5.2. КОМПЕНСАЦИЯ ПОМЕХ С ПОМОЩЬЮ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ПРИЕМНИКА

1. Общие сведения

При использовании вспомогательного приемника проще всего компенсируются радиопомехи, которые поступают на защищаемое радиотехническое устройство с направлений, соответствующих боковым лепесткам диаграммы направленности антенны. Различают некогерентный (амплитудный) и когерентный методы компенсации таких помех. Первый из них сводится к тому, что компенсация помех осуществляется в процессе обработки видеосигналов, а при когерентном методе компенсация помех производится в трактах высокой или промежуточной частоты

2. Амплитудный метод компенсации помех

Сущность амплитудного метода компенсации помех рассмотрим в процессе анализа схемы, изображенной на рис. 5.15 [901. При этом предполагаем, что компенсации подлежат активные импульсные радиопомехи в приемнике импульсной радиолокационной станции.

Основной приемник содержит антенну смеситель усилитель промежуточной частоты амплитудный детектор . В состав компенсационного приемника входят аналогичные элементы, обозначенные на рис. 5.15 соответствующими символами с индексом Кроме того, имеется местный гетеродин (Г) и вычитающее устройство

Компенсация помех достигается в вычитающем устройстве при условии, что помеховые сигналы, вырабатываемые детекторами начинают действовать в одно и то же время и имеют одинаковые длительности и огибающие.

Рис. 5.15.

Рис. 5.16.

Чтобы эти условия выполнялись, требуется полная идентичность одноименных элементов в основном и компенсационном приемниках, а антенны и должны иметь диаграммы направленности и (0), удовлетворяющие равенствам

Здесь угол, отсчитываемый от направления максимума диаграммы направленности приемной антенны ширина главного лепестка диаграммы направленности той же антенны.

Возможные диаграммы направленности и показаны на рис. 5.16. При этом отличие от нуля при и от функции при сделано лишь для наглядности.

Если амплитудно-частотные характеристики линейных частей основного и компенсационного приемников удовлетворяют соотношению где k — коэффициент пропорциональности, а детекторы идентичны, то справедлива следующая связь :

При выполнении равенств (5.2.1) и (5.2.2) осуществляется не только идеальная компенсация помех, действующих по боковым лепесткам диаграммы направленности антенйы но и отсутствует ослабление полезного сигнала источник которого располагается в зоне основного лепестка

диаграммы направленности антенны Однако при одновременном действии импульсных помех, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны и полезного сигнала полная компенсация помех не происходит. Покажем это, полагая, что напряжения образующиеся на выходах и равны

Здесь огибающие полезного сигнала и помех в основном приемнике; огибающая помех в компенсационном приемнике; промежуточная частота.

Если детекторы и квадратичные, то их выходные напряжения приближенно равны

где коэффициенты передачи детекторов соответственно.

Из соотношений (5.2.5) и (5.2.6) видно, что при и к до напряжение , образующееся на выходе вычитающего устройства (рис. 5.2.15), составляет

и полезный сигнал оказывается искаженным помехами. Их интенсивность зависит от уровня боковых лепестков антенны и мощности источника радиопомех. На практике обычно не удается реализовать диаграммы направленности определяемые равенствами (5.2.1) и (5.2.2).

Более простыми являются ненаправленные компенсационные антенны, диаграмма направленности которых изображена на рис. 5.17 пунктирной прямой, или антенны с диаграммой направленности показанной на рис. 5.17 штрих-пунктирной кривой. Антенна с диаграммой направленности последнего вида препятствует ослаблению компенсационным устройством полезного сигнала, источник которого располагается в направленности максимума диаграммы направленности Но по мере роста от до

Рис. 5.17.

и уменьшении от до —0,5 90 ослабление полезного сигнала увеличивается.

При использовании ненаправленной антенны устройства, в которых осуществляется компенсация помех, действующих по боковым лепесткам диаграммы направленности основной антенны, могут быть построены в соответствии со схемами, представленными на рис. 5.15 или 5.18 1901.

Устройство, схема которого показана на рис. 5.18, содержит основной приемник импульсной РЛС и компенсационный приемник. Но в отличие от схемы рис. 5.15 сигналы с выхода антенны поступают не только в смеситель но и на вход компенсационного приемника. Эти сигналы через направленный ответвитель аттенюатор и фазовращатель подаются в сумматор (2), где они смешиваются с выходным напряжением

Параметры и выбираются так, чтобы мощности сигналов, принимаемых антеннами в направлении максимума основного лепестка антенны были одинаковыми, а фазы отличались на . Для соблюдения таких условий во всем диапазоне углов обзора, обеспечиваемых антенной , ее целесообразно укреплять соосно с антенной Благодаря и 2 при ненаправленной антенне

Рис. 5.18.

Ддостигается изменение напряжения на выходе 2 в соответствии с функцией Однако при этом РЛС получается весьма сложной, вследствие чего более предпочтительной оказывается схема, изображенная на рис. 5.15. При последующем изложении именно эта схема будет иметься ввиду.

При применении ненаправленных компенсационных антенн или антенн с диаграммой направленности, изображенной на рис. 5.17 штрих-пунктирной кривой, идеальная компенсация помех принципиально невозможна. Поэтому компенсационные приемники делаются так, чтобы во всех случаях, когда антенной принимаются помеховые сигналы с направлений соответствующих наибольшему из боковых лепестков ее диаграммы направленности, выполнялось неравенство В таких условиях возникает эффект перекомпенсации помех и ослабление полезного сигнала на выходе вычитающего устройства.

Ослабление полезного сигнала в наибольшей мере проявляется при ненаправленной компенсационной антенне и построении приемника РЛС в соответствии со схемой, показанной на рис. 5.15, и связано с одновременным его появлением на выходе детекторов Если наряду с полезным сигналом действует помеха, источник которой лежит в зоне действия боковых лепестков антенны то наличие эффекта перекомпенсации приводит к дополнительному его ослаблению, а при достаточнс мощной помехе возможно полное подавление полезного сигнала.

Сравнительно редкими совпадения по времени действия полезных сигналов и помех бывают в тех случаях, когда помехи порождаются отражениями от местных предметов, излучениями соседних радиолокационных передатчиков или передатчиками хаотических импульсных помех с большой средней скважностью импульсов. Если источниками помех являются земля или водная поверхность, то эффективность РЛС с амплитудной компенсацией заметно понижается. Это объясняется тем, что помеховые сигналы, поступающие от земли или водной поверхности, по существу представляют собой хаотически следующие импульсы со случайными амплитудами и длительностями. Количество таких импульсов в единицу времени может быть столь большим, что они будут часто совпадать с импульсами полезных сигналов, а их мощность может оказаться достаточной для подавления полезного сигнала. Низкая эффективность амплитудного метода

компенсации может быть и при действии достаточно интенсивных специально организованных шумовых и хаотических импульсных помех; при этом импульсы помех последнего вида должны иметь среднюю частоту повторения во много раз большую, чем частота повторения зондирующих сигналов РЛС.

Помимо сказанного выше, амплитудному методу компенсации свойственен и другой недостаток. Он состоит в дополнительном уменьшении чувствительности РЛС за счет шумов компенсационного приемника. В самом деле, если не учитывать флуктуации напряжения, вырабатываемого местным гетеродином, то шумы основного и компенсационного приемников являются независимыми. Поэтому дисперсия шумов на выходе вычитающего устройства при отсутствии полезных и внешних помеховых сигналов равна

Здесь дисперсии шумов, образующихся на выходах детекторов а коэффициент передачи вычитающего устройства предполагается равным единице.

Если амплитудно-частотные характеристики основного и компенсационного приемников идентичны, а источники их внутренних шумов имеют одинаковые мощности, то чувствительность РЛС с устройством компенсации вдвое хуже, чем при его отсутствии. Это приводит к выводу о целесообразности выключения компенсационного приемника при работе РЛС в условиях, когда на нее не действуют внешние радиопомехи.

Повышению чувствительности РЛС с компенсационным приемником способствует как можно меньший коэффициент передачи последнего, а для требуемой компенсации помех следует увеличить соответствующим образом усиление компенсационной антенны. Вследствие этого антенна должна быть направленной и преобразовывать принимаемые сигналы так, чтобы осуществлялась компенсация помех, источники которых размещаются в заранее заданном секторе пространства относительно РЛС.

Амплитудный метод компенсации помех реализуется технически сравнительно просто и, несмотря на присущие ему недостатки, часто может обеспечивать высокую эффективность импульсных РЛС при их работе в условиях отражений радиосигналов от местных предметов. Он, кроме того,

является достаточно универсальным при защите От Специально организованных радиопомех, действующих по боковым лепесткам приема сигналов антеннами, и может использоваться не только в радиолокации, а и в других областях радиоэлектроники.