Корреляционно-фильтровой метод.

Корреляционно-фильтровой метод измерения скорости применяется в импульсно-доплеровских РЛС. Характерной технической особенностью данных РЛС является использование в качестве зондирующего сигнала периодической последовательности когерентных импульсов с высокой частотой повторения (десятки – сотни кГц). Благодаря этому в таких РЛС имеется возможность однозначного измерения доплеровской частоты (радиальной скорости).

Известно, что периодическая последовательность импульсов обладает линейчатым спектром. При этом частотный интервал между спектральными составляющими равен частоте повторения импульсов, а эффективная ширина спектра обратно пропорциональна их длительности (рис.8.9).

 

Рис.8.9. Спектр периодической последовательности импульсов

длительностью τ_I = 50 мкс и частотой повторения F = 10 кГц.

 

Спектр отраженного сигнала при наблюдении движущейся цели на фоне пассивной помехи (например, моря) имеет вид, показанный на рис.8.10.

 

Рис.8.10. Спектр отраженного сигнала в импульсно-доплеровской РЛС.

Таким образом, спектр отраженного сигнала состоит из ряда полос. В пределах каждой из этих полос содержится вся информация о скорости движения цели. Поэтому при обработке сигнала в импульсно-доплеровских РЛС используется не весь спектр отраженного сигнала, а только одна полоса, где интенсивность спектральных составляющих максимальна. Эта полоса ограничена частотами от f₀ до f₀ + F и выделяется с помощью фильтра одной боковой полосы (ОБП) (рис.8.11).

 

Рис.8.11. Спектр, выделяемый фильтром ОБП.

 

Очевидно, что полоса пропускания фильтра должна перекрывать весь диапазон возможных значений доплеровских частот целей. Поэтому частота повторения зондирующих импульсов должна удовлетворять условию:

F ≥ 2V_r/λ

Упрощенная структурная схема приемного устройства импульсно-доплеровской РЛС показана на рис.8.12.

 

Рис.8.12. Структурная схема приемного устройства

импульсно-доплеровской РЛС.

На вход приемного устройства поступает отраженная от цели пачка когерентных импульсов и сигнал помехи, смещенные на частоту Доплера. Временной селектор (ВС) приемного устройства пропускает сигналы только тех целей, которые находятся на определенной дальности. Эта дальность определяется величиной временной задержки селекторных импульсов, поступающих на ВС от дальномера РЛС. При этом временное положение селекторных импульсов перекрывает весь диапазон возможных дальностей до цели.

Далее радиоимпульсы поступают на фильтр ОБП, который настроен на несущую частоту входного сигнала. Вследствие накопления импульсов в фильтре ОБП за счет их когерентности происходит постепенное нарастание амплитуды выходного сигнала. Тем самым осуществляется оптимальная обработка входного сигнала корреляционно-фильтровым методом.

Обнаружение сигналов цели и измерение доплеровской частоты осуществляется с помощью совокупности полосовых фильтров Ф_{1 …} Ф_n, перекрывающих весь диапазон возможных значений доплеровских частот (рис.8.13).

 

Рис.8.13. Полоса пропускания полосовых фильтров.

 

Ширина полосы пропускания каждого фильтра определяет разрешающую способность РЛС по частоте (скорости) и имеет величину, обратную времени накопления сигнала.

С выхода фильтра ОБП доплеровский сигнал поступает на амплитудный детектор (АД), который выделяет низкочастотную огибающую полезного сигнала. С помощью фильтра низкой частоты (ФНЧ) производится сглаживание случайных значений огибающей. Обнаружение цели производится в пороговом устройстве (ПУ). Критерием наличия цели является превышение выходным сигналом установленного порогового уровня.

Доплеровская частота сигнала и соответствующая ей радиальная скорость цели определяется по номинальному значению частоты фильтра, на выходе которого был зарегистрирован полезный сигнал.

Достоинства корреляционно-фильтрового метода:

- большая эффективность обнаружения целей, обусловленная оптимальной обработкой большого количества когерентных импульсов в пачке, а также разделением сигнала от цели и пассивной помехи в гребенчатом фильтре;

- обеспечение однозначного измерения скорости наблюдаемых целей.

Недостаткиметода:

- неоднозначность измерения дальности наблюдаемых целей, т.к. период следования импульсов может быть меньше времени запаздывания отраженных сигналов от удаленной цели.

 

Контрольные вопросы.

 

Вопрос 1.Импульсная РЛС, предназначенная для измерения скорости целей до 700 м/с, работает на волне λ = 10 см.

Частота повторения зондирующих импульсов F = 500 Гц.

Определить:

а). Значения «слепых» скоростей целей (F_М = 0);

б). Значения оптимальных скоростей целей (F_М = F/2);

с). Построить график функции F_М = f(V_r).

Решение:

а). Значения «слепых» скоростей цели определяются по формуле:

V_{rо n} = nFλ/2,

где: n = 1, 2, 3,…

V_{rо 1} =1000·0,5/2 = 250 м/с;

V_{rо 2}=500 м/c; V_{rо 3}= 750 м/c.

б). Значения оптимальных скоростей цели определяются по формуле:

V_{opt n} = (2n + 1)Fλ/4,

где: n = 0, 1, 2, …

V_{opt 1} = 1000·0,5/4 = 125 м/c;

V_{opt 2} = 375 м/c; V_{opt 3} = 625 м/c.

с). Функция F_М = f(V_r) может быть представлена в табличном виде:

 

Vr, м/с
FМ, Гц

Вопрос 2.Импульсно-доплеровская РЛС, предназначенная для измерения скорости целей, работает на волне λ = 3 см.

Определить:

Частоту повторения зондирующих импульсов F, необходимую для измерения максимальных скоростей целей:

а). 90 м/с;

б). 300 м/с;

с). 600 м/с.

Решение:

Полоса частот, выделяемая в импульсно-доплеровской РЛС с помощью фильтра одной боковой полосы, должна перекрывать весь диапазон возможных доплеровских частот целей, т.е.

F ≥ 2V_r/λ

Следовательно,

а). F ≥ 2·90/0,03 = 6000 Гц = 6 кГц;

б). F ≥ 2·300/0,03 = 20000 Гц = 20 кГц;

с). F ≥ 2·600/0,03 = 40000 Гц = 40 кГц.

 

Список литературы.

1. Головин О.В. Радиоприемные устройства. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002.

2. Шубинский В.Н. Радиоэлектронные средства систем управления ЗРК. – СПб.: ГЭТУ, 1992.

3. Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. – М.: Советское радио, 1990.

4. Демидов В.П., Кутыев Н.Ш. Управление зенитными ракетами. – М.: Воениздат, 1989.

5. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. – М.: Воениздат, 1989.

6. Пестряков В.Б., Кузенков В.Д. Радиотехнические системы. – М.: Радио и связь, 1985.

7. Дружинин В.В. Справочник по основам радиолокационной техники. – М.: Воениздат, 1976.

8. Слуцкий В.З., Фогельсон Б.И. Импульсная техника и основы радиолокации. – М.: Воениздат, 1975.

9. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. – М: Советское радио, 1970.

10. Вулконский Б.М. Основы теории радиолокационных устройств самонаведения ракет. – М: Воениздат, 1968.