Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛЕКЦИЯ 27 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКАХ.
Литература :
В. Л. Удовикин, А. А. Грищенко, А. Г. Матюнин, «Радиоприемные
устройства» – М.: «Военное издательство», 1988 . –Гл. 21
Вопрос 1 Назначение, особенности радиолокационных приемников.
Радиолокация – это область радиотехники, в задачу которой входят обнаружение и распознавание различных объектов, а также определение их пространственных координат и параметров движения при помощи радиосигналов.
Для обнаружения удаленных объектов и измерения их координат применяются радиолокационные станции (РЛС) различного назначения. Простейшая структурная схема радиолокационной станции представлена на рисунке (2.1). Одним из основных ее радиотехнических устройств является радиоприемник.
Формирователь
импульсных
сигналов
Передающее
устройство
Устройство
обработки и
индикации
Приемное
устройство
Объект
Отраженный
сигнал
Шумы
Зондирующий
сигнал
Рисунок 1.1 – Упрощенная структурная схема радиолокационной станции
При использовании импульсного метода обнаружения объектов передатчик РЛС периодически излучает радиоимпульсы, вид которых изображен на рисунке 1.2,а.
U
U
– частота несущего
колебания
Рисунок 1.2 – а) Вид радиоимпульсов при использовании импульсного метода обнаружения объектов;
б)Выходной сигнал детектора
Радиоимпульсы представляют собой кратковременные серии колебаний высокой частоты , разделенные относительно длинными паузами. энергия радиоимпульсов направляется антенной на объекты, координаты которых необходимо определить. Эти объекты создают вторичное излучение радиоволн, энергия которых принимается радиолокационным приемником, входящим в состав радиолокационной станции. С выхода приемника радиолокационные сигналы подаются в устройство обработки.
Обычно передатчики радиолокационных станций работают на фиксированной волне или обеспечивают возможность перестройки лишь в относительно узком диапазоне длин волн. Поэтому радиолокационные приемники являются приемниками фиксированных волн.
Радиолокационные приемники выполняют, как правило, по супергетеродинной схеме. Выбор этой схемы обусловлен возможностью получения высокой чувствительности, чем обеспечивается максимальная дальность действия РЛС.
Чувствительность приемника РЛС определяется внутренним и внешним шумами, которые сопровождают прием и обработку радиолокационного сигнала. Бортовые РЛС работают главным образом в диапазоне сантиметровых или миллиметровых волн. В этом диапазоне на прием радиолокационных сигналов преимущественно влияют внутренние шумы, которые и ограничивают чувствительность приемника. Для радиолокационных приемников пользуются понятиями пороговой (предельной) и реальной чувствительности.
Структурные схемы радиолокационных приемников зависят от принципа действия РЛС.
К особенностям радиолокационных приемников можно отнести конструктивные изменения, а также влияние характера принимаемого сигнала на состав структурных схем. Радиолокационные приемники, как правило, представляют собой широкополосные приемники, согласованные по полосе пропускания с принимаемым сигналом. Их схемы включают ряд блоков, которых нет в приемниках диапазона ДВ, СВ или КВ. такими блоками могут быть различные системы регулирования усиления и автоподстройки или элементы защиты, а также специальные устройства обработки радиолокационных сигналов.
Вопрос 2 Основные качественные показатели радиолокационных
приемников
Существует много различных характеристик, с помощью которых оценивается работоспособность радиолокационных приемников. Однако наиболее важной с точки зрения использования радиолокационных приемников является чувствительность.
Чувствительность – это минимальная мощность сигнала на входе приемника, при которой обеспечивается нормальная работа оконечного устройства при заданном превышении сигнала над собственными шумами на выходе приемника. Как было ранее сказано, чувствительность приемника ограничивается уровнем шума. В радиоприемных устройствах уровень внутренних шумов оценивается значением коэффициента шума.
В радиоприемных устройствах источником шума считается любой элемент приемника – усилитель, входная цепь, линия передачи энергии.
Коэффициент шума показывает, во сколько раз отношение мощности сигнала к мощности шума на входе элемента приемника (например, усилителя) больше этого же отношения на его выходе. Отношение мощности сигнала и мощности шума принято называть просто «отношение сигнал/шум». С учетом сказанного формула
(2.10)
или в децибелах
. (2.11)
Если схема не обладает собственным шумом, то очевидно, что Ш=1, а .
При последовательном соединении отдельных схем, обладающих шумом, который оценивается коэффициентами шума и т.д.; Общий коэффициент шума будет определяться следующим выражением :
. (2.12)
Выражение (2.12) позволяет сделать следующие выводы о влиянии каждой из схем приемника на общий уровень шумов всего приемника:
наибольшее влияние на общий уровень шумов оказывает шум первой схемы первого каскада;
при достаточном усилении первого каскада шумами последующих каскадов можно пренебречь. Если коэффициент усиления первого каскада меньше единицы (по мощности), что на практике часто имеет место, существенно возрастает влияние шумов второго каскада.
Выполнение условия соответствует предельному случаю, а – реальному соотношению мощности сигнала на выходе, обеспечивающему нормальную работу оконечного устройства.
На практике неравенство оценивается на выходе приемника через их отношение, которое называется коэффициентом различимости:
. Таким образом, для предельного случая , а для реального случая .
В зависимости от величины коэффициента различимости существуют два определения чувствительности:
, (2.13)
где – определяется формулой (2.12); – относительная температура антенны; – абсолютная температура окружающей среды, К.
. (2.14)
Из формул (2.7), (2.13) следует, что лучшую чувствительность приемника можно обеспечить путем уменьшения коэффициента шума приемника , коэффициента различимости , использованием оптимальной обработки сигнала и сужением пропускания приемника.
Вопрос 3. Структурные схемы авиационных радиолокационных приемников
К основным типам РЛС относятся РЛС с активным импульсным режимом работы. Такие РЛС находят широкое применение при решении задач обнаружения, определения координат объектов, для панорамного обзора местности и т. д. Радиолокационные приемники относятся, как правило, по супергетеродинному принципу (рисунок 2.3).
Среди РЛС с импульсным режимом работы различают некогерентные и когерентные импульсные РЛС, РЛС с широкополосными сигналами. К некогерентным импульсным РЛС относятся все радиолокационные станции, передатчики которых излучают СВЧ – колебания радиоимпульсов со случайной (заранее неизвестной) начальной фазой. Если начальная фаза излучаемого колебания известна или постоянна, то такие РЛС являются когерентными.
Для когерентных РЛС сильное влияние на качество работы оказывают побочные каналы приема, вызванные наличием преобразователей частоты.
Наиболее типичной для диапазона сантиметровых волн является схема приемника, приведенная на рисунке 2.10. Все устройства от антенного коммутатора до фильтра промежуточной частоты (ПЧ) образуют высокочастотную головку. Иногда ее называют радиочастотной головкой (РЧГ).
Антенный
коммутатор
РЗП
dB
АРУ
УРЧ
УПЧ
Логариф-
мический
усилитель
Вход
РЧГ U
Отражательный
клистрон
АРУ
ВАРУ
dB
УПЧ
ЧД
Управитель
от РПД
канал АПЧ
ВУ
ВД
АЦП
ЦФ
.
.
На
индикатор
К УВВ
БЦВМ
Рисунок 3.1 – Схема приемника сантиметровых волн
Смеситель, усилитель радиочастоты (УРЧ) и другие цепи высокочастотной головки являются широкополосными и, как правило, неперестраиваемыми.
Высокочастотная головка определяет следующие параметры приемника импульсной РЛС:
шумы, вносимые высокочастотной головкой, и ее усиление определяют максимальную дальность обнаружения цели;
ограниченный динамический диапазон, т. е. насыщение активных элементов под воздействием сильных помех не позволяет принимать отраженные сигналы с минимальной дальности действия РЛС.
Наилучшей высокочастотной головкой является та, которая имеет полосу не шире спектра принимаемого сигнала с учетом нестабильностей частот передатчика и гетеродина приемника.
После высокочастотной головки сигнал попадает в тракт промежуточной частоты, где осуществляется его основная фильтрация, т. е. выделение полезного сигнала из помех. Для хорошей фильтрации результирующая характеристика всех контуров должна быть максимально близка к форме спектра принимаемого сигнала.
На практике для получения требуемого большого коэффициента усиления и требуемой ширины полосы пропускания приемника тракт промежуточной частоты выполняют многокаскадным с применением различных вариантов настройки контуров.
Тракт промежуточной частоты заканчивается видеодетектором.
Видеодетектор формирует на выходе прямоугольный импульс, совпадающий по форме с огибающей радиолокационного сигнала, т. е. на выходе видеодетектора образуется видеоимпульс. Полученный видеоимпульс используется для дальнейшей обработки сигнала.
Обработка сигнала на видеочастоте называется вторичной, а устройства, обеспечивающие вторичную обработку, образуют видеотракт. Вторичная обработка может быть как аналоговой, так и цифровой. В настоящее время широко внедряются наиболее перспективные цифровые методы обработки радиолокационных сигналов на основе бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ).
Для улучшения параметров характеристик линейной части приемника его схема может быть дополнена автоматическими системами.
Основными автоматическими системами в радиоприемном устройстве являются автоматическая подстройка частоты гетеродина (АПЧ) и автоматическая регулировка усиления (АРУ).
АПЧ осуществляется дополнительной схемой, которая содержит специальный смеситель, связанный с передатчиком и гетеродином приемника. Сигнал от передатчика поступает на вход смесителя через делитель мощности (аттенюатор). После преобразования и усиления полученный сигнал поступает на частотный детектор (ЧД), на выходе которого образуется напряжение, пропорциональное величине и знаку отклонения промежуточной частоты от номинальной.
С выхода ЧД выделенный сигнал ошибки через управитель перестраивает гетеродин приемника. Таким образом, АПЧ автоматически обеспечивает постоянство промежуточной частоты при наличии нестабильности генераторов передатчика и приемников.
АРУ обеспечивает расширение динамического диапазона приемника, в результате чего при воздействии сильных сигналов и помех активные элементы каскадов не переходят в насыщение.
Выводы по лекции: