10.6.1. Синтез оптимальных схем для методов сканирования с компенсацией и АМС

Оптимальную схему метода сканирования с компенсацией легко можно получить из общей схемы рис. 10.7, где необходимо положить (две антенны), (фазовые центры антенн совпадают и неподвижны), определяется формулой (10.2.4). При этом, используя в (10.2.4) различные конкретные значения для законов сканирования диаграмм можно рассмотреть большое число частных случаев метода сканирования с компенсацией. Однако мы сразу же выделим способы сканирования, при которых этот метод обладает наилучшими потенциальными свойствами и в дальнейшем ограничимся рассмотрением только таких случаев.

Из рассмотрения общей схемы рис. 10.7 видно, что оптимальная схема метода сканирования с компенсацией, кроме двух основных каналов, содержит, вообще говоря, дополнительный, третий канал, который, как было показано в § 10.3, осуществляет выделение ложной информации из амплитудных флюктуаций сигнала, что позволяет в дальнейшем частично скомпенсировать вредное влияние этих флюктуаций. Легко видеть, что при выполнении условия

в схеме измерения угла а третий канал исчезает. Следовательно, при выполнении условия (10.6.1) в этой схеме происходит автоматическая компенсация амплитудных флюктуаций сигналов, т. е. осуществляется та идея, которая преследовалась при разработке метода сканирования с компенсацией.

Рассмотрим условия (10.6.1) подробнее. Они означают определенную симметрию приемных каналов. Если и диаграммы направленности антенн одинаковы, то эти условия будут выполнены, когда

Выражение (10.6.2) означает, что диаграммы направленности занимают крайние возможные положения и сканируют, не меняя взаимного расположения. Диаграммы направленности, образующие такую фигуру, иногда называют «вальсирующими».

Таким образом, только при выполнении условия (10.6.2) метод сканирования с компенсацией обеспечивает полную компенсацию амплитудных флюктуаций сигнала. Всякие другие виды сканирования следует признать неудовлетворительными, ибо они не обеспечивают реализации потенциальных возможностей этого метода. В частности, широко известный вариант метода сканирования с компенсацией с одной неподвижной и одной сканирующей диаграммой необходимо признать неудачным. В дальнейшем мы ограничимся только рассмотрением этого метода с «вальсирующими» диаграммами, считая при этом спектральные плотности шумов в каналах одинаковыми.

Сделаем ряд замечаний относительно оптимальной схемы сканирования с компенсацией. Производя в формуле (10.3.29) надлежащие упрощения, можно оптимальную операцию радиотракта для этого метода записать в виде

где принятые сигналы, выражающиеся формулами (10.3.3)

Обозначим полезные составляющие этих сигналов через т. е. Тогда

Поскольку независимы, то независимыми будут также и шумы Отсюда следует,

что с точки зрения статистических характеристик можно образовать сумму и разность сигналов после их смешения с двумя независимыми шумами или можно прибавить независимые шумы уже к «суммарному» и «разностному» сигналу. Это замечание является весьма существенным, так как технически часто удобнее непосредственно на выходах антенной системы образовывать суммарный и разностный сигналы.

Рис. 10.15. Оптимальная схема радиотракта угломера, использующего сканирование с компенсацией. 1 — оптимальные фильтры с частотной характеристикой

Используя это замечание, можно схему оптимального радиотракта при компенсационном методе представить в виде, изображенном на рис. 10.15.

Остановимся подробнее на работе схемы рис. 10.15. В этой схеме сигналы с выходов антенной системы сначала поступают на устройство, образующее их сумму и разность (гибридное кольцо, тройниковое соединение и т. д.). Суммарный и разностный сигналы гетеродинируются. Затем разностный сигнал умножается на функцию, изменяющуюся по закону сканирования диаграмм направленности. После этих преобразований сигналы фильтруются оптимальными фильтрами с характеристикой (10.3.25) и перемножаются. Оптимальная схема рис. 10.15 не сложнее известных схем метода сканирования с компенсацией и поэтому заслуживает внимательного изучения, которое будет проведено в следующем параграфе. Когда частота сканирования диаграмм направленности достаточно мала по сравнению с шириной полосы пропускания фильтров в схеме рис. 10.15, то умножение разностного сигнала на функцию,

изменяющуюся по закону сканирования, можно осуществлять после фильтрации. При этом схема может быть преобразована к виду, изображенному на рис. 10.16. Здесь сигналы непосредственно с выхода антенной системы гетеродинируются, фильтруются оптимальными фильтрами с характеристикой (10.3.25), детектируются квадратичными детекторами и вычитаются; полученная разность умножается на функцию, изменяющуюся по закону сканирования.

Рис. 10.16. Оптимальная схема радиотракта угломера, использующего сканирование с компенсацией, при низких частотах сканирования: 1 - оптимальные фильтры с частотной характеристикой ; 2 - квадратичные детекторы.

Эта схема, хорошо известная в угломерной практике, близка к оптимальной лишь при низкочастотном сканировании диаграмм направленности.

Оптимальные схемы для метода АМС весьма похожи на схемы сканирования с компенсацией. Если принять в качестве исходных предпосылок одинаковость диаграмм направленности антенн в угломере с АМС и одинаковость шумов, прибавляющихся к сигналам, то оптимальная схема для АМС получится из только что синтезированной схемы для метода сканирования с компенсацией рис. 10.15, если положить там Оптимальная схема для АМС изображена на рис. 10.17. Ее, очевидно, можно тождественно преобразовать к виду, изображенному на рис. 10.18. Оба получецных варианта схем для АМС являются известными и описывались в литературе [49].

Заметим, что при неодинаковости диаграмм направленности антенной системы и неодинаковости шумов в оптимальных схемах для АМС помимо двух основных каналов появился бы, подобно тому как это имело место для метода сканирования с компенсацией, дополнительный канал, предназначенный для компенсации вредных

эффектов, вызванных указанной несимметрией. Однако рассмотрение этих случаев практической ценности не имеет.

В заключение заметим, что для измерения угловой координаты цели в другой плоскости оптимальные схемы метода сканирования с компенсацией, очевидно, не меняются, только умножение на необходимо заменить умножением на

Рис. 10.17. Вариант оптимальной схемы радиотракта угломера с АМС (схема с перемножением сигналов). 1 — оптимальные фильтры с частотной характеристикой

Рис. 10.18. Вариант оптимальной схемы радиотракта угломера с АМС (схема с вычитанием сигналов): 1 - оптимальные фильтры с частотной характеристикой ; 2 - квадратичные детекторы.

Отимальные схемы вообще не зависят от того, какая угловая координата цели измеряется: схема АМС будет измерять ту или иную угловую координату цели в зависимости от того, к какой паре выходов антенны она присоединена.