5.4. Способы обеспечения заданного значения 1-й слепой скорости

Общие соображения. Неоднозначность измерения частоты при ис­пользовании когерентной пачки в качестве зондирующего сигнала приводит к появлению так называемых слепых скоростей, опреде­ляемых соотношением

(5,2)

где — номер слепой скорости.

Цель, летящая со скоростью, удовлетворяющей условию (5.2), воспринимается как пассивная помеха, если в РЛС не предусмат­риваются специальные меры по борьбе со слепыми скоростями.

Сущность способов борьбы со слепыми скоростями не зависит от вида системы СДЦ и в общем случае сводится к изменению структуры зондирующего сигнала так, чтобы значение 1-й слепой скорости превышало максимально возможную скорость цели

В настоящее время наиболее широкое распространение нашли следующие способы обеспечения требуемого значения 1-й слепой скорости:

изменение частоты повторения зондирующих импульсов (вобуляция частоты повторения) в процессе облучения цели;

применение многочастотных зондирующих сигналов;

увеличение частоты повторения зондирующих импульсов.

Рассмотрим сущность перечисленных способов.

Изменение частоты повторения зондирующих импульсов (вобуляция частоты повторения).

Если две независимые РЛС работают на одной и той же не­сущей частоте, но имеют разные частоты повторения, то, как это следует из (5.2), значение 1-й слепой скорости будет для них раз­личным и маловероятно, что движущаяся цель не будет обнару­жена хотя бы одной из них. Очевидно, такого же результата мож­но добиться, если вместо двух РЛС использовать одну, у которой период повторения зондирующих импульсов через определенные промежутки времени, не превышающие время облучения цели, из­меняется, принимая последовательно два или более отличающих­ся друг от друга значения. В простейшем случае это может осу­ществляться от одного цикла зондирования к другому, когда пе­риод повторения импульсов запуска попеременно принимает два значения и Такой вид запуска называют несимметричным в отличие от симметричного, при котором значение периода повторения не изменяется.

Несимметричную последовательность импульсов запуска можно сформировать, например, с помощью устройства, структурная схе­ма которого и эпюры, поясняющие принцип его работы, приведены соответственно на рис. 5.2а, 5.2б.

В РЛС с несимметричным запуском слепая скорость возникает в тех случаях, когда доплеровская поправка частоты отражен­ного от цели сигнала одновременно будет удовлетворять двум ус­ловиям:

(5.3)

где

–– целые числа, не имеющие общего множителя; — разность периодов повторения.

Рис. 5.2. Устройство формирования импуль­сов несимметричного запуска: а — струк­турная схема; б — эпюры напряжений

Решение системы уравнений (5.3) относительноимеет вид

После умножения обеих частей на получим

(5.4)

где и —1-е слепые скорости при несимметрич-

ном и симметричном запусках соответственно.

Значения и , как следует из (5.3), должны удовлетворять ус­ловию

(5.5)

Таким образом, отношениеесть не что иное, как отношение периодов и , выраженное в виде отношения целых чисел, не имеющих общего множителя. Возможность существования не­скольких пар значений и , удовлетворяющих условию (5.5) при фиксированном значении их суммы +, определяет неоднознач­ность решения исходной системы уравнений.

Решая (5.3) относительно параметра несимметричного запус­ка , получаем

(5.6)

Значение суммы в этом соотношении должно удовлетворять условию (5.4), а значение разности выбираться с учетом,

с одной стороны, допустимого снижения интервала однозначно из­меряемых дальностей, с другой стороны,—обеспечения заданного уровня провалов в амплитудно-скоростной характеристике (АСХ) системы СДЦ.

Следует отметить, что при вобуляции частоты повторения:

в системах СДЦ с неадаптивными режекторными фильтрами при всех прочих равных условиях уменьшается коэффициент по­давления (для примера на рис. 5.3 представлено семейство зави-

Рис. 5.3. Влияние несимметричного запуска на эф­фективность подавления ПП

симостей проигрыша в коэффициенте подавления от отношения из рисунка видно, что проигрыш возрастает с увеличением исходного и может быть весьма существенным);

усложняется задача обеспечения требований к стабильности параметров зондирующих импульсов, так как при переходе от оди­наковых к неодинаковым интервалам между импульсами следует учитывать целый ряд дополнительных факторов;

амплитудно-скоростная характеристика системы СДЦ являет­ся изрезанной.

На рис. 5.4а представлена зависимость

(5.7)

при несимметричном запуске и указана глубина первых провалов, которая с достаточной точностью может быть оценена по формуле

,

где — номер провала.

Степень изрезанности АСХ может быть уменьшена за счет уве­личения числа изменяемых периодов повторения и рационального выбора соотношений между ними (рис. 5.4б). Наименьшая глуби­на провалов достигается в случае, когда числа, определяющие соотношение между периодами повторения [12], выбираются из условия:

где

— значение 1-й слепой скорости при вобуляции частоты повторения.

Рис. 5.4. Форма амплитудно-скоростной характеристики: а — при несимметрич­ном запуске и отношении периодов, равном 63:65; б — при использовании че­тырех изменяемых периодов повторения

Применение многочастотных зондирующих сигналов. Возмож­ности данного способа обеспечения 1-й слепой скорости рассмот­рим на примере двухчастотного сигнала.

При использовании такого сигнала 1-я слепая скорость возни­кает при одновременном выполнении двух условий:

(5.8)

где и —доплеровские поправки частоты отраженных

сигналов для частот и соответственно;

и — целые числа, не имеющие общего множителя.

Систему уравнений (5.8) можно представить в виде

(5.9)

где — средняя частота;

- доплеровская поправка, соответствующая средней частоте;

— разность несущих частот зондирующего сигнала.

Сопоставляя между собой системы уравнений (5.9) и (5.3), можно сделать вывод об эквивалентности обоих способов обеспече­ния заданного значения 1-й слепой скорости, если выполняется ус­ловие

Поэтому по аналогии с соотношениями (5.4) ... (5.6) можно запи­сать

(5.10)

(5.11)

(5.12)

где —1-я слепая скорость при использовании двух-

частотного сигнала.

С учетом (5.10) и (5.12) выражение для можно пред-

ставить в виде При

Из этого соотношения следует, что РЛС с двухчастотным зондиру­ющим сигналом с точки зрения ус­ловий возникновения слепых ско­ростей эквивалентна РЛС с одночас-тотным зондирующим сигналом, не­сущая частота которого

Рис. 5.5. Кривые обнаружения:

1—одночастотного сигнала; 2—

двухчастотного сигнала

Выбирая соответствующим об­разом значение разностной частоты можно обеспечить требуемое значение 1-й слепой скорости. По­мимо исключения слепых скоростей (или уменьшения их количества) двухчастотный сигнал обеспечивает:

снижение флюктуационных по­терь при обнаружении целей 1-го вида (в качестве примера на

рис. 5.5 представлены кривые обнаружения одночастотного и

двухчастотного сигналов);

повышение помехозащищенности РЛС от активных помех.

_{На рис. 5.6 представлены упрощенные структурные схемы ва}­риантов построения приемного тракта РЛС с двухчастотным зон­дирующим сигналом. Первый вариант (рис.5.6а) применяется в тех случаях, когда двухчастотный зондирующий сигнал, помимо всего прочего, используют для исключения необходимости введе­ния в систему СДЦ специальных схем компенсации скорости вет­ра. Амплитудно-скоростная характеристика системы СДЦ при этом варианте такая же, как и при симметричном запуске с эквивалент­ной частотой Доплера, равной

Рис. 5.6. Структура приемного тракта двухчастотной РЛС: а —при безнастро­ечной компенсации скорости ветра; б — при автоматической или ручной компен­сации скорости ветра в каждом канале

Второй вариант (рис. 5.6 б) применяется, когда в системе СДЦ предусмотрены меры, обеспечивающие эффективную компенса­цию скорости ветра (например, системы СДЦ на базе автоком­пенсаторов). АСХ системы СДЦ при этом варианте примерно та­кая же, как и при несимметричном запуске с глубиной первых провалов, приблизительно равной (при однократном вычитании)

С точки зрения эффективности работы РЛС в условиях ПП при скомпенсированной скорости ветра второй вариант построе­ния тракта лучше.

Увеличение частоты повторения зондирующих импульсов. Если источником ПП являются неподвижные местные предметы или по-

верхность земли, тo заданное значение 1-й слепой скорости может быть обеспечено путем выбора частоты повторения зондирующих импульсов из условия

(5.13)

Значение частоты повторения, удовлетворяющее условию (5.13), как правило, не обеспечивает однозначности измерения дальнос­ти. Поэтому нужно принимать соответствующие меры по исклю­чению неоднозначности измерения дальности. Одним из возмож­ных способов устранения неоднозначности является использова­ние в РЛС нескольких (минимум двух) частот повторения. Сущ­ность этого способа рассмотрим на примере использования двух частот повторения и

Значение одной из частот повторения, например выбирается из условия (5.13), значение второй частоты повторения — из условия обеспечения однозначности измерения дальности при работе РЛС с частотой повторения, равной разности частот и

(5.14)

При работе РЛС с частотой повторения истинное время запаздывания отраженного сигнала где — время запаздывания отраженного сигнала от­носительно момента излучения ближайшего зондирующего им­пульса.

Если же РЛС работает с частотой повторения то = 0, 1,2...

Значения и можно определить одним из известных мето­дов, например, с помощью ЭЛТ, развертка которой запускается в момент излучения каждого зондирующего импульса.

Вполне очевидно, что должно выполняться равенство

(5.15)

Поэтому, подбирая значения и при которых это равенство будет справедливо, можно определить истинное время запаздыва­ния отраженного сигнала.

Эпюры, приведенные на рис. 5.7, наглядно иллюстрируют сущ­ность рассмотренного способа устранения неоднозначности при из­мерении дальности.

В тех случаях, когда основным источником ПП для РЛС явля­ются гидрометеоры или облака ДО, частота повторения зондиру­ющих импульсов не должна превышать величины, обратной вре­менной протяженности источника ПП:

(5.16)

Если условие (5.16) не выполняется, то сигналы, отраженные от источников ПП, находящихся в различных импульсных объе­мах, разделенных интервалом времени не разрешают-

Рис. 5.7. Иллюстрация принципа устранения неоднозначности измере­ния дальности при использовании двух частот повторения

ся по дальности и воспринимаются как сигналы, отраженные от источников ПП, находящихся в одном и том же объеме. Из-за наличия весьма значительного градиента скорости ветра по даль­ности и высоте подобное обстоятельство может привести к су­щественному расширению спектра флюктуации суммарного сиг­нала ПП и, следовательно, к снижению эффективности подавления ПП системой СДЦ. Поэтому в рассмотренном случае значение одной частоты повторения обычно выбирают из условия (5.16), а второй — из условия (5.14).