Глава 9. Потери в тракте приёма и выделения сигналов из помех и технические решения, обеспечивающие их снижение

9.1 Обобщенная структурная схема тракта приёма и выделения сигналов из помех

Тракт приема и выделения сигналов из помех является одним из основных трактов любой РЛС. Он играет существенную роль в процессе первичной обработки сигналов в радиолокаторе. К основным техническим параметрам тракта относятся:

чувствительность или коэффициент шума;

избирательность;

коэффициент усиления;

динамический диапазон;

коэффициенты улучшения отношения сигнал—помеха;

стабильность.

Ухудшение любого из перечисленных параметров можно рассматривать как результат увеличения потерь энергии полезного сигнала (снижения отношения сигнал—шум) в том или ином элементе тракта. Поэтому, выбирая структуру построения тракта приёма и выделения сигналов из помех и параметры его элементов, стремятся обеспечить минимизацию потерь в тракте при приемлемых конструктивных, технологических и экономических показателях.

На рис. 9.1 представлена обобщенная структурная схема тракта приёма и выделения сигналов из помех гипотетической РЛС. Элементы этой схемы имеют место в любой РЛС, хотя тракт конкретной РЛС может и не содержать их полный набор. Почти все радиолокационные приёмники строятся по супергетеродинному типу. 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 приёмнике можно менять вслед за любым изменением частоты передатчика без подстройки фильтров промежуточной частоты. Указанные преимущества оказались настолько значительными, что другие типы приёмников (прямого усиления, суперрегенеративные, детекторные) почти перестали применять.

УВЧ предназначен для обеспечения такого уровня внутренних шумов приёмного тракта, при котором суммарный уровень внешних и внутренних шумов будет близок к минимальному, определяемому только внешними шумами.

Рис. 9.1 Обобщённая структурная схема тракта приёма и выделения сигналов из помех

Практически достаточно иметь уровень внутренних шумов, равный уровню внешних шумов либо в несколько раз (но не более, чем па порядок) меньше его. УВЧ подключается к антенне с помощью пассивных элементов, объединенных под общим названием тракт высокой частоты на приём или входные цепи.

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

УВЧ и преобразователь частоты по причинам, о которых речь будет идти ниже, стремятся установить в непосредственной близости от облучателя антенны. Основная же обработка сигналов производится, как правило, на промежуточной частоте. Реализующая эту обработку аппаратура может находиться на некотором удалении от антенны. В этом случае линейный тракт высокой и про­межуточной частоты оказывается разделённым на две части, передача сигналов между которыми производится на промежуточной частоте с помощью согласованной длинной линии (обычно коаксиального кабеля). Затухание колебаний в линии передачи не опасно, если производится их предварительное усиление. Для достаточного (с учетом затухания в кабеле) предварительного усиления сигналов по мощности и согласования с низкоомной нагрузкой применяют специальные каскады (обычно широкополосные) предварительного усиления промежуточной частоты.

Согласованная фильтрация одиночных узкополосных эхо-сигналов производится, как правило, в УПЧ, представляющем 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 и ПРУ. Выходное напряжение УПЧ поступает, как правило, на амплитудный и фазовый детекторы. Параметры детекторов существенно зависят от амплитуды детектируемого сигнала. Граничное значение амплитуды, начиная с которого параметры детектора становятся достаточно хорошими и стабильными, составляет 0,5 ... 1В в зависимости от типов диодов, используемых в детек­торе. Таким образом, на УПЧ кроме обеспечения согласованной фильтрации возложена также функция усиления сигналов до величины, обеспечивающей нормальный режим работы детектора.

Назначение и принципы построения аппаратуры защиты от пассивных и активных помех подробно рассмотрены в гл. 5 и 6.

Устройство объединения сигналов парциальных каналов имеет место в приёмных трактах РЛС, формирующих в пространстве одновременно несколько парциальных лучей, либо и 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. Однако когерентное накопление энергии радиоимпульсов трудно осуществимо, поэтому на практике его обычно заменяют некогерентным накоплением энергии видеоимпульсных эхо-сигналов. Для этого в приёмный тракт после устройства объединения каналов либо до него (в каждый канал) включают соответствующий функциональный элемент — некогерентный накопитель.