§ 8.6. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ ИМПУЛЬСА

При «екогерентном излучении еще чаще, чем при когерентном, возникает необходимость расширения спектра зондирующего сигнала с помощью внутриимпульсной модуляции. В этом и следующих параграфах рассмотрим несколько примеров такой модуляции и соответствующих их схем построения дискриминаторов. Кроме того, будем считать в дальнейшем, что в соответствии с требованиями практики ширина спектра внутриимпульсной модуляции велика по сравнению с шириной спектра импульса.

Рассмотрим сначала амплитудную модуляцию импульса по синусоидальному закону с частотой По-видимому, наиболее удобной с технической точки

зрения для данного случая является схема скриминатора с корреляционной обработкой и дифференцированием опорного сигнала. Так как при больших можно пренебречь врзмежностью дополнительного увеличения точности измерения за счет использования формы огибающей импульса что дает относительный вклад в точность порядка то достаточно осуществить дифференцирование опорного сигнала лишь по дополнительной амплитудной модуляции, не дифференцируя огибающую импульса.

Рис. 8.11. Блок-схема дискриминатора для сигнала с дополнительной синусоидальной модуляцией: 1 - гетеродин; 2 — смеситель; 3 — предварительный усилитель; 4 — генератор синусоидальных колебаний с управляемой фазой; 5 — смеситель; 6 — сумматор; 7 — управляемый генератор стробимпульсов; 8— широкополосный стробируемый усилитель; 9 — фильтр промежуточной частоты; 10 — фазовый детектор.

Тогда операции дифференцирования выполняются с помощью сдвига модулирующего напряжения по фазе и гетеродинирования.

Блок-схема дискриминатора, учитывающая это обстоятельство, показана на рис. 8.11. Принятый сигнал после переноса на промежуточную частоту и предварительного усиления поступает на два смесителя, на которые подаются напряжения с фазой управляемой выходной величиной дальномера. Сигнал с выхода косинусного смесителя складывается с входным сигналом смесителя. Далее оба сигнала стробируются, примерно согласованными с длительностью импульса сигнала стробами.

пропускаются через фильтры, от которых требуется достаточная идентичность фазовых характеристик, и смешиваются на фазовом детекторе, образуя выходное напряжение дискриминатора. Относительно ширины полосы фильтров справедливы все замечания, сделанные в §8.2, 8.3. Однако в данном случае будем считать, что ширина полосы фильтра не обязательно удовлетворяет условию а имеет произвольную величину.

Если условие удовлетворяется, то эквивалентная спектральная плотность определяется формулой (8.3.19). Закон модуляции зондирующего сигнала может быть записан в данном случае в виде

а опорные сигналы как

где предполагается, что стробимпульсы в обоих каналах одинаковы и описываются функцией которую мы для удобства можем нормировать так, что

Такая же нормировка справедлива и для огибающей импульса

Если длительности импульсов велики по сравнению с то функции взаимной корреляции

будут иметь вид:

Тогда на основании формулы (8.3.13) для эквивалентной спектральной плотности получим следующее выражение:

где

— среднеквадратйческая ширина спектра модуляции для рассматриваемого случая, а

— эквивалентное отношение сигнал/шум, уменьшение которого обусловлено несогласованностью длительностей зондирующего импульса и стробимпульсов. При достаточно больших отношение при любой ферме импульса и стробимпульсов равно при прямоугольных импульсе и стробимпульсах имеет место точное равенство при наоборот, при

Таким образом, неоптимальность обработки, состоящая в несогласованности длительностей зондирующего и опорных сигналов, приводит в данном случае просто к соответствующему уменьшению отношения сигнал/шум. Если в схемах подобного вида не удается достигнуть идентичности фазовых характеристик двух каналов, то, так же как в соответствующих схемах когерентных дискриминаторов, происходит дополнительное увеличение ошибок измерения. Эквивалентная спектральная плотность увеличивается пропорционально где фазовое запаздывание в одном канале относительно другого.

Пусть теперь ширина полосы фильтра удовлетворяет требованию но не ограничена сверху. Тогда, используя выражение для выходного напряжения дискриминатора и производя те же преобразования, что в § 8.2 и 8.3, для эквивалентной спектральной плотности, можно получить следующее выражение: 00 00

где частотная характеристика фильтра; преобразование Фурье функции преобразование Фурье функции

Если функция узкая по сравнению с функциями то выражение (8.6.13) переходит в (8.6.10), а при в выражение для с коэффициентом определяемым формулой (8.6.11). В общем случае, например, для гауссовой формы импульсов, стробимпульсов и частотной характеристики фильтров с полосой из формулы (8.6.13) следует

где все обозначения те же, что в п. 8.5.3. Эта формула позволяет исследовать ряд предельных случаев. Например, при расширении полосы фильтра

что, за исключением коэффициента пропорциональности, зависящего от вида модуляции, совпадает с выражением для эквивалентной спектральной плотности дискриминатора для простого импульсного сигнала с широкополосным УПЧ.

Если длительность строба значительно превышает длительность импульса то

и, наконец, при узкополосном по сравнению с шириной спектра импульса фильтре справедлива формула (8.6.10), где в данном случае

Рис. 8.12. Влияние полосы УПЧ и длительности стробимпульса на величину

Из формул (8.6.14) и (8.6.16) следует, что расширение полосы фильтра и длительности стробимпульса при не очень малых х сказывается в основном на шумовом члене в (т. е. на член с следовательно, особенно нежелательно при малых отношениях сигнал/шум.

Зависимость отношения от при разных х и у, иллюстрирующая влияние основных параметров дискриминатора на точность, построена на рис. 8.12.

Схема дискриминатора с корреляционной обработкой сигнала и дифференцированием является, конечно, не единственной для данного случая. Например, можно

использовать и дискриминатор с «укорачивающим» фильтром, который реализуется в данном случае с помощью трех согласованных со спектром огибающей импульса усилителей промежуточной частоты, настроенных соответственно на частоты Коэффициенты усиления УПЧ, настроенных на частоты должны быть в раз меньше коэффициента усиления основного УПЧ. Выходные напряжения всех трех УПЧ складываются, детектируются и подаются на каскады совпадения. При достаточно рациональном выборе параметров характеристики этого дискриминатора будут такими же, как и рассмотренного выше.