Тракт прийому радіолокаційних сигналів

1 Принципи побудови тракту прийому і фільтрації радіолокаційних сигналів

Тракт прийому і фільтрації радіолокаційних сигналів включає в свій склад приймальний пристрій (Прп) і пристрої захисту від перешкод (апаратуру обробки і фільтрації), а також антену і частину високочастотного тракту, що бере участь в каналізації прийнятих сигналів від антени до приймача.

Приймальний пристрій радіолокаційних сигналів здійснює наступні основні функції:

• посилення корисного сигналу з шумом (перешкодами);

• вибірковість (найчастіше частотна) - виділення сигналу з суміші сигналу і шуму, що приймається (перешкод);

• посилення виділеного корисного сигналу до рівня, що забезпечує задану якість обробки і функціонування кінцевих пристроїв;

• перетворення корисного сигналу, яке включає перетворення частоти;

• демодуляцію корисного сигналу (декодування).

Склад і призначення елементів приймального пристрою.

ПВЧ повинен забезпечувати такий рівень внутрішніх шумів приймального тракту, при якому сумарний рівень зовнішніх і внутрішніх шумів буде близький до мінімального, визначуваного тільки зовнішніми шумами. Практично достатньо мати рівень внутрішніх шумів, рівний рівню зовнішніх шумів, або у декілька разів (але не більше ніж на порядок) менше за нього. ПВЧ підключається до антени за допомогою пасивних елементів, об'єднаних під загальною назвою тракт високої частоти на прийом або вхідні ланцюги (фідерний тракт).

Вхідний ланцюг і ПВЧ забезпечують попередню селекцію по частоті і попереднє посилення сигналу. Як преселекторів використовуються окремі коливальні системи або сукупності декількох зв'язаних коливальних систем. На частотах від 200 до 1000 Мгц як міжкаскадні ланцюги застосовуються відрізки довгих ліній, а на частотах понад 1000 Мгц ? об'ємні резонатори, оскільки тут відрізки довгих ліній унаслідок втрат через поверхневий ефект не володіють високою добротністю.

Перетворювач частоти здійснює перенесення спектру частот сигналу в область проміжних частот. Основними його параметрами є коефіцієнти шуму і передачі потужності, впливаючі на чутливість тракту, а також динамічний діапазон по сигнальному входу і значення проміжної частоти, впливаючі на ступінь придушення прийому по дзеркальному каналу і електромагнітну сумісність.

ПВЧ і перетворювач частоти прагнуть встановити в безпосередній близькості від опромінювача антени (щоб уникнути втрат).

Основна обробка сигналів здійснюється на проміжній частоті.

Узгоджена фільтрація одиночних вузькосмугових луна-сигналів здійснюється, як правило, в ППЧ, що є багатокаскадним підсилювачем з лінійними фільтрами, що формують частотну характеристику необхідного вигляду. Для достатнього попереднього посилення сигналів по потужності і узгодження з низькоомним навантаженням застосовують спеціальні каскади попереднього посилення проміжної частоти - ПППЧ.

Апаратура захисту від активних шумових перешкод - АЗАШП здійснює автоматичну компенсацію активних шумових перешкод на проміжній або відеочастотах. Суть автоматичної компенсації полягає у тому, що з сукупності шумової перешкоди і корисного сигналу, основною антеною, що приймається, автоматично віднімається перешкода, що приймається додатковою слабконаправленою антенною, що перекриває бічні пелюстки ДН основної антени. Додаткових антен, в загальному випадку, може бути декілька.

Для забезпечення лінійної обробки сигналів вживаються заходи по розширенню динамічного діапазону ППЧ, наприклад, за допомогою систем АРП. Вихідна напруга ППЧ поступає, як правило, на амплітудний або фазовий детектори. Параметри детекторів істотно залежать від амплітуди сигналу, що детектує. Граничне значення амплітуди, починаючи з якого параметри детектора стають прийнятними і стабільними, складають 0,5-1 В залежно від типів діодів, використовуваних в детекторі. Тому на ППЧ, окрім забезпечення узгодженої фільтрації, покладена також функція посилення сигналів до величини, необхідної для нормальної роботи детекторів.

Відеопідсилювач (ВПС) є широкосмуговим підсилювачем відеочастот, смуга пропускання якого узгоджена із спектром підсилюваного сигналу до рівня, необхідного для нормальної роботи індикаторних пристроїв і апаратури автоматичного виявлення сигналів.

Апаратура захисту від пасивних перешкод – АЗПП здійснює когерентну обробку прийнятих сигналів. Вона може бути реалізована на проміжній частоті або відеочастоті з метою виділення корисних сигналів на фоні пасивних перешкод. Після детектування вихідні сигнали АЗПП поступають на комутатор, який, залежно від встановленого режиму роботи, здійснює комутацію сигналів амплітудного і когерентного каналів.

Пристрій захисту від несинхронних імпульсних перешкод (НІП) здійснює придушення, як правило, бланкування НІП на відеочастоті.

Пристрій об'єднання парціальних каналів має місце в приймальних трактах РЛС, що формують декілька парціального проміння на прийом, або в РЛС з багаточастотними сигналами.

Енергію пачки імпульсів можна накопичити шляхом переходу від фільтрів, узгоджених з окремими імпульсами, до гребінчастих фільтрів, узгоджених з періодичною послідовністю імпульсів. У РЛС старого парку звичайно використовується некогерентне накопичення відеоімпульсів. Для цього в приймальний тракт після пристрою об'єднання каналів або до нього (у кожен канал) включають відповідний функціональний елемент - некогерентний накопичувач.

У сучасних РЛС функції захисту від активних і пасивних перешкод покладаються на цифрові пристрої захисту від перешкод.

У сучасних РЛС приймальний тракт може будуватися при сумісному застосуванні лінійного і нелінійного каналу обробки (рис.3.51). Основу лінійного каналу обробки складають елементи, розглянуті вище. У нелінійний канал обробки входять, як правило, обмежувач і узгоджений фільтр.

Апаратура автоматичної обробки при виявленні луна-сигналу видає на вимірника імпульс цілевказівки, дозволяючий вимірювання параметрів сигналів. У таких пристроях при вимірюванні координат повітряних об'єктів для підвищення точності використовується інформація лінійного каналу обробки.

У нелінійному каналі вживають заходи по стабілізації рівня помилкових тривог сигнали з виходу цього каналу поступають на пристрій автоматичного виявлення цілей.

Супергетеродинним приймачам властиві і деякі особливості:

1. У перебудовуваних приймачах потрібна сумісність настройок контурів вхідного ланцюга, ПВЧ і гетеродина. При роботі на фіксованих частотах цей недолік відпадає.

2. Наявність перетворювача частоти приводить до появи побічних каналів прийому: на проміжній частоті; дзеркального; комбінаційних каналів; інтермодуляційних.

Сигнал і коливання місцевого гетеродина (МГ) одночасно впливають на змішувач, що є нелінійним елементом. В результаті на виході змішувача виходить складне коливання, що містить складові з частотою сигналу fс, його гармонік 2fс, 3fс..., складових з fг і його гармонік 2fг, 3fг ... і велике число комбінаційних складових з частотами:

f = |nfг + mfс|, m, n = 1,2,...

Проміжна частота fпр - одна з комбінаційних частот

fпр = |fг – fс|, при fпр < fc.

Дзеркальний канал утворюється на частоті fзк = fг + fпр = fс + 2fпр при fг > fс (при верхній настройці гетеродина) і fзк = fг – fпр = fс – 2fпр при fг < fс (при нижній настройці гетеродина).

Комбінаційний канал прийому утворюється в результаті взаємодії комбінаційних частот гетеродина і сигналу

fком = |nfг + mfс|, m, n = 1,2,...

В результаті утворюються частоти, близькі до fпр, тобто вхідні в смугу пропускання ППЧ. Посилюючись так само, як і корисний сигнал на частоті fпр, комбінаційні складові спільно з частотами сигналу на виході детектора утворюють биття (fком – fпр). Якщо вони входять в смугу пропускання підсилювача низької частоти, то є перешкодою, відтворною далі крайовим пристроєм. Основною мірою усунення комбінаційного каналу прийому є зниження рівня гармонік гетеродина і сигналу вибором режиму роботи змішувача.

Інтермодуляційний канал прийому утворюється при проходженні через преселектор двох і сигналів, що заважають, на частотах f1...fi., які в змішувачі утворюють сигнали з частотами:

f_ин = n₁f₁ + n₂f₂ + n₃f₃ + _....+ n_lf_i,

де n₁,...n_i - цілі числа.

Прямий канал прийому утворюється, коли перешкода має частоту, рівну проміжній частоті, і, впливаючи на перетворювач частоти, проходить без перетворення в канал ППЧ. При проектуванні супергетеродинного приймача побічні канали можуть бути практично усунені правильним вибором проміжної частоти, режиму роботи перетворювача частоти і необхідної частотної вибірковості преселектора і ППЧ.