Подавитель на промежуточной частоте

Рассмотрим подавитель на примере псевдокогерентной РЛС, часть схемы которой изображена на рис.4.97.

 

В приведенной схеме после когерентного гетеродина вместо фазового детектора включен третий смеситель. При этом колебания когерентного гетеродина являются опорными для этого смесителя. Так как когерентный гетеродин и сигнал приведены к одной и той же промежуточной частоте, то на выходе смесителя можно получить сигнал на второй промежуточной частоте f_пч2, которая равна удвоенному значению первой промежуточной частоты.

Сигнал второй промежуточной частоты подается на устройство, аналогичное ЧПВ, в котором, вместо вычитающего устройства используется фазовый детектор. Фаза сигналов на входах фазового детектора определяется следующим образом:

; ,

где j _S – суммарная начальная фаза, определяемая действием внутренних и внешних факторов.

На выходе фазового детектора образуется сигнал, пропорциональный косинусу разности фаз .

.

Для компенсации необходимо выполнение условия:

, k=0, 1, 2, …

В противном случае компенсация может отсутствовать при F_Д =0. Промежуточная частота должна быть связана с частотой повторения импульсов следующим образом:

. (4.52)

При компенсации на промежуточной частоте предъявляются более жесткие требования к точности задержки, чем при компенсации на видеочастоте. Отсутствует эффект «слепых» фаз.

Череспериодное вычитание

Для череспериодного сравнения амплитуд импульсов с выхода фазового детектора используются устройства череспериодного вычитания или схемы череспериодной компенсации (ЧПК). Простейший вариант такого устройства изображен на рис.4.98.

 

 

Операция череспериодного вычитания реализуется в соответствии с выражением

.

Операции обработки линейные, следовательно, и схема представляет собой линейный фильтр.

 

При действии на входе последовательности импульсов с периодом повторения Т_п, выходной сигнал представляет собой разность амплитуд входного сигнала и сигнала, задержанного на период повторения Т_п. Если амплитуды входных импульсов одинаковы, то на выходе схемы они оказываются подавленными, начиная со второго. Следовательно, сигналы от неподвижных объектов подавляются (рис.4.99.).

Если амплитуда изменяется от импульса к импульсу (объект движется), имеет место выходной сигнал в виде последовательности импульсов различной амплитуды и полярности.

Частотная характеристика режекторного гребенчатого фильтра (схемы однократного ЧПВ) может быть определена как отношение комплексных амплитуд выходных и входных сигналов, при условии, что на выход подан гармонический сигнал

.

Амплитудно-частотная характеристика определится следующим образом:

. (4.53)

Вид АЧХ изображен на рис.4.100

 

Полагая, что в системе СДЦ обрабатываются сигналы, амплитуда которых изменяются в соответствии с частотой Доплера, амплитудно-частотная характеристика примет следующий вид:

. (4.54)

Характеристика имеет нули, положение которых изменяется при изменении периода посылок Т_п на некоторую величину. Частотная характеристика наглядно поясняет работу схемы ЧПВ со спектральной точки зрения. Так как периодическая последовательность импульсов от неподвижных объектов имеет спектральные составляющие на частотах nF_n (n=0, 1, 2, …), т.е. в нулях частотной характеристики, то сигналы таких целей полностью подавляются. В случае движущихся объектов спектральные линии имеют частоты nF_n ± F_Д и такие сигналы проходят на выход подавителя. Однако амплитуда этих сигналов значительно зависит от скорости воздушного объекта. На рис.4.101 изображено расположение спектральных линий при двух скоростях цели.

 

 

Для доплеровского сдвига F_Д1 (пунктирные линии на рис.4.101), спектральные составляющие заметно подавляются. При F_Д2 =F_n /2 подавление отсутствует, что соответствует оптимальной скорости движения воздушного объекта. Следовательно, требуется устройство с более равномерной АЧХ.

Ухудшение качества компенсации однократной системы ЧПВ по сравнению с оптимальным режекторным фильтром, объясняется расширением гребней спектра пачки. Ширина каждого гребня по уровню, близкому к 0,5, определяется величиной 1/МТ, где Т – период повторения; М – число импульсов в пачке. Чем меньше количество импульсов в пачке, тем хуже качество подавления. Качество подавления ухудшается и в том случае, если ширина гребней помехи увеличивается за счет разброса скоростей отражателей. Сказанное иллюстрируется рисунком 4.102.

 

 

В обоих случаях существенное ухудшение качества подавления можно пояснить заостренной формой провалов АЧХ схемы однократного ЧПВ. Для лучшего подавления спектральных составляющих помехи и сохранения спектральных составляющих сигнала желательно иметь частотную характеристику в области режекции достаточно узкими. Этому удовлетворяют в определенной степени подавители с многократной череспериодной компенсацией, которые представляют собой последовательно включенные однократные схемы ЧПВ.

Схема двукратного вычитания представляет собой последовательно включенные две схемы однократного ЧПВ (рис.4.103).

 

При этом первая схема однократного вычитания формирует первую конечную разность

,

а вторая схема вырабатывает вторую разность

.

Амплитудно-частотную характеристику схемы двукратного вычитания можно получить, перемножая АЧХ схем однократного череспериодного вычитания

. (4.55)

В этом случае характеристика синус-квадратная, схема двукратного ЧПВ лучше компенсирует расширенные гребни спектра помехи. Улучшение качества подавления можно пояснить с временной точки зрения. Если при линейном нарастании амплитуды импульсов первая схема однократного ЧПВ даст постоянный уровень остатков, то вторая схема его полностью скомпенсирует. Поэтому схема двукратного вычитания в меньшей степени реагирует на амплитудную модуляцию импульсов в пачке, обусловленную обзором по угловой координате или разбросом скоростей отражателей.

Наряду с определенными достоинствами схема двукратного вычитания имеет следующие недостатки:

– увеличение объема аппаратуры;

– расширение области провалов частотной характеристики (ухудшение условий обнаружения движущихся воздушных объектов при некоторых скоростях).

Области провалов можно сузить, сохраняя при этом параболическую форму последних. Для этого могут быть использованы связи (положительные или отрицательные) в качестве цепей коррекции. Пример схемы двукратного ЧПВ с отрицательной обратной связью приведен на рис.4.104, а результирующая АЧХ – на рис.4.105.

 

Результирующая АЧХ имеет провалы параболической формы и примерно постоянное значение в промежутках между ними. В результате этого полезный сигнал при прохождении через схему не ослабляется почти при всех скоростях движения цели. Ширину провалов АЧХ можно регулировать, изменяя величину коэффициента обратной связи b.

Наряду с использованием обратных связей с выхода на вход, возможны более сложные случаи, когда используются обратные связи от промежуточных точек схемы череспериодного вычитания. За счет этого возрастают возможности коррекции амплитудно-частотной характеристики.