ОСНОВЫ РАБОТЫ РАДИОВЗРЫВАТЕЛЕИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ЧАСТОТНЫЙ МЕТОД РАЗДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ (ЧМ РВ)"

В настоящее время в радиовзрывателях с частотно-модулированными сигналами (ЧМ—РВ) применяется два метода обработки результирующего сигнала: интегральный, когда обрабатываются параметры, присущие всему сигналу в целом — амплитуда, фаза или частота;

спектральный, когда обрабатываются отдельные гармоники либо их совокупность, т. е. обработка сигнала производится по параметрам, присущим спектру сигнала.

Первый способ находит свое применение как наиболее простои. Второй способ обеспечивает более высокую эффективность работы радиовзрывателей в условиях различных помех.

§ III.1. Интегральный способ обработки сигналов в чм—рв

Суть обработки сигналов заключается в том, что приемником РВ выделяется разностная частота, обусловленная временным изменением частоты зондирующего и эхо-сигнала.

Суть работы радиотехнической частоты ЧМ—РВ заключается в следующем. Передатчик (рис. 3.1) излучает сигнал с постоянной амплитудой и переменной по частоте. Несущая частота сигнала F₀, девиация Δf_м, период модуляции Т_м. Если сигнал модулирован по закону «треугольника», как это показано на рис. 3.2, то на выходе смесителя приемника при помощи фильтра можно выделить разностную частоту, которая находится из соотношения

(III.1)

где ₃—время запаздывания принятой частоты по отношению к излученной

откуда

(III.2)

Обозначив скорость изменения частоты при частотной модуляции через , получим

; (III.3)

При ограничении дальности действия РВ минимальным и максимальным расстоянием

Учитывая, что такому методу присуща паразитная амплитудная модуляция (ПАМ)*, следует выбирать период модуляции таким образом, чтобы сохранялось неравенство

(III.4)

Тогда фильтр, настроенный на частоту f_p, не пропустит колебания с частотой F_мод. При выполнении этого условия получится

Или

откуда

или

где

Здесь - индекс модуляции

a)

б)

(рис.III.1)

Рис (III.2)

Из выражений видно, что чем меньше расстояние от РВ до цели, тем должна быть больше девиация частоты Δf_м. Но это, в свою очередь, ведет к увеличению ПАМ. Поэтому такие схемы целесообразно использовать в ЧМ—РВ для стрельбы по целям, для которых минимальная дальность срабатывания достаточно велика. Выбор F_мод определяется из условия

откуда (III.6)

где

R_o.макс— максимальная наклонная дальность срабатывания РВ.

§ 3.2. Спектральный способ обработки сигналов в чм—рв

Укрупненная функциональная схема активного РВ, в котором используется частотная модуляция, показана на рис. 3.1. Полезная информация, содержащаяся в отраженном сигнале, извлекается из результирующего сигнала, образующегося на выходе преобразователя частоты. Па вход преобразователя подаются сигналы: гетеродинный

(III.7)

и отражённый

(III.8)

здесь ω₀ - центральная частота;

Δ_ω=2πΔf_м - девиация частоты;

ω(t) - модулирующая функция;

τ - запаздывание отражённого сигнала;

φ₀ - фаза отраженного сигнала.

При условии U_m2 « U_m1 результирующее колебание записывается в виде

(III.9)

При τ « Т_м (см. рис. III.2);

(III.10)

При ЧМ в общем виде результирующее напряжение U_p представляется суммой дискретных составляющих. При постоянстве чистоты Допплера эта сумма может быть записана в следующем виде:

(III.11)

Ω_д— угловая частота Допплера;

Ω_м- угловая частота модуляции сигнала;

φ_к- фаза «к»-той гармоники.

Таким образом, при постоянной частоте Допплера спектр результирующего сигнала состоит из пар компонент, симметрично paсположенных относительно гармоник частоты модуляции [(kΩ_м)±Ω_д]t (соответственно для ± k) (рис. III.3)

При Ω_д → 0 парные компоненты сливаются; при наличии спектра частот Допплера образуются группы парных компонент. Как видно из формулы (III.11), амплитуды в каждой паре компонент в общем случае отличаются, если

Рис (III.3)

Особенностью спектра результирующего сигнала в ЧМ—РВ является зависимость амплитуд компонент, а следовательно, и спектра в целом от расстояния до отражающего объекта и закона частотной модуляции. В табл. III.1 представлена зависимость амплитуды первых трех гармоник спектра для различных законов модуляции.

На рис. III.4 для иллюстрации приведены примеры форму спектра результирующего колебания при различных расстояниях до отражающего объекта (цели) при условии Ω_д = 0.

При пилообразной модуляции и некоторых целых значениях параметра πΔfτ=n в спектре результирующего сигнала имеется только одна составляющая nΩм; во всех других случаях он многочастотен и достаточно широк. Вырождение спектра в единственную компоненту является специфической особенностью именно пилообразного закона модуляции. Особенно широкий спектр свойствен результирующему сигналу при модуляции по синусоидальному закону. Это связано с тем, что амплитуда отдельных гармоник определяется функциями Бесселя первого рода, которые при разном порядке и одном и том же аргументе медленно падают с увеличением номера гармоник k.

В связи с многочастотностью результирующего сигнала его усиление и обработка должны проводиться в широкополосных приемных устройствах.

В связи с зависимостью амплитуд спектральных гармоник от расстояния до отражающего объекта в ЧМ—РВ возможна селекция сигналов по дальности. Она может обеспечиваться автоматически за счет изменения суммарной мощности гармоничных составляющих в зависимости от расстояния, либо

Таблица (III.1)

Закон ЧМ	Закон изменения частоты и фазы	Амплитуда гармоник	Зависимость амплитуд гармоник от параметра
Несимметричный пилообразный	В пределах
Симметричный пилообразный	(+)-В пределах (-)-В пределах
Гармонический

Рис III.4

специальным выбором формы частотной характеристики усилите ли результирующих частот (см. § III.1).

Вид селекции только за счет изменения суммарной мощности гармоник при использовании практически всех гармонических составляющих спектра показан на (рис. III.5)

Рис III.5

где по оси абсцисс дано отношение текущего расстояния R к расстоянию R₁, где суммарный сигнал на выходе усилителя результирующих частот максимален при реализации практически всех гармонических составляющих. Расстояние R₁ рационально выбирать равным максимально-заданной дальности действия РВ R_макс. Для того чтобы при R_макс результирующий сигнал был максимален, девиация частоты (см. рис. III.5) при гармонической модуляции должна быть равна , а при несимметричном пилообразном законе равна . По оси ординат отложена мощность суммарного результирующего сигнала, отнесенная к максимально возможной мощности. В табл. III.2 показан характер степени селекции на расстоянии 2R₁. Из нее видно, что наиболее крутую функцию селекции обеспечивают пилообразные законы модуляции, что определяет их практическое применение в тех случаях, когда необходимо исключить воздействие сигналов, действующих с расстояний, превышающих заданную максимальную дальность действия ЧМ-РВ.

Таблица III.2

Вид модуляции	Степень селекции при
Прямоугольная пила Симметричная пила Синусоида	-24 -23 -6,5

Следует подчеркнуть, что выше, при оценке степени селекции по расстоянию, интенсивность входного сигнала принизилась постоянной для всех расстояний, т. е. не учитывалось изменение мощности по формуле дальности.