§ 10.4. МЕТОД СКАНИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ (ОПТИМАЛЬНЫЕ СХЕМЫ)

Метод сканирования диаграммы направленности используется в радиолокации в течение длительного времени. Опыт использования этого метода свидетельствует о его низкой помехоустойчивости против активных помех, которые модулируются частотами, близкими к частотам сканирования, а также об уменьшении точности измерения углов этим методом при наличии амплитудных флюктуаций отраженного сигнала, спектр которых содержит в качестве составляющих частоты сканирования. В частности, при наличии таких флюктуаций сигнала в используемых на практике схемах метода сканирования диаграммы даже при полном отсутствии шумов существует конечная флюктуационная ошибка сопровождения цели. Эти факторы имеют простое физическое объяснение: при использовании метода сканирования диаграммы полезная информация об угловых координатах цели заключена в амплитуде принимаемых сигналов, и всякое искажение их амплитуды непосредственно приводит к искажению полезной информации и, в конечном счете, к ошибке измерения. В этой связи изучение оптимальных схем метода сканирующей диаграммы, имеющих, очевидно, средства оптимального подавления вредного влияния амплитудных флюктуаций отраженного сигнала, представляет большой теоретический и практический интерес.

10.4.1. Синтез оптимальных схем для Метбда сканирования диаграммы направленности

Оптимальная схема для метода сканирования диаграммы легко получается из общей схемы рис. 10.7. Для этого метода, очевидно, (одна антенна), (фазовый центр антенны неподвижен), выражается формулой (10.2.2).

Рис. 10.8. Оптимальная схема радиотракта [угломера со сканирующей диаграммой: 1 — оптимальные фильтры с частотной характеристикой ; 2 - оптимальный фильтр с частотной характеристикой квадратичный детектор.

Используя (10.3.29), получаем оптимальную схему для измерения угла а в виде, изображенном на рис. 10.8.

Схема рис. 10.8 содержит три канала, в которые сигнал поступает после гетеродинирования. В первом канале сначала производится умножение сигнала на функцию, изменяющуюся по закону его амплитудной модуляции, внесенной сканирующей диаграммой, и затем оптимальная фильтрация (10.3.25). Выходной сигнал этого канала поступает на фазовый детектор. Полезная информация об угловых координатах цели содержится в боковых спектральных составляющих принимаемого сигнала, и при отсутствии указанного умножения мы вынуждены были бы далее ставить достаточно широкополосный фильтр, который не обрезал бы боковых спектральных составляющих сигнала. Это привело бы к излишнему увеличению шумов на выходе фильтра. Операция же, примененная в оптимальной схеме, производит перенос боковых спектральных составляющих сигнала на центральную частоту, после чего может быть

осуществлена фильтрация сигнала достаточно узкополосным фильтром, пропускающим сигнал и шум в оптимальном соотношении.

В качестве опорного сигнала на фазовый детектор поступают центральные спектральные составляющие принятого сигнала, выделенные оптимальным фильтром во втором канале. Фильтр здесь такой же, как и в первом канале.

На выходе фазового детектора образуется, очевидно, основная составляющая сигнала ошибки. Третий канал, как легко видеть, предназначен как раз для компенсации вредного влияния амплитудных флюктуаций отраженного сигнала. Сначала сигнал в этом канале фильтруется оптимальным фильтром с характеристикой (10.3.28), затем детектируется квадратичным детектором, на выходе которого получаются в чистом виде амплитудные флюктуации сигнала. Умножая их на функцию, изменяющуюся по закону сканирования диаграммы, мы выделяем заключенную в амплитуде информацию об угловых координатах, являющуюся ложной. Ложная информация извлекается затем из полной информации, выделенной первыми двумя каналами. Так происходит оптимальная компенсация вредного влияния амплитудных флюктуаций сигнала.

Рассмотрев в общем виде работу оптимальной схемы, перейдем к исследованию некоторых предельных случаев, представляющих практический интерес. Первый из этих случаев — случай высокой частоты сканирования, значительно превышающей ширину спектра флюктуаций сигнала. При этом, как легко видеть, третий канал в схеме рис. 10.8 исчезает. Схема оптимального радиотракта принимает вид, изображенный на рис. 10.9. Физически получившееся упрощение понятно, так как при высоких частотах сканирования амплитудные флюктуации сигнала, являющиеся низкочастотными, перестают влиять на точность пеленгации. Схема рис. 10.9 достаточно проста и весьма привлекательна, но в практике радиолокационной углометрии не встречалась. Более подробное исследование этой схемы представляет интерес и будет проделано в следующем параграфе.

Перейдем теперь к другому крайнему случаю, когда частота сканирования значительно меньше полосы пропускания фильтра (10.3.25).

При этом умножение на в первом канале может быть перенесено на выход фильтра.

Рис. 10.9. Оптимальная схема радиотракта угломера со сканирующей диаграммой при высоких частотах сканирования. 1 - оптимальные фильтры с частотной характеристикой

Схема оптимального радиотракта принимает вид, изображенный на рис. 10.10, где фильтр имеет квадрат амплитудно-частотной характеристики

С фильтром такого вида мы уже встречались в гл. 7. Как там было показано, представляет собой двугорбую кривую с максимумами на частотах и юг, для которых и провалом до величины на нулевой частоте. Благодаря такой форме амплитудно-частотной характеристики фильтра, мы наилучшим образом подавляем центральные составляющие сигнала, подчеркивая в наибольшей степени его боковые составляющие, несущие полезную информацию. При этом добиваемся максимально возможного уменьшения вредного влияния амплитудных флюктуаций сигнала на

Рис. 10.10. Оптимальная схема радиотрзкта угломера со сканирующей диаграммой при низких частотах сканирования: 1 — оптимальный фнльтр с частотной характеристикой квадратный детектор.

точность пеленгации. При характеристика фильтра становится одногорбой. Физически это объясняется тем, что при больших шумах становится более выгодным сильнее обрезать собственные шумы, чем заниматься уменьшением влияния флюктуаций сигнала.

Отметим, что схема метода сканирования диаграммы, обычно применяемая на практике, по структуре совпадает со схемой рис. 10.10. Изложенные выше результаты показывают, в каких случаях эта схема оказывается оптимальной, т. е. реализует потенциальные возможности метода сканирования диаграммы. Более подробное изучение этой схемы и ее сравнение со схемой рис. 10.9 будет проведено в следующем параграфе.

В заключение заметим, что оптимальные схемы для измерения угла в другой плоскости будут точно такими же, только везде умножение на заменится умножением на