5.4. Когерентное накопление

5.4.1. Когерентное накопление полностью известного сигнала и сигнала с неизвестной начальной фазой.

В радиолокации сигналом с точно известными параметрами является когерентная пачка импульсов с известной начальной фазой этих импульсов, которая при Fn = 0 может быть представлена в виде

,

(для знания начальных фаз ₀ должно быть точно известно расстояние до цели).

Оптимальный приемник для обнаружения такого полностью известного сигнала на фоне белого шума сводится к СФ на частоте принимаемых колебаний (рис. 4.5), т. е, к радиочастотному фильтру, согласованному с пачкой радиоимпульсов, который состоит из фильтра, согласованного с одиночными радиоимпульсами, и, радиочастотного накопителя. Однако технически выполнить такой накопитель сложно. Поэтому целесообразно после радиочастотного СФ для одиночных импульсов использовать устройство, которое выделяло бы видеоимпульсы без потерь данных об амплитуде и фазе и, следовательно, без ухудшения отношения сигнал-шум. Таким устройством является синхронный (фазовый) детектор, у которого в качестве опорного напряжения используются колебания с известной фазой . При синхронном детектировании происходит линейная операция перемножения опорного и сигнального напряжений, с последующим усреднением (интегрированием).

Выходной сигнал такого детектора, как уже говорилось, U_син=kU_cU_oncos , где  - фазовый сдвиг между сигналом и опорными колебаниями, а U_с и U_оц - соответствующие амплитуды.

Таким образом, выходной сигнал максимален при нулевом фазовом сдвиге и равен нулю при фазовом сдвиге /2. При этом внефазная составляющая шума подавляется. Фактически синхронный прием является разновидностью корреляционного приема. За синхронным фазовым детектором следует видеочастотньй накопитель, а затем пороговое устройство (рис. 5,13, а).

Рис. 5.13. Структурная схема оптимальных приемников в случае когерентной пачки импульсов: а - с известной начальной фазой, б - с неизвестной начальной фазой (с квадратурными каналами), в-с неизвестной начальной фазой (с радиочастотным накопителем)

Однако начальная фаза радиолокационного сигнала наблюдателю неизвестна, т. е. разность фаз сигнала и опорного напряжения является случайной и сигнал на выходе может пропадать (при сдвиге фаз /2). Иначе говоря, при неизвестной начальной фазе построить оптимальный приемник по схеме рис. 5.13, а невозможно. Однако использовать основную идею схемы рис. 5.13, а с синхронным (фазовым) детектором можно, если применить два канала (рис. 5.13,6), в которых опорные Напряжения синхронных (фазовых) детекторов пропорциональны соs 2f₀t и sin 2f₀t, т.е. сдвинуты по фазе на /2 (квадратурные каналы). В каждом из каналов имеется накопитель (устройство межпериодной обработки) и квадратор (устройство возведения в квадрат). Далее после суммирования и извлечения корня сигнал подается на пороговое устройство. Наличие двух каналов позволяет при любом начальном сдвиге фаз сигнала разложить его на косинусную и синусную составляющие, а затем восстановить начальный сигнал, но в видеочастотном тракте. Если фаза такова, что на выходе косинусного канала сигнал равен нулю, то на выходе синусного сигнала он будет максимальным и наоборот. Так как на выходе каналов образуются сигналы у₁ = Y cos ; у₂ = Y sin , то сигнал не зависит от фазы принимаемого сигнала (подобно взаимно-корреляционному приемнику (рис. 5.2).

Определенное соотношение между составляющими сигнала сохраняется благодаря когерентности от импульса к импульсу, что и обеспечивает соответствующую эффективности накопления в видеочастотном тракте. Вместе с тем. в отличие от cхeмы рис. 5.13, а, где действует лишь фазная составляющая шума), в схеме с двумя квадратурными каналами на выходе суммируются мощности фазной и внефазной составляющих шума, так что мощность шума удваивается, что равносильно ухудшению отношения сигнал-шум в два раза, т. е. на 3 дБ.

Возможна и иная схема оптимального приемника при неизвестной начальной фазе. Как известно из предыдущего, сигнал на выходе СФ достигает максимума в некоторый момент t₀. Однако, не зная начальной фазы, можно определить положение максимума только с точностью до периода высокой частоты. Для этого достаточно после СФ поставить амплитудный детектор (АД), выделяющий огибающую и обеспечивающий ее постоянство в пределах периода высокой частоты (рис. 5.13, в). Детектируется сигнал, у которого отношение сигнал-шум повышено за счет накопления. Поэтому подавление сигнала шумами, характерное для малых отношений сигнал-шум, отсутствует и амплитудный детектор можно рассматривать как линейный.

В данном случае также имеет место ухудшение отношения сигнал-шум на 3 дБ по сравнению со схемой рис. 5.13,а, так как через приемник проходит результирующая составляющая шума. При реализации схемы рис. 5.13.б, например, на промежуточной частоте (ПЧ) возникают технические трудности.

Описанные методы реализации оптимального приема когерентной пачки импульсов, т. е. процесс оптимальной обработки такой пачки, называется когерентным приемом или когерентной обработкой, а применительно к межпериодной обработке - когерентным накоплением. Терминология остается в силе независимо от того, является ли накопление радиочастотным или видеочастотным.