Спектральный способ обработки сигналов в чм—рв

Укрупненная функциональная схема активного РВ, в котором используется частотная модуляция, показана на рис. 3.1. Полезная информация, содержащаяся в отраженном сигнале, извлекается из результирующего сигнала, образующегося на выходе преобразователя частоты. Па вход преобразователя подаются сигналы: гетеродинный

(III.7)

и отражённый

(III.8)

здесь ω₀ - центральная частота;

Δ_ω=2πΔf_м - девиация частоты;

ω(t) - модулирующая функция;

τ - запаздывание отражённого сигнала;

φ₀ - фаза отраженного сигнала.

При условии U_m2 «U_m1 результирующее колебание записывается в виде

(III.9)

При τ «Т_м (см. рис. III.2);

(III.10)

При ЧМ в общем виде результирующее напряжение U_p представляется суммой дискретных составляющих. При постоянстве чистоты Допплера эта сумма может быть записана в следующем виде:

(III.11)

Ω_д— угловая частота Допплера;

Ω_м- угловая частота модуляции сигнала;

φ_к- фаза «к»-той гармоники.

Таким образом, при постоянной частоте Допплера спектр результирующего сигнала состоит из пар компонент, симметрично paсположенных относительно гармоник частоты модуляции [(kΩ_м)±Ω_д]t (соответственно для ± k) (рис. III.3)

При Ω_д → 0 парные компоненты сливаются; при наличии спектра частот Допплера образуются группы парных компонент. Как видно из формулы (III.11), амплитуды в каждой паре компонент в общем случае отличаются, если

Рис (III.3)

Особенностью спектра результирующего сигнала в ЧМ—РВ является зависимость амплитуд компонент, а следовательно, и спектра в целом от расстояния до отражающего объекта и закона частотной модуляции. В табл. III.1 представлена зависимость амплитуды первых трех гармоник спектра для различных законов модуляции.

На рис. III.4 для иллюстрации приведены примеры форму спектра результирующего колебания при различных расстояниях до отражающего объекта (цели) при условии Ω_д = 0.

При пилообразной модуляции и некоторых целых значениях параметра πΔfτ=n в спектре результирующего сигнала имеется только одна составляющая nΩм; во всех других случаях он многочастотен и достаточно широк. Вырождение спектра в единственную компоненту является специфической особенностью именно пилообразного закона модуляции. Особенно широкий спектр свойствен результирующему сигналу при модуляции по синусоидальному закону. Это связано с тем, что амплитуда отдельных гармоник определяется функциями Бесселя первого рода, которые при разном порядке и одном и том же аргументе медленно падают с увеличением номера гармоник k.

В связи с многочастотностью результирующего сигнала его усиление и обработка должны проводиться в широкополосных приемных устройствах.

В связи с зависимостью амплитуд спектральных гармоник от расстояния до отражающего объекта в ЧМ—РВ возможна селекция сигналов по дальности. Она может обеспечиваться автоматически за счет изменения суммарной мощности гармоничных составляющих в зависимости от расстояния, либо

Таблица (III.1)

Закон ЧМ	Закон изменения частоты и фазы	Амплитуда гармоник	Зависимость амплитуд гармоник от параметра
Несимметричный пилообразный	В пределах
Симметричный пилообразный	(+)-В пределах (-)-В пределах
Гармонический

Рис III.4

специальным выбором формы частотной характеристики усилите ли результирующих частот (см. § III.1).

Вид селекции только за счет изменения суммарной мощности гармоник при использовании практически всех гармонических составляющих спектра показан на (рис. III.5)

Рис III.5

где по оси абсцисс дано отношение текущего расстояния R к расстоянию R₁, где суммарный сигнал на выходе усилителя результирующих частот максимален при реализации практически всех гармонических составляющих. Расстояние R₁ рационально выбирать равным максимально-заданной дальности действия РВ R_макс. Для того чтобы при R_макс результирующий сигнал был максимален, девиация частоты (см. рис. III.5) при гармонической модуляции должна быть равна , а при несимметричном пилообразном законе равна . По оси ординат отложена мощность суммарного результирующего сигнала, отнесенная к максимально возможной мощности. В табл. III.2 показан характер степени селекции на расстоянии 2R₁. Из нее видно, что наиболее крутую функцию селекции обеспечивают пилообразные законы модуляции, что определяет их практическое применение в тех случаях, когда необходимо исключить воздействие сигналов, действующих с расстояний, превышающих заданную максимальную дальность действия ЧМ-РВ.

Таблица III.2

Вид модуляции	Степень селекции при
Прямоугольная пила Симметричная пила Синусоида	-24 -23 -6,5

Следует подчеркнуть, что выше, при оценке степени селекции по расстоянию, интенсивность входного сигнала принизилась постоянной для всех расстояний, т. е. не учитывалось изменение мощности по формуле дальности.

Дата добавления: 2015-11-14