§ 12.2. СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ДОПЛЕРА

Доплеровские методы СДЦ основаны на различии доплеровских смещений частоты выделяемого полезного сигнала цели и пассивных помех, обусловленном отличием радиальных скоростей цели и мешающих отражателей. Для простоты можно считать мешающие отражатели неподвижными. Тогда лишь радиальная скорость цели определяет доплеровское смещение частоты сигнала относительно помехи:

где и — частота и длина волны излучаемых РЛС колебаний.

Для выделения доплеровского смещения частота принимаемого сигнала сравнивается с частотой излучаемого. Наиболее просто это сделать в РЛС непрерывного излучения, в которых излучаемый сигнал существует и во время приема отраженных сигналов. Однако наибольшее практическое применение находят периодические импульсные зондирующие сигналы, которые обеспечивают высокую разрешающую способность и точность при измерении дальности. Эффективная селекция движущихся целей осуществляется в импульсных системах как при отсутствии внутриимпульсной модуляции несущей, так и при использовании частотной или фазокодовой модуляции несущей. Как будет показано, применение периодических сигналов в системах СДЦ приводит к появлению слепых скоростей, т. е. таких радиальных скоростей цели, при которых полезный сигнал цели подавляется системой, как и отражение от неподвижных объектов, в результате чего цель не может быть обнаружена.

Для устранения слепых скоростей разработаны различные способы и, в частности,вобуляция (изменение) частоты повторения или работа на двух несущих частотах. В импульсных РЛС высокочастотные колебания излучаются в течение длительности зондирующего импульса . Всю остальную часть периода повторения они отсутствуют и опорные колебания (когерентные с излучаемыми), необходимые для выявления доплеровского приращения частоты принимаемых отраженных импульсов, создаются в системах СДЦ специально. Такие системы называют когерентно-импульсными системами СДЦ с внутренней когерентностью. В системах СДЦ с внешней когерентностью в качестве опорных используют высокочастотные колебания сигналов, отраженных от неподвижных отражателей, расположенных в пределах разрешаемого объема, в котором находится и движущаяся цель.

Системы СДЦ с внутренней и внешней когерентностью имеют свои достоинства и недостатки, определяющие и области их применения. Построение и эффективность системы СДЦ обоих типов будут рассмотрены в дальнейшем.

Спектр импульсного сигнала, отраженного неподвижным объектом, совпадает со спектром зондирующего импульса. Спектр импульсного сигнала, отраженного от движущегося объекта (рис. 12.1), сжимается при удалении объекта или растягивается при его приближении, так как все частоты спектра импульса изменяются в раз. Это означает, что отраженные от движущейся цели импульсы имеют несущую частоту , частоту повторения и длительность

Рис. 12.1

Для выделения сигналов движущейся цели можно использовать изменение любого из этих параметров. Однако практически реализуемо только смещение центральной частоты, а точнее, изменение фазы высокочастотного заполнения импульсов за период повторения , так как из-за малости абсолютного изменения частоты повторения или длительности импульсов выявить. их трудно.

Когерентно-импульсные системы СДЦ с внутренней когерентностью. Системы СДЦ с внутренней когерентностью различают по способу формирования когерентных опорных колебаний во время приема отраженных радиосигналов.

В РЛС, имеющих передающее устройство с независимым возбуждением, высокочастотные колебания задающего генератора, работающего непрерывно, используются в качестве опорных непосредственно или после умножения до частоты, на которой происходит сравнение с частотой принимаемых сигналов (рис. 12.2, а).

При применении в передающем устройстве генератора высокой частоты с самовозбуждением в качестве источника когерентных опорных колебаний служит специальный генератор, фазируемый колебаниями генератора передатчика в течение длительности импульса . Такой генератор называют когерентным гетеродином. Когерентный гетеродин работает на частоте сравнения, на которой происходит выделение доплеровского смещения частоты принимаемых сигналов. Чаще всего частотой сравнения является промежуточная частота приемника . Такая схема (рис. 12.2, б) получила широкое распространение, поэтому на ее работе следует остановиться подробнее.

Напряжение колебаний, генерируемых генератором высокой частоты, для любого периода повторения

Напряжение сигнала, отраженного неподвижным объектом,

Для движущейся цели (при той же дальности и ЭПР) напряжение сигнала

Рис. 12.2

где — частота излучаемых колебаний; — доплеровское смещение частоты; — временная задержка сигнала, отраженного объектом, расположенным на дальности — начальная фаза излучаемых колебаний; — изменение фазы при отражении.

В результате смешения колебаний отраженных сигналов с колебаниями местного стабильного гетеродина в смесителе сигнала осуществляется переход на промежуточную частоту , на которой работает и когерентный гетеродин. Для фазирования когерентного гетеродина частота колебаний генератора высокой частоты предварительно понижается с смесителя фазирования до промежуточной . Напряжение на выходе когерентного гетеродина . Для улучшения фазирования колебания когерентного гетеродина прерываются схемой управления незадолго до очередного импульса генератора высокой частоты и возобновляются после установления колебаний генератора. Время работы когерентного гетеродина в каждом периоде повторения должно превышать время запаздывания , соответствующее максимальной дальности действия РЛС в режиме СДЦ.

Напряжение когерентного гетеродина служит опорным в когерентном (фазовом или синхронном) детекторе отраженных сигналов.

Если при фазировании когерентного гетеродина разность фаз когерентного гетеродина и фазирующих колебаний (параметр фазирования) сохраняется от импульса к импульсу постоянной, то амплитуда импульсов сигнала после детектора от неподвижных объектов будет постоянной, что и является определенным признаком при распознавании движущихся и неподвижных целей.

При наблюдении целей на экране индикатора с линейной разверткой амплитуда сигнальных видеоимпульсов движущейся цели меняется с частотой доплеровского смещения, отметка цели на экране симметрична относительно линии развертки и заштрихована вследствие изменения амплитуды, в то время как отметка неподвижного объекта является односторонней и имеет постоянную амплитуду.

В современных РЛС индикаторы с линейной разверткой используют редко, поэтому сигналы неподвижных объектов предварительно подавляются в специальном компенсирующем устройстве, построенном, например, по принципу вычитания очередного импульса на выходе когерентного детектора из предшествующего.

При идеальном подавлении остаются только сигналы движущихся целей, которые затем воспроизводятся на экране индикатора с яркостной модуляцией луча (например, ИКО) или подвергаются дальнейшей обработке с целью извлечения необходимой информации о цели (дальность, скорость и угловые координаты).

Когерентно-импульсные системы СДЦ с внешней когерентностью. Использование в системах СДЦ с внешней когерентностью в качестве опорных колебаний отраженных сигналов неподвижных отражающих объектов, находящихся в том же разрешающем элементе, что и движущаяся цель, было бы идеальным решением задачи СДЦ, особенно при наличии собственной скорости РЛС, которую в системах с внутренней когерентностью приходится специально компенсировать соответствующим смещением частоты когерентного гетеродина, что не так просто при изменениях собственной скорости и направления на объект.

Однако колебания, отраженные от множества неподвижных отражателей (напрнмер, от земной поверхности), называемых фоновыми, флуктуируют по амплитуде, частоте и фазе. Поэтому эффективность системы СДЦ с внешней когерентностью обычно ниже, чем с внутренней. В результате биений сигнала движущейся цели с отражениями от фона амлитуда сигнальных импульсов на выходе детектора изменяется с доплеровской частотой, что и используется для выделения движущейся цели (точно так же, как и в системе с внутренней когерентностью) непосредственно на экране индикатора с линейной разверткой или с помощью компенсирующего устройства.

Следует заметить, что в системах СДЦ с внешней когерентностью отсутствие фона, т. е. опорных колебаний, может привести к потере сигнала движущейся цели, если не принято надлежащих мер, например автоматического отключения устройства СДЦ.