сжатие во всех участках производится
параллельно, после чего все отклики
объединяются. В другом процессоре
применяется корреляционная обработка.
Радиолокационный комплекс COBRA DANE [101]
предназначен для сбора информации
о ракетах и спутниках. В
станции используется 11 ЛЧМ сигналов.
Для распознавания космических
объектов служит широкополосный
когерентный ЛЧМ сигнал с девиацией
частоты 200 МГц и длительностью
1 мс, среднеквадратические фазовые
отклонения в котором не превышают
6°.
Широкая полоса частот и большая
длительность сигнала приводят
к необходимости компенсировать
изменение параметров отраженного
от цели сигнала из-за разных
условий распространения радиоволн
в рабочем диапазоне частот, протяженности
цели и эффекта Доплера. Для
устранения влияния этих факторов,
приводящих к изменению скорости
ЧМ принятого сигнала, осуществляется
их дискретная коррекция.
Для компенсации второго и
третьего из названных факторов
используются данные о параметрах
движения цели, поступающие из
канала слежения, а ионосферная
коррекция -проводится каждые
полчаса по результатам измерения
разности времени распространения
до цели и обратно двух ЛЧМ
сигналов с полосой 25МГц И
центральными, частотами 1187,5 и 1369,5
МГц, прилегающими к краям рабочего
диапазона.
В
РЛС применяется корреляционная
обработка принятого сигнала
с последующим его анализом в
цифровом процессоре на основе быстрого
преобразования Фурье (БПФ), корректирующем
также ошибки, вызванные амплитудными
и фазовыми искажениями в тракте.
Реализация перечисленных мер
позволила получить разрешающую
способность по дальности 1 м
и уровень боковых лепестков
-30 дБ. Еще одна РЛС с корреляционной
обработкой (LRIR-Longa Range Imaging Rador), предназначенная
для определения характеристик космических
объектов,, создана в лаборатории им. Линкольна
Массачусетского технологического института.
В этой станции, так же как
и в названных ранее, используется
разнообразный набор сигналов, включая
последовательность когерентных
широкополосных ЛЧМ сигналов
с девиацией частоты 1 ГГц и
длительностью 250 мкс. Для увеличения
отношения сигнал-шум, что необходимо
для эффективного разрешения
отражающих центров наблюдаемого
объекта, здесь применяется когерентное
накопление.
Это предъявляет жесткие требования
к когерентности формируемых
ЛЧМ сигналов. Для коррекции амплитудных
и фазовых искажений, вносимых
передатчиком и другими элементами
СВЧ тракта, наряду со схемами
автоподстройки применяют трансверсальные
выравнивающие схемы. В зависимости от
окружающей обстановки "окно" по
дальности в этой РЛС выбирается равным
30, 60 и 120 м.