Когерентно-импульсный метод радиолокации

В основу когерентно-импульсного метода положено явление эффекта Допплера, которое применительно к импульсной радиолокации заключается в изменении фазы каждого эхо-сигнала пачки отраженных импульсов относительно излучаемых. Рассматривают изменение фазы из-за того, что допплеровское приращение мало (для f_о = 3000 МГц, λ = 10 см, ν₂ = 1200 км/ч, F_g = 3,3 кГц) и время наблюдения эхо-сигнала составляет единицы микросекунд (слайд № 80).

Под фазой следует понимать взаимное положение двух гармонических колебаний (эхо-сигнала и зондирующего) в один и тот же момент времени пачки отраженных сигналов.

Если полагать начальную фазу зондирующих импульсов неизменной, то фаза импульсов от неподвижного объекта будет неизменной, определяемой дальностью до объекта

φ₀ = ω₀ t_з = ω₀ (2Д / с),

где t_з – время запаздывания эхо-сигнала;

Д - дальность до определяемого объекта;

с – скорость света;

ω₀ – угловая частота зондирующих импульсов.

В данном случае приращение дальности ΔД = 0, а, следовательно, и приращение фазы каждого последующего эхо-сигнала в пачке Δφ = 0. Итак, фаза отраженного радиоимпульса в пачке относительно излученного будет постоянной, значение ее для разных расстояний изменяется в пределах 0 ÷ 2 π.

При анализе пачки эхо-сигналов от объекта, обладающей некоторой радиальной скоростью υ_r1, фазовый сдвиг между отраженными сигналами и зондирующим импульсом будет изменяться при каждом очередном облучении на величину, зависящую от приращения дальности ΔД = υ₂ Т_п.

Приращение фазы определяется выражением

так как ,

где v_r – радиальная скорость цели;

Тп - период повторения зондирующих импульсов РЛС;

λ - длина волны зондирующих импульсов.

Как видно из формулы, приращение фазы связано с приращением частоты отраженных сигналов, которое называется допплеровской частотой:

.

Итак, для неподвижных объектов ΔД = 0, следовательно, Δφ = 0. Для подвижных объектов приращение фазы дается приращением дальности. Следует обратить внимание на то, что за время пачки, равное нескольким десяткам микросекунд, изменение дальности на индикаторах практически незаметно, так как оно составляет незначительное расстояние (слайд № 81).

Поскольку сравнить по фазе эхо-сигналы с зондирующим импульсом не представляется возможным из-за действия их в разное время, то для «запоминания» зондирующих импульсов применяется маломощный генератор, называемый когерентным гетеродином. Когерентный гетеродин вырабатывает непрерывные синусоидальные колебания, которые жестко связаны по частоте и фазе с колебаниями зондирующего импульса. Когерентность колебаний гетеродина с колебаниями передатчика обеспечивается тем, что с передатчика на когерентный гетеродин в каждом периоде повторения подается фазирующий импульс, В результате этого когерентному гетеродину навязывается фаза колебаний передатчика.

Процессы, происходящие в когерентно-импульсном радиолокаторе, пояснены на временных диаграммах (слайд № 82,83).

При излучении зондирующих импульсов когерентный гетеродин работает в режиме усиления, а по их окончании переходит в режим автогенерации тех колебаний, которые перед этим усиливал. Этот процесс называется фазированием когерентного гетеродина.

Для сравнения фаз двух гармонических колебаний одной частоты их подают в общую электрическую цепь. При этом происходит взаимодействие опорного напряжения, вырабатываемого когерентным гетеродином, с эхо-сигналами U_Σ (слайд № 85). Затем U_Σ детектируется.

Фазовые отличия в амплитуде преобразуются в фазовом детекторе. На один вход фазового детектора подается опорное напряжение когерентного гетеродина, а на другой – эхо-сигнал, нормированный по амплитуде.

Поскольку сигналы от неподвижных объектов имеют неизменную фазу относительно опорного напряжения, то на выходе фазового детектора образуется серия импульсов постоянной амплитуды положительной или отрицательной полярности в зависимости от дальности до объекта (слайд № 86, 87).

Эхо-сигналы от подвижного объекта при каждом очередном облучении изменяют свою фазу относительно когерентного напряжения, в связи с чем на выходе фазового детектора образуются импульсы, изменяющиеся как по амплитуде, так и по полярности (слайд № 83).

Изменение амплитуды видеоимпульсов происходит по закону допплеровской частоты.

Второй учебный вопрос.