5.5. Последетекторное интегрирование радиолокационных сигналов

Последетекторное интегрирование радиолокационных сигналов можно выполнить с помощью индикаторов на электронно-лучевых трубках, потенциалоскопов, магнитных барабанов, ультразвуковых линий задержки, интегрирующих цепочек и т. п.

При интегрировании сигналов с помощью индикаторов с амплитудной отметкой, выполняемых обычно на электронно-лучевых трубках с малым послесвечением (менее 0,1 сек), синхронное накопление сигналов осуществляет сам оператор, используя свою зрительную память. Время запоминания сигналов оператором зависит от его натренированности; у опытных операторов оно равно ~10 сек.

В индикаторах с яркостной отметкой, выполняемых на электронно-лучевых трубках с длительным послесвечением, синхронное накопление сигналов осуществляется за счет накопления энергии возбуждения люминофора экрана в тех местах экрана, на которые приходятся отметки целей.

В обоих рассмотренных случаях функции порогового устройства выполняет сам оператор.

В интеграторах на потенциалоскопах функции накопителя выполняет его мишень, которую можно рассматривать как набор очень большого числа микроскопических накопительных ячеек в виде микроскопических конденсаторов. При многократном прохождении записывающего луча по мишени происходит постепенное повышение потенциала всех ее точек. Однако повышение потенциала тех точек мишени, на которые приходятся отметки цели, происходит быстрее, чем остальных точек, поскольку на последних имеются только шумовые выбросы, возникающие в каждом цикле развертки в разных местах.

Как видим, интегрирование сигналов на мишени потенциалоскопа осуществляется за счет накопления электрической энергии в тех местах мишени, на которые приходятся отметки целей.

Проинтегрированный таким путем сигнал списывается с мишени потенциалоскопа считывающим лучом и поступает затем на пороговое устройство.

В интеграторах на магнитном барабане функции накопителя выполняет покрытие барабана из ферритового порошка. Запись радиолокационных сигналов на магнитном барабане осуществляется так же, как и запись звука на ленте магнитофона. Барабан вращается с частотой, равной частоте повторения импульсов, а записывающая и считывающая магнитные головки медленно перемещаются по оси барабана в соответствии с перемещением луча радиолокатора в пространстве. Многократная запись импульсов цели приводит к увеличению намагничивания ферритового порошка в той точке барабана, на которую приходится отметка цели.

Таким образом, интегрирование сигналов на магнитном барабане осуществляется за счет накопления магнитной энергии в тех местах барабана, на которые приходятся отметки целей.

Проинтегрированный таким путем сигнал считывается и подается затем на пороговое устройство.

В рассмотренных способах последетекторного интегрирования синхронность накопления сигналов обеспечивается осуществлением развертки по дальности. Действительно, в этом случае импульсы цели в пределах всей пачки импульсов приходятся практически на один и тот же участок накопительного устройства (экрана электронно-лучевой трубки, мишени потенциалоскопа или магнитного барабана). Поэтому отпадает необходимость в специальном стробировании сигналов по дальности, о чем упоминалось в предшествующем разделе.

Все рассмотренные интеграторы обладают насыщением, выражающимся в том, что по мере роста числа интегрируемых импульсов вклад каждого импульса в суммарный сигнал исчезающе убывает.

Однако этот недостаток можно устранить, если запоминание сигналов и их накопление осуществлять раздельными устройствами. В этом случае потенциалоскоп или магнитный барабан можно использовать только для целей запоминания сигналов, а накопление сигналов необходимо выполнять с помощью интегратора, не обладающего насыщением. Таким интегратором может служить, например, колебательный контур.

Пусть запись сигнала выполняется на мишени потенциалоскопа по вертикали (рис. 5.17), причем линии развертки по дальности располагаются на таком расстоянии друг от друга, что эффект интегрирования сигналов на мишени потенциалоскопа исключается. Тогда, считывание записанного сигнала можно производить по горизонтали. Длительность считанного импульса будет равна

где υ_сч - скорость считывания.

Рис. 5.17. Запись сигналов на мишени потенциалоскопа и их считывание

Форма огибающей считанного импульса будет совпадать с формой огибающей пачки импульсов. Считанный импульс пропускают через оптимальный фильтр, который и осуществляет интегрирование. Напряжение с выхода оптимального фильтра поступает на пороговое устройство. При считывании шумовых выбросов образуются импульсы малой длительности, для которых фильтр не будет оптимальным. Поэтому напряжение шумовых выбросов на выходе фильтра будет сравнительно небольшим. Синхронность накопления сигналов обеспечивается списыванием только тех импульсов, которые соответствуют просматриваемому участку дальности (рис. 5.17). Разумеется, что при необходимости просмотра всей дальности от нуля до R_макс списывающий луч должен медленно перемещаться вдоль линий разверток по дальности, что естественно поведет к соответствующему увеличению времени обзора.

При интегрировании импульсов с помощью ультразвуковых линий задержки функции запоминания сигналов выполняют эти линии. Если, например, требуется проинтегрировать n импульсов пачки, то можно использовать n-1 линий задержки (рис. 5.18). Импульсы, прошедшие линии задержки, усиливаются и затем суммируются на общем нагрузочном сопротивлении.

Рис. 5.18. Схема последетекторного интегрирования на ультразвуковых линиях задержки. УЛЗ - ультразвуковые линии задержки, У - усилители, СЦ - суммирующая цепь

Для обеспечения синхронности накопления сигналов время задержки каждой из линий выбирают равным периоду повторения импульсов.

При интегрировании сигналов с помощью интегрирующих цепочек из сопротивления и емкости или с помощью ламповых интеграторов селекция сигналов по дальности необходима. Такая селекция может быть выполнена как до детектора, так и после. Однако с технической точки зрения второй вариант проще. Блок-схемы одноканального и многоканального выходных устройств с такими интеграторами представлены на рис. 5.19 и 5.20. Примером одноканального выходного устройства является схема поиска и захвата в импульсном дальномере с автоматическим сопровождением по дальности.

Рис. 5.19. Блок-схема одноканального выходного устройства с аналоговым интегратором. Пр - приемник, СД - селектор дальности, И - интегратор, ПУ - пороговое устройство

Рис. 5.20. Блок-схема многоканального выходного устройства с аналоговыми интеграторами. Пр - приемник, СД - селекторы дальности, И - интеграторы, ПУ - пороговые устройства

Рассмотренные интеграторы относятся к классу аналоговых. Однако последетекторное интегрирование можно выполнять и с помощью интеграторов дискретного действия, осуществляющих интегрирование в цифровой форме. Блок-схема выходного устройства с таким интегратором представлена на рис. 5.21.

Рис. 5.21. Блок-схема одноканального выходного устройства с интеграторами дискретного действия. Пр - приемник, СД - селектор дальности, АА - анализатор амплитуд, ССИ - счетчик стандартных импульсов, РУ - решающее устройство

Импульсы пачки через селектор дальности поступают на анализатор амплитуд, где происходит квантование сигнала, т. е. разбиение амплитуд импульсов на ряд уровней.

На выходе многоканального анализатора под воздействием каждого из импульсов пачки образуется стандартный импульс в том канале, который соответствует по номеру амплитуде входного импульса. Определив число стандартных импульсов в каждом из каналов с помощью счетчиков стандартных импульсов, можно найти закон распределения амплитуд импульсов в дискретной, т. е. цифровой форме.

Поскольку закон распределения амплитуд импульсов цели отличается от закона распределения выбросов шума, то представляется возможным, с помощью решающего устройства, обнаружить полезный сигнал.

Выходные устройства с многоканальными анализаторами амплитуд являются довольно сложными, Поэтому широкое распространение получили выходные устройства с бинарным (двоичным) интегрированием, когда амплитуды импульсов разделяются только на два уровня.

В случае, когда амплитуда импульса превышает заданный уровень, образуется стандартный импульс, в противоположном случае стандартный импульс не образуется.

Если из n импульсов пачки k любых импульсов (k ≤ n) превышает установленный уровень, то принимается решение о наличии сигнала.

Следует иметь в виду, что квантование сигналов вызывает некоторое увеличение пороговой мощности. Однако даже при наиболее грубом, т. е. при бинарном квантовании, увеличение пороговой мощности сравнительно небольшое и обычно не превышает двух децибел.