Согласованная фильтрация ЛЧМ-сигналов

Оптимальные приемники радиолокационных сигналов

Особенностью сигналов радиолокационных систем (РЛС) является наличие пачки импульсов.

Фильтрация РЛ- сигналов заключается в следующем:

а) Выделение из помехи каждого импульса (фильтрация).

б) Накопление энергии пачки импульсов (суммирование откликов фильтра).

Наряду с простыми сигналами в РЛС используются сложные линейно частотно модулированные (ЛЧМ) и фазоманипулированные (ФМ) сигналы.

Линейно частотно модулированный (ЛЧМ) сигнал – это сигнал с линейным изменением частоты внутри импульса:

f_s = f_so + b×t, | t |< Tи / 2

где b = 2 Df_М /Tи - крутизна ЛЧМ, Df_М -девиация частоты.

Вид ЛЧМ сигнала и его сжатая форма показаны на рис. 10.1.

Ширина спектра сигнала определяется девиацией частоты: 2Df_S=2Df_М.

Рис. 10.1. ЛЧМ сигнал и его сжатая форма после согласованного фильтра

АЧХ -сигнала имеет равномерную спектральную плотность:

Фазовый спектр имеет форму параболы, так как частота нарастает линейно:

Для АЧХ и ФЧХ согласованного фильтра имеем:

;

.

В качестве согласованного фильтра ЛЧМ-сигнала используется дисперсионная ультразвуковая линия задержки (ДУЛЗ). При прохождении ДУЛЗ, играющей роль согласованного фильтра (СФ), обращенный сигнал (у которого частота линейно убывает в импульсе) становится сжатым. В ней на одном конце происходит преобразование радиосигнала, на промежуточной частоте 9-11 МГц, в ультразвуковые колебания, которые распространяются до противоположного конца, где происходит обратное преобразование в электрический сигнал. В дисперсионной УЛЗ ультразвуковые волны разных частот имеют разную задержку такую, которая компенсирует изменение фазы внутри импульса. В результате набега волн одной частоты на другие происходит их интерференция и сжатие импульса с увеличением амплитуды.

Для простого сигнала D f_s ×t _s = 1.

Для сложного сигнала D f_s ×t _s >>1.

При сжатии сигнала происходит перераспределение спектра из девиации частоты в спектр сжатого сигнала:

D f_{s сж}×t _{s сж}= D f_{s дев}×t _{s сж} =1, откуда D f_{s сж} = D f_{s дев} ,

где D f_{s сж} определяется по уровню 0,7 от максимальной амплитуды сжатого сигнала.

Длительность сжатого сигнала t _{s сж}=1/D f_{s сж} можно измерить с помощью осциллографа. Отношение К _сж=t _{s ЛЧМ} /t _{s сж} называется коэффициентом сжатия. Примерно во столько же раз происходит увеличение амплитуды импульса при сжатии. При этом помехи, проходя через согласованный фильтр в виде ДУЛЗ, сильно ослабляются, и на выходе увеличивается отношение «сигнал/шум». Соответственно с уменьшением t _{s сж} увеличивается разрешение по дальности.

На выходе согласованного фильтра сигнал имеет следующий вид:

,

-задержка сигнала в СФ.

Интегрируя, получаем:

Разрешающая способность по времени будет следующей:

.

Одновременно (при сжатии) увеличивается амплитуда, что позволяет лучше увидеть сигнал при шумах .

Преимущества ЛЧМ- сигналов:

1) Можно уменьшить максимальную мощность импульса (предотвратить пробой антенно-фидерного тракта) и увеличить его энергию за счет большой длительности.

2) Улучшается условие наблюдения сигнала на фоне помехи за счет увеличенной длительности наблюдения и последующего сжатия импульса.

3) После СФ сигнал сжат, имеет увеличенную амплитуду (и импульсную мощность) и, следовательно, увеличены разрешающая способность и отношение «сигнал/шум».

Реализация фильтра с линейной ФЧХ.

Дисперсионная ультразвуковая линия задержки (ДУЛЗ) реализуется на пластине из пьезокварца (вырезанной из синтетического монокристалла кварца). При этом используются поверхностные акустические волны (ПАВ), формируемые встречно-штырьевыми, пьезо-акустическими преобразователями (ВШП). Пример конструкции ВШП на ДУЛЗ показан на рис.10.2

Рис.10.2. Конструкция ВШП ДУЛЗ с использованием ПАВ (Подложка- пьезокварц)

Частотный диапазон линий задержки на ВШП - 9-11 МГц. Т.е. она используется на промежуточной частоте.

Дата добавления: 2014-01-04