Файл: Верба В.С. - Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения (Системы мониторинга) - 2008.pdf

Основные требования к приемному устройству БРЛС: 
обеспечение минимального уровня внутренних шумов БРЛС, который оп­

ределяет потенциальные возможности работы во всех режимах; 

высокий динамический диапазон (линейность) усилительного тракта при­

емника (80 дБ и более), определяющий потенциальные возможности обнару­

жения низко летящих, малозаметных целей; 

возможность селекции (стробирования) импульсных сигналов целей в за­

данном диапазоне задержек (дальностей); 

возможность спектральной селекции (фильтрации на промежуточной час­

тоте) импульсных сигналов целей; 

возможность сжатия импульсов цели на промежуточной частоте; 
возможность доплеровской фильтрации пачки когерентных импульсных 

сигналов цели; 

возможность режекции когерентной пачки импульсных сигналов фона; 
регулировка усиления сигналов (АРУ, ВАРУ); 

обеспечение стабильности фазовых характеристик тракта приемника; 
ограничение мощных входных помеховых сигналов для предотвращения 

перегрузки последующих цепей приемника; 

обеспечение преобразования аналоговых сигналов с выхода фазового 

детектора в цифровую форму (АЦП) с высоким динамическим диапазоном 
(до 80 дБ). 

На рис. 2.12 представлена типовая структура приемного устройства БРЛС. 

Рис. 2.12 

В режиме работы антенны БРЛС на прием фазовращатели обеспечивают 

управление ДН по углу места. 

С выхода фазовращателей высокочастотные колебания поступают в сис­

тему защиты приемника от мощных импульсных сигналов излучения своего 
передатчика, излучения РЛС соседних самолетов и станций активных помех. 
Для эффективного подавления высокочастотных импульсов и снижения чувст­
вительности при сильных сигналах используется до пяти ступеней защиты и 
регулировки (циркулятор, переключатель на pin-диодах, газоразрядные пере­
ключатели, аттенюаторы и др.). Следующий за системой защиты фильтр (пре-
селектор) пропускает только сигналы БРЛС в рабочем диапазоне частот. 

Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения 

Малошумящий усилитель (МШУ) усиливает все сигналы БРЛС в рабочей поло­

се частот. Основное назначение МШУ - обеспечить минимальный уровень спек­

тральной плотности внутренних шумов приемника с учетом шумов входных уст­
ройств (фазовращатели, зашита, аттенюатор, соединительные волноводы, фильтр). 

Коэффициент усиления МШУ должен формировать такой уровень сигнала 

и шума, при котором последующие цепи приемника не увеличивают коэффи­
циент шума. 

В табл. 2.9 представлены типовые значения коэффициента шума К

ш

 и динами­

ческий диапазон (ДД) различных МШУ. Следует отметить большой ожидаемый 
прогресс в разработке транзисторных усилителей с большим ДД и малым К

ш

. 

В БРЛС с механическим сканированием антенны МШУ находится непо­

средственно у антенны, а сигнал с МШУ поступает на распределительное уст­

ройство по различным приемникам через вращающийся переход. 

Таблица 2.9 

Параметры 

К

ш 

ДД,дБ 

Балансный 

смеситель 

9 

70 

Устройства 

Усилитель 

наЛБВ 

5 

50 

Параметрический 

усилитель 

4 

40 

Транзисторный 

усилитель 

3 

50 

Высокочастотные сигналы на несущей частоте преобразуются на проме­

жуточную частоту (преобразователь частоты) и усиливаются при помощи 
УПЧ. Обычно используется двойное преобразование частоты. 

На второй промежуточной частоте фазовый детектор (ФД) формирует 

квадратурные sin- и cos-видеосигналы. 

Недостатком такого фазового детектора является необходимость тщатель­

ного подбора и калибровки отдельных sin- и cos-каналов для обеспечения вы­
сокого динамического диапазона выходных сигналов перед АЦП. 

При наличии быстродействующих переключателей фазовый детектор 

формирует sin- и cos-составляющие сигнала путем выборки обсчетов из про­
межуточной частоты со сдвигом на одну четверть периода (Δφ = π/2). Такой 
фазовый детектор обеспечивает высокий динамический диапазон сигналов и не 

требует подбора элементов и калибровки. Он может использоваться также и в 
других режимах работы БРЛС при низкой промежуточной частоте. 

Частотная характеристика фильтра УПЧ обеспечивает оптимальную час­

тотную селекцию по ширине спектра импульсного сигнала. В режимах НЧП 
используют импульсные сигналы с внутриимпульсной модуляцией (обычно 
линейной частотной). Для сжатия импульсов применяют аналоговое устройст­

во - ультразвуковую линию задержки на промежуточной частоте. 

Также возможно выполнение операции сжатия импульсов процессором в 

цифровом виде после АЦП. 

Для режекции узкополосных помех реализуются соответствующие прова­

лы в частотной характеристике УПЧ. Для режекции помеховых сигналов фона, 
принимаемых по основному лепестку ДНА, используют гребенчатый фильтр 
пачки когерентных сигналов на основе кварцевых резонаторов с высокой кру­
тизной и большой степенью подавления 30.. .40 дБ. 

Дополнительное подавление фона (до 70 дБ в полосе 2 кГц) выполняется 

цифровой системой обработки. Разработка процессоров и АЦП с большой раз­
рядностью (15 бит) позволяет весь процесс подавления фона выполнять в циф­

ровом виде. 

Основным требованием к амплитудной характеристике УПЧ является вы­

сокая линейность при высоком динамическом диапазоне, особенно в режиме 

ВЧП. Обычным требованием к УПЧ является наличие ДД в 80 дБ. 

В режиме НЧП без когерентной обработки пачки импульсов для снижения 

ДД часто используют УПЧ с логарифмической амплитудной характеристикой. 

Стробирование отдельных импульсных сигналов по задержке и доплеров-

ская фильтрация пачки когерентных сигналов по частоте обычно выполняются 
после АЦП процессором обработки сигналов. 

Изменение усиления приемника (АРУ) для сохранения постоянства отно­

шения сигнал/шум (динамического диапазона) осуществляется аттенюатором 
скачкообразно на входе МШУ обычно через 10 дБ. В режиме НЧП аттенюатор 

управляет коэффициентом усиления с вариациями изменением задержки цели 

(ВАРУ) при изменении дальности. 

Второй аттенюатор в УПЧ скачкообразно изменяет усиление на 1 дБ с це­

лью поддержания постоянства уровня шума перед АЦП для обеспечения мак­

симального динамического диапазона цифровых сигналов. Обычно уровень 
шума квантуется на 1-2 бита. 

Важным требованием к приемному устройству является стабильность ам­

плитудно-фазовой характеристики при изменении коэффициента усиления, 
уровня сигнала и помехи, напряжения питания, температуры, вибраций и др. 
Обычное требование к СКО фазы - единицы градусов. 

На выходе приемника АЦП преобразует аналоговые сигналы (sin- и cos-

составляющие отдельно) в цифровую форму. Параметры цифровых сигналов 
должны быть согласованы с процессором сигналов. 

Минимальная величина быстродействия АЦП определяется полосой частот 

сигнала Af

c

 и обычно равна 1,5...5,0 Af

c

. Так, при полосе сигнала Af

c

= 1 МГц 

минимальное быстродействие АЦП £

А

цп

 =

 1,5 МГц. При использовании цифро­

вого фазового детектора f^n = 4 f

np

., где f

np

 - промежуточная частота. 

Разрядность АЦП определяется динамическим диапазоном входного сиг­

нала, который равен отношению мощности фона, принимаемого по основному 

лепестку ДН, к мощности шума приемника (80 дБ). Один разряд (бит) АЦП 
равен 6 дБ. При выборе порогового сигнала шума, равного одному разряду, и 

одного разряда на знак цифрового сигнала ДД равен 6(ТЧ-2)дБ, где N - число 

разрядов АЦП. 

Так, при N = 15 динамический диапазон составляет 78 дБ. 
Если в УПЧ используется гребенчатый фильтр для подавления сигнала 

фона входной динамический диапазон уменьшается и требования к разрядно­
сти АЦП снижаются до уровня 11-12 бит. 

Потери энергии сигнала в приемном устройстве определяются волновод-

ными соединениями, системой защиты и регулировки усиления (0,8 дБ), стро-
бированием импульсного сигнала по задержке (0,2 дБ); фазовым детектором 
(0,7 дБ), фильтром сжатия импульса (0,7 дБ); цифровым процессором (ЦП) 
(0,6 дБ) - итого потери энергии сигнала составляют 3 дБ (цифры, близкие к 
максимальным значениям). 

2.8. Алгоритмы обработки сигналов 

2.8.1. Обнаружение низколетящих целей 

Наиболее сложной задачей, решаемой БРЛС, является наблюдение мало­

заметных низколетящих целей на фоне отражений от земной поверхности. Так, 
в одном разрешаемом элементе дальности 100... 150м при ширине ДНА 1° и 
дальности наблюдения цели 300 км мощность фона будет превышать мощность 

сигнала цели (а

ц

< 1 м ) на 30...40 дБ в зависимости от типа местности. Для 

обеспечения обнаружения цели, необходимое отношение сигнал/фон равно 

10... 13 дБ, что требует подавления фона при обработке сигнала на 40.. .50 дБ. 

Так как сигналы фона и цели различаются радиальной скоростью движе­

ния относительно БРЛС, такая задача решается путем использования когерент­
но-импульсного режима с высокой частотой повторения импульсов и допле-
ровской фильтрацией пачки когерентных отраженных от фона и цели сигналов. 

Отраженные сигналы в когерентно-импульсном режиме БРЛС имеют пе­

риодическую структуру как по дальности, так и по доплеровской частоте. 

Сигналы по дальности (задержке) повторяются с периодом и 

при частоте повторений F

n

 = 25 кГц, Д

п

 = 6 км. При дальности 300 км число 

элементов разрешения фона по задержке, которые будут суммироваться с фо­
ном в элементе разрешения цели M

r

 = 50, что еще больше увеличивает мощ­

ность фона по сравнению с мощностью сигнала цели. 

Структура спектра отраженных сигналов имеет сложный характер, ме­

няющийся в зависимости от положения ДН антенны при сканировании и пара­
метров движения цели относительно РЛС и земной поверхности. 

На рис. 2.13 показана центральная часть (три периода повторения) спек­

тра. Период повторения спектра равен частоте повторения импульсов F

n

. 

Рис. 2.13 

Число составляющих доплеровского спектра определяется шириной спек­

тра зондирующего сигнала . При МГц и F

n

 = 25 кГц 

получаем M

f

 =40. Максимальная ширина спектра фона определяется скоро­

стью  V

c

 носителя 

Р

Л

С

Н

а несущей частоте 

в* 

f

0

 и частотах fo ±F

n

 наблюдается увеличение мощности спектра фона («альти­

метр»), обусловленное отражениями от земной поверхности, находящейся не­
посредственно под носителем РЛС и при вертикальном зондировании имею­
щей максимальную удельную ЭПР, При расположении антенны БРЛС на пи­
лонах над фюзеляжем самолета уровень мощности альтиметрового фона 

уменьшается вследствие экранирования излучения и приема ЭМВ конструкци­

ей самолета. Однако полностью подавить альтиметровый фон таким путем не 

удается. При отсутствии вертикальной составляющей скорости носителя мак­

симум спектра фона имеет нулевой доплеровский сдвиг частоты. 

На доплеровской частоте f$ расположен спектр сигнала фона, принимае­

мого по основному лучу ДНА. При горизонтальном полете частота ί

φ

 опреде­

ляется углом сканирования ДН антенны θ относительно вектора путевой ско­

рости: 

Уровень мощности спектра фона на других частотах определяется в ос­

новном уровнем боковых лепестков ДН антенны. 

Форма спектра и его мощность практически не зависят от дальности на­

блюдения цели, так как он является спектром суммы М

г

 разрешаемых элемен­

тов фона обзора. 

Доплеровская частота сигнала цели определяется относительной скоро­

стью сближения (удаления) У

сбл

 цели и РЛС: