Приемное устройство РЛС, основные технические характеристики

РЕФЕРАТ

 

СТУДЕНТ:

Учебной группы Р – 32 /____________/ Куулар А.М

 

РУКОВОДИТЕЛЬ:

/____________/ Асташин Ю.С

 

 

«__» ________ 2016г.

 

 

Красноярск 2016

Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства, предназначенного для воспроизведения сигналов. Радиовещательные приемники (монофонические) принимают одноканальные непрерывные сигналы с АМ на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах.

Приемники промежуточных станций радиорелейных линий (наземных и спутниковых) отличаются от приемников оконечных станций тем, что в них не происходит разделения многоканальных сигналов.

Импульсные радиолокационные приемо-передающие станции обычно излучают зондирующие радиоимпульсы с фиксированными периодами следования, длительностью импульсов, амплитудной и несущей частотой. Приемники таких станций служат для приема части энергии зондирующих сигналов, отраженной от цели. Отраженные сигналы могут быть импульсными или непрерывными, причем информация о целях может содержаться в изменении во времени амплитуды (или отношения амплитуд) и частоты (или спектры сигналов).

Параметры тракта приема и фильтрации сигналов определяются параметрами основных его составляющих: приемного устройства и аппаратуры защиты от помех. Рассмотрим влияние технических параметров приемного устройства на тактические характеристики РЛС.

Под техническими параметрами будем понимать, прежде всего, электрические параметры, основными из которых являются:

· предельная и пороговая чувствительности приемника или коэффициент шума;

· динамический диапазон по входу и выходу;

· диапазон рабочих частот;

· полоса пропускания и частотная избирательность.

Чувствительность приемного устройства. Под чувствительностью приемного устройства понимают способность приемника выполнять свои функции при приеме слабого сигнала на фоне помех.

Чувствительность современных радиолокационных приемников ограничивается в основном уровнем их собственных шумов и составляет 10^-12...10^-15 Вт. На практике для характеристики радиолокационных приемников различают: предельную, пороговую и реальную чувствительности.

Предельной чувствительностью приемника называют минимальную мощность или напряжение сигнала, наводимого в антенне, при которых отношение сигнал/шум на выходе линейной части приемника, т.е. на выходе высокочастотного тракта (ВЧТ), равно единице.

Данный параметр характеризует, мощность сигнала на входе приемника, равную эквивалентной мощности шумов приемника, пересчитанных на его вход, с учетом мощности шумов антенны, атмосферы, космоса, Земли:

P _пред= k · T _о· П _ш·(К _ш− 1 + t _А), (3.28)

где k = 1,38^.10^-23Дж, К – постоянная Больцмана, T _о– температура антенны в градусах по шкале Кельвина, П _ш - шумовая полоса пропускания приемника (обычно равна полосе пропускания УПЧ, т.е. полосе пропускания приемника), К _ш– коэффициент шума приемника, t _А= Т _А/ Т _о – относительная температура антенны. Предельная чувствительность приемника применяется для сравнения шумовых свойств ВЧТ.

Под пороговой чувствительностью понимается минимальный сигнал, наводимый в антенне, при котором приемное устройство работает с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги. Таким образом, пороговая чувствительность определяется на выходе системы обработки (например, детектора) и используется для сравнения приемных устройств с одинаковой системой обработки.

Рассмотрим более подробно понятие коэффициента шума приемника К _ш, служащего для оценки шумовых свойств ВЧТ приемника.

Коэффициент шума приемника это число, показывающее во сколько раз отношение сигнал-шум на выходе приемника меньше, чем отношение сигнал-шум на его входе (рис.3.53,а), т.е.

где Р _Швых = Р _Швх К _р + Р _Шсо – мощность шума на выходе приемника, К _р= Р _Свых/ Р _Свх– коэффициент усиления входного сигнала по мощности. Тогда

(3.30)

Из формулы (3.30) следует два важных вывода: коэффициент шума приемного устройства всегда больше единицы; влияние собственных шумов на К _ш тем меньше, чем больше коэффициент усиления по мощности К _р.

Представив приемник в виде каскадного соединения четырехполюсников (рис.3.53,б) можно получить выражение для коэффициента шума каскад, но включенных четырехполюсников

(3.31)

Из выражения (3.31) следует, что наибольший вклад в общий К _ш вносит 1-й каскад приемника, т.е. фидер. Однако фидер «не шумит», а гасит сигнал, поэтому К _ш1= К _шФ = 1/ К _рФ. Следовательно, для обеспечения малого К _ш необходимо использовать малошумящий УВЧ К _ш2с высоким коэффициентом усиления К _р2. Тогда шумовыми свойствами последующих каскадов можно пренебречь.

Коэффициент шума определяет предельную чувствительность приемника при оптимальной полосе, поэтому получение возможно меньшего К _ш всегда выгодно. Однако использование параметрических и молекулярных охлаждаемых усилителей, имеющих К _ш< 1,5, не всегда возможно, поэтому в РЛС используют УВЧ на неохлаждаемых усилителях с практически достижимым коэффициентом шума 3...5. Влияние чувствительности приемника на дальность обнаружения РЛС хорошо известно из уравнения радиолокации.

а) б)

Рисунок ˗1 Определение коэффициента шума приемника.

 

Динамический диапазон приемника РЛС.

Под динамическим диапазоном приемника понимают диапазон возможных значений входного сигнала, при котором обеспечивается линейное усиление сигнала (приемник работает с допустимой величиной нелинейных искажений). Минимальный уровень входного сигнала ограничивается уровнем внутренних шумов приемника, т.е. предельной чувствительностью. Максимальный уровень ограничен допустимыми нелинейными искажениями в каскадах приемника. Динамический диапазон (ДД) приемника определяется по амплитудной характеристике (АХ) приемника (рис˗2, а) по формуле

ДД, дБ = 20·lg U_ВХmax/U_ВХmin = 10·lg P_ВХmax/P_ВХmin. (3.32)

б) в)

Рисунок˗2 Нормированные АЧХ трактов высокой (преселектора) и промежуточных частот приемника.

Относительное изменение уровней помех и полезных сигналов на входе приемника в обычных условиях может составлять 80-100 дБ. Еще сложнее дело обстоит при работе в условиях сложной помеховой обстановки, когда диапазон изменения входных воздействий может составлять 140-160 дБ. Для увеличения ДД применяют ряд мер, основными из которых являются: выбор схем УВЧ с линейной характеристикой в широком диапазоне входных сигналов; применение схем АРУ различных типов; применение усилителей с логарифмическими амплитудными характеристиками и т.д.

Наибольшее распространение получили схемы АРУ с обратной связью. Для придания цепям АРУ пороговых свойств, т.е. их включения только при определенной амплитуде сигнала, цепи АРУ запирают принудительным смещением и отпирают только после того, как напряжение сигнала превысит напряжение запирания. Подобные системы АРУ называют задержанными.

В обзорных РЛС уровень внешних помех может сильно изменяться в зависимости от направления антенны, длины волны и т.д. Для выравнивания уровня выходных шумов в приемниках используют АРУ по шумам или ШАРУ. Быстродействие системы ШАРУ согласуют с темпом обзора так, чтобы система успевала отработать изменение уровня шумового фона.

Характерной особенностью схем ШАРУ является то, что с их помощью стабилизируется не уровень входного полезного сигнала, а интенсивность шумового фона. Для исключения влияния отраженных полезных сигналов на работу системы ШАРУ используется временное стробирование шумов и регулирование осуществляется по шумовым сигналам, принимаемым на временных интервалах, соответствующих максимальным задержкам полезных сигналов. ШАРУ целесообразно использовать в тех случаях, когда на РЛС воздействуют непрерывные помеховые сигналы, близкие к стационарным. Применение систем ШАРУ в этих условиях обеспечивает стабилизацию уровня ложной тревоги при обнаружении полезных сигналов. Это, в свою очередь, обеспечивает стационарность потока ложных целей и тем самым исключает перегрузки вычислительных средств, с помощью которых осуществляется траекторная обработка информации.

В обзорных РЛС для уменьшения маскирующего действия отражений от Земли и местных предметов применяют временную АРУ (ВАРУ). Суть ее заключается в том, что по мере увеличения дальности до участка подстилающей поверхности усиление приемника плавно (по заранее составленной программе) увеличивается, доходя до максимального значения на дальности, где отражения от Земли и местных предметов не наблюдаются.

Необходимость автоматической обработки сигналов в условиях изменяющегося во времени помехового фона требует обеспечения стабильности уровня ложной тревоги в каждом элементе разрешения пространства. Нестабильность вероятностей ложных тревог приводит к перегрузке вычислительных средств вторичной обработки, неустойчивому сопровождению целей и появление ложных траекторий.

Использование систем временного автоматического регулирования (ВАРУ) позволяет регулировать лишь средние значения пассивных помех в зависимости от дальности до цели. Система ШАРУ инерционна и фиксирует уровень помехового фона лишь в среднем. Усилители с нелинейными амплитудными характеристиками исключают значительные выбросы сигналов, в определенной степени способствуют стабилизации уровня ложных тревог, однако полностью не решают эту задачу, поскольку их главное назначение состоит в расширении динамического диапазона при минимальных амплитудно-фазовых искажениях полезных сигналов. Фиксирование уровня ложных тревог в РЛС решается с помощью схем автоматического регулирования порога обнаружителя.

Диапазон рабочих частот приемника – это область частот, в пределах которой обеспечивается его функционирование с заданными параметрами. Перестройка рабочих частот осуществляется обычно изменением емкости или индуктивности колебательных систем ВЦ, УВЧ и гетеродина.

Полоса пропускания и частотная избирательность. Избирательностью приемника называют способность его выделять сигнал и ослаблять воздействие мешающих сигналов и помех. На практике используют пространственную, амплитудную, временную, частотную избирательность. Наибольшее распространение получила частотная избирательность, она основана на различии в частоте сигнала и помехи.

Характеризуется частотная избирательность нормированной АЧХ трактов высокой (преселектора) и промежуточных частот и приемника в целом (рис˗ 2, б):

y (f) = K (f)/ K _о.

Основная избирательность супергетеродинного приемника определяется трактом промежуточной частоты, т.е. УПЧ (последнего УПЧ при многократном ПЧ). Количественно избирательность приемника оценивается величиной ослабления при заданной частотной расстройке Df:

s(D f) = 1/ y (D f) = K _о/ K (D f). (3.33)

Избирательность приемника обратно пропорциональна его нормированной АЧХ. Зависимость s(D f) (рис˗2, в) называют характеристикой избирательности, а конкретное значение при фиксированной расстройке (D f = const) - избирательностью приемника. Ширина характеристики избирательности, отсчитанная по уровнюs(Df) = 0,707, определяет полосу пропускания приемника (П).