Материал: РНП Конспект Демиденко 2010

46

УПЧ) так, чтобы усиление приемника возрастало с увеличением дистанции до объекта. Практически управляющее напряжение ВАРУ имеет экспоненциальную

характеристику.

Принцип формирования напряжения ВАРУ заключается в том, что одновременно с

излучением зондирующего СВЧ импульса (рис.6.5), автоматически включается схема ВАРУ приемника, которая формирует импульс,

состоящий из прямоугольного импульса (длительность которого равна длительности

зондирующего импульса τзи) и экспоненциальной составляющей.

Прямоугольная составляющая сигнала ВАРУ

экспоненте, постепенно открывает усилительные каскады, тем самым увеличивает

усиление приемника во времени (то есть – по дальности).

Оператор с помощью схемы ВАРУ, изменяя величину потенциометра, может

отрегулировать усиление приемника таким образом, что объекты с одинаковой

эффективной поверхностью отражения или рассеяния, находясь на разных дистанциях, будут воспроизводиться на экране ЭЛТ индикатора с одной и той же интенсивностью.

Другим важным достоинством ВАРУ является возможность устранения помех,

вызываемых отражением от взволнованной поверхности моря, которые постепенно убывают с расстоянием и являются однородными для различных направлений.

6.5. Малая постоянная времени

На работу НРЛС вредное влияние оказывают сигналы, отраженные от дождя либо мокрого снега, которые создают достаточно мощное отражение и поэтому

создают интенсивную засветку на экране индикатора. Эхо-сигналы от осадков создают на индикаторе засветку в виде вуалеобразной, мягко окаймленной области,

чем-то напоминающей вату, интенсивность которой зависит от интенсивности осадков (см. ниже рис.6.7,а). Поэтому эхо-сигналы от судов или береговой черты в зоне осадков могут быть не обнаружены на экране индикатора НРЛС.

Для борьбы с данными помехами, а в некоторых случаях и для увеличения

разрешающей способности по дальности , а также для того, чтобы получить более

четкое изображение береговых и портовых

сооружений путем отображения только

передних, в основном отражающих поверхностей сооружений, в приемниках НРЛС

широкое распространение получила схема малой постоянной времени (МПВ), которая представляет собой дифференцирующую

зондирующего импульса τзи. Поэтому импульсы на выходе схемы получаются

кратковременными (укороченными) положительной и отрицательной полярности.

Длительность этих импульсов тем меньше, чем меньше установлена величина

сопротивления резистора R2 (предусмотрена ее регулировка с панели управления).

47

Диод VD2, подключенный параллельно резистору R2, срезает импульсы отрицательной полярности, а положительные видеоимпульсы создают на экране

индикатора изображение.

На рис. 6.7 показаны временные диаграммы напряжений на входе детектора

UУПЧ, на его выходе UДет. и после цепи МПВ

(Uвых.мпв) для трех различных ситуаций: при подаче на вход одиночного отраженного

импульса (ситуация I), двух сливающихся

импульсов (ситуация II), а также при

наложении на отраженный импульс длительной помехи, например дождя или мокрого снега, (ситуация III).

Ситуация II на рис.6.7 указывает на то, что использование МПВ способствует

увеличению разрешающей способности НРЛС по дальности. То есть, когда на вход

видеодетектора приемника поступают два неразрешаемых по дальности импульсных

сигнала на промежуточной частоте, то, подвергая дифференцированию суммарный видеоимпульс, на выходе цепочки МПВ получают два остроконечных импульса положительной полярности, создающих на экране индикатора две раздельно светящиеся отметки. (Импульсы отрицательной полярности срезаются диодом VD2 практически на нулевом уровне и на изображение на экране не влияют).

Ситуация III указывает на то, что эхо-сигналы, например, от капель дождя во

всей зоне засветки имеют одинаковую интенсивность, в то время как эхо сигналы от целей, находящихся в зоне осадков, отличаются, как правило, большей интенсивностью из-за лучшей отражающей способности.

Так как дифференцирующая цепочка «работает» по фронтам видеосигналов, а из рис.6.7 видно, что крутизна фронта от осадков мала, то в процессе дифференцирования остается только продифференцированные короткие импульсы от эхо-сигнала цели. То есть - на экране индикатора будет отображаться только

цель.

Цепь МПВ оператор НРЛС включают по мере надобности.

6.6. Логарифмический усилитель

При воздействии на вход приемника мощных сигналов или помех происходит его перегрузка. В частности, помехи от дождя или взволнованной морской поверхности маскируют полезные сигналы. Если амплитуды помех превышают амплитуду полезного сигнала, то без специальных методов выделения сигнала его обнаружить невозможно. Затруднительно обнаружение полезного сигнала и в случае, если амплитуды помех ниже уровня максимальной амплитуды сигнала, но их

количество велико, например, в условиях отражения от морских волн. Чтобы радиолокационный приемник не достигал насыщения при изменении входных

сигналов в широких пределах, то есть обладал большим динамическим диапазоном усиления, в судовых РЛС применяют устройства, мгновенно регулирующие усиление приемника, предотвращая его насыщение.

Если изменения напряжения помех по характеру аналогичны изменениям шумов приемника, то напряжение этих помех можно «сжать» до уровня шумов приемника независимо от интенсивности помех.

Известно, что среднее значение выходного напряжения приемника Uвых уменьшается с ростом дальности, а величина флюктуации остается постоянной [10].

Для того чтобы ослабить помехи, необходимо флюктуации сжать до уровня

48

собственных шумов приемника. Для этой цели в судовых НРЛС широко используют метод автоматической регулировки усиления приемника по логарифмическому

закону. В связи с тем, что сжатие целесообразно только для мощных сигналов, флюктуации которых превышают уровень собственных шумов приемника,

оптимальная амплитудная характеристика такого приемника (или усилителя) должна быть линейной для сигналов, лежащих ниже определенного уровня, и логарифмической для сигналов, превышающих этот уровень. Тогда закон изменения

выходного напряжения Uвых в зависимости от входного Uвх должен иметь следующий

вид:

Если обозначить через Uн и kн соответственно входное напряжение и коэффициент усиления каскада, соответствующие началу логарифмического участка амплитудной характеристики, как показано на рис. 6.8, то

Uвых.н =Uн kн = a lnUн +С0 . Отсюда - С0 =Uн kн −аlnUн .

Полагая коэффициент а=Uн kн = const, имеем

Uвых =Uн kн(ln Uвх +1) .

Uн

Тогда, при входном напряжении, равном Uвх<Uн, амплитудная характеристика приемника является линейной, а при условии, что Uвх>Uн, характеристика будет

логарифмической (ЛАХ).

Рис.6.8. Пример ЛАХ

Принцип получения ЛАХ (см. рис. 6.9) заключается в следующем: все каскады должны быть одинаковы; амплитудные характеристики каскадов до насыщения линейны;

при насыщении Uвых не зависит от Uвх каскада;

суммирование осуществляется линейно.

Линейно-логарифмическими характеристиками могут обладать как УПЧ, так и видеоусилители приемников.

Возможны различные схемы, обеспечивающие получение логарифмической

характеристики в УПЧ. Наибольшее распространение получила схема

логарифмического УПЧ с последовательным детектированием сигналов отдельных каскадов усиления и их суммированием (рис.6.9) [24,28].

49

Рис. 6.9. Упрощенная схема логарифмического УПЧ

Суммарный сигнал выделяется на общей нагрузке Rн, с которой он далее

поступает на дифференцирующую цепь с малой постоянной времени, как в линейном УПЧ.

Линия задержки позволяет всем импульсам с выхода диодов VD1—VDn приходить к нагрузке одновременно (учитывается задержка в каждом каскаде УПЧ).

Амплитудная характеристика каскадов линейна для малых амплитуд и имеет

ограничение при каком-то значении Еогр. Следовательно, импульсы большой амплитуды ограничиваются и на сумматор поступают с одинаковой амплитудой,

равной Еогр.

Входные импульсы различной амплитуды (в большом диапазоне изменения)

ограничиваются в различных каскадах УПЧ (самый слабый — в последнем, самый сильный — в первом), и прирост амплитуды выходных импульсов при большой амплитуде происходит в меньшей степени, чем при малой амплитуде. В результате

амплитудная характеристика состоит из отдельных линейных участков с постепенно

уменьшающимся наклоном (см. рис. 6.8), приближаясь по форме к логарифмической характеристике.

Применение логарифмического УПЧ с дифференцирующей цепью, имеющей малую постоянную времени (МПВ), позволяет снизить уровень отражений от моря и

дождя до уровня собственных шумов.

После дифференцирующей цепи с МПВ из выходного сигнала УПЧ исключается постоянная составляющая (удаляется среднее значение), и амплитуда помех от моря будет при любых расстояниях на одном уровне с собственным шумом приемника.

Следовательно, на выходе логарифмического УПЧ помехи значительно

ослаблены, а амплитуды слабых и сильных отраженных импульсов выравниваются, поэтому регулировка усиления в процессе работы не требуется.

Для более эффективного подавления помех от моря также применяется ВАРУ, которая действует в нескольких линейных каскадах, включенных перед

логарифмическим УПЧ.

Динамический диапазон входных сигналов логарифмических УПЧ может

достигать 100 дБ, и более. Динамический диапазон выходных сигналов может быть сжат от 30…40 дБ до 3…4 дБ.

Преимуществом логарифмических усилителей является также их безынерционность, способность реагировать как на регулярные, так и на случайные помехи, способность мгновенно восстанавливать чувствительность после

воздействия сильных помех.

50

Лекция №13

7. Индикаторы кругового обзора НРЛС

Индикатор кругового обзора (ИКО) предназначен для:

1.Воспроизведения на ИКО радиолокационного изображения характеризующее

надводную остановку на основе информации,получаемой от приемника НРЛС, лага и гирокомпаса.

2.Измерения координат надводных объектов.

3.Оперативного управления работой НРЛС и контроля ее работоспособности.

ИКО является оконечным звеном НРЛС. Информацию с ИКО «снимает»

визуально оператор – штурман. Она же может поступать в специализированную вычислительную машину для определения параметров движения целей.

Информация ИКО может воздействовать на зрение или на слух оператора.

Наибольшее распространение в НРЛС получили ИКО со зрительным съемом информации.

По положению объектов и своего судна на ИКО можно судить о навигационной обстановке.

ИКО классифицируется по следующим признакам:

-по типу используемых воспроизводящих информацию устройств;

-по назначению НРЛС;

-по методу получения отметки цели;

-по типу применяемой развертки.

По типу используемых воспроизводящих устройств –электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с магнитным управлением электронного луча (CRT - Cathode Ray Tube), а в новых разработках НРЛС – жидкокриссталические (ЖК) дисплеи (LCD-

мониторы - Liquid Crystal Display)

В зависимости от назначения индикатора ЭЛТ могут быть с различным

послесвечением (от долей секунд до минут).

По назначению – в зависимости от типа НРЛС – обнаружения, обзора земной или водной поверхности, точного определения координат и т.п.

По типу применяемой развертки – ЭЛТ с линейной, круговой, радиально-

круговой и спиральной разверткой, а также с разверткой в прямоугольных

координатах: дальность – азимут; дальность - угол места; азимут - угол места и др.

По числу определяемых координат - одно, двух и трехкоординатные

(трехмерные) индикаторы.

По методу получения отметки цели – индикаторы с амплитудной или

яркостной отметкой.

В индикаторах судовых РЛС применяют ЭЛТ с длительным послесвечением

экрана, электромагнитным управлением и фокусировкой электронного потока (луча), радиально-круговой разверткой. Модуляция луча яркостная, то есть яркость пятна на экране ЭЛТ изменяется в соответствии с амплитудой поступающих

сигналов [1,4,9,10].

Работа ЭЛТ требует определенных питающих напряжений и токов, подводимых

к ее внутренним электродам и внешним катушкам, размещаемым на горловине ЭЛТ.

К электродам ЭЛТ подводятся напряжения накала катода, первого и второго анодов, модулирующее напряжение.

Напряжение накала катода обеспечивает эмиссию электронов с него, за счет которой и создается электронный луч. Движение сфокусированного тонкого пучка электронов (луча) с катода к экрану обусловлено высокими напряжениями на первом

и втором анодах, однако оно становится возможным лишь при определенном