Назначение и структура тракта приема и выделения сигналов

 

Тракт приема и выделения сигналов из помех (ТП и ВС) предназначен для передачи энергии сигналов с антенных систем на входы приемных устройств РЛС, усиления и фильтрации сигналов целей на фоне помех. К помеховым сигналам относятся собственные шумы приемных устройств и внешние естественные и преднамеренные шумы.

ТП и ВС является составной частью обнаружителя радиолокационных сигналов. Из курса теоретических основ радиолокации известно, что оптимальный обнаружитель обеспечивает наибольшую дальность обнаружения цели при заданных значениях D и F. Структурная схема оптимального обнаружителя когерентной пачки импульсов показана на рис.4.1.

Принимаемый антенной сигнал описывается следующим выражением:

y_i(t) = x_i(t - t) + n(t), i=1,2,...M,

 

где t - время запаздывания принятого сигнала, относительно излученного;

x_i(t - t) - отраженный от цели сигнал ;

n(t) - помеховая составляющая принятого сигнала;

М - количество импульсов в пачке.

Этот сигнал поступает на вход оптимального фильтра одиночного импульса (ОФОИ), который формирует на своем выходе сигнал, огибающая которого пропорциональна корреляционному интегралу Z_i :

 

,

 

где Т - время, определяющее продолжительность интегрирования. Обычно оно равно длительности сигнала;

(t - t) - ожидаемый сигнал.

Когерентный накопитель осуществляет когерентное суммирование значений Z_i в пределах пачки импульсов. В пороговом устройстве результат накопления сравнивается с порогом. Если величина накопленного сигнала (SZ_i) окажется больше порога Z_пор, то принимается решение о наличии сигнала. Уровень порога выбирается так, чтобы вероятность ложной тревоги была не больше допустимой.

Когерентный накопитель является довольно сложным многоканальным устройством, реализующим когерентную обработку пачки отраженных импульсов. Поэтому в РЛС часто применяются некогерентные накопители. Структурная схема обнаружителя при этом принимает вид, показанный на рис.4.2. Достоинством его является простота технической реализации. В то же время эффективность его близка к эффективности оптимального обнаружителя, поскольку потери в отношении сигнал-шум из-за неполной оптимальности равны лишь потерям на некогерентное накопление. В современных РЛС эти потери составляют единицы децибелов. В качестве накопителя в самом простейшем случае используется электронно-лучевой индикатор, экран которого обладает длительным послесвечением.

Формирование модульного значения корреляционного интеграла осуществляет приемник с амплитудным детектором (рис.4.3). Сравнение результата накопления с порогом (в простейшем случае) производит оператор, он же принимает решение о наличии или отсутствии сигнала.

Практика показывает, что обычным режимом работы РЛС является работа в условиях воздействия различного рода помех. Поэтому обнаружитель должен содержать еще устройства помехозащиты.

На рис.4.4 представлена обобщенная структурная схема ТП и ВС, элементы которого имеют место в любой РЛС, хотя тракт конкретной РЛС может и не содержать их полный набор.

В состав ТП и ВС входят приемник и устройства защиты от помех, а также антенна и часть высокочастотного тракта, участвующая в канализации принятых сигналов от антенны к приемнику.

Почти все радиолокационные приемники строятся по супергетеродинной схеме. Дело не только в том, что усиление на промежуточной частоте более стабильно и реализуется проще, чем на СВЧ: относительная полоса частот, занимаемая полезным сигналом на промежуточной частоте, получается больше, а это упрощает согласованную фильтрацию. Кроме того, частоту гетеродина в супергетеродинном приемнике можно менять вслед за любым изменением частоты передатчика без подстройки УПЧ. Указанные преимущества оказались настолько значительными, что другие типы приемников (прямого усиления, супергенеративные, детекторные) практически не применяются.

УВЧ - самостоятельный структурный узел приемника в котором происходит усиление сигнала на его несущей частоте. Он должен обеспечивать предварительную частотную избирательность в области частотного диапазона РЛС и максимальную чувствительность приемника. Для этого он должен иметь максимальный коэффициент усиления по мощности. УВЧ подключается к антенне с помощью пассивных элементов, объединенных под общим названием "тракт высокой частоты на прием" или "входные цепи".

При передаче высокочастотной энергии от антенны к приемнику потери в тракте высокой частоты достигают 3 дБ. Одним из путей решения задачи снижения этих потерь является максимально возможное приближение УВЧ к антенне.

Преселектор предназначен для согласования усилителя высокой частоты с преобразователем и осуществления предварительной частотной избирательности для селекции зеркальной составляющей спектра сигнала. В качестве преселекторов используются отдельные колебательные системы или совокупности нескольких связанных колебательных систем. На частотах от 200 до 1000 МГц в качестве межкаскадных цепей применяются отрезки длинных линий, а на частотах свыше 1000 МГц - объемные резонаторы, поскольку здесь отрезки длинных линий вследствие потерь из-за поверхностного эффекта не обладают высокой добротностью. Объемные резонаторы имеют большую площадь поверхности, вследствии чего плотность токов в металле, а значит и потери на джоулево тепло малы.

Преобразователь частоты осуществляет перенос спектра входных сигналов в область промежуточных частот. Основными его параметрами можно считать коэффициенты шума и передачи мощности, влияющие на чувствительность тракта, а также динамический диапазон по сигнальному входу и значение промежуточной частоты, влияющие на степень подавления приема по зеркальному каналу и электромагнитную совместимость.

Основное усиление радиолокационных сигналов осуществляется на промежуточной частоте. УПЧ может находиться на некотором удалении от антенны, и передача сигналов к нему производится обычно с помощью коаксиального кабеля. Для достаточного (с учетом затухания в кабеле) предварительного усиления сигналов по мощности и согласования с низкоомной нагрузкой применяют специальные каскады предварительного усиления промежуточной частоты - ПУПЧ. Аппаратура защиты от активных шумовых помех - АЗАШП осуществляет автоматическую компенсацию активных шумовых помех на промежуточной частоте. Сущность автоматической компенсации состоит в том, что из совокупности шумовой помехи и полезного сигнала, принимаемой основной антенной, автоматически вычитается помеха, принимаемая дополнительной слабонаправленной антенной. Дополнительных антенн, в общем случае, может быть несколько.

УПЧ представляет собой многокаскадный усилитель с линейными фильтрами, формирующими частотную характеристику требуемого вида. Для обеспечения линейной обработки сигналов принимаются меры по расширению динамического диапазона УПЧ, например, с помощью систем АРУ.

Детектор и видеоусилитель (ВУС) осуществляют, соответственно, детектирование сигнала и его усиление на видеочастоте.

Аппаратура защиты от пассивных помех - АЗПП осуществляет когерентную обработку принятых сигналов на промежуточной частоте с целью выделения полезных сигналов на фоне пассивных помех. После детектирования выходные сигналы АЗПП поступают на коммутатор, который, в зависимости от установленного режима работы, осуществляет коммутацию сигналов амплитудного и когерентного каналов.

Устройство защиты от несинхронных импульсных помех (НИП) осуществляет компенсацию НИП на видеочастоте.

Устройство объединения сигналов парциальных каналов имеет место в приемных трактах РЛС, формирующих в пространстве одновременно несколько парциальных лучей, либо в РЛС с многочастотными сигналами.

Энергию импульсов пачки можно накопить путем перехода от фильтров, согласованных с отдельными импульсами, к гребенчатым фильтрам, согласованным с периодической последовательностью импульсов. Несмотря на то что, когерентное накопление практически осуществляется на видеочастоте путем квадратурной обработки, однако когерентное накопление энергии радиоимпульсов технически трудно осуществимо, поэтому на практике его могут заменять некогерентным накоплением энергии видеоимпульсов. Для этого в приемный тракт после устройства объединения каналов либо до него (в каждый канал) включают некогерентный накопитель.