- •Учебник по дисциплине «Военно-техническая подготовка»
- •Раздел I: «основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск»
- •Введение
- •Тема 1. Радиолокационная система ртв
- •1.1. Радиолокационная система ртв. Принципы построения
- •1.2. Внешняя среда радиолокационной системы
- •1.2.1. Радиолокационные цели
- •1.2.2. Мешающие отражения
- •1.2.3. Внешние излучения
- •1.2.4. Среда распространения радиоволн
- •1.3. Классификация рлс ртв
- •1.4. Основные тактико-технические характеристики рлс ртв
- •1.5. Обобщенная структурная схема рлс
- •1.6. Общие сведения о сазо
- •1.7. Кодирование и декодирование сигналов в системах опознавания
- •1.8. Общие сведения о системах пассивной локации
- •1.9. Радиолокационное распознавание целей. Общие сведения
- •1.9.1. Методы радиолокационного распознавания
- •1.9.2. Показатели качества распознавания
- •1.9.3. Способы распознавания классов воздушных объектов по сигнальным признакам
- •Тема 2. Способы обзора пространства и измерения координат целей срл ртв
- •2.1. Зона обнаружения целей снк
- •2.2. Способы обзора зоны обнаружения и их влияние на боевые возможности рлс
- •2.3. Способы формирования зоны обнаружения
- •2.3.1. Зона обнаружения целей дальномерами
- •2.3.2. Зона обнаружения целей радиовысотомерами
- •2.3.3. Зоны обнаружения целей трехкоординатными рлс
- •2.4. Зона обнаружения целей в рлс метрового диапазона волн
- •2.5. Способы измерения координат целей
- •2.5.1. Измерение наклонной дальности до цели
- •Тема 3. Передающие устройства рлс ртв
- •3.1. Технические характеристики и способы построения передающих устройств рлс ртв
- •3.2. Зондирующие сигналы и влияние их параметров на характеристики рлс
- •3.2.1. Зависимость дальности обнаружения целей от параметров зондирующих сигналов
- •3.2.2. Влияние параметров зондирующих сигналов на точность измерения координат целей
- •3.2.2.1. Ошибки измерения дальности
- •3.2.2.2. Ошибки измерения угловых координат
- •3.2.3. Зависимость разрешающей способности рлс от параметров зондирующих сигналов
- •3.2.4. Влияние параметров зондирующих сигналов на защищенность рлс от активных помех
- •3.2.5. Влияние параметров зондирующих сигналов на защищенность рлс от пассивных помех
- •3.3. Однокаскадное радиопередающее устройство рлс
- •3.3.1. Импульсные модуляторы однокаскадных радиопередающих устройств
- •3.3.1.1. Импульсный модулятор с полным разрядом накопителя
- •3.3.1.2. Импульсный модулятор с частичным разрядом накопителя
- •3.3.2. Генераторные приборы однокаскадных радиопередающих устройств
- •3.4. Многокаскадные радиопередающие устройства рлс
- •3.4.1. Многокаскадное радиопередающее устройство с «простым» зондирующим сигналом
- •3.4.2. Многокаскадное радиопередающее устройство с фкм - зондирующим сигналом
- •3.4.3. Многокаскадное радиопередающее устройство с лчм - зондирующим сигналом
- •Тема 4. Радиоприемные устройства рлс ртв
- •4.1. Структурная схема тракта приема и выделения сигналов из помех
- •4.2. Технические характеристики радиоприемных устройств и их влияние на боевые возможности рлс
- •4.3. Способы увеличения динамического диапазона радиоприемных устройств
- •4.4. Радиоприемные устройства для обработки узкополосных эхо-сигналов
- •4.5. Радиоприемные устройства для выделения широкополосных сигналов
- •4.5.1. Прием и преобразование линейно-частотно модулированных сигналов
- •4.5.1. Прием и преобразование фкм сигналов
- •4.6. Устройства накопления эхо-сигналов
- •4.6.1. Назначение и классификация устройств накопления радиолокационных эхо-сигналов
- •4.6.2.Некогерентные накопители эхо-сигналов
- •4.6.3. Когерентные накопители эхо-сигналов
- •4.6.4. Рециркуляторы. Принципы построения
- •4.6.5. Цифровые устройства накопления радиолокационных эхо-сигналов
- •Содержание
- •Тема 1. Радиолокационная система ртв 8
- •Тема 2. Способы обзора пространства и измерения координат целей срл ртв 100
- •Тема 3. Передающие устройства рлс ртв 156
- •Тема 4. Радиоприемные устройства рлс ртв 247
- •Список сокращений
- •Библиографический список
3.4.3. Многокаскадное радиопередающее устройство с лчм - зондирующим сигналом
В практике построения радиопередающих устройств с ЛЧМ-зондирующим сигналом получили распространение комбинированные методы: аналоговые пассивно-активные (с использованием дисперсионных ультразвуковых линий задержки ДУЛЗ) и аналогово-цифровые.
Структурная схема устройства при комбинированном методе формирования ЛЧМ сигнала с использованием фазовой синхронизации автоколебаний управляемого генератора (УГ) изображена на рис.3.54.
Рис.3.54. Структурная схема РПУ для формирования ЛЧМ сигнала комбинированным методом
При комбинированном аналоговом пассивно-активном методе используется пассивный формирователь ЛЧМ сигнала (ДУЛЗ) на промежуточной частоте , а при комбинированном аналогово-цифровом методе – соответствующий цифровой формирователь (цифровые формирователи в последнее время получили наибольшее предпочтение). Генератор опорного напряжения формирует высокостабильный монохроматический непрерывный сигнал на частоте (эти же колебания на практике используются в качестве гетеродинных в радиоприемном устройстве).
Полосовой фильтр (ПФ) выделяет синхронизирующий ЛЧМ сигнал с начальной частотой или , равной начальной частоте выходного ЛЧМ сигнала управляемого генератора. Как известно, при синхронизации автоколебаний мощность сигнала, подаваемого на вход устройства связи с колебательной системой УГ, может быть на 10…20 дБ меньше мощности колебаний синхронизируемого ЧГ. Предмодулятор частоты повышает устойчивость работы УГ, увеличивает полосу синхронизации и предельную ширину спектра формируемых ЛЧМ сигналов.
Таким образом, при комбинированных методах формирования ЛЧМ сигналов с использованием амплитудной модуляции монохроматического СВЧ колебания частоты импульсными ЛЧМ сигналами промежуточной частоты , сформированными аналоговым пассивным или цифровым методами, достигается значительная ширина спектра формируемого сигнала. При этом наибольшая эффективность достигается при реализации данных видов модуляции за счет пространственно-временной модуляции электронных потоков в усилителях и автогенераторах на СВЧ – приборах с электродинамическим управлением электронным потоком.
Известно, что при модуляции монохроматического СВЧ колебания частоты непрерывным гармоническим сигналом вида имеем следующее.
Рис.3.55. а) Структурная схема амплитудного модулятора; б) Амплитудно-частотный спектр амплитудно-модулированного сигнала
В случае амплитудной модуляции (рис.3.55,а.) выходной сигнал
(3.30)
где и - амплитуды выходного и модулирующего напряжений;
- коэффициент передачи модулятора по напряжению;
- коэффициент амплитудной модуляции;
- крутизна амплитудной настроечной характеристики модулятора.
Амплитудно-частотный спектр такого сигнала показан на рис.3.55,б. Он содержит монохроматические основную составляющую на частоте и две боковые составляющие на частотах ().
В случае частотной модуляции (рис.3.56,а.), выходной сигнал
(3.31)
где - индекс частотной модуляции;
- крутизна частотной настроечной характеристики модулятора;
- функции Бесселя первого рода -го порядка от аргумента (находятся по таблицам или графикам).
Рис.3.56 а) Структурная схема частотного модулятора; б) Амплитудно-частотный спектр частотного модулированного сигнала
Амплитудно-частотный спектр такого сигнала показан на рис.3.56,б. Он содержит монохроматических составляющих на частотах и с амплитудами, распределенными по функциям Бесселя , где . Однако уже при амплитуды боковых составляющих спектра пренебрежимо малы.
По аналогии с приведенным выше можно показать, что при использовании в качестве модулирующих импульсных ЛЧМ напряжений промежуточной частоты вида
(3.32)
где - девиация частоты ЛЧМ сигнала, будем иметь следующее.
В случае амплитудной модуляции (рис.3.55,а.) напряжения вида (3.32) выходной сигнал описывается выражением
(3.33)
Амплитудно-частотный спектр сигнала (3.33) показан на рис.3.57,а.
Рис.3.57. а) Амплитудно-частотный спектр при амплитудной модуляции ЛЧМ сигналом, б) Амплитудно-частотный спектр при частотной модуляции ЛЧМ сигналом
Он содержит основную монохроматическую составляющую на частоте и две боковых импульсных ЛЧМ составляющих на частотах .
В случае частотной модуляции ЛЧМ сигналом вида (3.32) выходной сигнал описывается выражением
(3.34)
где - индекс частотной модуляции при ЛЧМ модулирующем напряжении, особенностью которого является зависимость от времени . В данном случае амплитудно-частотный спектр содержит основную монохроматическую составляющую на частоте и импульсных ЛЧМ боковых составляющих на частотах с амплитудами, распределенными по функциям Бесселя, которые так же при пренебрежимо малы.
При условии , где - ширина спектра формируемого выходного ЛЧМ сигнала с частоты , с помощью амплитудного или частотного модуляторов указанные сигналы, создаваемые цифровыми или пассивными формирователями на промежуточной частоте , можно одновременно перенести в диапазон СВЧ и усилить по мощности, а так же умножить девиацию частоты в раз. Данный способ по сравнению с преобразованием частоты в смесителях имеет существенный выигрыш в коэффициенте передачи по мощности (до 10…30 дБ и более) и значительно меньший уровень комбинационных частотных шумов.
В качестве модуляторов могут использоваться усилительные многорезонаторные пролетные клистроны, усилительные ЛБВ, различные типы автогенераторов с электронной либо электрической перестройкой частоты.
В качестве примера рассмотрим устройство на ЛБВ «О»-типа и пролетном клистроне. Поскольку широкополосность пролетного клистрона ограничена полосой пропускания резонаторов, в них чаще применяется амплитудная модуляция. В силу большей широкополосности ЛБВ в них чаще используется частотная (фазовая) модуляция для формирования ЛЧМ (и ФКМ) сигнала. Частотная модуляция позволяет, как отмечалось, одновременно получать умножение в n раз девиации частоты исходного модулирующего ЛЧМ сигнала.
Функциональная схема устройства на ЛБВ «О»-типа при комбинированном методу формирования ЛЧМ сигнала приведена на рис.3.58.
Рис.3.58. Функциональная схема радиопередающего устройства ЛЧМ сигнала на ЛБВ «О»-типа
В схеме (рис.3.58.) ЛЧМ напряжением вида (3.32.) промежуточной частоты (20…150) МГц, подаваемым между катодом и вторым анодом (коллектором), осуществляется частотная модуляция входного монохроматического СВЧ сигнала за счет дополнительной пространственно-временной модуляции скорости сгруппированного электронного потока. При этом в спектре конвекционного тока ЛБВ и выходного сигнала, описываемого выражением (3.34), появляются составляющие с частотами и , любую из которых принципиально можно выделить с помощью полосового фильтра (ПФ), если . Практически данный метод целесообразно использовать при , поскольку энергия колебаний существенно убывает с ростом (см.рис.3.57,б.).
Рис.3.59. Функциональная схема радиопередающего устройства ЛЧМ сигнала на пролетном клистроне
В схеме радиопередающего устройства (рис.3.59.) с пролетным клистроном входной СВЧ сигнал частоты возбуждает колебание в первом резонаторе. Модулирующее ЛЧМ напряжение вида (3.32) промежуточной частоты (5…50 МГц) подается на первый анод (или фокусирующий электрод), потенциал которого определяет силу тока пучка электронов. В результате конвекционный ток на входе в зазор первого резонатора оказывается дополнительно модулированным по амплитуде с частотой и на выходе резонатора после пространственно-временной модуляции с частотой в его спектре появляются составляющие с частотами и . Промежуточные и выходные резонаторы клистрона настраивают на одну из боковых составляющих сигнала (3.33). На выходе клистрона получаем ЛЧМ сигнал.
Стабильность параметров выходных сигналов в схемах рис.3.58. и 3.59. определяется, в основном, стабильностью параметров входного и модулирующего сигналов, а мощность коэффициентами усиления ЛБВ и клистрона в режиме преобразования соответственно и . Для формирования высокостабильных входных сигналов задающие генераторы (ЗГ) могут выполняться на основе синтезаторов частоты.
Один из перспективных принципов построение унифицированных устройств формирования ансамбля простых и сложных сигналов, необходимых для адаптации режима зондирования РЛС к радиоэлектронной обстановке и решаемым задачам, основан на использовании угловой модуляции гармонического СВЧ колебания частоты простыми или сложными радиосигналами промежуточной частоты . При этом наиболее эффективно комбинированные аналогово-цифровое построение унифицированных устройств. Обобщенная структурная схема таких устройств, обеспечивающих формирование ансамбля различных видов сигналов как в одном, так и в существенно отличающихся в диапазонах частот, представлена на рис.3.60.
По командам от спец вычислителя или ЭВМ РЛС с помощью формирователя кодов управления задается режим работы цифрового формирователя, обеспечивающий на его выходе, например, простой, ЛЧМ, ФКМ радиоимпульсы с начальной частотой и требуемыми параметрами ,.
Рис.3.60. Устройство формирования ансамбля радиосигналов
Если на выходе цифрового формирователя простой радиоимпульс длительностью , то на выходе модулятора в интервале сигнал имеет вид (3.31). Тогда при настройки полосовых фильтров 1,2,3 соответственно на 1-ю, (-1)-ю и ()-ю составляющие выходного сигнала модулятора получим ансамбль простых радиоимпульсов: на выходе 1 – с частотой ; на выходе 2 – с частотой ; на выходе 4 – с частотой ; на выходе 3 – с частотой (при величина ).
Если на выходе цифрового формирователя ЛЧМ радиоимпульс вида (3.32) с девиацией частоты и длительностью , то на выходе модулятора сигнал имеет вид (3.34). Тогда при той же настройки полосовых фильтров 1, 2 и 3 получим ансамбль ЛЧМ радиоимпульсов с различными девиациями частоты: на выходе 1 – с частотой и девиацией ; на выходе 2 – с частотой и девиацией ; на выходе 4 – с частотой и девиацией при обратном законе частотной модуляции; на выходе 3 – с более низкой частотой и девиацией .
Если на выходе цифрового формирователя ФКМ сигнал, то на выходе фазового модулятора будет ФКМ сигнал с широким спектром частот. На выходе полосовых фильтров аналогично получим ФКМ сигналы на различных несущих частотах.
Возможны и другие комбинации сигналов на выходах 1, 2, 3, 4 в зависимости от режимов работы цифрового формирователя и настройки полосовых фильтров.
Изложенное достаточно иллюстрирует принципиальные возможности создания на серийной элементной базе унифицированных формирователей ансамблей различных видов простых и сложных сигналов с изменяемыми параметрами в зависимости от режима работы цифрового формирователя модулирующих радиоимпульсов.