Контрольная работа: Теоретические основы радиоэлектронной разведки

.

При Q≤0.3 наблюдается дифракция Рамана-Ната, а при Q≥4π - дифракция Брегга. Большинство акустооптических приборов работают в режиме дифракции Брегга.

Таким образом, изменение показателя преломления приводит к отклонению лазерного луча на угол, пропорциональный длине волны входного сигнала, чем выше частота, тем больше угол отклонения.

Если соответствующая линза помещена после акусто-оптической зоны взаимодействия, то можно фокусировать первичный луч света, преломляемый ячейкой, в точке фокальной плоскости. Поскольку точка изображения зависит от направления прихода луча света, то устанавливается взаимно-однозначная зависимость между частотой и точками в фокальной плоскости линзы.

При одновременном поступлении на вход приемника нескольких сигналов различных частот дифракция света будет происходить под различными углами, соответствующими этим частотам. Приемник с МПФ аналогичен многоканальному приемнику, число каналов в нем равно числу фотодетекторов.

Функциональные измерители несущей частоты [4] подключаются к выходному высокочастотному каскаду приемника, выходное напряжение или ток которых является функцией частоты приходящего сигнала.

Интерференционный измеритель (рис. 28) позволяет осуществлять измерения частоты во всем рабочем диапазоне без пропусков.

Рис. 28. Структурная схема интерференционного измерителя несущей частоты

Принятые антенной сигналы поступают на входной фильтр, полоса пропускания которого определяет ширину полосы рабочих частот. После широкополосного усилителя радиочастот (УРЧ) и амплитудного ограничителя сигналы поступают к волноводному тракту.

На входе волноводного тракта амплитуда напряжения постоянна .

На выход волноводного тракта сигнал поступает по прямому тракту и по ответвителю:

где  - скорость распространения волны в волноводном тракте; то есть амплитуда на выходе детектора  - функция частоты.

С помощью фильтра выделяется диапазон частот от wmin до wmax (рис. 29).

Рис. 29. Пояснение принципа однозначного определения несущей частоты

В пределах от wmin до wmax фазовый сдвиг составляет 

,  ,

где n - целое число, равное отношению времени распространения на участке Dl к периоду ВЧ колебаний,

.

Откуда ширина диапазона разведываемых частот

,

изменяя Dl можно регулировать Df.

Изменяя величину разности длин прямого и разветвленного участков волновода, можно изменять ширину диапазона разведываемых частот; при уменьшении Dl ширина рабочего диапазона интерференционного измерителя возрастает (рис. 30). Одновременно ухудшается точность измерения частоты, так как уменьшается средняя крутизна функции.

Рис. 30. Зависимость Df от разности длин участков волновода Dl

Если Dl задана, то Df= const; коэффициент перекрытия по частоте

.

Здесь изменению п соответствуют различные участки используемого частотного диапазона (Dl= const). При п = 1 kf достигает максимального значения, равного двум. При п→∞ kf →l.

В основу корреляционного измерителя частоты [4] положена зависимость автокорреляционной функции от частоты. Структурная схема корреляционного измерителя частоты показана на рис. 3

Рис. 31 Структурная схема корреляционного измерителя несущей частоты

Сигнал, принятый антенной, подается на широкополосный усилитель (ШУС), а затем на умножитель. Этот же сигнал подается на умножитель через линию задержки (ЛЗ).

Значения этих напряжений соответственно

 и ,

где tз - время задержки.

Выходное напряжение на выходе схемы умножения

.

После прохождения низкочастотного фильтра с коэффициентом передачи kФ напряжение

.

Значение автокорреляционной функции при фиксированном tз зависит от амплитуды и частоты исходного процесса. Квадратичный детектор служит для устранения зависимости автокорреляционной функции от амплитуды сигнала.

Выходное напряжение квадратичного детектора фильтра с коэффициентом передачи kд:

.

Регистрирующее устройство измеряет отношение амплитуд

.

Измерение несущей частоты с помощью частотных дискриминаторов (ЧД) основано на свойстве ЧД преобразовывать отклонение частоты от заданного значения в напряжение (рис. 32), пропорциональное величине и знаку этого отклонения.

Рис. 32. Дискриминационная характеристика ЧД

Структурная схема приемника с частотным дискриминатором показана на рис. 33.

Рис. 33. Структурная схема приемника с частотным дискриминатором

Принятый сигнал после усиления в широкополосном усилителе подается на дискриминатор, выходной сигнал которого после детектирования и усиления поступает на горизонтальные отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. Немодулированные гармонические колебания наблюдаются на экране индикатора в виде одной линии. Частотно-модулированный сигнал - в виде двух линий, угловое расстояние между которыми зависит от девиации частоты.

Рассматриваемый приемник обеспечивает определение частоты разведывательной РЭС при условии, что принимаемые сигналы не совпадают по времени. Иначе принимаемые сигналы вызовут на экране линию, положение которой будет определяться вектором суммирования принимаемых сигналов.

Комбинированные способы определения частоты сигналов [4] реализуются путем использования различного сочетания приемников беспоискового и поискового типов: широкополосные РПрУ и узкополосные, многоканальные и одноканальные, включенные последовательно или параллельно в зависимости от конкретных решаемых задач. Это позволяет сократить время анализа по сравнению с поисковым способом без ухудшения точности определения частоты или, наоборот, повысить точность, сократив скорость анализа.

. Анализ структуры сигналов РЭС

.1 Совокупность параметров РЭС, подлежащих радио- и РТР

Устройства измерения параметров сигналов

Радиосигналы РЭС характеризуются вполне определенной совокупностью параметров [4], которые описывают их свойства:

·        пространственные;

·        временные;

·        энергетические;

·        поляризационные;

·        спектральные;

·        корреляционные и др.

При РТР измеряются параметры радиосигнала, которые дают о нем наиболее полное представление и позволяют произвести распознавание типа РЭС. Так, при анализе импульсных радиосигналов наибольший интерес представляют временные параметры импульсной последовательности:

·        длительность τи;

·        период повторения Тп импульсов;

·        длительность Тпач пачки импульсов;

·        период повторения Тпач пачек импульсов;

·        законы внутриимпульсной модуляции частоты;

·        коды импульсов.

Радио- и РТР непрерывных радиосигналов позволяет определить:

·        вид и параметры модуляции;

·        временные характеристики модулирующих сигналов;

·        спектральные характеристики модулирующих сигналов;

·        корреляционные характеристики модулирующих сигналов.

Измерение параметров радиосигналов возможно с использованием

·        цифровых устройств;

·        аналоговых устройств;

·        комбинированных устройств.

Упрощенная структурная схема цифрового измерителя параметров радиосигнала (устройства цифровой обработки - УЦО) представлена на рис. 34. Измеритель состоит из приемного тракта (ПТ), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блока цифровых вычислений (БЦВ) и блока управления (БУ).

В приемном тракте осуществляются прием, усиление и селекция радиосигналов в заданной полосе несущих частот. Операция преобразования аналоговой величины параметра сигнала в цифровую форму выполняется в АЦП. Измерение величины параметра производится в БЦВ. Алгоритм вычислений задается БУ. Выбор способа регистрации определяется требуемым быстродействием.

Рис. 34. Упрощенная структурная схема устройства цифровой обработки сигналов

Аналоговые устройства измерения вычисляют значения параметров сигналов, являющиеся непрерывной функцией значений исходного сигнала.

Комбинированные устройства измерения параметров сигналов содержат в различных сочетаниях аналоговые и цифровые измерители.

При цифровой обработке аналоговую величину (t) необходимо преобразовать в цифровой код (рис. 35). Такое преобразование осуществляется квантованием (дискретизацией) величины (t) по времени и уровням.

Рис. 35. Дискретизация сигналов по времени и уровням

Чем меньше интервал дискретизации, тем точнее отображается исходная функция (t) и меньше ошибки квантования по времени. Однако при этом увеличивается и объем обрабатываемой информации, что требует увеличения как объема памяти, так и быстродействия устройства обработки информации.

.2 Цифровые устройства измерения временных параметров сигналов

Измерение длительности импульсов. Для измерения длительности импульсов [4] применяется метод счета тактовых (эталонных) импульсов в течение времени действия входного импульса (сигнала). Счет импульсов обычно производится двоичным цифровым счетчиком, причем:

перед поступлением каждого входного импульса счетчик устанавливается в нулевое состояние 00…0;

поступление тактовых импульсов на вход счетчика происходит после появления импульса u1>0 (рис. 36) и прекращается после пропадания импульса u

Для регистрации импульсов, повторяющихся с частотой Fп, длительность которых изменяется от импульса к импульсу, используется устройство, структурная схема которого показана на рис. 37. Здесь входной импульс uвх подается на дифференцирующую цепь (ДЦ). Импульс u1>0 устанавливает триггер в положение, при котором схема И открывает доступ тактовым импульсам u2 на вход счетчика. Импульсы u1 с выхода ДЦ подаются также на ограничитель сверху, пропускающий только импульс u1<0, который инвертируется схемой НЕ. Положительный импульс с выхода этой схемы устанавливает триггер Ту в положение, при котором схема И прекращает поступление импульсов на вход счетчика. Число импульсов, зафиксированное в счетчике, пропорционально длительности измеряемого импульса. Сформированный в счетчике цифровой код считывается через вентили Вc при воздействии на них импульса считывания u4 и передается в другое устройство для дальнейшей обработки информации. Для подготовки всего устройства к обработке следующего входного сигнала uвх служит импульс u5 с выхода ЛЗ2 (рис. 36 и 37), который устанавливает счетчик в исходное нулевое состояние 00. . .0.

Тактовые (эталонные) импульсы вырабатываются высокостабильным генератором тактовых импульсов (ГТИ) с периодом повторения Тт. Длительность измеренного импульса τи≈NTT. Наибольшая методическая ошибка в измерении длительности импульса равна периоду Tт тактовых импульсов. Относительная величина этой ошибки:

.

Рис. 36. Графики, поясняющие принцип действия цифрового измерителя длительности импульсов

Рис. 37. Цифровой измеритель длительности импульсов

Если длительность измеряемых импульсов τи =1 мкс, а допустимая величина ошибки , то для получения указанной точности потребуются тактовые импульсы с весьма малым периодом повторения  мкс (fт=10 МГц) и соответственно с весьма малой длительностью - около 10…20 нс. При большой же длительности измеряемых импульсов возникают трудности конструирования ЛЗ.

Измерение периода следования импульсов. Структурная схема цифрового измерителя периода следования импульсов [4] изображена на рис. 38. Основными элементами устройства являются: генератор тактовых импульсов (ГТИ), счетчик тактовых импульсов, схемы И, управляющий триггер Ту и вентили Вс считывания цифрового кода.

Рис. 38. Измеритель периода следования импульсов

Работа рассматриваемого устройства иллюстрируется временными диаграммами (рис. 39).

Рис. 39. Графики, поясняющие принцип действия измерителя периода следования импульсов

ГТИ вырабатывает периодическую (с периодом ТТ) последовательность положительных импульсов. Короткий импульс uн, возникающий одновременно с началом анализируемого процесса, длительность которого подлежит измерению, переключает триггер Ту, управляющий схемой И, в состояние, при котором схема И пропускает импульсы uТ на вход счетчика импульсов (триггер То). С этого времени производится счет тактовых импульсов до момента появления импульса uк, фиксирующего окончание анализируемого процесса. Импульс uк подается на другое плечо триггера Ту и переключает его, в результате чего схема И закрывает доступ тактовых импульсов на вход счетчика. Счет импульсов на этом заканчивается.

Цифровой код числа N поступивших на вход счетчика тактовых импульсов определяет длительность Т процесса (с точностью примерно до периода ТТ длительность ). Полученный в счетчике цифровой код числа N считывается посредством вентилей Вс, управляемых импульсом считывания.

Измерение периода синусоидальных колебаний. При измерении периода синусоидальных колебаний Тх могут использоваться цифровые измерители [4], рассмотренные ранее. В процессе измерения Тх необходимо выделить границы периода по моментам переходов синусоидального колебания через нуль. Эта операция осуществляется усилителем-формирователем (УФ), структурная схема которого приведена на рис. 40,а.