- •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
4.6.5. Цифровые устройства накопления радиолокационных эхо-сигналов
При цифровой обработке радиолокационных сигналов выборки сигнала, подлежащего обработке, преобразуются в цифровую форму – в числа, представленные в виде определенного кода. Как правило, чаще всего используется двоичный цифровой код.
Несомненным достоинством цифровых устройств является то, что их параметры не подвержены дестабилизирующему воздействию окружающей среды. Благодаря этому решается сложная проблема создания высокостабильной и длительной задержки сигналов. Кроме того, цифровая аппаратура в процессе эксплуатации не требует настройки, так как все весовые функции, используемые при вычислениях и все задержки сохраняют заранее выбранные значения в течении любого сколько угодно большого времени.
Вместе с тем цифровое преобразование сигналов приводит к частичной потере информации, что делает цифровые алгоритмы обработки квазиоптимальными. Обработка сигналов в цифровых фильтрах сопровождается образованием дополнительных шумов, обусловленных необходимостью квантования сигналов (шум квантования) и неизбежного округления чисел при проведении вычислений (шум округления).
Однако перспективность использования методов цифровой обработки сигналов несомненна, поскольку реально достижимая эффективность цифровых систем более высокой, чем аналоговых.
Цифровые накопители могут применяться как в когерентных, так и не когерентных РЛС. В данном пункте рассмотрим некогерентные цифровые накопители. При преобразовании сигнала с выхода амплитудного детектора в цифровую форму с помощью АЦП первой производится операция временной дискретизации. Шаг дискретизации выбирается, как правило, равным длительности импульса сигнала нВ выходе АД. Соответственно период следования зондирующих сигналов разбивается на равных интервалов (дискрет дальности). Таким образом, разрешение по времени не может быть меньше , а разрешение по дальности .
Вторым этапом преобразования аналогового квантового по времени сигнала является операция амплитудного квантования. При многоуровневом амплитудном квантовании число разрядов двоичного кода, характеризующего амплитуду сигнала, связано с числом уровней квантования соотношением , где - ближайшее целое число, не меньше.
Образованная в АЦП последовательность - разрядных двоичных чисел (цифровой эквивалент аналогового сигнала) с интервалом поступает в блок памяти (БП1) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (рис.4.41), выполняющее те же функции, что и линии задержки в аналоговом накопителе видеоимпульсов. Числа входной последовательности хранятся в БП1 в течение времени , после чего сбрасываются. Заметим, что число ячеек памяти в БП1 должно быть равным числу дискрет дальности, а число разрядов в каждой ячейке должно быть . АЦП и БП1,2 управляются тактовыми импульсами от единого генератора системы синхронизации. Период повторения тактовых импульсов равен длительности импульса сигнала .
Рис.4.41. Структурная схема цифрового многоразрядного накопителя сигналов
В каждом такте работы устройства, подобно отводам линии задержки аналогового накопителя, из БП1 извлекаются чисел (записанных в БП1 с интервалом времени ), которые совместно с очередным отсчетом входного потока поступают в сумматор. Все эти числа соответствуют одному и тому же -му элементу разрешения по дальности. (На ри.4.41 двойными стрелками показана многоразрядная связь. При этом число линий связи между БП1 и сумматором должно быть в раз больше, чем между АЦП и сумматором, что указано более широкой стрелкой). Полученная сумма записывается в следующем БП2 также в свои ячейки памяти, соответствующие дискретам дальности. Заметим, что разрядность сумматора и ячеек памяти БП2 должна быть больше, чем БП1, так как при суммировании амплитуда сигнала, выражается числом, возрастает. Далее полученная сумма для каждого дискрета дальности и в каждом периоде следования сравнивается с порогом и, если превышается, то принимается решение о наличии сигнала в -ом элементе разрешения. При этом одновременно фиксируется время запаздывания сигналов и дальность до цели .
Схема обработки сигналов (рис.4.41) вследствие многоуровнего квантования сигналов по амплитуде (разрядов двоичного числа) и необходимости хранения сигнала периодов следования требует большой памяти БП1 элементарных узлов памяти для каждого -го элемента разрешения по дальности.
При бинарном квантовании квантованный сигнал может принимать одно из двух значений – 0 или 1 (при обработке после амплитудного детектирования). Потери в отношении сигнал/шум составляет порядка 2 дБ по сравнению с многоуровневым квантованием.
Бинарный квантователь представляет собой пороговое устройство. Если выходное напряжение АД превышает порог, то квантованному сигналу присваивается значение 1 и на соответствующем интервале дискретизации создается стандартный импульс или в противном случае импульс отсутствует (рис.4.42).
Рис.4.42. Структура сигналов в бинарном квантователе
Таким образом, бинарно-квантованный сигнал представляет собой последовательность нулей и единиц, и построение обнаружителя существенно упрощается (рис.4.43). Устройство памяти представляет собой регистр с числом ячеек для каждого элемента дальности. Функции сумматора и порогового устройства выполняет комбинационная логическая схема, которая представляет собой схему совпадения «из».
Рис.4.43. Структурная схема обнаружителя бинарно-квантованых сигналов
Максимальное число единиц (импульсов), поступающих с регистра на схему совпадения в некотором шаге дискретизации по времени, не превышает числа импульсов в пачке. Число выбирается, как правило, меньше . Если величина порога <, например, логика 3 из 5, то схема совпадения принимает решение о наличии сигнала каждый раз, когда на ее входы поступает или больше импульсов одновременно. На выходе схемы в случае наличия сигнала появится стандартный импульс 1, либо 0 в противном случае.
Преимущество данной схемы по сравнению с накопителем рис.4.41 существенно меньшее число связей между элементами схемы, а также значительно меньший требуемый объем памяти.
Значительно меньших аппаратурных затрат требует квазиоптимальный накопитель – цифровой рециркулятор (рис.4.44) по сравнению со схемой накопителя (рис.4.41). Он представляет собой накапливающий сумматор, в цепи обратной связи которого включен ослабитель с коэффициентом передачи
,
где - натуральное число, определяемое для пачки с прямоугольной огибающей из условия .
Рис.4.44. Структурная схема цифрового рециркулятора
Рис.4.45. Структурная схема ослабителя
Выбор значения коэффициента обратной связи не приводит к существенному увеличению потерь в рециркуляторе и позволяет избежать необходимости применения умножителя в цепи обратной связи рециркулятора. (Операция умножения при цифровой обработке сигналов требует значительных аппаратурных затрат). При таком значении сигнал на выходе ослабителя представляется в виде
. (*)
Деление выходного сигнала сумматора на осуществляется сдвигом кода делимого на разрядов в право. Поэтому операцию (*) можно выполнить с помощью сумматора, на один вход которого поступает код сигнала , а на второй – обратный код сигнала со сдвигом на разрядов вправо (рис.4.45).
Для исключения перегрузки рециркулятора (переполнения разрядной сетки) и обеспечения защита от несинхронных импульсных помех (НИП) входные сигналы рециркулятора должны подвергаться нормировке.