Беспоисковые способы определения частоты.
Поиск со средней скоростью.
Этот вид поиска по частоте наиболее характерен для радиотехнической разведки. Время перестройки разведывательного приемника Тˊпр на ширину его полосы пропускания при поиске со средней скоростью определяется следующим соотношением:
kТс > Тˊпр > τс,
где Тс - период следования импульсов;
τс - длительность разведывательных импульсов
k= 1, 2, 3.
Отличительной особенностью поиска со средней скоростью является отсутствие гарантированного обнаружение работы импульсной РЛС в течение одного периода перестройки разведывательного приемника. Иными словами, вероятность обнаружения разведываемого сигнала, в рассматриваемом случае, в принципе всегда меньше единицы (Робн<1). По этой причине поиск со средней скоростью иногда называют вероятностным поиском. Частотно-временные диаграммы, иллюстрирующие поиск частоты со средней скоростью, приведены на рис.1.10.7
Рис.1.10.7. Частотно-временная диаграмма (поиск со средней скоростью)
Анализ поиска со средней скоростью удобно проводить с помощью теории случайных импульсных потоков, развитой Н.М. Седякиным [89, 90]. В рассматриваемым случае имеется два потока импульсов (рис. 1.10.7). Первый характеризует поток импульсов разведываемого устройства с длительностью τс и периодом следования Тс . Второй характеризует готовность разведывательного приемника обслужить поток сигналов; параметрами этого потока являются период перестройки Тп и время перестройки приемника Тˊпр на величину, равную полосе пропускания.
Обнаружение происходит в моменты «зацепления» потоков. Если длительность «зацепления» достаточна для надежной работы разведывательного приемника, то одновременно с обнаружением может быть определена и частота разведуемого устройства.
Сущность беспоискового способа определения частоты состоит в том, что разведка ведется одновременно во всех участках рабочего диапазона частот.
Приемные устройства, использующие беспоисковые способы определения частоты, обеспечивают одновременный прием в широком диапазоне рабочих частот без перестройки гетеродинов или фильтров. Время разведки частоты при беспоисковых способах может быть очень малым, так как все составляющие спектра принимаемого сигнала выявляются одновременно и практически мгновенно. В настоящее время известны следующие беспоисковые способы определения частоты:
-разведка с применением частотных различителей;
-функциональные (интерференционные) способы;
-разведка с помощью многоканальных приемников.
Возможность определения частоты с помощью частотных различителей обусловлена свойством последних преобразовывать отклонения частоты от заданного значения в напряжение, пропорциональное этому отклонению.
Простейшими устройствами определения частоты могут служить обычные частотные дискриминаторы [2].
В основу интерференционного способа определения несущей частоты положена известная зависимость сдвига фаз от длины пути и частоты [2].
Разведка несущей частоты с помощью селективных приемников прямого усиления. В настоящее время определилось в основном два типа приемников прямого усиления, применяемых для целей радиотехнической разведки:
- одноканальные широкополосные приемники;
- многоканальные приемники.
Одноканальный широкополосный приемник.Простейший одноканальный широкополосный приемник прямого усиления (апериодический приемник) состоит из антенны, кристаллического детектора, видеоусилителя и индикатора (рис. 1.10.8).
Рис. 1.10.8. Одноканальный широкополосный приемник.
Достоинством этого приемника является возможность полностью воспроизводить информацию, заключенную в принимаемом сигнале. Однако чувствительность его весьма мала, а точность измерения частоты низка, она определяется примерно половиной ширины полосы пропускания антенны или входного фильтра.
Одноканальные широкополосные приемники прямого усиления применяются в настоящее время лишь для обнаружения самого факта облучения.
В отличие от одноканального приемника двухканальный имеет два канала приема (рис. 1.10.9).
Рис. 1.10.9. Двухканальный приемник
В каждом канале имеется резонансный фильтр. В первом канале резонансный контур настроен на самую низкую , а во втором – на самую высокую частоту разведываемого диапазона (рис. 1.10.10). Сигналы с выходов обоих каналов поступают на различные группы отклоняющих пластин осциллографа. Угол отклонения линии развертки на экране индикатора является однозначной функцией измеряемой частоты. Естественно что точность измерения частоты в этом случае уменьшается при увеличении диапазона разведки.
Многоканальные приемники.Большая точность и разрешающая способность могут быть получены с помощью многоканального приема. В этом случае весь диапазон разведываемых частот разделяется системой фильтров на ряд поддиапазонов. Полосы прозрачности фильтров примыкают друг к другу так как показано на рис. 1.10.10.
Рис.1.10.10. Частотные характеристики входных фильтров
На рис. 1.10.10. приведены частотные характеристики входных фильтров одноканального, двухканального и многоканального приемников.
Структурная схема многоканального приемника прямого усиления с независимыми каналами приема представлена на рис 1.10.11, на рис.1.10.12 приведена структурная схема многоканального приемника супергетеродинного типа.
Рис. 1.10.11. Структурная схема многоканального приемника прямого усиления
Рис. 1.10.12. Структурная схема многоканального приемника супергетеродинного типа
Напомним, что многоканальный приемник в данном случае не эквивалентен многоканальной системе массового обслуживания.
Ширина полосы прозрачности Δf каждого фильтра выбирается из условия получения заданной точности определения частоты δf :
Δf =2 δf.
Число фильтров m зависит от заданной точности определения частоты δf и диапазона разведываемых частот Δfр . При идентичных каналах приемника
m= Δfр/2 δf.
Многоканальные приемники применяются в станциях предварительной разведки для грубого определения частоты и опознавания образа радиоэлектронного средства. Число каналов в них достигает нескольких десятков. Широкое использование микроминиатюрных блоков, полупроводников, радиоэлектронных схем на твердом теле и других указывает на перспективность рассмотренного направления.
В станциях радиотехнической разведки сантиметрового диапазона находит применение многоканальный приемник, обеспечивающий большую точность при меньшем числе фильтров [2]. Этот приемник условно назовем матричным. Структурная схема матричного многоканального приемника показана на рис. 1.10.13.
Рис. 1.10.13. Структурная схема матричного многоканального приемника
Матричный приемник содержит набор элементарных ячеек, состоящих из фильтров Фij, индикаторов Иij , гетеродинов Гij и смесителей (m-строк, n-столбцов). Фильтры 1-ого столбца разбивают весь разведываемый диапазон частот на m равных полос (поддиапазонов).
Все сигналы с выходов этих фильтров гетеродинируются на одну и туже промежуточную частоту. Таким образом входной диапазон шириной Δfр сворачивается в m раз более узкую полосу Δf1. Второй столбец трансформирует процесс из полосы Δf1 в полосу Δf2 и т.д. В последнем n-ном столбце сигнал наблюдается в полосе в очень узкой полосе Δfn . При таком построении приемник обеспечивает разрешение на частоте Δf= Δfр /mn при использовании mn-фильтров.
В чисто многоканальном приемнике для такого же разрешения требуется фильтров mn > mn [4].
Для обнаружения сигнала и указания его частоты служат индикаторы Иij . Срабатывание индикатора означает обнаружение сигнала на частоте соответствующего фильтра Фij в его полосе.
Матричные приемники представляют собой достаточно сложные устройства. Наибольшие трудности при разработке и настройке многоканальных матричных приемников могут возникать из-за взаимного влияния между каналами, порождающего неоднозначность измерений. Эта трудность преодолевается с помощью специальных схем устранения неоднозначности, отделяющих нужные сигналы от помех, а также усовершенствованием полосовых фильтров и применением специальных развязывающих схем.
Матричный приемник обеспечивает лучшую чувствительность и разрешающую способность по частоте по сравнению с обычным многоканальными приемниками. Однако время разведки (время обслуживания) у такого приемника несколько больше, чем у обычного многоканального приемника.
Выводы.
Используемые для радио и радиотехнической разведки (РРТР) сканирующие панорамные приемники перестраиваются со скоростью 20...30 частотных каналов в секунду при полосе каждого канала в пределах от 50...500 Гц до 50... 1000 кГц.
Противоречие между скоростью перестройки по частоте, которую для повышения оперативности разведки нужно выбирать как можно большей, и разрешающей способностью устраняется в многоканальном приемнике РРТР.
Параллельные узкополосные фильтры (УПЧ) на выходе смесителя перекрывают своими полосами пропускания весь частотный диапазон.
При такой схеме построения приемник позволяет раздельно наблюдать (разрешать по частоте) сигналы РЭС, если только разнос рабочих частот этих РЭС не меньше Δf .
Время разведки не может быть меньше времени установления переходных процессов в каждом фильтре.
Можно установить, что при одинаковой разрешающей способности Δf время анализа многоканальным приемником оказывается примерно в N раз (N – число каналов) меньше времени обзора полосы сканирующим одноканальным приемником. Платой за увеличение оперативности является пропорциональное (тоже в N раз) усложнение аппаратуры.
Возможны и применяются схемы, соединяющие преимущества сканирующих и многоканальных приемников. Это матричные приемники.
Совершенствование элементной базы радиоэлектронной аппаратуры, а также методов и алгоритмов обработки сигнала позволяет в настоящее время решить многие задачи РРТР при помощи цифровых приемников.
В цифровых приемниках сигналы в широкой полосе (в предельном случае — во всей полосе разведки ) с выхода УПЧ преобразуются в цифровую форму и дальше обрабатываются (фильтруются, обнаруживаются, демодулируются) с использованием алгоритмов, реализуемых специальными цифровыми сигнальными процессорами. Преимущества цифровых методов обработки общеизвестны. Это высокая точность и стабильность характеристик аппаратуры, возможность запоминания, хранения и воспроизведение сигнала, что очень важно для систем непосредственной РТР поддержки РЭП. Недостатки цифровых методов (зависимость ширины частотного диапазона разведки от быстродействия цифровых схем, дополнительные погрешности, обусловленные шумами вычислений, аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразованиями) с лихвой компенсируются преимуществами цифровых приемников.
Аналого-цифровое преобразование, необходимое при переходе к цифровой обработке, предусматривает дискретизацию сигнала по времени и квантование по уровню.