§ 7.10. АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ДАЛЬНОМЕРОВ

Проведенный выше анализ дискриминаторов разных типов и общие результаты гл. 6 позволяют исследовать точность измерителей дальности в целом. Как показано в гл. 6, при линеаризованном рассмотрении и (неучете параметрических флюктуаций полная ошибка следящего измерителя может быть разложена на три составляющих флюктуационную, динамическую и систематическую. Учет зависимости спектральной плотности шума на выходе дискриминатора от рассогласования приводит к дополнительной ошибке, обязанной своим происхождением параметрическим флюктуациям. Соответствующие выражения для ошибок измерения, которыми мы будем пользоваться в дальнейшем, приведены в § 2 гл. 6. В этом параграфе на ряде примеров сглаживающих цепей и дискриминаторов мы проведем вычисление ошибок измерения дальности с приведением количественных примеров.

7.10.1. Влияние системы АРУ на характеристики дискриминатора

Наличие системы АРУ в общем не приводит к существенному изменению анализа дискриминатора. Как показано в гл. 2, с хорошим приближением система АРУ

может быть описана как линейный инерционный усилитель огибающей принимаемого сигнала с параметрами, зависящими от уровня сигнала. В основном ее действие, сводится к нормировке сигнала на выходе предварительного усилителя, охваченного петлей АРУ. Такой усилитель всегда присутствует в схемах дискриминаторов дальности и обычно предшествует узкополооному фильтру. Его полоса как правило, существенно превышает ширину полосы флюктуаций сигнала и в то же время мала по сравнению с шириной спектра модуляции.

В двухканальных схемах дискриминаторов усилители используются в обоих каналах, но система АРУ является общей и работает с выхода одного из усилителей. Другой фактор, который следует учитывать в схемах с АРУ, - это демодуляция амплитудных флюктуаций сигнала, в эквивалентном рассмотрении сводящаяся к завалу низких частот в огибающей сигнала. Этот фактор приводит к уменьшению параметрических флюктуаций на выходе дискриминатора и уменьшает ошибки измерения при малых шумах. Кроме того, система АРУ, вообще говоря, производит модуляцию сигнала шумами, проходящими через цепь обратной связи. Это явление значительно труднее поддается анализу. Однако при не очень широкой полосе демодуляции (не слишком быстродействующая система АРУ) им можно пренебречь.

Хотя все эти факторы практически не влияют на характеристики дискриминатора, при анализе динамических свойств замкнутой измерительной системы их следует учитывать постольку, поскольку из-за наличия системы АРУ ее параметры (коэффициент усиления разомкнутой петли и его флюктуации, обусловленные параметрическими шумами, полоса замкнутой системы и т. п.) становятся функциями отношения сигнал/помеха и изменяются вместе с его изменениями. Ввиду большой сложности полного учета влияния АРУ (модуляция сигнала шумом, перекрестная модуляция, нелинейные эффекты высокого порядка и т. д.) и благодаря тому, что в обычных условиях эти явления проявляются слабо, мы ограничимся простейшим описанием системы АРУ и будем в дальнейшем учитывать только изменения крутизны дискриминатора из-за нормирующего действия АРУ и уменьшение уровня параметрических флюктуаций.

В соответствии с результатами гл. 2 при достаточно большой инерционности фильтра в цепи обратной связи система АРУ приводит среднее значение напряжения на выходе усилителя, охваченного петлей АРУ, к постоянному уровню. В результате этого коэффициент усиления приемника, а следовательно, и крутизна дискриминатора изменяются с изменением среднего уровня сигнала на входе. Закон изменения коэффициента усиления определяется из условий нормировки выходного напряжения, которые соответственно для приемников с линейным и квадратичным детектором имеют следующий вид:

где коэффициент усиления усилителя, охваченного петлей АРУ; - амплитуда сигнала на входе. Так как

то из любого из этих соотношений следует

где коэффициент усиления при отсутствии шума.

В рассматриваемых нами схемах с квадратичными детекторами либо фазовыми детекторами, осуществляющими перемножение сигналов, крутизна дискриминатора пропорциональна Поэтому

где отношение полосы усилителя к полосе сигнала;

— номинальное значение крутизны дискриминатора, соответствующее случаю отсутствия шумов.

Влияние всех остальных параметров дискриминатора на крутизну, исследовавшееся в предыдущих параграфах, остается неизменным; соотношение (7.10.4) следует понимать в том смысле, что коэффициент усиления разомкнутой системы зависит от отношения сигнал/шум по закону (7.10.4), убывая при сильных шумах и стремясь к предельному значению с увеличением сигнала. Выражения (7.10.3), (7.10.4) справедливы, разумеется, только при достаточно больших так как при малых уровнях сигнала он не достигает уровня задержки АРУ, система АРУ размыкается и никакой нормировки не происходит. Таким образом, при меньших некоторого значения соответствующего уровню задержки, и не зависит от отношения сигнал/шум.

Уменьшение параметрических флюктуаций, обусловленных демодулирующим действием АРУ, может быть рассчитано с помощью результатов гл. 2. Как ясно из анализа дискриминаторов, параметрические флюктуации обусловлены случайными изменениями огибающей полезного сигнала, спектральная плотность которой в области низких частот на выходе усилителя с АРУ определяется выражением (2.7.23). Имея в виду, что спектральная плотность параметрических флюктуаций пропорциональна спектральной плотности огибающей сигнала в области низких частот, из выражения (2.7.23) получаем связь спектральных плотностей параметрических флюктуаций при наличии и при отсутствии АРУ Пар

где коэффициент, зависящий от параметров АРУ и отношения сигнал/шум.

Согласно (2.7.23) этот коэффициент представляется в виде

где отношение сигнал/шум, соответствующее уровню задержки

крутизна регулировочной характеристики, коэффициент усиления в цепи обратной связи АРУ).

Значение на практике обычно велико по сравнению с единицей, поэтому даже при сигналах, близких к уровню задержки, параметрические флюктуации, обусловленные изменениями амплитуды сигнала, существенно уменьшаются.