§ 15.4. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВРЕМЕННЫХ ДИСКРИМИНАТОРОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОСТЫХ СИГНАЛОВ

В следящих измерителях, предназначенных для определения времени запаздывания когерентных радиоимпульсов, находят применение временнйе дискриминаторы, построенные на основе согласованных фильтров и корреляторов.

В первом случае после фильтра, согласованного с сигнальным радиоимпульсом, смесь сигнала с шумом подается на синхронный детектор, в качестве опорного напряжения которого используют синфазное с сигналом гармоническое колебание, вырабатываемое системой ФАПЧ. После детектирования реализации подвергают дифференцированию и временной селекции узким селекторным импульсом в соответствии с выражением (15.7).

Полученный сигнал ошибки для реализации сохраняется в блоке памяти до появления импульса сброса, вырабатываемого непосредственно перед появлением очередного селекторного импульса. Таким образом, на выходе временного дискриминатора сигнал ошибки имеет вид ступенчатой функции времени, соответствующей значению и знаку оптимального сигнала ошибки для каждого периода сигнальных импульсов.

Во втором случае смесь сигнала с шумом сначала поступает на полосовой фильтр, полоса пропускания которого существенно превосходит ширину спектра сигнального импульса, и затем подвергается синхронному детектированию. Каждая реализация напряжения на выходе синхронного детектора может быть представлена как

(15.21)

где — измеряемое время запаздывания; - сигнального радиоимпульса; - реализация флуктуационного напряжения на выходе синхронного детектора.

С выхода синхронного детектора поступает на коррелятор, где оптимальный сигнал ошибки образуется в соответствии с операцией

(15.22)

Таким образом, в данном случае функции опорного напряжения в корреляторе выполняет селектирующая функция

(15.23)

являющаяся копией производной от образца огибающей сигнального радиоимпульса.

Структурные схемы и поясняющие диаграммы для двух рассмотренных временных дискриминаторов приведены на рис. 15.4, а — в и 15.5, а — в. Временные диаграммы представлены в предположении, что огибающая радиоимпульса имеет колоколообразную форму (рис. 15.4,б и 15.5,б) либо форму равнобочной трапеции (рис. 15.4,в и 15.5,в).

Так как рассмотренные временные дискриминаторы позволяют получить оптимальный сигнал ошибки, то дисперсия эквивалентных временных флуктуаций (см. § 15.3) определяется выражением (5.5) для дисперсии оптимальной оценки времени запаздывания:

Огибающая колоколообразного радиоимпульса может быть записана в виде

где — амплитуда сигнала; — параметр, характеризующий ширину спектра импульса на уровне — длительность сигнального импульса, отсчитанная на том же уровне.

Эффективная ширина спектра колоколообразного импульса . Подставив это выражение в (15.24), найдем дисперсию эквивалентных временных флуктуаций:

(15.25)

Вычислим дисперсию эквивалентных временных флуктуаций для радиоимпульса с огибающей в виде равнобочной трапеции (рис. 15.5, в). Для сигнала такой формы

Энергия трапецеидального сигнала

Следовательно,

Подставив два последних выражения в (15.24), получим

Рис. 15.4

Рис. 15.5

Из соотношения (15.26) следует, что дисперсия эквивалентных временных флуктуаций при оптимальном временном дискриминировании трапецеидального сигнального импульса пропорциональна длительности его фронта и не зависит от длительности сигнала . Увеличение не повышает предельной точности, так как компенсируется уменьшением .

С сокращением длительности фронта протяженность линейного участка характеристики оптимального дискриминатора уменьшается, что отрицательно влияет на динамические свойства следящего измерителя (полосу захвата, полосу удержания и ). В системах АПВ применяют временные дискриминаторы, обладающие существенно большей протяженностью линейного участка характеристики, но уступающие оптимальным по значению флуктуационной ошибки. Поэтому при сопоставлении качественных показателей временных дискриминаторов следует принимать во внимание не только , но и протяженность линейного участка характеристики. При выборе типа временного дискриминатора нужно учитывать также ширину полной апертуры дискриминационной характеристики, так как она влияет на требования к устройству поиска и определяет разрешающую способность следящего измерителя.

С учетом этих замечаний рассмотрим временные дискриминаторы, основанные на сравнении площадей отселектированных участков сигнала и отличающихся друг от друга длительностью селекторных импульсов и временем задержки между ними .

Пусть (рис.15.6,а) Сигнал ошибки

В линейной части дискриминационной характеристики

где k — постоянный коэффициент, .

Коэффициент передачи временного дискриминатора .

Дисперсия флуктуаций на выходе временного дискриминатора прямо пропорциональна спектральной плотности шума и общей протяженности пары селекторных импульсов :

Рис. 15.6

Дисперсия эквивалентных временных флуктуаций

(15.29)

Сопоставив (15.26) и (15.29), заметим, что в последнем случае дисперсия возросла в раз. Одновременно с этим произошло расширение линейного участка дискриминационной характеристики до и полной апертуры до (рис.15.6,б)

Рис. 15.7

В заключение рассмотрим дискриминирование того же импульса укороченными до и примыкающими друг к другу селекторными импульсами (рис. 15.7). Крутизна характеристики временного дискриминатора сохраняется такой же, как и в предыдущем случае, дисперсия же флуктуаций на выходе уменьшается в два раза, в результате чего дисперсия эквивалентных временных флуктуаций уменьшается в два раза и становится такой же, как при .

Протяженность линейной части характеристики сокращается до , а апертура — до .

Таким образом, изменяя длительность селекторных импульсов и время задержки между ними можно видоизменять характеристику временного дискриминатора, что позволяет найти оптимальное соотношение между такими параметрами временного дискриминатора, как дисперсия эквивалентных временных флуктуаций, протяженность линейного участка характеристики и ширина апертуры. Если же оставаться в рамках линейной модели следящего измерителя в предположении, что условие всегда выполняется, то вывод об оптимальности дискриминатора остается по-прежнему в силе. Заметим, что никаких ограничений на уровень шума не накладывают, если ошибка измерения на выходе следящей системы не выходит за пределы линейного участка дискриминационной характеристики, что может быть обеспечено выбором достаточно большой постоянной времени следящего измерителя.