Вимоги до динамічного діапазону приймача

Під динамічним діапазоном (ДД) приймача розуміють діапазон можливих значень вхідного сигналу, при якому забезпечується лінійне посилення сигналу, тобто приймач працює з допустимою величиною нелінійних спотворень і не відбувається обмеження сигналу.

ДД визначається по амплітудній характеристиці (АХ) приймача по формулі

Відносна зміна рівнів перешкод і корисних сигналів на вході приймача в звичних умовах може складати 80-100 дБ. Ще складніше справа йде при роботі в умовах складної завадової обстановки, коли діапазон зміни вхідних дій може складати 140-160 дБ.

Стиснення динамічного діапазону сигналів в тракті сигналів після змішувача до входу кінцевого пристрою звичайно здійснюється з допомогою: систем автоматичного регулювання посилення; підсилювачів з логарифмічними амплітудними характеристиками (ЛАХ); систем автоматичного регулювання порогу (АРП) обмеження знизу, інших систем, наприклад, схем ШОУ.

2. Структурна схема шумового автоматичного регулювання підсилення (ШАРП) безперервної дії (рис. 4.9)

Схема шумового автоматичного регулювання підсилення (ШАРП) призначена для підтримки незмінним середнього рівня шумової напруги на виході приймального пристрою при значній зміні інтенсивності АШП на його вході. Нормуюча дія ШАРП досягається подачею негативного зсуву на каскади ППЧ, при цьому робоча точка зміщується в область характеристики з малою крутизною.

Структурна схема ШАРП безперервної дії представлена на рис.4.9. Вона складається з регульованого підсилювача і ланцюга зворотного зв'язку (ланцюги ШАРП).

Схема ШАРП безперервної дії застосовується в умовах дії на РЛС АШП з різко вираженою нестаціонарністю.

3. Структурна схема ключового шумового автоматичного регулювання підсилення (ШАРП) (рис. 4.10)

Схема шумового автоматичного регулювання підсилення (ШАРП) призначена для підтримки незмінним середнього рівня шумової напруги на виході приймального пристрою при значній зміні інтенсивності АШП на його вході.

У тих випадках, коли інтенсивність перешкоди в межах періоду повторення Т _п змінюється неістотно (не різко виражена нестаціонарність) застосовується ключова ШАРП (рис.4.10). Особливість її полягає у тому, що в ланцюг зворотного зв'язку включається ключ, керований генератором імпульсів строба. Стробування здійснюється з метою виключення впливу на регулюючу напругу ШАРП могутніх віддзеркалень від місцевих предметів, цілей, метеоутворень і т.п. Ключ відкривається в кінці дистанції на якийсь час, приблизно рівний (0,2-0,3) Т _п.

4. Структурна схема логарифмічного підсилювача з послідовним детектуванням (рис. 4.14)

У підсилювачах з логарифмічною амплітудною характеристикою (ЛАХ) диференціальний коефіцієнт посилення К_ЛАХ обернено пропорційний амплітуді вхідного сигналу. Ці підсилювачі володіють вельми широким динамічним діапазоном.

Диференціальний коефіцієнт посилення підсилювача з ЛАХ рівний відношенню нескінченно малого приросту вихідної напруги dU _вых до нескінченно малого приросту вхідної напруги dU _вх і виражається формулою

К _ЛАХ = dU _вых/ dU _вх = а / dU _вх, (4.18)

де а - коефіцієнт пропорційності.

ППЧ з ЛАХ дозволяють стискати амплітуду флюктуацій коливань, що заважають, до рівня амплітуд внутрішнього шуму приймача і, тим самим, запобігати перевантаженню приймального пристрою, не втрачаючи чутливості після дії інтенсивних перешкод.

ППЧ з послідовним детектуванням. До складу такого підсилювача входять n однотипних послідовно включених підсилювачів-обмежувачів (рис.4.14). Вхід кожного каскаду підключений через амплітудний детектор до суматора.

Динамічний діапазон приймально-індикаторного тракту РЛС при застосуванні ППЧ з ЛАХ розширяється до 50-60 дБ.

Таким чином, забезпечення необхідного динамічного діапазону тракту прийому і виділення сигналів РЛС є необхідною умовою підвищення ефективності таких методів захисту як метод «силової» боротьби, метод просторової, поляризаційної і частотної селекції.

5. Структурна схема поляризаційного автокомпенсатора (рис. 4.25)

Для зниження рівня перешкод, що приходять з напрямів, не співпадаючих з напрямом на джерело сигналу, можна використовувати компенсаційний метод, принцип якого полягає в наступному.

Приймальна антена система складається з основної А₀ і додаткових А₁, А₂,..., А_n (рис.4.21,а). У кожному з додаткових каналів прийому включаються підсилювачі з регульованими комплексними коефіцієнтами передачі К₁, К₂, К_n.

Таким чином, фізична суть придушення перешкод в АК полягає в сдедующем. При знаходженні цілі і джерела перешкод в головному промені ДН амплітудно-фазові співвідношення сигналів і перешкод, прийнятих основною і допоміжними антенами, однакові і тому відбувається ослаблення, як перешкод, так і корисних сигналів.

Виявляється, що все ж таки можна досягти ослаблення перешкод, що приймаються по головній пелюстці ДН, без помітного ослаблення корисного сигналу, якщо використовувати наявні поляризаційні відмінності корисних сигналів і перешкод.

Поляризаційна селекція. Поляризаційну структуру ЕМХ визначають наступні параметри:

− кут просторової орієнтації еліпса поляризації j;

− коефіцієнт еліпсної сигналу К _эл = a / b ≤ 1;

− напрям обертання вектора напруженості електричного поля.

Вибором вказаних параметрів, а також їх відповідною зміною можна добитися істотного ослаблення дії активних перешкод.

Принцип поляризаційної селекції полягає в наступному.

Антенна система РЛС настроюється на прийом сигналу певної поляризації, в загальному випадку еліптичної. Перешкода максимально ослабляється, якщо поляризація антенної системи буде ортогональна поляризації перешкоди: для вертикальної поляризації перешкоди - горизонтальна, для кругової поляризації - кругова з протилежним обертанням вектора напруженості поля, для еліптично поляризованої хвилі ортогональним є також еліптично поляризоване коливання, але із зсунутим на 90 градусів положенням осей. Спрощена структурна схема автоматичного поляризаційного селектора показана на рис.4.25. Принциповими елементами такого пристрою є двохканальна антена, здатна приймати коливання з двома взаємно ортогональними поляризаціями, і автокомпенсатор. Як передаючу антену станції можна використовувати одну з них. Другий (допоміжний) канал працює тільки на прийом.

6. Структурна схема підсилювача з швидкодіючим автоматичним регулюванням підсилення (ШАРП) (рис. 4.29)

Для захисту РЛС від вузькосмугових імпульсних перешкод можна використовувати в приймальному каналі фільтри верхніх частот, забезпечуючи придушення частот від нуля до деякої граничної частоти. Короткі імпульси, що мають спектр частот, що значно виходять за граничну смугу фільтру, проходять з деяким ослабленням, тоді як тривала перешкода, що володіє вужчим спектром, буде значною мірою пригнічена. Як фільтр верхніх частот можна використовувати диференціюючий ланцюжок або підсилювач з швидкодійним регулюванням підсилення (ШАРП).

Підсилювач з ШАРП (рис.4.29). Принцип роботи ШАРП аналогічний принципу роботи інерційної АРП. Різниця між ними полягає в швидкості спрацьовування. Швидкість зміни посилення системи ШАРП повинна відповідати швидкості зміни амплітуди імпульсної перешкоди. Разом з тим ШАРП не повинна реагувати на корисні сигнали. У цьому значенні підсилювач з ШАРП еквівалентний фільтру верхніх частот.

7. Пристрої захисту від широкосмугових імпульсних перешкод (рис. 4.30, 4.33)

Для боротьби з імпульсними перешкодами, тривалість яких менше тривалості корисного сигналу, застосовується схема ШОВ. Вона звичайно розміщується на вході приймача. У її склад (рис.4.30) входять три елементи: широкосмуговий підсилювач; двосторонній симетричний амплітудний обмежувач; вузькосмуговий підсилювач.

Назва системи утворена початковими буквами найменувань цих елементів.

Недоліки схеми ШОВ:

− при дії АШП погіршується відношення сигнал/перешкода в 4р разів;

− виникнення перехресних спотворень при одночасній дії на обмежувач корисного сигналу і перешкоди;

− наявність додаткових втрат при обмеженні на рівні ефективного значення власних шумів приймача, якщо П _шу/ П _уу < 10.

Для усунення цих недоліків замість схеми ШОВ можна використовувати схему ШПП, де замість амплітудного обмежувача застосовується керований переривник (ключ). Сигнал, що приймається, аналізується за допомогою схеми виділення перешкоди. Якщо вхідна напруга має характеристики перешкоди, то вказана схема виробляє управляючу напругу, яка, впливаючи на переривник, приводить до замикання приймального тракту на час дії імпульсної перешкоди (рис.4.33).

8. Пристрої захисту РЛС від неспівпадаючих імпульсних перешкод (НІП) (неспівпадаючих з частотою повторення імпульсів РЛС) (рис. 4.34)

Для захисту РЛС від перешкод, частота проходження яких не співпадає з частотою повторення імпульсів РЛС, можна використовувати схему типу обмежувач - накопичувач (схема ШОВ для пачки імпульсів).

Обмеження вхідних сигналів виробляється з метою виключення впливу на вихідний сигнал накопичувача їх амплітуди. Рівень обмеження вибирається з умови допустимих втрат у відношенні сигнал/шум (звично U _огр = (2-3) σ_ш). Як накопичувач можуть бути застосовані рециркулятори, інтегруючі потенціалоскопи і т.д.

При використовуванні для захисту від НІП схеми ШПП селектор перешкоди може бути виконаний на основі пристрою ЧПК (рис.4.34, схема ШПП для пачки імпульсів).

9. Структурна схема РЛС з пристроєм подавлення імпульсних перешкод по бокових пелюстках ДН приймальної антени (рис. 4.35)

Задачу захисту від імпульсних перешкод відповідей (ІПВ) можна розділити на дві частини: захист від випереджаючих ІПВ; захист від ІПВ по бічних пелюстках ДНА.

Захист від випереджаючих ІПВ може бути здійснена двома способами. Перший спосіб заснований на використовуванні швидкої поімпульсної перебудови робочої частоти РЛС.

Якщо швидкість перебудови V _спс ≥ П _пр/ Т _п, де П _пр − смуга пропускання приймального пристрою, Т _п −період повторення імпульсів РЛС, то випереджаючі імпульси ІПВ не потраплять в тракт з огляду на те, що їх несуча частота відповідатиме частоті РЛС в попередньому циклі випромінювання.

Другий спосіб заснований на використовуванні змінного запуску і апаратури захисту від неспівпадаючих імпульсних перешкод (НІП). При зміні Тп від періоду до періоду випереджаючі імпульси ІПВ придбавають властивості НІП і пригнічуються в апаратурі захисту від НІП.

Для придушення ІПВ, прийнятих по бічних пелюстках ДНА, застосовуються системи придушення бічної відповіді (ПБВ), що складаються з додаткової приймальної антени, діаграма спрямованості якої огинає бічні пелюстки діаграми спрямованості основної антени і каналу обробки вихідних сигналів цієї антени. Спрощена структурна схема РЛС з пристроєм придушення бічної відповіді представлена на мал. 4.35.

10. Структурна схема системи селекції рухомих цілей (СРЦ) на проміжній частоті (рис. 4.41)

Фізичними основами захисту РЛС від пасивних перешкод є відмінності в параметрах корисних і заважаючих сигналів. Якщо такі відмінності існують, то система повинна відселектувати (розділити) корисні сигнали від тих, що заважають і компенсувати останні.

При рішенні задачі селекції корисних сигналів на фоні пасивних перешкод основна увага надається швидкісним (частотним) і кутошвидкісним (просторово-часовим) методам завадозахисту як найефективнішим.

У РЛС з системами СРЦ, що здійснюють селекцію сигналів цілей і пасивних перешкод (ПП) по частоті Доплера, для ефективного придушення ПП необхідно забезпечити когерентність імпульсів пачки відображених сигналів на вході пристрою режекції.

При використовуванні в РЛС істинної внутрішньої когерентності, коли випромінюється когерентна пачка, необхідність в застосуванні спеціальних пристроїв, що забезпечують когерентність сигналів при прийомі, відпадає.

Система СРЦ в цьому випадку складається з режекторного фільтру (РФ) і пристрою перенесення спектру сигналу в область його робочих частот. При інших способах забезпечення когерентності до складу системи СРЦ окрім режекторного фільтру повинен входити і так званий когерентно-імпульсний пристрій (КІП), який забезпечує когерентність імпульсів в пачці і перенесення їх спектру в область робочих частот РФ. Тому в загальному випадку структурна схема системи СРЦ має вигляд, представлений на рис.4.41.

11. Структурна схема системи селекції рухомих цілей (СРЦ) на відеочастоті (рис. 4.42)

Для систем СРЦ на відеочастоті до складу системи входять пристрої:

− перенесення спектрів вхідних сигналів лінійної частини приймача в область відеочастот (фазові детектори);

− формування опорної напруги для фазових детекторів;

− черезперіодної компенсації (режекторний фільтр).

Окрім перерахованих пристроїв до складу системи може входити пристрій узгодження динамічних діапазонів фазових детекторів (по входу) з динамічним діапазоном ППЧ (по виходу). Як подібний пристрій часто використовується звичний обмежувач сигналів.

На рис.4.42 представлена узагальнена структурна схема системи СРЦ для РЛС, в якій здійснюється некогерентне накопичення відображених сигналів. Наявність двох каналів квадратури виключає можливість втрати корисного сигналу за рахунок незнання його початкової фази. Двонапівперіодні випрямлячі забезпечують перетворення біполярних сигналів з виходів пристроїв черезперіодної компенсації (ЧПК) в однополярні перед їх підсумовуванням і подачею на накопичувач.