Вопрос № 1. Структурная схема и принцип работы квадратурного автокомпенсатора активных помех

Особенностью квадратурного автокомпенсатора является то, что каждый дополнительный приемный канал разделяется на два подканала: синфазный и квадратурный. Кроме того, управление коэффициентами передачи синфазного и квадратурного каналов осуществляется напряжением анна видеочастоте (т. е. изменяется амплитуда или амплитуда и полярность напряжения).

Упрощенная структурная схема квадратурного автокомпенсатора приведена на рис. 5.18.

Рис. 5.18. Структурная схема квадратурного автокомпенсатора.

Рис. 5.19. Векторы помехи в основном и квадратурных каналах.

На рис. 5.18 для простоты показан один дополнительный квадратурный канал. В реальной схеме их может быть несколько (в зависимости от ожидаемого количества ПАП в зоне обнаружения РЛС). Разделение дополнительного канала на квадратурные выполняется с помощью фазовращателя, который осуществляет сдвиг по фазе на напряжение помехи. В каждом квадратурном канале имеется коррелятор, состоящий из перемножителя (Х) и интегратора (S), и балансный усилитель ( или ) (см. рис. 5.18).

Напряжение помехи, прошедшее предварительное усиление и преобразование на промежуточную частоту представляет собой сравнительно узкополосный случайный процесс, который можно представить в виде

, (5.3)

где и - соответственно его огибающая и начальная фаза, являющиеся случайными функциями, медленно (по сравнению с ) изменяющимися во времени. Напряжения помехи в квадратурных каналах сдвинуты по фазе на некоторый угол по отношению к напряжению помехи в основном канале и, кроме того сдвинуты на относительно друг друга ( - сдвиг по фазе между помехой в основном и дополнительном каналах, который изменяется по мере вращения антенной системы РЛС):

(5.4)

Напряжение на выходе корреляторов пропорционально среднему значению произведения входных сигналов:

(5.5)

(черта сверху означает усреднение во времени).

Последние математические выражения получены с помощью формул:

(5.6)

Выходные напряжения корреляторов - синфазного канала и - квадратурного канала служат для управления коэффициентами передачи балансных усилителей. Из выражений для определения и видно, что в качестве умножителей (Х) автокомпенсаторе могут быть использованы фазовые детекторы, а в качестве интеграторов, например, RC-фильтры.

Процесс автоматической компенсации активной шумовой помехи в установившемся режиме работы автокомпенсатора для определенного момента времени показан с помощью векторной диаграммы рис.5.19. Из рис.5.19 видно, что управляющие напряжения и могут менять модули коэффициентов передачи балансных усилителей и которые зависят от амплитуды управляющих напряжений. Аргументы коэффициентов передачи принимают значения 0 или в зависимости от полярности управляющих напряжений и .

В результате суммирования выходных напряжений балансных усилителей с комплексными амплитудами и образуется напряжение - (см. рис. 5.19), равное по амплитуде и противоположное по фазе напряжению шумовой помехи в основном канале. Таким образом, в идеальном случае суммарное напряжение шумовой помехи на выходе автокомпенсатора становится равным нулю.

Заметим, что процесс компенсации помехи рассматривался без учета влияния собственных шумов приемных каналов (основного и дополнительного). Как известно, собственные шумы приемных каналов некоррелированы. Поэтому они будут вносить декоррелирующее воздействие при формировании управляющих напряжений и , которые будут отличаться от оптимальных, а на выходе автокомпенсатора будут нескомпенсированные остатки помехи.

Рассмотрим процесс подавления помехи в автокомпенсаторе с учетом коррелированности их в основном и дополнительном приемных каналах.

Итак, дисперсия выходного напряжения помехи минимизируется за счет подбора коэффициентов передачи синфазного и квадратурного подканалов. При включении одного подканала (например, синфазного) мгновенные значения напряжений помехи связаны соотношением . Вычисляя математическое ожидание , свяжем дисперсии помеховых напряжений и коэффициент корреляции помех в основном и компенсирующем каналах

. (5.7)

Дисперсия минимизируется при и значении (определяется из выражения для ). В стационарном режиме работы одного компенсационного подканала коэффициент устанавливается при достаточно сильной корреляционной обратной связи

, , (5.8)

где - математическое ожидание.

Подставляя и заменяя усреднение по времени усреднением по реализациям, приходим к уравнению

, (5.9)

решение которого относительно равно

(5.10)

и принимает оптимальное значение при .

Выходное напряжение

, (5.11)

Декоррелируется в этом случае с напряжением компенсирующего сигнала:

. (5.12)

Остаточная дисперсия помехи уменьшается до . Отношение называется коэффициентом подавления помехи одним квадратурным подканалом. Его значение тем выше, чем ближе к единице квадрат коэффициента корреляции напряжений основного и компенсирующего каналов.

Важной причиной декорреляции мгновенных значений взаимно компенсируемых напряжений является сдвиг фаз между ними (см. рис.5.19). При неэффективной компенсации одним квадратурным подканалом может эффективно компенсировать второй квадратурный подканал или оба вместе. Включая оба эти подканала, получаем весовую сумму

. (5.13)

Шумовые напряжения подканалов при этом некоррелированы и подканалы работают независимо. Величина также определяется выражением

. (5.14)

Для результирующих дисперсии и коэффициента подавления получим

. (5.15)

Здесь - коэффициент корреляции комплексных амплитуд компенсируемых колебаний; его модуль нечувствителен к сдвигу фаз напряжений.

Вернемся еще раз к рис. 5.19. весовая сумма подканальных компенсирующих векторов и образует результирующий компенсирующий вектор

. (5.16)

Компенсирующий вектор образуется произведением комплексной амплитуды компенсирующего напряжения на комплексный коэффициент передачи

. (5.17)

Заменяя , а , уравнения компенсации помехи представим в более компактном виде

. (5.18)

При значение , а выходное напряжение квадратурного автокомпенсатора декоррелированно с напряжениями каждого из квадратурных подканалов, т. е. декоррелированы комплексные амплитуды и .