7.4. Построение устройств подавления пассивных помех в ОДЦ

Как указывалось, полезный сигнал выделяется на фоне пассивных помех путем либо подавления сигналов, неизменных по амплитуде от периода к периоду повторения, либо путем режекции в спектре составляющих, кратных частоте повторения (рис. 7.9). Для этого используются режекторные гребенчатые фильтры (РГФ), которые реализуются в виде алгоритмов или устройств череспериодного вычитания (ЧТТВ), череспериодной компенсации (ЧПК), а также алгоритмов фильтровых систем или наборов (гребенок) фильтров. Эти устройства или алгоритмы могут быть реализованы аппаратно либо программно.

Простейший РГФ реализующий алгоритм однократного ЧПВ (ЧПК). Покажем, что такое устройство подавления пассивных помех (рис. 7.11, а) обладает режекторной гребенчатой частотной характеристикой. В соответствии с обозначениями рис. 7.11

Рис. 7.11. Структурная схема (а) и АЧХ (б) устройства однократного ЧПВ

Тогда, если сигналу и, (0 соответствует спектр в операторной форме а сигналу - спектр то будет иметь спектр

Следовательно, в операторной форме коэффициент передачи Переходя от получаем коэффициент передачи устройства ЧПВ:

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства однократного ЧПВ имеет вид

а фазочастотная характеристика

Из рис. 7.11,б следует, что устройство однократного ЧПВ (АЧХ изображена на рис. 7.12, в сплошной линией) не является оптимальным устройством обеления пассивной помехи, у которого АЧХ

где спектральная плотность мощности этой помехи.

В полосах задержания или режекции имеется проигрыш в подавлении помехи по отношению к обеляющему ГФ, и пассивная помеха, представляющая собой пачку отраженных от неподвижной цели импульсов, не обеляется. На участках II (в полосах прозрачности) устройство ЧПВ также проигрывает по сравнению с оптимальным ГФ, так как оно подавляет сигналы полезных целей. Целесообразно использовать устройство с более равномерной АЧХ в полосе прозрачности.

Кроме того, из-за периодического повторения на частотной оси полос режекции АЧХ возникает явление так называемых слепых скоростей, когда сигналы, отраженные от движущихся целей, подавляются РГФ так же, как и сигналы от неподвижных объектов, и потому не могут быть обнаружены. Причина этого явления в том, что при доплеровских сдвигах частоты отраженного от цели сигнала, равных или кратных частоте повторения импульсов, составляющие спектра этого сигнала попадают в полосу режекции АЧХ. В самом деле, нули частотной характеристики РГФ соответствуют условию

Следовательно, со откуда слепая скорость

соответствует перемещению цели за время на целое число полуволн.

Для улучшения подавления пассивных помех используются РГФ с алгоритмом многократного вычитания (рис. 7.12). В общем случае на выходе РГФ с алгоритмом -кратного вычитания образуется остаток вычитания

где биномиальный коэффициент; целые числа, а само -кратное устройство череспериодного вычитания имеет АЧХ

Рис. 7.12. Структурные схемы РГФ с алгоритмами многократного последовательного (а) и параллельного (б) вычитания ЧПВ, а также их АЧХ (в)

По мере увеличения кратности вычитания АЧХ РГФ становится все более неравномерной в полосе прозрачности. Для устранения этого недостатка обычно используют устройства многократного вычитания с дополнительными обратными связями или рекурсивные РГФ (рис. 7.13). Выражения для АЧХ приведенных на рис. 7.13 устройств имеют вид

где а) и б) относятся к соответствующим схемам на рис. 7.13.

Рис. 7.13. Функциональные схемы рекурсивных РГФ с одно - (а) и двукратным (б) ЧПВ

В результате после подавления сигналов неподвижных целей (пассивных помех) на выходе РЛС остаются только сигналы движущихся целей.

На рис. 7.14 приведены фотографии изображений экранов индикатора кругового обзора РЛС УВД до (а) и после (б) подавления сигналов пассивных помех.

Рис. 7.14. Вид экрана индикатора кругового обзора РЛС УВД с выключенной (а) и включенной (б) системой ЧПВ

Устройства борьбы со слепыми скоростями. Для уменьшения влияния слепых скоростей на ОДЦ в соответствии с (7.7) изменяют во времени (вобулируют) либо длину волны (несущую частоту), либо частоту (период) повторения. Поскольку при вобуляции несущей частоты требуется одновременно перестраивать ГРЧ (передатчик), входные цепи приемника и гетеродин, то предпочтение отдают вобуляции частоты повторения.

В простейшем случае при вобуляции применяют два фиксированных значения периода повторения (рис. 7.15). В нечетных периодах повторения импульс синхронизатора (Синх) запускает передатчик без задержки, а сигнал с фазового детектора (ФД) приемного тракта задерживается перед подачей на устройство ЧПВ на В четных периодах повторения задержка вводится в сигнал запуска передатчика. Поэтому зондирующие импульсы излучаются с двумя периодами повторения а поступающие на устройство ЧПВ сигналы приводятся к одному периоду повторения что позволяет использовать обычное устройство ЧПВ, настроенное на Т. При вобуляции периода повторения амплитуды сигналов от неподвижных целей не изменяются,

и эти сигналы подавляются при вычитании. При движении цели амплитуды отраженных сигналов изменяются в соответствии с доплеровской частотой, однако, если скорость цели равна слепой скорости при то амплитуда выходного сигнала будет отличаться от нуля при и наоборот. Качество ОДЦ при вобуляции периода повторения удобно оценивать с помощью скоростной характеристики, под которой понимают зависимость амплитуда сигнала движущейся цели на выходе устройства подавления пассивных помех от доплеровского смещения частоты или от радиальной скорости цели. При отсутствии вобуляции скоростная характеристика совпадает с АЧХ устройства подавления. Можно показать, что неравномерность скоростной характеристики (рис. 7.15, в) зависит от коэффициента вобуляции т.е. Первый нуль результирующей скоростной характеристики находится на частоте где - простые целые не разлагаемые на множители числа.

Рис. 7.15. Структурная схема устройства вобуляции частоты повторения (а), напряжения в характерных точках схемы (б) и скоростная характеристика (в) при соотношении частот повторения 2/3

Рис. 7.16. Скоростная характеристика РЛС СДЦ при вобуляции частоты повторения в соотношении 31/32

При соотношении частот повторения 31/32 скоростная характеристика системы ЧПВ становится более равномерной и перекрывающей больший диапазон скоростей (рис. 7.16).

Устройства кадрового вычитания. Обычные РГФ с алгоритмами ЧПВ (ЧПК) не позволяют выделить на фоне пассивных помех сигналы, отраженные от малоскоростных целей и особенно от целей, движущихся

в тангенциальном относительно радиолокатора направлении, так как при небольших доплеровских сдвигах частоты спектральные составляющие этих сигналов попадают в области режекции АЧХ РГФ. Основным способом селекции полезного сигнала в рассматриваемом случае является увеличение времени запоминания в устройствах вычитания до значения, при котором заметно проявляется движение цели. Чаще всего время запоминания выбирают равным периоду сканирования луча антенны (периоду обзора, «скану» или так называемому времени кадра). Соответствующие устройства носят название устройств кадрового вычитания. Достоинством их является чувствительность к движению целей со слепыми скоростями, т.е. свойство обнаруживать цели, движущиеся с тангенциальными скоростями. Однако меньший коэффициент кадровой корреляции по сравнению с междупериодным приводит к уменьшению коэффициента подавления таких устройств. Поэтому кадровые устройства ОДЦ используют как вторую ступень вычитания совместно с одним из устройств ЧПК (ЧПВ). Устройства кадрового вычитания часто называют некогерентными, что не совсем верно, так как здесь тоже используется когерентность, но только видеосигналов (когерентность на огибающей).