ДИСС с непрерывным частотно-модулированным сигналом

Стремление уменьшить влияние просочившегося сигнала на чувствительность приемника ДИСС и снизить требования к величи­не развязки между приёмником и передатчиком привело к приме­нению частотной модуляции (ЧМ) излучаемого сигнала. Это позво­ляет сместить спектр допплеровских частот относительно спектра шумов просочившегося сигнала в область более высоких частот. Идею переноса спектра можно пояснить следующим образом. Пусть частота излучаемого сигнала изменяется по закону (рис. 20)

,

где К_f – коэффициент, определяющий скорость изменения часто­ты.

Частота принимаемых сигналов будет повторять частоту из­лучаемых колебаний, но с запаздыванием на время t_R - распрост­ранения волны до земли и обратно. Кроме того, будет иметься сдвиг частоты на величину F_Д

.

Разность частот излучаемого и принимаемого сигналов

Сигнал, просочившийся на вход приёмника, будет практически совпадать с излучаемым, так как его время запаздывания t_пр @ 0 (порядка 10^-9 с). Поэтому, при использовании излучаемого сигнала в качестве гетеродинного, спектр преобразованного просочивше­гося сигнала будет таким же, как и при отсутствии модуляции, т.е. будет лежать в низкочастотной области. В то же время полезный сигнал может быть вынесен достаточно далеко из облас­ти шумов на частоте К_ft_R за счёт выбора К_f.

Практически ЧМ не может быть линейной на большом отрезке времени и является периодической. Обычно в ДИСС применяют моду­ляцию по гармоническому закону с полосой качания частоты Df_M=2Df, где Df - девиация частоты (рис. 21, а). При этом частота отражённого сигнала также изменяется по гармоническому закону, но со сдвигом по времени на t_R. Кроме того, вследст­вие аффекта Допплера, вся кривая f_изл(t- t_R) сдвинута по вертика­ли на F_Д. На рис. 21 условно заштрихованной полосой отображён сплошной характер спектра - допплеровсккх частот и преобразованно­го сигнала. (Заметим, что на практике ширина спектра допплеровских частот DF_Д является весьма малой по сравнению с полосой качания частот, т. е. DF_Д < < Df_M).

На рис.21, б показано изменение разностной частоты F_р(t), которая является частотой преобразованного сигнала. F_р(t) также изменяется по периодическому закону, причем максимальное значе­ние F_{р max} зависит от t_R.

Для просачивающегося сигнала вследствие малости t_пр шумовой спектр располагается в области низких частот. Вследствие изменения преобразованного сигнала с периодом модуляции Т_М его спектр состоит из гармоник часто­ты модуляции. Спектр допплеровских частот сосредоточен вокруг каждой из этих гармоник и повторяется с повторением гармоник. Поэтому в ДИСС с ЧМ полезный сигнал выделяется на одной из гар­моник частоты модуляции, которая выполняет роль частоты К_ft_R в рассмотренном ранее случае линейного изменения f_изл(t).

Типовая функциональная схема ДИСС с непрерывным ЧМ-сигналом приведена на рис. 22. Передающая и приёмная антенны форми­руют по три идентичных луча с l-расположением. Луч 1 направлен вперёд, 2 и 3 - назад. Однако лучи формируются поочередно, так что в каждый момент времени существует только один из трёх лучей. Их переключение осуществляется специальными коммутатора­ми лучей с помощью устройства управления. Достоинством такой схемы является возможность использования одного и того же при­ёмника для последовательного приёма сигналов всех трех лучей. Одновременно с переключением лучей переключаются следящие фильтры допплеровских частот, каждый из которых следит за час­тотой своего луча.

Модулятор вырабатывает гармонические колебания частоты мо­дуляции F_M, под действием которых изменяется частота генери­руемого клистроном непрерывного зондирующего сигнала. Ослаблен­ный аттенюатором зондирующий сигнал подаётся также на балансный смеситель приёмника, преобразующий отражённые сигналы в диапа­зон нулевой промежуточной частоты. Однако, вследствие применя­емой ЧМ преобразованный сигнал, как уже отмечалось, будет состо­ять из гармоник частоты модуляции с наложенным на них спектром допплеровсккх частот. УПЧ настраивается на одну из гармоник. В схеме рис. 22 он настроен на третью гармонику, что является наиболее типичным.

Из УПЧ сигнал поступает на второй преобразователь частоты (когерентный детектор), на который в качестве опорного колебания подаётся утроенная частота напряжения модулятора. В результате, спектр полезных сигналов переносится в диапазон допплеровских частот и выделяется фильтром-усилителем допплеровских частот (УДЧ). УДЧ должен пропускать допплеровские сигналы во всём воз­можном диапазоне скоростей и углов сноса самолёта, что определяет его относительно большую полосу пропускания и, как следствие, - большой уровень шумов.

Для уменьшения уровня шума необходимы перестраиваемые фильтры, полосы пропускания которых были бы согласованы со спектром допплеровских частот отражённых сигна­лов для каждого луча и при любом значении скорости. Для этого используют следящие фильтры допплеровских частот. Их применение позволяет повысить отношение сигнал/шум на 5-7 дБ.

Измеренные значения допплеровских частот сигналов трёх лучей с блока следящих фильтров поступают в вычислитель, кото­рый определяет путевую скорость и угол сноса по формулам, ана­логичным (6)

(7)

Разность частот F_Д3 - F_Д2 и сумма F_Д1+F_Д2 обладают определен­ной устойчивостью при крене и тангаже самолёта (см. подраздел 2, 5), что позволяет уменьшить ошибки вследствие крена и тангажа.

Генератор контрольных частот (ГКЧ) в режиме “Контроль” вырабатывает стабилизированные кварцем колебания звуковых частот, имитирующие допплеровские сигналы. Эти частоты используются для проверки правильности показаний ДИСС. В зависимости от решаемой задачи ГКЧ выдаёт одну или две частоты в качестве сигналов от­дельных лучей, при этом ДИСС должен вырабатывать известные значения скорости и угла сноса и показывать их на индикаторе.