Особенности построения устройств СДЦ. Виды пассивных помех и средства их подавления. Принципы построения адаптивных устройств СДЦ

1  ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ СДЦ

1.1  Виды пассивных помех и средства их подавления

При работе современных радиолокационных станций управления воздушным движением различного назначения полезный радиолокационный сигнал, несущий информацию об объекте наблюдения, принимается РЛС вместе с различными помехами. Наиболее распространенным видом помех для РЛС УВД  являются пассивные помехи, к которым можно отнести:

- отражения от земной поверхности и наземных местных предметов;

- отражения от гидрометеоров (облаков, дождя, снега, тумана);

- помехи, создаваемые дипольными отражателями;                                  

- спорадические отражения, так называемые "ангелы", к которым относятся отражения от птичьих стай и неоднородностей воздушных масс.

В большинстве случаев мощность пассивных помех превышает мощность полезных сигналов. Например, помехи от дождя интенсивностью 15 мм/ч примерно на  13 дБ превышают интенсивность отражений от цели с эффективной поверхностью рассеяния 1 м², находящейся на расстоянии 48 км от РЛС. Уровень помех от земной поверхности и местных предметов на 30-80 дБ может превышать уровень собственных шумов приемного устройства РЛС, что значительно превышает уровень полезного сигнала и приводит к его потере. Таким образом, наличие пассивных помех ухудшает, а в ряде случаев делает невозможным, наблюдение за воздушными объектами.

Известные в настоящее время методы подавления пассивных помех используют определенные отличия сигналов от целей и помех, к числу которых можно отнести:

- распределенный характер пассивных помех и точечный характер цели;

- поляризационные характеристики;

- скорость перемещения.

Улучшение качества радиолокационного наблюдения на фоне пассивных помех достигается, главным образом, за счет применения устройств селекции движущихся целей, которые используют различия скоростей перемещения целей и помех, что приводит соответственно к различным доплеровским сдвигам частоты сигнала цели и помехи, определяемым известным соотношением

f_D = 2f_оV/c = 2V/l,                                                (1.1)

где       V - радиальная составляющая скорости цели (помехи);

с  - скорость света;

f_о - частота несущих колебаний, излучаемых передатчиком РЛС;

l - длина волны РЛС.

Этот сдвиг частоты весьма незначителен по сравнению c несущей частотой f_o сигнала, что можно продемонстрировать на числовом примере: при частоте передатчика  РЛС  3 ГГц и радиальной скорости цели 250 м/с (крейсерская скорость современного самолета) f_D = 5 кГц, а относительное изменение частоты составляет всего ~ 1,7х10^-6. Из-за наличия такого незначительного изменения несущей частоты оказывается невозможным осуществить разделение спектров сигнала цели и помехи в исходной частотной области с помощью фильтров, известных к настоящему времени.

Выходом из этого положения является когерентное преобразование несущих колебаний отраженных сигналов в более низкий частотный диапазон. При этом абсолютная величина доплеровского сдвига частоты остается неизменной и в низкочастотном диапазоне. На практике наибольшее распространение получило когерентное преобразование радиолокационных сигналов в диапазон видеочастот. С этой целью может использоваться устройство (рисунок 1.1), состоящее из двух фазовых детекторов (ФД) с общим когерентным гетеродином (КГ), частота которого f_г совпадает с промежуточной частотой приёмного устройства РЛС. Отметим, что преобразование сигналов по схеме, приведенной на рисунке 1.1, применяется при оптимальной обработке видеочастотного сигнала с неизвестной фазой на фоне небелого шума, что соответствует оптимальной фильтрации сигнала от цели на фоне пассивных помех в устройстве СДЦ.

Рисунок 1.1 -  Выделение квадратурных составляющих комплексного сигнала

Рисунок  1.2  -  Спектры сигнала цели S_ц(f), неподвижных S_п1(f)  и перемещающихся S_п2(f) пассивных                                                                      помех и  АЧХ  H₁(f)  и  H₂(f)  устройств  СДЦ

Сигнал, поступающий с приемника РЛС на входы ФД, в общем виде можно представить выражением

a(t) = A(t) cos [2p (f_гf_D) t + q₀], где       А(t) - огибающая, содержащая информацию об изменении амплитуд отраженных сигналов;

q₀    -  начальная фаза.

Знак "плюс" в выражении для a(t) перед f_D соответствует приближению объекта к  РЛС, а знак "минус"  -  удалению.

Избирательная цепь на выходе каждого из ФД представляет собой фильтр нижних частот, полоса пропускания которого предполагается достаточной для воспроизведения спектра огибающей A(t). В ФД осуществляется линейное преобразование частоты, в результате которого колебание на выходе ФД1 принимает вид

A_I(t)  =  k₀A(t) cos (2pf_Dt + q₀), а на выходе ФД2                                                                                               

A_Q(t)  =  k₀A(t) sin (2pf_Dt + q₀), где       k₀  -  коэффициент преобразования.

Совокупность колебаний A_I(t) и A_Q(t), записанная в виде суммы , позволяет трактовать  как комплексную огибающую сигнала a(t). Найдем спектральную плотность  комплексной огибающей . Используя преобразование Фурье и его свойства,  можно записать через выражение