Частотная селекция.

Одним из наиболее эффективных отличительных признаков полезного сигнала и помехи является различие их спектральных характеристик. При наличии такого различия в наибольшей степени подавить помеху можно с помощью линейного фильтра, оптимального по отношению к спектру полезного сигнала и использующего наилучшим образом различия в спектральных составляющих сигнала и помехи. Каждому виду помехи должен соответствовать свой фильтр, передаточная функция которого определяется характером спектров сигнала и помехи.

При этом могут иметь место три случая:

Первый случай (рис.10.18а) соответствует воздействию широкополосной помехи, спектр которой S_П(f) (пунктирная линия) шире спектра полезного сигнала S_С(f) (штриховая линия). Очевидно, что в этих условиях фильтр K_Ф(f) должен обладать большим усилением в той полосе частот, в которой сосредоточены основные составляющие спектра полезного сигнала (сплошная линия).

Во втором случае (рис. 10.18б) помеха узкополосная (S_П(f); пунктирная линия) по сравнению со спектром сигнала (S_С(f); штриховая линия). Ослабление помехи может быть достигнуто при использовании режекторного фильтра K_ф(f) (сплошная линия) с полосой подавления, соответствующей ширине спектра помехи.

И, наконец, в третьем случае (рис. 10.18в) спектры сигнала и помехи не перекрываются, т. е. помеха не эффективна. Этот наиболее благоприятный случай может иметь место при изменении (перестройке) несущей частоты РЛС.

Известны различные способы перестройки несущей частоты.

Первый способ заключается в использовании хотя бы двух приёмо-передающих каналов, работающих на различных несущих частотах f_н1 и f_н2. Переключение каналов может осуществляться вручную оператором или автоматически с помощью специальных схем анализа, фиксирующих наличие помехи в приёмнике РЛС. При выборе разноса несущих частот f_н1 и f_н2 желательно, с одной стороны, чтобы он был больше ширины спектра заградительной помехи; в этом случае для радиолокационного противодействия такой станции необходимо выделить не менее двух передатчиков помех. Учитывая, что на кораблях соединения достаточно большое число радиолокационных средств различного назначения должны является объектами подавления, выделение двух передатчиков помех для подавления одной станции создаёт определённые трудности при организации постановки помех. С другой стороны, разнос несущих частот должен быть ограничен возможностью эффективного использования одного антенного устройства.

Второй способ изменения несущей частоты состоит в электромеханической перестройке магнетронного генератора СВЧ и местного гетеродина. Изменение несущей частоты осуществляется скачкообразно по случайному закону и на каждой из выбранных частот излучается достаточно большое число зондирующих импульсов. Этот способ может оказаться достаточно эффективным средством защиты, если работное время оценки несущей частоты и перестройки передатчика прицельной помехи больше или, по крайней мере, соизмеримо с работным временем перестройки несущей частоты в РЛС. Если же в станции помех осуществляется мгновенная оценка несущей частоты и электронная перестройка частоты прицельной помехи, то возможность наблюдения за прикрываемыми целями практически отсутствует.

Третий способ состоит в электронной перестройке несущей частоты от импульса к импульсу по случайному закону в полосе частот, ограниченной антенным устройством и сверхвысокочастотными элементами тракта канализации энергии. Электронная перестройка несущей частоты может быть осуществлена при использовании генераторов СВЧ с независимым возбуждением.

При этом способе перестройки даже электронно-перестраиваемая по частоте прицельная помеха позволяет прикрыть от радиолокационного наблюдения только пространство за постановщиком помех; пространство же перед постановщиком помех прицельной помехой в принципе прикрыто быть не может. Объясняется это тем, что в каждом периоде повторения РЛС помеха начинает излучаться на частоте РЛС только после того, как очередной зондирующий импульс будет принят разведывательным приёмником станции помех. Электронная перестройка несущей частоты вынуждает перевести станцию помех из режима создания прицельной помехи, т. е. узкополосной помехи с шириной спектра 10...15 МГц, в режим заградительной, т. е. широкополосной помехи с шириной спектра 200...300 МГц. При этом соответственно уменьшается в десятки раз спектральная плотность мощности помехи на выходе антенны станции помех и спектральная плотность мощности помехи в приёмнике РЛС (N_П).

Электронная перестройка несущей частоты является эффективным способом защиты от взаимных помех, создаваемых близко расположенными устройствами и, в первую очередь, однотипными РЛС кораблей соединения.

И, наконец, при электронной перестройке несущей частоты в течение времени облучения цели уменьшается интервал корреляции отражённых сигналов, что приводит к быстрой флюктуации импульсов пачки, а следовательно, улучшает характеристику обнаружения РЛС.

Электронная перестройка несущей частоты может осуществляться в диапазоне, составляющем единицы (3-5) процентов от среднего значения f_н c перспективой увеличения этого диапазона до 10...15% от f_н.

Очевидно, что изменение несущей частоты, как способ защиты от помех, не может совмещаться с задачей обзора пространства при частотном сканировании ДНА в вертикальной плоскости. Поэтому этот способ защиты от помех может быть использован в двухкоординатных РЛС с веерной ДНА или в трёхкоординатных РЛС с фазовым сканированием иглообразной ДНА.

ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Временная селекция.

Для временной селекции полезных сигналов в присутствии помех в качестве отличительных признаков могут быть использованы постоянство периода следования полезных сигналов T_И=const или известная закономерность изменения межимпульсных интервалов, а также постоянство длительности зондирующих импульсов , в то время как межимпульсные интервалы и длительность помеховых импульсов при воздействии преднамеренных маскирующих помех носят случайный характер.

В простейшем случае для использования постоянства периода следования полезных сигналов в качестве отличительного признака техническим средством подавления помеховых выбросов может явиться схема совпадений с последовательно соединёнными линиями задержек ЛЗ₁, ЛЗ₂,... на период T_И каждая (рис. 10.20). Сигнал на выходе схемы совпадений появляется только в том случае, когда период повторения входных импульсов равен (или кратен) временам задержки. Диаграмма работы для трёхимпульсной схемы совпадений показана на рис. 10.21.

На выход схемы совпадения могут проникать импульсы, полученные в результате ложных комбинаций, образованных из помеховых импульсов. Чем больше частота следования помеховых выбросов и их длительность на входе схемы, тем ниже селективные возможности этого способа защиты от помех.

Временная селекция полезных сигналов, использующая в качестве отличительного признака длительность импульса, является в большинстве случаев средством подавления помеховых сигналов большой длительности. В простейшем случае эта задача может быть решена с помощью дифференцирующей цепи (ДЦ), постоянная времени которой равна длительности полезных сигналов (рис. 10.22).

На выходе ДЦ возникают положительные импульсы, соответствующие переднему фронту полезных и помеховых сигналов и отрицательные импульсы, соответствующие заднему фронту. На выходе формирователя полезный сигнал (на рисунке он заштрихован) практически сохраняет свою длительность, а мешающее действие протяжённой помехи уменьшается, в том числе уменьшается вероятность перегрузки приёмника помехой большой мощности.

ТРЕТИЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Амплитудная селекция.

Наиболее благоприятным условием использования амплитуды в качестве отличительного признака является существенное превышение амплитуды полезного сигнала над амплитудой помехи. В этих условиях селекция осуществляется амплитудным ограничителем снизу. При использовании ограничителя снизу напряжение на его выходе появляется только в том случае, когда входное напряжение превышает уровень амплитудного ограничения (амплитудной отсечки). Эффективность этого способа селекции тем выше, чем больше амплитудные отличия полезного сигнала и помехи, т. е. чем больше отношение сигнал/помеха. Для увеличения этих отличий может быть использовано предварительное когерентное или некогерентное накопление импульсов пачки отражённых сигналов с последующей амплитудной селекцией накопленного сигнала. Существуют различные способы накопления, но в любом случае качество обнаружения пачки повышается с увеличением числа накапливаемых импульсов.

Увеличение числа зондирующих импульсов, т. е. увеличение излучаемой энергии в направлении воздействия помехи является одним из основных способов "силовой борьбы" с нею. Наиболее благоприятные условия для реализации этого способа могут быть созданы при использовании в РЛС адаптивных антенных решёток и управлении распределением излучаемой энергии в пространстве в соответствии с помеховой обстановкой. Вместе с тем, значительный эффект может быть достигнут и при использовании вращающихся антенн путём уменьшения скорости вращения в направлении на помеху, а также при ограничении сектора сканирования иглообразной ДНА в вертикальной плоскости.

Если амплитуда полезных сигналов существенно меньше амплитуды помехи, то для их амплитудной селекции целесообразно совместное использование ограничителя снизу и логической схемы запрещения (рис. 10.23).

Через ограничитель снизу проходят помеховые сигналы, амплитуда которых превышает пороговый уровень. С выхода ограничителя импульсы напряжения с амплитудой U_ИМП поступают к запрещающему входу схемы «Запрет». Ко второму (информационному) входу этой схемы подводят входное напряжение. Это напряжение передаётся с информационного входа на выход схемы «Запрет» только в том случае, когда отсутствует напряжение на её запрещающем входе. Следовательно, на выход схемы «Запрет» пройдут только те сигналы, для которых справедливо соотношение U_ВХ < U_ОГР.

Рис.10.23. Структурная схема амплитудной селекции при

ЧЕТВЁРТЫЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС: Амплитудно-частотная селекция.

Этот способ селекции полезных сигналов используется в условиях воздействия мощных импульсных помех малой длительности, когда отличительными признаками являются ширина спектра и амплитуда входных сигналов. В этих условиях схема селекции состоит из широкополосного усилителя (ШУ), амплитудного ограничителя (Огр) и узкополосного фильтра (УФ); структурная схема этого селектора (ШОУ) представлена на рис. 10.24.

На рис. 10.25а показан спектр полезного сигнала S_С(t), длительность которого t_И больше длительности помеховых импульсов t_П, спектр помехи S_П(t) и амплитудно-частотная характеристика ШУ.

Ширина полосы пропускания ШУ не должна ограничивать спектр помехи с тем, чтобы на выходе усилителя не нарушалось неравенство t_П <<t_И. Ограничитель осуществляет амплитудную селекцию, обеспечивая двухстороннюю отсечку сигналов на уровне (2..2,5) s_ш (рис.10.25б). В результате амплитудной отсечки значительно уменьшается энергия сигналов мощной помехи. Такое ограничение исключает возможность ударного возбуждения последующих каскадов узкополосного фильтра и увеличения длительности помеховых импульсов на выходе ограничителя по сравнению с их длительностью на входе. Амплитудно-частотная характеристика узкополосного фильтра (рис. 10.25б) согласована со спектром сигнала, обеспечивает его частотную селекцию и дополнительное подавление составляющих спектра помехи. После прохождения схемы ШОУ помеха приобретает вид растянутых импульсов меньшей амплитуды и происходит нормирование импульсных помех к уровню шума.

Амплитудно-частотная селекция находит применение при использовании в РЛС зондирующих импульсов простой формы в условиях воздействия мощных помех при t_П >>t_И. В схеме РОС (расширение – ограничение - сжатие), реализующей этот способ, после усиления на промежуточной частоте простые сигналы расширяются, т. е. из них формируются линейные частотно-модулированные импульсы. При этом длительные помехи, обладающие сравнительно узким спектром, растяжению не подвергаются. Затем смесь полезных и помеховых импульсов подвергается амплитудному ограничению, после чего пропускается через сжимающий фильтр, оптимальный для полезных ЛЧМ импульсов. Помеховые импульсы после ограничения остаются на уровне шума, который подавляется сжимающим фильтром.

Приложение: План лекции на 2 л

«____» ______________ 2009 г.