3.2.1.4. Оптимальная обработка импульсов с линейной частотной модуляцией.

Для обеспе­чения большой дальности РЛС требуются импульсы боль­шой длительности. Для получения высокой разрешаю­щей способности по дальности выходной сигнал согласованного фильтра (СФ), (автокорреляционная функция сигнала), должен иметь ма­лую длительность. Это соответствует большей ширине спект­ра на выходе СФ. Учитывая, что амплитудно-частотные характеристики СФ и спектра сигнала совпадают, ширина спектра сигнала на входе СФ должна быть ненамного ши­ре, чем на его выходе, т. е. практически того же порядка.

Обеспечение такой ширины спектра без снижения дальности РЛС возможно, если в импульсах достаточно большой дли­тельности производить частотную модуля­цию несущей частоты.

Рассмотрим СФ для импульсов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), в котором форма огибающей принята колоколообразной (рис.7.6).

Можно показать,что амплитудно-частотный спектр колоколообразного импульса с ЛЧМ имеет также колоколообразную форму со средним значением, равным несущей час­тоте, а ширина этого спектра тем больше, чем больше скорость изменения частоты.

Рис. 7.6. Отклик согласованного фильтра

Согласованный фильтр (СФ) для рассматриваемого им­пульса имеет частотную характеристику, комплексно-со­пряженную со спектром полезного сигнала. В данном слу­чае при оптимальной фильтрации импульсов с ЛЧМ особое значение имеет согласование фазовых характеристик. По­этому можно принять амплитудно-частотную характеристику СФ равномерной, а его фазочастотную ха­рактеристику согласованной с фазовым спектром сигнала.

Ширина спектра импульса с ЛЧМ мало отличается от величины девиации частоты. При этом его гармонические составляющие имеют различные фазы. После прохождения импульса через фильтр все гар­монические составляющие становятся в определенный мо­мент времени синфазными и суммируются арифметически. Поскольку таких составляющих много (большая ширина спектра), то синфазное суммирование приводит к увеличе­нию пикового значения, а в силу закона сохранения энер­гии - к такому же уменьшению длительности, т. е. суже­нию импульса.

Таким образом, при оптимальной обработке импульса с ЛЧМ получается эффект сжатия: при наличии достаточ­ной энергии зондирующего импульса, имеющего большую длительность, сохраняется высокая разрешающая способ­ность по дальности.

Эффект сжатия характеризуется коэффициентом сжатия, который равен произведению девиации часто­ты на длительность, т. е. базе сигнала.

3.2.2. Практическая часть: «исследование работы приемного устройства при обработке линейно-частотно-модулированных сигналов» (эвм)

Цель работы: получить навыки в исследовании радиолокационных приемников в среде MATLAB, закрепить пройденный на лекциях теоретический материал, проанализировать принцип работы радиолокационного приемника при обработке широкополосных сигналов сигналов.

Средства: методика проведения лабораторной работы, теоретический материал, программа MATLAB, персональный компьютер.

Общие рекомендации по проведению лабораторной работы:

Запустить программу MATLAB (Пуск - Программы-> MATLAB).

Выбрать порядковый номер лабораторной работы (лабораторная работа № 9).

На панели управления (рис. 7.7) выбрать «фильтр ЛЧМ».

Рис.7.7 Вид окна при исследовании оптимального фильтра ЛЧМ радиоимпульса

Задание 1. Исследование работы радиоприемного устройства при изменении амплитуды ЛЧМ сигнала

Цель: для заданного значения частоты, фиксированных амплитуды шума, длительности и девиации частоты радиоимпульса изменяя амплитуду входного сигнала («Амплитуда сигнала» рис. 7.7) в диапазоне указанном преподавателем получить импульсную характеристику, отклик фильтра и амплитудно-частотную характеристику сигнала на выходе приемника («Рассчитать» рис. 7.7).

Задание 2. Исследование работы радиоприемного устройства при изменении амплитуды шума

Цель: для заданного значения частоты, фиксированных амплитуды, длительности и девиации частоты радиоимпульса изменяя амплитуду шума («Амплитуда шума» рис. 7.7) в диапазоне указанном преподавателем получить импульсную характеристику, отклик фильтра и амплитудно-частотную характеристику сигнала на выходе приемника («Рассчитать» рис.7.7).

Задание 3. Исследование работы радиоприемного устройства при изменении длительности входного сигнала

Цель: для заданного значения частоты, фиксированных амплитуды сигнал + шум и девиации частоты изменяя длительность радиоимпульса («Tau» рис.7.7) в диапазоне указанном преподавателем получить импульсную характеристику, отклик фильтра и амплитудно-частотную характеристику сигнала на выходе приемника («Рассчитать» рис. 7.7).

Задание 4. Исследование работы радиоприемного устройства при изменении девиации частоты ЛЧМ сигнала

Цель: для заданного значения частоты, фиксированных амплитуды сигнал + шум и длительности сигнала изменяя девиацию частоты ЛЧМ радиоимпульса («Delta» рис.7.7) в диапазоне указанном преподавателем получить импульсную характеристику, отклик фильтра и амплитудно-частотную характеристику сигнала на выходе приемника («Рассчитать» рис. 7.7).

Содержание отчета

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

Наименование и цель работы.

Структурную схему исследуемого радиоприемника.

Исходные данные и результаты исследований (графики см. рис. 7.7) для четырех пунктов задания.

Анализ полученных результатов.

Выводы по каждому пункту задания и работе в целом.

Контрольные вопросы

Пояснить качественные показатели и критерии оптимальности радиолокационного обнаружения.

Какие сигналы называются широкополосными?

Какие противоречия возникают между дальностью действия РЛС, разрешающей способности по дальности и точности измерения дальности до цели в случае использования широкополосных сигналов?

В чем заключается эффект сжатия при обработке ЛЧМ сигнала?

Дать определение импульсной характеристики оптимального фильтра.

Как построить импульсную характеристику оптимального фильтра, если задан ЛЧМ сигнал?

Пояснить принцип работы радиолокационного приемника по структурной схеме реализующего оптимальную обработку импульсов с линейной час­тотной модуляцией.