4.6. Устройства накопления эхо-сигналов

4.6.1. Назначение и классификация устройств накопления радиолокационных эхо-сигналов

Особенность построения радиолокационного обнаружителя состоит в том, что решение о наличии сигнала принимается не по каждому отдельному импульсу, а по всей принимаемой пачке эхо-сигналов. Поэтому в составе приемного устройства должен быть согласованный фильтр не только для одиночного импульса, но и для пачки отраженных радиоимпульсов. Этот фильтр называется так же накопителем радиолокационных сигналов.

Накопление (интегрирование) отраженных импульсов можно осуществлять либо когерентно, т.е. с учетом тонкой структуры сигнала (частоты, фазы, закона модуляции), либо некогерентно (как правило, после детектирования амплитудного). Некогерентное накопление менее эффективно, чем когерентное, но во многих случаях проще реализуемое. В некоторых типах РЛС (например, 19Ж6) осуществляется смешанное интегрирование : часть импульсов пачки (восемь) интегрируется когерентно, а результат накопления «восьмерок» импульсов интегрируются некогерентным накопителем.

Накопители радиолокационных сигналов можно классифицировать следующими признаками:

1) По способу накопления: когерентные и некогерентные;

2) По числу каналов обработки (дальности, скорости): одно- и многоканальные;

3) По принципу построения: на линиях задержки с отводами через период повторения; на узкополосных фильтрах (фильтровые накопители); на узкополосных фильтрах с временной селекцией (корреляционно-фильтровые накопители); на линиях задержки с обратной связью (рециркуляторы); на интегрирующих потенциалоскопах; на электронно-лучевых трубках; цифровые накопители; оптические накопители;

4) По числу ступеней накопления: одно- и многоступенчатые.

Наиболее широкое применение в РЛС обнаружения находят рециркуляторы, накопители на базе электронно-лучевых трубок и цифровые накопители.

4.6.2.Некогерентные накопители эхо-сигналов

В накопителе некогерентной пачки импульсов (рис.4.29) вследствие случайности начальной фазы каждого из импульсов пачки осуществить непосредственное суммирование радиоимпульсов не представляется возможным. Поэтому операции накопления предшествует амплитудное детектирование сигнала. Полученные видеоимпульсы синхронно складываются в сумматоре.

Рис.4.29. Структурная схема приемного устройства с некогерентным накопителем

В устройствах некогерентного накопления предъявляются менее жесткие требования к точности и стабильности элементов приемника. На выходе согласованного фильтра для одиночного радиоимпульса (УПЧ) устанавливается амплитудный детектор (АД), поэтому соотношение фаз радиоимпульсов принимаемых сигналов и колебаний местного гетеродина (Г) не имеет значения. Следовательно, снижаются требования к стабильности частоты местного гетеродина (ориентировочно на три порядка ниже, чем в когерентном накопителе). Однако расстройка частоты колебаний местного гетеродина в этом случае должна быть малой по сравнению с шириной полосы пропускания приемника. Принцип работы некогерентного накопителя ясен из рассмотрения графиков напряжений на элементах накопителя (рис.4.30).

На графиках для примера показан результат накопления эхо-сигналов в пяти периодах следования. Величина порогового напряжения выбирается из расчета, чтобы исключить (или существенно ослабить) влияние собственных шумов на процесс обнаружения полезного сигнала.

Существенным недостатком накопителя на линии задержки с отводами через время, равное периоду следования, является невозможность смены периода следования (вобуляция частоты повторения).

Некогерентные накопители на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) получили широкое распространение в РЛС. Интегрирующие свойства экрана ЭЛТ являются следствием послесвечения экрана трубки, длительного воздействия электронного луча на одну и ту же элементарную площадку экрана, инерционности глаза оператора, зрительной памяти оператора.

Рис.4.30. Структура видеосигналов на элементах некогерентного накопителя

В индикаторах РЛС используется ЭЛТ с тремя различными значениями времени послесвечения:

Экраны с малым послесвечением, измеряемым сотыми долями секунды (применяются в индикаторах с амплитудной отметкой);

Экраны со средним послесвечением, измеряемым от до с;

Экраны с большим послесвечением – от десятых долей секунды до десяти и более секунд. Они применяются в индикаторах, предназначенных для сохранения радиолокационного изображения на время всего цикла обзора.

Интегрирующая способность экрана ЭЛТ с длительным послесвечением, характеризуемая увеличением яркости под действием повторяющихся возбуждений, показана на графике (рис.4.31)

Из графика видно, что яркость свечения экрана ЭЛТ по мере увеличения числа возбуждающих импульсов возрастает по экспоненте. Поэтому с точки зрения накопления сигналов экран ЭЛТ с послесвечением можно рассматривать как экспоненциальный накопитель со стиранием информации (с учетом перемещения развертки). Такой накопитель по своей эффективности близок к оптимальному. При правильной настройке индикатора подготовленный и внимательный оператор, не производящий поиск в чрезмерно большом секторе, может обеспечить получение характеристик, весьма близких к характеристикам оптимального некогерентного накопителя.

При накоплении на экране ЭЛТ реальной пачки импульсов имеют место потери, обусловленные отсутствием весового суммирования импульсов. Числовое значение коэффициента потерь энергии сигнала при этом составляет до 1,5 дБ.

Рис.4.31. График зависимости яркости экрана от числа возбуждений