§ 9.9. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПОМЕХ

Измерители скорости так же, как другие устройства, входящие в состав радиолокатора, могут подвергаться воздействию не только собственных шумов системы, но и всевозможных помех, которые упоминаются в гл. 1. При наличии помех уменьшается точность измерения скорости либо даже может быть нарушен процесс измерения [70]. Это связано с различными нелинейными явлениями в элементах измерителя, в частности с обсуждавшимся выше явлением срыва слежения в следящих измерителях скорости. Нарушение процесса измерения скорости может иметь место и в измерителях,

использующих дифференцирование дальности или углов. Только в этих видах измерителей оно происходит за счет срыва слежения дальномеров или угломеров. Рассмотрим кратко вопросы воздействия помех на измерители скорости.

В большинстве случаев измерители скорости являются когерентными и используют при обработке сигналов узкополосные фильтры до детектирования. Так обстоит дело в отношении допплеровских измерителей скорости, ибо, как показано выше, при некогерентном импульсном сигнале эти измерители не обеспечивают обычно приемлемой точности. Измерители скорости как производной координаты тоже во многих случаях основаны на когерентной обработке сигнала. В связи с этим обстоятельством многие виды стохастических помех, имеющие ширину спектра, много большую, чем полоса фильтров в измерителе, нормализуются при прохождении через фильтры и их действие оказывается эквивалентным действию гауссового белого шума. При этом действие помехи сводится к эквивалентному увеличению уровня шумов на входе приемника радиолокатора либо к уменьшению отношения сигнал/шум. Поэтому, в случае воздействия, на измерители скорости подобных помех могут быть использованы все предыдущие результаты для точности измерения и для оценки сбоя следящих измерителей скорости. Единственным различием по сравнению с предыдущими формулами является то, что отношение сигнал/шум должно быть заменено величиной

где отношение сигнал/шум при наличии шума и помехи; спектральная плотность белого шума, эквивалентного по своему действию помехе.

Дальнейший расчет помехоустойчивости измерителей скорости сводится, таким образом, к нахождению величины что проделано уже в гл. 7 при анализе воздействия помех на когерентные дальномеры. Приведем

основные полученные гам формулы. Для шумовой помехи согласно (7.14.3)

где - длина волны; мощность передатчика помех; ширина спектра помехи; выигрыш антенны станции помех; выигрыш приемной антенны радиолокатора в направлении на источник помехи; дальность источника помех. Величины снижения отношения сигнал/шум при шумовой помехе иллюстрируются графиками рис. 7.51.

При расчете помехоустойчивости радиолокатора нужно определить критическую интенсивность помехи, а следовательно, и величину при которой наступает то или иное нежелательное изменение свойств системы. В данном случае таким изменением может быть достижение ошибкой измерителя скорости некоторой заданной недопустимой величины либо срыв слежения, определяемый одним из указанных выше способов. Критическая интенсивность шумовой помехи может быть найдена по (9.9.2), если учесть, что и согласно формуле радиолокации

где отражающая поверхность цели; выигрыш антенны радиолокатора в направлении на цель; — средняя мощность передатчика радиолокатора; дальность цели. При условии пространственного совмещения источника помех с целью и при обычно соблюдающемся в режиме

измерений при наличии только собственного шума условии легко находим, что

где величина находится либо по формулам § 9.5, 9.8 для точности измерения скорости (если задаться допустимой точностью), либо по формулам § 9.6, если применять критерии, связанные со срывом слежения. Для иллюстрации приведем следующий пример. Допустим, что радиолокатор характеризуется следующими данными: см, и должен работать по цели с на дальности Предположим, что согласно одному из критериев получено критическое значение отношения сигнал/помеха Тогда по т. е. при приведенных достаточно типичных значениях параметров составляет вполне достижимую в современных условиях величину. Если, однако, принять (увеличив диаметр антенны с 3 до поднять мощность передатчика до Рпер и предположить наличие цели с то т. е. составляет обычно недостижимую величину.

Для импульсной хаотической помехи в предположениях, оговоренных в п. 7.14.2

Где мощность в импульсе передатчика помех; длительность импульса помехи; средняя частота следования импульсов помехи; эффективная ширина спектра модуляции сигнала, остальные обозначения прежние.

Если опять предположить пространственное совмещение источника помехи с целью и выполнение неравенства то критическое значение величины интенсивности помехи, согласно (9.9.3) и (9.945) определяется как

т. е. составляет величину, в раз большую, чем критическая интенсивность шумовой помехи, что говорит о меньшей эффективности импульсной хаотической помехи в сформулированных выше условиях. Если, например, длительность импульсов помехи и сигнала совпадает, то составляет величину порядка единицы. При Для создания такого же эффекта, как от шумовой помехи, необходимо иметь в раз большую мощность импульсной хаотической помехи.

Для пассивной помехи, широкополосной по сравнению с сигналом, согласно (7.14.13)

где отражающая поверхность цели; отражающая поверхность помехи в объеме разрешения радиолокатора; разность допплеровских частот сигналов, отраженных от цели и помехи; - функция, описывающая форму спектра сигнала, отраженного от помехи и предполагается, что выбрана достаточно большая частота повторения Из (9.9.7) при получаем

откуда легко рассчитать плотность пассивной помехи, необходимую для того, чтобы забить радиолокатор (вывести из строя измеритель скорости). Ясно, что при большой расстройке допплеровских частот сигналов,

отраженных от цели и от помехи и помехоустойчивость по отношению к пассивной помехе получается высокой, в частности, при оказывается, что Если же то и при имеет место соотношение что означает при достижимых плотностях помех совершенно неудовлетворительную помехоустойчивость.

Дальнейшие выводы, вытекающие из снижения отношения сигнал/шум в соответствии с формулами (9.9.2), (9.9.5), (9.9.7), ничем не отличаются от приведенных в § 7.14, поэтому мы не будем их приводить здесь снова.

Прерывистые активные помехи действуют на когерентные измерители скорости так же, как на когерентные измерители дальности. При наличии быстропрерывистых по сравнению с инерционностью измерителя скорости помех и при применении быстродействующих систем АРУ помехи действуют так же, как непрерывные помехи той же средней мощности.

При медленной системе АРУ начинают сказываться нелинейные явления, которые по-разному проявляются при различных схемах обработки сигнала и для своей количественной оценки требуют проведения соответствующих исследований отдельных видов схем.

Медленнопрерывистые помехи приводят к тому, что параметры системы измерения скорости скачкообразно меняются в связи с тем, что существуют интервалы времени, на которых отношение сигнал/шум равно и интервалы, на которых это отношение равно Помимо того, что на интервалах действия помехи могут произойти те же явления, что и при непрерывной помехе, имеет место еще и параметрическое воздействие, которое может вызвать параметрическое возбуждение системы слежения. Эти вопросы требуют дальнейшего изучения, постановка же их ничем не отличается от приведенной в § 7.14.

Как уже отмечалось при анализе частотных дискриминаторов, существует тип дискриминаторов — с переключением опорных напряжений, который особенно подвержен воздействию прерывистых помех с частотами переключения, близкими к частоте опорного напряжения или к одной из кратных ей частот. В результате возникающих биений между опорным напряжением и помехой могут возникнуть низкочастотные колебания,

проходящие на выход следящей системы и приводящие к появлению больших ошибок или даже к срыву слежения.

Следует сделать несколько замечаний о воздействии на когерентные измерители скорости ответной помехи. Эта помеха применяется главным образом при импульсном излучении радиолокатора и, как указывалось в гл. 1, может создаваться как с помощью запуска импульсами радиолокатора некоторого передатчика, так и с помощью усиления и переизлучения самих импульсов радиолокатора. В первом случае возникают затруднения при обеспечении когерентности ответной помехи, а некогерентная импульсная помеха для когерентного радиолокатора малоэффективна. Во втором случае когерентность обеспечивается автоматически. Однако, если отсутствует какая-либо дополнительная модуляция импульсов ответной помехи, то она, будучи излученной с облучаемой цели, позволяет точнее, чем по отраженному сигналу измерить параметры движения цели, в частности скорость.

Такое явление имеет место из-за отсутствия флюктуаций и большой мощности импульсов помехи по сравнению с отраженным сигналом. Поэтому, для системы измерения скорости по допплеровской частоте эффективна лишь ответная помеха с дополнительной частотной модуляцией, причем изменения частоты помехи должны быть настолько медленными, чтобы их отследила следящая система. В этом отношении имеет место полная аналогия с воздействием ответной помехи на дальномеры с той лишь разницей, что переменная задержка модуляции, необходимая для увода дальномера, заменяется на переменную несущую частоту импульсов помехи для увода измерителя скорости. При установке передатчика помех не на цели, так же как при размножении импульсов помехи, остаются справедливыми все замечания, сделанные при рассмотрении воздействия ответной помехи на когерентные дальномеры.

Рассматривая воздействие помех на измерители скорости как производной от координаты, следует обратиться прежде всего к помехоустойчивости дальномеров и угломеров. Сбой следящих измерителей координат приводит к прекращению измерения скорости. В случаях, когда сбой отсутствует, а увеличение ошибок измерения координат определяется лишь изменением отношения

сигнал/шум в когерентном случае и в некогерентном. случае), увеличенная ошибка измерения скорости тоже определяется полученными выше формулами, если в них заменить на на