§ 8.3. ДИСКРИМИНАТОРЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ КОРРЕЛЯЦИОННУЮ ОБРАБОТКУ СИГНАЛА

Дискриминаторы с корреляционной обработкой сигнала по способам построения и расчета характеристик наиболее близки к когерентным дискриминаторам. Имея в виду аналогии, которые при этом получаются, начнем рассмотрение с них. Приближенное выполнение оптимальных операций при корреляционной обработке может быть реализовано любым из трех способов с помощью двух расстроенных по задержке каналов, в виде одноканального дискриминатора с переключением опорных сигналов и с помощью двухканального дискриминатора, использующего продифференцированный опорный сигнал.

8.3.1. Дискриминатор с двумя расстроенными каналами

Блок-схема дискриминатора с двумя расстроенными по дальности каналами показана на рис. 8.2. По своему функциональному построению она совпадает с соответствующей схемой когерентного дискриминатора.

Рис. 8.2. Блок-схема корреляционного дискриминатора с двумя расстроенными по задержке каналами: 1 — гетеродин; 2 — смеситель; 3 — управляемый генератор опорных сигналов; 4 — перемножнтель; 5 — фильтр промежуточной частоты; 6 — детектор; 7 — вычитающее устройство.

Принятый сигнал умножается после переноса на промежуточную частоту или до этого переноса на два опорных сигнала которые с той или иной степенью точности повторяют закон модуляции зондирующего сигнала и имеют соответствующее высокочастотное заполнение. Сигналы задержаны относительно зондирующего сигнала соответственно на После перемножения сигналы пропускаются через фильтры с импульсной реакцией детектируются и вычитаются, образуя напряжение на выходе дискриминатора. Отличие некогерентного случая от когерентного заключается только в инерционности фильтров, которая в некогерентном случае должна быть мала по сравнению с периодом повторения сигнала, так чтобы отклики фильтра на соседние импульсы не перекрывались. В оптимальном случае этот фильтр должен представлять интегратор за период со сбросом, однако, как мы убедимся в дальнейшем, окончательные результаты не зависят от вида характеристики фильтра, если только он обладает интегрирующими свойствами за время, равное длительности импульса сигнала. Предположим сначала, что это условие выполнено, т. е. что где

длительность импульса сигнала, а ширина полосы фильтра. Дальше мы рассмотрим случай, когда это условие не выполняется.

Выходное напряжение дискриминатора аналогично § 7.3 представляется в виде

где предполагается, что импульсные реакции фильтров в обоих каналах одинаковы. Вследствие нестационарности входного сигнала и малой по сравнению с периодом инерционности фильтра является нестационарным случайным процессом с периодической нестационарностью. Поэтому дискриминационная и флюктуационная характеристики определяются выражениями

где

— крутизна дискриминатора.(см. § 7.4).

Раскрывая выражение (8.3.1) и подставляя в него выражение для функции корреляции сигнала из (8.2.8), получаем

где функции определены соотношением

т. е. являются функциями взаимной и автокорреляции для совокупности зондирующего и опорных сигналов.

Так же, как в предыдущей главе, нас будут интересовать только значения этих функций в пределах одного периода, так как рассогласования, превышающие период повторения сигнала, не представляют практического интереса.

Усредняя (8.3.5) по времени для дискриминационной характеристики, получаем следующее выражение:

где

и предполагается, что

Из сравнения с (7.3.26) ясно, что по характеру зависимости дискриминационной характеристики от законов модуляции зондирующего и опорных сигналов рассматриваемый дискриминатор полностью эквивалентен соответствующему когерентному дискриминатору. В частности, крутизна и смещение нуля дискриминационной характеристики равны

что отличается от (7.3.28) и (7.3.29) только численными множителями. Смещение нуля отсутствует при всех если

т. е. если выполняются условия симметрии опорных сигналов относительно зондирующего и равенства усилений в обоих каналах. Зависимость крутизны от расстройки между опорными сигналами получается точно такой же, как в когерентном дискриминаторе.

Найдем теперь эквивалентную спектральную плотность. Будем предполагать, что условия (8.3.11) выполнены. При этом, как и в когерентном дискриминаторе, составляющая величины не зависящая от отношения сигнал/шум, обратится в нуль и в выражении для останутся члены только с Вычисляя функцию корреляции с помощью (8.2.9), выполняя преобразования подобные тем, которые были использованы при выводе (8.3.5), усредняя полученное выражение по времени и интегрируя в соответствии с (8.3.3), можно получить следующее выражение:

Из сравнения этого выражения с соответствующим выражением для когерентного дискриминатора (7.3.30) следует, что выражение (8.3.12) отличается от него только коэффициентами, зависящими от отношения сигнал/шум. Структура этих коэффициентов в данном случае еще более проста — они не зависят ни от формы спектральной плотности флюктуаций сигнала, ни от частотной характеристики фильтра. При малых расстройках выражение (8.3.12) стремится к из (8.2.17), а при произвольной расстройке зависимость от ее величины и формы зондирующего и опорных сигналов может быть описана так же, как в § 7.3, с помощью введения эквивалентного отношения сигнал/шум и эквивалентной ширины, спектра модуляции Ьэив. Формула (8.3.12) принимает при этом вид

где

совпадают с соответствующими отношениями из § 7.3, которые уже были исследованы в предыдущей главе. Эти соотношения позволяют с помощью графиков для и для разных конкретных видов модуляции из гл. 7 и формулы или рис. 8.1 рассчитать величину для любого интересующего нас случая.