7.7. Предыскажение закона ЧМ

Для радиолокационных систем высокой мощности желательно найти метод регулирования амплитудных пульсаций спектра, который отличался бы от изменения огибающей передаваемого импульса. Это можно достигнуть предыскажением закона фазовой

или частотной модуляции сигнала, так что передаваемый сигнал имеет вид

где — фазовая предыскажающая функция. и Паолилло [10] рассмотрели такую функцию предыскажения, показанную на рис. 7.25.

Рис. 7.25. (см. скан) Получение предыскаженной линейной ЧМ путем замещения искажений (т. е. уменьшения пульсаций спектра), вызванных искажением амплитуды (а) на эквивалентные фазовые искажения (б) или частотные искажения (в), которые получены при использовании монотонной функции ЧМ (г).

Эта функция была получена исходя из эквивалентности (для малых искажений) влияния искажений огибающей и фазовых искажений, которые функционально аналогичны. Искажения огибающей, показанные на рис. 7.25, с, приравниваются к искажениям фазовой модуляции, показанным на рис. 7.25, б. Для простоты была рассмотрена квадратичная функция фазовой модуляции, которая приводит к предыскажению сегментов для линейной ЧМ, показанных на рис. 7.25, в При этом получается монотонная функция частотной модуляции, изображенная на рис. 7.25, г.

Получающийся предыскаженный спектр определяется формулой

где составляющие спектра, обусловленные конечными сегментами закона ЛЧМ, a - спектр согласованной части ЛЧМ сигнала. Каждая составляющая функция представляет собой френелевский спектр, определяемый соотношением (6.19), а фазы и формулами (6.20) и (6.21). Выражение (7.72) есть векторная сумма комплексных спектров, которая не может быть оценена с помощью прямых методов; его можно вычислить только для конкретных значений параметров предыскажения Любое такое вычисление должно удовлетворять условию фазовой непрерывности на границах соответствующих сегментов закона ЛЧМ.

Значения параметров предыскажения, полученные Куком и Паолилло, равны где девиация частоты неискаженного ЛЧМ сигнала, а номинальная ширина сжатого импульса без весовой обработки. Экспериментальные значения и , отличающиеся от этих величин не более чем на 20%, при коэффициентах сжатия 40 и 80 позволили существенно уменьшить пульсации френелевского спектра, что привело к значительному уменьшению боковых лепестков сжатого сигнала типа парных эхо, рассмотренных в разд. 7.6. При этом сопутствующим эффектом было незначительное расширение спектра из-за увеличения девиации в результате использования предыскаженной функции ЧМ.

На рис. 7.26 показаны сигналы на входе фильтра сжатия импульсов для ЛЧМ и для предыскаженной ЛЧМ. Влияние функции предыскажения на френелевский спектр при коэффициентах сжатия 40 и 80 иллюстрирует рис. 7.27. На рис. 7.28 показано, как указанное ослабление пульсаций спектра переносится на взвешенный по временнбй функции сжатый импульс. Здесь хорошо видны боковые лепестки типа парных эхо и их ослабление в результате применения функции предыскажения.

На рис. 7.29 и 7.30 показано влияние предыскажения функции ЧМ, проявляющееся в сохранении низкого уровня боковых лепестков при сдвиге частоты входного сигнала (т. е. аппроксимация допплеровского сдвига). На рис. 7.29 иллюстрируется уменьшение уровня искажений на несжатом выходном импульсе схемы весовой обработки, когда на вход поступает сдвинутый по частоте сигнал, который имеет предыскажения описанного выше типа. На рис. 7.30 показано влияние частотного сдвига на предыскаженный сигнал после того, как он прошел через фильтр сжатия. Сигналы, изображенные слева, показывают, что кроме предсказанного

(кликните для просмотра скана)

изменения положения импульса никаких заметных искажений формы главного лепестка не происходит.

Боковые лепестки сжатого импульса изображены более детально в правой части рис. 7.30. Частотный сдвиг на ±7,5% ширины полосы сигнала вызывает изменение уровня боковых лепестков, равного —40 дб при нулевом сдвиге частоты, не более чем на 3 дб. Рассматривая величины, входящие в (7.66), мы можем сказать, что если произведение остается относительно постоянным на интервале интегрирования при сдвиге частоты, то его влияние на взвешенный сжатый импульс будет минимальным и благодаря этому можно избежать фазовых искажений. Линейность характеристики задержки фильтра сжатия в достаточно широкой полосе, включающей все возможные допплеровские сдвиги, есть одно из условий для минимизации дополнительных фазовых искажений при допплеровском сдвиге. Возможны и другие функции предыскажений, отличающиеся от показанных на рис. 7.25, хотя использование линейных сегментов ЧМ позволяет упростить аналитические выкладки при программировании функций предыскажения спектра для расчета на ЦВМ. Принцип предыскажений в передатчике можно также распространить на компенсацию боковых лепестков, возникающих из-за искажений, связанных не только с пульсациями спектра, но и с другими факторами.

Рис. 7.28. Уменьшение боковых лепестков типа парных эхо при коэффициенте сжатия

Величина пульсаций френелевского спектра в полосе схемы весовой обработки может быть также уменьшена путем преднамеренного расширения спектра ЛЧМ сигнала на входе схемы весовой обработки или, напротив, сужением полосы пропускания схемы весовой обработки. Сигнал с большим произведением полосы на длительность, получающийся при первом методе, приводит к более низкому уровню пульсаций спектра в частотной области, охватываемой полосой схемы весовой обработки. Основной недостаток этого метода состоит в неэффективном использовании энергии сигнала и ширины полосы по сравнению со случаем идеального спектра. Эта неэффективность может быть выражена как потери в отношении сигнал/шум, зависящие от отношения полос расширенного спектра к идеальному спектру. В помещаемой ниже таблице приведены данные потерь, характеризующие этот метод. Все они были получены экспериментально для коэффициентов сжатия 40 и 80 и схемы весовой обработки, предназначенной для

(кликните для просмотра скана)

обеспечения уровня боковых лепестков (случай идеального прямоугольного спектра) на 40 дб ниже пикового значения сжатого импульса.

(см. скан)

Критерий, используемый при разработке точного радиолокатора (т. е. радиолокатора с малыми искажениями), обсуждается в гл. 11, где показано, что необходим строгий контроль за точностью компонентов, определяющих амплитудные и фазовые характеристики системы. Материалы этого и предыдущего разделов показывают, что тонкая структура спектра сигнала также может явиться важным фактором при оптимизации функционирования системы.