2. Виды непрерывных шумовых помех

Прямошумовые помехи. Прямошумовые помехи в наибольшей степени приближаются к нормальному шуму. Могут применяться два пути создания прямошумовых помех. Первый из них состоит в использовании генератора шума сверхвысоких частот. Колебания, образующиеся на выходетакого генератора, усиливаются по мощности и излучаются в пространство. В качестве первичных источников шума на СВЧ пригодны, например, газоразрядные лампы. Генератор шума состоит из газоразрядной трубки, отрезка передающей высокочастотной линии и согласующего устройства. В зависимости от типа применяемой высокочастотной линии генераторы бывают коаксиальными и волноводными. Генераторы шума волноводного типа создаются для воли от 0,2 до 10 см, а коаксиального от 10—12 до 120— 140 см [168]. Газоразрядные трубки являются весьма широкодиапазонными источниками высокочастотных шумов и характеризуются высокой равномерностью спектра.

Второй путь создания прямошумовой помехи заключается в использовании метода гетеродинирования для переноса в область высоких частот шума низкочастотного генератора. На низких частотах роль первичных источников шума играют диоды прямого накала, тиратроны в магнитном поле и фотоэлектронные умножители [5, 168].

Коэффициент качества прямошумовой помехи был бы равен единице (при обычно выполняющемся условии ), если бы не ограничение колебаний по амплитуде, имеющее место в любом физически реализуемом усилительном тракте. Амплитудное ограничение приводит к изменению спектра помехи и закона распределения ее мгновенных значений, в результате чего качество помехи снижается.

Если допустить, что спектр источника высокочастотного шума имеет прямоугольную огибающую и среднее значение частоты в спектре равно то после безынерционного симметричного ограничителя спектр шума будет состоять из бесконечного ряда составляющих, группирующихся вблизи частот [174]. Расширение основной части спектра (вблизи частоты объясняемое образованием при ограничении комбинационных частот от составляющих спектра входного шума, не превышает 10%. На выходе ограничителя в основной части спектра содержится не менее 70% мощности выходного шума.

Плотность вероятности нормального процесса (2.1.2) деформируется на выходе безынерционного ограничителя. Пусть ограничитель имеет характеристику, изображенную на рис. 2.3, т. е.

где порог ограничения.

На интервале преобразование является линейным, поэтому внутри этого интервала плотность вероятности не изменяется, Вероятность того, что или мвых равна нулю. Все значения для которых справедливо преобразуются ограничителем в одно значение выходного напряжения ывых ; соответственно для всех значений получается . Поэтому вероятности

преобразуются для в дельта-функции, расположенные в точках и множители при дельта-функциях составляют

Таким образом, плотность вероятности шума на выходе ограничителя будет равна

График плотности вероятности (нвых) приведен на рис. 2.4.

Амплитудное ограничение снижает эффективность помехи, во-первых, из-за перераспределения ее энергии по спектру. Но это не самое главное. Существенное ухудшение эффективности помехи связано с изменением ее

Рис. 1.3.

Рис. 2.4.

структуры при глубоком ограничении.

Если среднеквадратическое значение шума много больше порога ограничения то помеха вырождается в импульсы с приблизительно постоянной амплитудой и меняющимися по случайному закону длительностями и интервалами (рис. 2.5, а). Допустив, что ширина спектра помехи согласована с полосой пропускания приемника подавляемого , придем к выводу, что постоянство амплитуды помеховых импульсов сохранится и на выходе приемника (рис. 2.5, б). Помеха такого вида обладает плохими маскирующими свойствами [24].

Естественно поставить вопрос об уменьшении отношения Для повышения эффективности помехи. Действительно, при амплитудное ограничение в усилителе не влияет на помеху, ее маскирующие свойства оказываются наилучшими, но выходные усилители мощности передатчика помех работали бы при этом в крайне невыгодном режиме и к. п. д. передатчика оказался бы весьма низким. Разумный компромисс мог бы быть получен при выборе В этом случае качество помехи окажется несколько хуже, чем у нормального шума, но это

Рис. 2.5.

Рис. 2.6.

ухудшение не очень существенно и коэффициент качества реальной помехи остается близким к единице.

По имеющимся данным 15, 79, 156], прямошумовая помеха считается перспективным видом помех.

Амплитудно-модулированные шумовые помехи. Амплитудно-модулированные шумовые помехи представляют собой незатухающие гармонические колебания, модулированные по амплитуде шумом. Помеховый сигнал на входе приемника может быть записан таким образом:

Здесь крутизна модуляционной характеристики передатчика; модулирующее напряжение, которое поступает от генератора шума.

Если модулирующий шум имеет постоянную спектральную плотность в пределах от нулевой частоты до (рис. 2.6, а), то спектральная плотность модулированного колебания так же будет постоянной (рис, 2.6, б), а ширина спектра равна

Спектр помехи включает колебание на несущей частоте и боковые составляющие. Нетрудно показать, что при -ной модуляции гармонического колебания прямоугольными биполярными импульсами со средней скважностью 2 отношение мощности боковых составляющих к мощности на несущей частоте Рнес равно единице. Поэтому справедливо неравенство

где мощность передатчика помех.

Так как маскирующий эффект создают только боковые составляющие спектра, при амплитудной модуляции по

прямому назначению используется не более 50% мощности помехи.

Если ширина спектра помехи превышает полосу пропускания приемника подавляемого РЭС, а средняя частота спектра помехи и резонансная частота приемника одинаковы, то через приемник пройдет часть мощности боковых составляющих спектра помехи, равная

Для подавления сигнала при отсутствии Рнес как минимум Должно выполняться условие

С учетом для мощности помехи , попадающей в полосу пропускания приемника, находим:

и реальное значение коэффициента подавления будет равно

Принимая, что и подставляя (2.1.18) и (2.1.19) в (2.1.20), получим

т. е. при расширении спектра амплитудно-модулированной помехи по сравнению с полосой пропускания приемника РЭС коэффициент подавления почти пропорционально растет. Коэффициент качества помехи при этом соответственно уменьшается

Из-за наличия в спектре помехи составляющей на несущей частоте, не создающей маскирующего эффекта, коэффициент качества помехи не может быть больше 0,5 и уменьшается при возрастании по сравнению с .

На качестве помехи сказывается ограничение амплитуды колебаний, имеющее место в любом передатчике. Для определенности рассмотрим ограничение в модуляторе. На рис. 2.7 изображена характеристика, представляющая собой зависимость амплитуды

высокочастотных колебаний от модулирующего напряжения Рабочая точка А выбирается в середине этой характеристики. Начальное смещение, определяющее положение рабочей точки, равно При изменении модулирующего напряжения амплитуда колебаний может изменяться от О До Переменная составляющая управляющего напряжения поступает от генератора шума. Если то наступает ограничение амплитуды помехового сигнала. На рис. 2.7 ограничение имеет место на интервалах — и

Напряжение можно назвать порогом ограничения. Отношение эффективного значения модулирующего напряжения к порогу ограничения обозначим коэффициентом

Эффективность помехи в большой степени зависит от выбора значения та. Вид зависимости показан на рис. 2.8. Характер этой зависимости объясняется следующим образом. Если то влиянием амплитудного ограничения можно пренебречь, помеха обладает хорошими маскирующими свойствами, но при этом очень мала глубина модуляции высокочастотных колебаний. Следовательно, мощность боковых составляющих спектра помехи много меньше мощности на несущей и в результате этого коэффициент качества помехи мал.

При увеличении отношение растет и становится равным единице при та Поэтому при возрастании та

Рис. 2.7.

Рис. 2.8.

вначале наблюдается рост коэффициента качества помехи. Однако для эффективность помехи снова становится низкой из-за изменения ее структуры: помеха превращается в импульсы приблизительно постоянной амплитуды, обладающие, как уже пояснялось выше, плохими маскирующими качествами.

Для наибольшей эффективности амплитудно-модулиро-ванных шумовых помех целесообразно выбирать . При выполнении указанных условий помеха рассматриваемого вида мало чем отличается от нормального шума (за исключением наличия несущей частоты) и защищаться от ее воздействия можно с помощью методов оптимальной фильтрации.

Частотно-модулированные шумовые помехи.

Напряжение частотно-модулированной шумовой помехи на входе приемника можно представить следующим образом:

где амплитуда колебаний; среднее значение высокой частоты; случайное изменение частоты колебаний; крутизна модуляционной характеристики.

Одним из основных параметров частотно-модулированных колебаний является эффективное значение индекса частотной девиации равное отношению эффективного значения девиации частоты к эффективному значению ширины спектра модулирующего напряжения т. е.

При использовании для модуляции узкополосного шума, т. е. при 1, ширину спектра помехи можно принять равной

Как известно, при частотной модуляции девиация частоты пропорциональна амплитуде модулирующего напряжения и не зависит от частоты модуляции. Если распределение (Амод) мгновенных значений узкополосного модулирующего напряжения подчинено нормальному закону, то нормальным же законом будет определяться

Рис. 2.9.

и распределение мощности в спектре модулированных колебаний [39], т. е. спектр будет заведомо неравномерным (рис. 2.9).

Непостоянство спектральной плотности помехи снижает коэффициент качества. Если частотно-модулированная помеха имеет широкий спектр (помеха прицельно-заградительная [24]) и выполняется условие на краю спектра (рис. 2.9, б) отношение мощности помехи к мощности сигнала будет существенно меньше, чем в средней части спектра. Для обеспечения заданных условий подавления РЭС необходимо, чтобы в пределах всей полосы выполнялось условие

Если это условие выполнено на краю спектра помехи, то в его средней части будет излишнее превышение помехи над сигналом.

Коэффициент качества частотно-модулированной шумовой помехи в большой степени зависит от соотношения между шириной спектра помехи и полосой пропускания приемника подавляемого РЭС. Для узкополосного модулирующего шума, при выполнении условий и зависимость качественно характеризуется так же, как и связь Для иллюстрации сказанного рассмотрим вопрос о подавлении импульсной радиолокационной станции. В приемнике такой радиолокационной станции частотно-модулированная помеха

Рис. 2.10.

создает маскирующий эффект в выходном устройстве, лишь превращаясь в амплитудно-модулированное колебание на выходе фильтра с полосой . На рис. 2.10, а изображена частотная характеристика приемника, на который воздействует помеховый сигнал со случайно изменяющейся частотой При флуктуационная составляющая помехи много меньше ее постоянной составляющей (рис. 2.10, 6), т. е. мощность помехи используется крайне нецелесообразно и, как следствие, коэффициент качества помехи мал.

Если , то эффективность помехи снижается вследствие изменения ее структуры: на выходе высокочастотного фильтра помеха будет представлять собой радиоимпульсы с приблизительно постоянной амплитудой, с изменяющимися случайным образом длительностями и интервалами. Среднее значение скважности этих импульсов будет возрастать пропорционально отношению

Временная структура широкополосной частотно-модулированной помехи на выходе селективного фильтра позволяет эффективно использовать специальные схемы защиты от помех, например селекторы по уровню. Следует считать, что применительно к широкополосной частотно-модулированной помехе .