3.2.1.2. Оптимальный прием когерентной пачки периодических импульсов

Оптимальная обработка когерентной периодической последо­вательности радиоимпульсов прямоугольной формы, состоящей из п импульсов длительностью τ_и, следующих с периодом повто­рения Т_п, может осуществляться с помощью оптимального филь­тра или с помощью различных накопителей. Оптимальный фильтр для обработки когерентной пачки импульсов можно найти из следующих соображений.

Рис. 7.1 Спектр когерентной пачки радиоимпульсов

Модуль нормированной спектральной функции ограниченной последовательности радиоимпульсов представлен на рис. 7.1. Спектр последовательности линейчатый, имеет вид гребенки. Амплитудно-частотная характеристика оптимального фильтра, предназначенного для обработки ука­занной периодической последовательности, в идеальном случае должна совпадать с ее спектральной функцией, т. е. должна представляться в виде такой же гребенки. Сходство частотной характеристики фильтра с гребенкой определило его назва­ние — гребенчатый фильтр. Эффективность гребенчатого филь­тра объясняется тем, что он пропускает практически все состав­ляющие сигнала, а составляющие шумов только те, которые ле­жат в полосе пропускания фильтров, соответствующих зубцам гребенки. Следует отметить, что нет необходимости в полной идентичности частотной характеристики и спектра сигнала. Дело в том, что 90% мощности полезного сигнала несут составляющие спек­тра, заключенные между первыми нулями спектральной функ­ции одиночного импульса. Поэтому достаточно реализовать зубцы гребенки, которые расположены между указанными пер­выми нулями (на рис. 7.1 — пять зубцов). Каждый зубец гре­бенки реализуется в виде одиночного фильтра с полосой пропу­скания

(7.1.)

Накопление периодической последовательности радиоимпуль­сов в гребенчатых фильтрах эффективно только в случае высо­кой стабильности частоты передатчика и гетеродина приемника или в случае исключения влияния нестабильности частоты, на­пример путем применения ФАП и др. Дело в том, что при замет­ной нестабильности частоты нарушается когерентность между колебаниями импульсов пачки. Из-за нестабильности частоты с течением времени накапливается сдвиг по фазе. Колебания оче­редного импульса могут оказаться в противофазе с колебания­ми, которые накоплены от предыдущих радиоимпульсов. Вместо накопления произойдет, наоборот, гашение колебаний. Для эф­фективного накопления сигнала в гребенчатом фильтре стабиль­ность частоты должна обеспечивать незначительный по сравне­нию с периодом высокочастотных колебаний набег фазы за время длительности пачки.

Обработка когерентной пачки может осуществляться с по­мощью различных накопителей, которые производят накопление в течение длительности пачки Т, но только в моменты времени, которые соответствуют наличию сигнала. Накопление когерент­ной пачки импульсов может успешно осуществляться с помощью оптимального фильтра Ф₁ оптимального для одиночного им­пульса и синхронного накопителя (рис. 7.2).

Рис. 7.2 Оптимальный фильтр пачки радиоимпульсов

Синхронный на­копитель выполняется в виде линии задержки с отводами, время задержки между которыми равно периоду повторения импуль­сов. Первый импульс, проходя всю линию задержки, склады­вается в общей нагрузке со вторым, который к этому времени проходит на одну секцию меньше, и с третьим, который проходит на две секции меньше, и т. д. Таким образом, в конце об­щей длительности пачки Т = пТ_П все импульсы, пройдя раздели­тельные каскады РК, складываются в общей нагрузке R_H, ам­плитуда колебания в этот момент становится в п раз больше амплитуды одиночного импульса (рис. 7.3).

Рис. 7.3 Отклик оптимального фильтра пачки радиоимпульсов

В гребенчатом фильтре накапливаются только те спектраль­ные составляющие шумов, которые совпадают со спектральными составляющими сигнала. В синхронном накопителе накаплива­ются только те шумы, которые по времени совпадают с полез­ным сигналом.

Отношение пикового значения напряжения сигнала к эффек­тивному значению напряжения шумов на выходе гребенчатого фильтра или синхронного накопителя определяется общей энер­гией сигнала:

(10.2)

где Е_с — энергия сигнала всей пачки;

Е_с1 — энергия одного импульса.

Прием когерентной пачки эквивалентен приему длинного импульса, имеющего длительность пτ_и и энергию E_c = nE_с1, рав­ную суммарной энергии импульсов пачки.