Принципы построения ДИСС с непрерывным зондирующим сигналом

Известно несколько структурных схем построения ДИСС с излучением непрерывных колебаний. Общим для всех структурных схем является использование для излучения и приёма раздельных антенн. Это необходимо для того, чтобы уменьшить влияние на работу приёмника просочившегося паразитного сигнала передат­чика, поскольку излучение и приём сигналов происходят одновре­менно.

2.7.1. ДИСС с нулевой промежуточной частотой и немоду­лированным сигналом

На рис. 16 приведена простейшая структурная схема самолётного ДИСС с непосредственным преобразованием отражённых сигна­лов в диапазон допплеровских частот с помощью высокочастотного смесителя и их дальнейшим усилением на низкой частоте. Такая схема получила название " с нулевой промежуточной частотой". Передатчик вырабатывает непрерывные немодулированные СВЧ-колебания с частотой f₀, которые подаются на непод­вижную передающую антенну и излучаются одновременно по трём лучам в направлении земли. Отражённые от земной поверхности сигналы со средними частотами f₀+F_Дi принимаются идентично расположенными лучами приёмной антенны (i = 1, 2, 3 - номер луча). Каждому лучу соответствует свой канал приёма и изме­рения, все каналы идентичны. Сигналы с антенны поступают на балансные смесители, на которые в качестве гетеродинных по­даются опорные сигналы передатчика с частотой f₀. Благодаря использованию балансных схем смешения уменьшается влияние шумовой модуляции гетеродинного сигнала на чувствительность приёмного устройства.

С помощью УНЧ на выходе смесителя отфильтровывается сигнал допплеровской частоты F_Дi, который поступает на измеритель частоты. С выходов каналов приёма и измерения значения средних допплеровской частот F_Дi поступают в вычислитель, который оп­ределяет W_п и a_с путем решения системы уравнений. Зна­чения W_п и a_с поступают на индикатор и в навигационную систему самолёта.

ДИСС с нулевой промежуточной частотой обладают низкой чувствительностью приёмного устройства, которая ограничивается тепловыми шумами и шумами просочившегося сигнала передатчика. Собственные шумы приёмного тракта, не содержащего усилителя СВЧ, определяются, как известно, шумами смесителя, гетеродина и шумами первых каскадов усилителя преобразованного сигнала (УНЧ). В диапазоне частот от сотен Гц до сотен кГц энергетический спектр шумов полупроводниковых приборов и усилителей неравно­мерен. Спектральная плотность мощности шума G_{ш пр} возрастает при уменьшении частоты (Рис. 17, б). Поэтому чувствительность СВЧ-приёмника с нулевой промежуточной частотой, обусловленная собственными шумами приёмника, примерно на 10 дБ хуже, чем СВЧ-приёмника с высокой (порядка нескольких МГц) промежуточной частотой.

Основным паразитным сигналом, ограничивающим чувствитель­ность ДИСС, является сигнал передатчика, просачивающийся на вход приёмника из-за существующей электромагнитной связи между передающей и приёмной антеннами, которая зависит от размещения и экранировки антенн. В ДИСС с непрерывным сигналом в сантиметровом диапазоне волн обычно развязка составляет около 30 дБ - для под­вижных антенн и 60-70 дБ - для неподвижных. В то же время чувствительность приёмника может достигать 110-120 дБ/мВт. По­этому влияние просочившегося сигнала на чувствительность может быть весьма значительным.

Просочившийся сигнал состоит из двух компонент, каждая из которых имеет случайную модуляцию по амплитуде и фазе. Первая компонента представляет собой прямой сигнал передатчика, про­никающий непосредственно из передающей в приёмную антенну. Вторая компонента - сигнал передатчика, отражённый от элемен­тов конструкции ЛА. Параметры шумовой модуляции первой компо­ненты G_ш1(f) определяются характеристиками генератора СВЧ (рис. 17, б).

Известно, что любой автогенератор возбуждается и работает под действием собственных шумов. Среди множества спе­ктральных компонент шума, выделяемых резонансной системой гене­ратора, многократно усиливается лишь гармоника с частотой f₀, соответствующая максимуму коэффициента передачи резонансной системы.

Наряду с этим, на частотах, близких к f₀, сущест­вует спектр шумовых колебаний, спектральная плотность мощности которых убывает по закону

,

где a = 0, 6 ÷ 2 - параметр, зависящий от добротности резонанс­ной системы, К - постоянный коэффициент.

Для клистронного генератора, а также полупроводниковых ге­нераторов при длине волны l@3 см G_{ш пер} на частоте, отстоя­щей от f₀ на 1 кГц, на 130 -110 дБ ниже мощности несущей.

Примерный вид спектра шумов передатчика изображён на рис. 17, а, а спектры отдельных составляющих шума в приёмном устройстве - на рис. 17, б. Шумы передатчика, попадающие на вход приёмника вместе с прямым просочившимся сигналом, ослабляются вследствие имеющийся развязки между передающей и приёмной ан­теннами. Во время преобразования в диапазон низких частот мощ­ности симметрично расположенных слева и справа относительно f₀ составляющих шума складываются, при этом спектральная плотность мощности шума удваивается. Основную роль в образовании второй компоненты просочившегося сигнала играет несущая частота излу­чаемого сигнала, уровень которой на 130 - 140 дБ превышает уро­вень шумов передатчика. При отражении сигнала несущей f₀ от вибрирующих со звуковыми частотами элементов конструкции ЛА возникает модуляция отражённого сигнала по амплитуде и фазе. Эта модуляция зависит от конструкции ЛА и характера вибраций отражающих элементов (обтекателя антенны, элементов экранирования и других). Спектральная плотность мощности шума второй компоненты просочившегося сигнала также сосредоточена в области низких частот и убывает с увеличением частоты (рис. 17, б).

При длине волны l@3 см и скорости самолета W_г =180-1500 км/ч частота Допплера отражённых сигналов лежит в диапа­зоне 1-10 кГц, т.е.спектр полезного сигнала попадает на учас­ток частот, где спектральная плотность мощности шума является весьма значительной. Поэтому ДИСС с нулевой промежуточной частотой находят ограниченное применение, а различные вариан­ты конструкции и структурных схем определяются, в основном, стремлением устранить отдельные компоненты шума.