3.4.4. Когерентно-импульсные рлс с фазовым детектором на промежуточной частоте.

Техническая реализация когерентно-импульсной РЛС по схеме рис. 3.15, а связана с неоправданными трудностями, вызванными использованием во всех элементах схемы высокой несущей частоты зондирующего сигнала. Это затрудняет построение фазового детектора и не позволяет получить требуемое усиление принимаемого сигнала. Поэтому необходимо перевести работу, всех указанных элементов на промежуточную частоту ПЧ. Одна из возможных схем показана на рис. 3.21, а. Здесь когерентный гетеродин (задающий генератор) работает на ПЧ fпч. Его колебания в первом смесителе смешиваются с колебаниями стабильного местного гетеродина, частота которого fмг отличается от несущей частоты зондирующего сигнала на fпч,. В результате смешения образуются комбинационные частоты. После фильтрации из них выделяются колебания, например fмг + fпч которые воздействуют на усилитель мощности (мощный усилительный клистрон) последний, кроме того, с помощью модулятора вырабатывает зондирующие радиоимпульсы. Отраженные импульсы, имеющие частоту fмг + fпч  Fd усиливаются и попадают на второй смеситель, который с помощью местного гетеродина выделяет колебания fпч  Fd Таким образом на фазовый детектор подаются опорное напряжение когерентного гетеродина fпч и отраженные импульсы с частотой fпч  Fd.

Так как фазовый детектор реагирует на изменение разности фаз, вызванное движением цели, то необходимо исключить возможные флуктуации фазы из-за нестабильностей элементов РЛС. Это относится к когерентному и местному гетеродинам. Вопрос о влиянии нестабильностей будет рассмотрен отдельно.

Рис. 3.21. Когерентно-импульсные РЛС с фазовым детектором на промежуточной частоте (ПЧ)

Заметим лишь, что стабилизация частоты когерентного гетеродина, работающего на ПЧ, осуществляется гораздо проще, чем стабилизация местного гетеродина. В связи с этим представляет интерес схема рис. 3.21, б, в которой для получения требуемых значений частот используются умножители частоты. Частота колебаний когерентного гетеродина (задающего генератора) путем умножения доводится до fкг (f0/fкг) = fо. На фазовый детектор подается опорное напряжение с частотой fкг x fпч/fкг = fпч , а на смеситель напряжение с частотой fпч (fо - fпч)/fпч= fо – fпч, (аналогично можно использовать fо + fпч).

Во всех случаях видеоимпульсы с выхода фазового детектора попадают на специальное устройство обработки сигналов, которое отделяет полезные сигналы движущихся целей от сигналов неподвижных и малоподвижных целей (пассивные помехи). Такое устройство, являющееся селектором движущихся целей и подавителем пассивных помех, будет в дальнейшем именоваться подавителем.

3.4.5. Слепые скорости цели.

Эффект «слепых» радиальных скоростей цели характерен для когерентно-импульсной РЛС и отсутствует в случае непрерывных колебаний. Поясним его с помощью рис. 3.22. Здесь показаны зондирующие импульсы и3, образованные из напряжения когерентного гетеродина, и соответствующие отраженные импульсы ис для случая, когда расстояние за период повторения Тп от одного облучения цели до другого изменилось на /2. Так как колебания проходят двойной путь до цели и обратно, то общий путь изменится на , а фаза на 2. Как видно, фазовый сдвиг между напряжением когерентного гетеродина и обоими импульсами остается одинаковым. Поэтому на выходе фазового детектора оба импульса будут иметь одинаковую амплитуду, пульсация отсутствует, и наличие движения обнаружить невозможно. То же самое происходит при изменении расстояния

Рис. 3.22. К понятию слепых скоростей

за время Тп на n/2 (n = 1, 2, 3, ...). Соответствующая радиальная скорость цели именуется «слепой». Она равна

,

где n - 1 соответствует первой слепой скорости, n - 2 - второй и т. д. Слепым скоростям соответствуют доплеровские частоты Fd сл =nFn.

Наличие слепых скоростей вытекает также из спектрального состава импульсов. Так как для случая движущейся цели спектральные линии импульсов на выходе фазового детектора расположены в точках kFп ± Fd, то при Fd сл = пFn они совместятся с линиями, расположенными в точках, кратных Fn, что характерно для непульсирующих импульсов, отраженных от неподвижной цели. Аналогичный вывод можно сделать, рассматривая спектр последовательности радиоимпульсов на входе приемника (рис. 2.19). Это подтверждает, что слепые скорости специфичны для импульсного метода.

Рассмотрим теперь вопрос о слепых скоростях с точки зрения огибающей видеоимпульсов на выходе фазового детектора когерентно-импульсной РЛС. Периодом огибающей Тог естественно назвать наименьший интервал между видеоимпульсами одной амплитуды в полярности. Для определения зависимости частоты огибающей от доплеровской частоты зафиксируем частоту повторения, и будем повышать доплеровскую частоту, проводя каждый раз огибающую пульсирующих импульсов в соответствии с определением периода. При этом расположение видеоимпульсов относительно доплеровских колебаний не влияет на результат.

Рис. 3.23. Сигналы на выходе фазового детектора при различных скоростях цели

На рис. 3.23, а показан уже известный (см. рис. 3.15, б) метод построения суммы опорного и полезного сигналов с помощью векторной диаграммы. На выходе фазового детектора образуется модулированная последовательность видеоимпульсов (рис. 3.23, б). В данном случае огибающая (штриховая линия на рис. 3.23, б) совпадает с колебаниями доплеровской частоты (сплошная линия на рис. 3.23, б).

Для упрощения рисунка в остальных случаях суммарное высокочастотное колебание на входе фазового детектора не изображается. На рис. 3.23, в показан случай, когда Fд – Fn/2. Здесь частота огибающей как и в предыдущем случае равна доплеровской частоте. Из рис. 3.23, г видно, что огибающая (пунктир) имеет нулевую частоту, т. е. импульсы ведут себя так же, как в случае неподвижной цели. Данное явление подобно стробоскопическому эффекту.

При дальнейшем увеличении доплеровской частоты, когда, например, Fd = ЗFп/2 и после того как частота огибающей упадет до нуля (рис. 3.23, г), она вновь возрастает до Fоr = Fп/2.

Таким образом, если периоду повторения Тn соответствует изменение фазы колебаний между соседними импульсами на , частота огибающей For равна

Fог = (Fп/2).

Так как   ; то частота огибающей пульсирующих импульсов Fоr<; Fп/2, т. е. частота огибающей не может превышать половины частоты повторения.

Рис. 2.24. Частота огибающей видеоимпульсов когерентно-импульсной РЛС

Скорости цели, обеспечивающие максимальную частоту пульсаций, именуются оптимальными. Такие цели легче всего отделить от неподвижных.

В случае непрерывного метода частота огибающей биений на выходе фазового детектора всегда равна доплеровской частоте, в импульсном же методе появляется неоднозначность.

Однако при значительном увеличении доплеровской частоты сам импульс по сравнению с периодом доплеровской частоты может оказаться процессом большой длительности (как бы непрерывным). Здесь особенности импульсного режима теряются, так как все измерение производится в пределах одного импульса. Для этого требуется, чтобы в пределах импульса укладывался по крайней мере один период доплеровской частоты, т. е. Тд и и Fd 1/u. Однако указанное явление наступает при очень больших скоростях.