5. Разрешающая способность и точность.

Смеситель, в котором смешиваются опорные колебания (от передатчика) со слабым отраженным сигналом, является линейным устройством. Поэтому спектр преобразованного сигнала в случае многих целей можно рассматривать как суперпозицию спектров нескольких одиночных целей. Так как середина огибающей спектра одиночной цели пропорциональна дальности, то результирующий спектр будет состоять из нескольких выбросов, положение максимумов которых на оси частот

.

определяется взаимным расположением целей (рис. 3.39).

Здесь и в дальнейшем следует обратить внимание на сходство процессов, происходящих при импульсном методе во временной области (по временной оси), с процессами, происходящими при непрерывном частотном методе в частотной области (по оси частот). При импульсном методе сигналы группируются в отдельные импульсы, разнесенные по времени, которое пропорционально дальности. В случае частотного метода также происходит группирование, но по оси частот. Отдельные «частотные импульсы» разнесены по частоте биений, которая пропорциональна дальности. Если при импульсном методе индикация целей осуществляется

Рис. 3.39. Спектр преобразованного сигнала в случае нескольких целей

весьма просто с помощью временного анализа (осциллографирование), то в частотном необходимо применить частотный анализ, а именно анализатор спектра.

При параллельном (одновременном) методе спектрального анализа имеется набор фильтров, перекрывающих диапазон анализируемых частот. Структурная схема такого анализатора спектра изображена на рис. 3.40.

Рис. 3.40. Анализатор спектра (параллельный анализ)

Сигнал с выхода смесителя попадает в набор фильтров, каждый из которых подключен к детектору и интегратору, выполненному, например, в виде интегрирующей RС-цепи. С помощью электронного коммутатора (на рис. 3.40 он изображен как механический) каналы анализатора спектра последовательно подключаются к вертикально отклоняющим пластинам ЭЛТ. На горизонтально отклоняющие пластины этой же ЭЛТ подается пилообразное напряжение развертки дальности, которое одновременно управляет электронным коммутатором. Устройство, показанное на рис. 3.40, является фактически преобразователем частота - время. При этом сигнал на экране ЭЛТ имеет такой же вид, как при импульсном методе.

Оценим разрешающую способность по дальности. Две цели можно разрешить по дальности, если соответствующие им частоты различаются больше, чем полоса пропускания фильтров Fф, т. e. разрешающая способность

D = сFф /4fмFм.

В оптимальном случае полоса фильтра Fф должна быть согласована с временем действия соответствующего преобразованного сигнала. Преобразованный сигнал, как следует из рис. 3.34, состоит как бы из отдельных радиоимпульсов с несущей частотой Fбо.

Оценим точность метода. Если средняя частота спектра основных частот биений при измерении дальности Fбо попадает в полосу частот фильтра Fф, то частота Рбо принимается равной резонансной частоте этого фильтра. Примем, что значение Fбо может соответствовать с одинаковой вероятностью любому значению в пределах полосы Fф. Известно, что при равномерной плотности распределения случайной величины внутри данного интервала ее среднее квадратическое отклонение равно 1/2 от этого интервала.

Поэтому погрешность определяется формулой:

.

Для упрощения спектрального анализа можно уменьшить число фильтров, но увеличив при этом их полосу пропускания Fф. Это приведет к ухудшению разрешающей способности и точности.

Следует отметить, что для обеспечения точного соответствия между дальностью и частотой и реализации потенциальной разрешающей способности необходимо использовать высокую степень линейности закона модуляции.

Рассмотрим теперь влияние движения цели на спектр преобразованного сигнала. При пилообразном симметричном законе модуляции частота биений получает в течение полупериода частоты модуляции положительное, а в течение другого полупериода отрицательное приращение доплеровской частоты (рис. 3.37, б). В данном случае преобразованный сигнал состоит из импульсов длительностью около Тм/2, имеющих частоты Fб₀ + Fd и Fб₀ – Fd. Поэтому каждой цели соответствует не одна спектральная линия со средней частотой Fб0, а две, симметрично смещенные относительно Fбо (рис. 3.41, а).

Рис. 3.41. Спектр преобразованного сигнала в случае движения цели

Раздвоение спектральной линии дает принципиальную возможность отделять движущиеся цели от неподвижных, а также раздельно определять дальность и скорость. Однако при использовании несимметричного пилообразного закона с мгновенным обратным ходом (рис. 2.3.6) такая возможность отпадает, так как спектральные линии получают одностороннее доплеровское смещение (рис. 3.41, б).