автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Повышение помехозащищенности автодинных датчиков для систем ближней радиолокации

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи

Для служебного пользования Экз. Я

КУРЯКОВ Андрей Иванович

УДК 621.373

ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ АВТОДИННЫХ ДАТЧИКОВ ДЛЯ СИСТЕМ БЛИ1НЕЙ РАДИОЛОКАЦИИ

Специальность 05.12.17 - Радиотехнические н телевизионные

системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени Кандидата технических наук

Научный руководитель -Лауреат государственной премии СССР

доктор технических наук, профессор Шахтарин Б.И.

Москва - 1992

Работа выполнена в Московской ордена Ленина, ордена Окгябр ской революции и ордена Трудового Красного Знамени Государствен пои техническом университете имени Н.Э.Баушна.

- лауреат Государственной премии СО доктор технических наук, профессор Б.И.Шахтарин

- доктор технических наук, профессор О.И.Шелухин

- кандидат технических наук, доцент С.М.Смольский

- Московский научно-исследовательсш злектро^аханичесрй институт , .

Защита диссертации состоится " и^мгги? 1992 г.

в " " час. на заседании специализированного совета К 072.05. по присуждению у.черой степени кандидата, технических наук в Московском .институте инженеров гражданской авиации по адресу; 12549 Москва, ул.Пулковская, ба.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке МИИГА, Отзыв на автореферат, заверенный печатью предприятия, проси на: равлять по указанному адресу на имя ученого секретаря специал зированного совета. ,

Автореферат разослан " " _1992 г.

Ученый секретарь

специализированного совета К 072.05.03 кандидат технических наук,.

доцент ' М.Ы.Шеыаханов

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Исх. X*

Входящ. №

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Устройства ближней радиолокации (БРЛ) .нахо-дет применение в радиоэлектронных системах, решающих задачи обнару-сения, а в ряде случаев и распознавания объектов, измерения пара-1етров движения и определения координат, таких, как системы охраной сигнализации, радиолокационные системы, системы радиоуправления, I также системы, передачи информации. Наиболее широко исиользуются устройства с непрерывным излучением.

Ввиду малых габаритов в системах БРЛ (СБРЛ) широкое применение 1ашли автодинные датчики (АДЦ), представляющие собой приемопередага-дае устройства, непосредственно связанные с антенной, и отличитель-гой чертой которых является полное или почти полное совмещение при-¡мопередающих трактов, когда генерация высокочастотных колебаний, [реобразование частоты и усиление низкочастотного сигнала осущест-шяется при использовании одного нелинейного элемента.

Ухудшение условий функционирования, ведущее к снижению помехо-¡ащищенности и, следовательно, эффективности действия СБРЛ, услож-гение решаемых АДЦ задач предявляют высокие требования как самому штодину (АД), так и к устройству выделения полезной информации из ¡игнала АД. Отсюда следует инженерная актуальность исследования АД.

Тактической задачей обеспечения высокой помехозащищенности яв-иется построение СБРЛ с использованием таких способов обработки и фавил принятия решения, которые в рамках данного (автодинного) [ринципа работы обеспечивали бы наи.-/чшие показатели качества СБРЛ.

Существенным препятствием на пути реализации известных методов |беспечения помехозащищенности СБРЛ (а наиболее высокую помехозащи-(енность обеспечивают многоканальные системы, формирующие область фабатывания в тракте обработки) является ограничение габаритов АДЦ I результате чего используемые на практике автодинные СБРЛ с непре-ивным излучением обладают низкой помехозащищенностью, что является держивающим фактором при использований их в системах, где важно беспечить высокую вероятность правильной работы в условиях помех'л ребуеыую вероятность ложных тревог.

Специфической особенностью АДД является принципиальная, нели-[ейность происходящих в АД процессов, сопряженная с взаимозависимо-:тью излученных и отраженных колебаний, что приводит к совместной 18СЮТН0Й и амплитудной модуляции колебаний АД и сказывается на не-инейности автодинного отклика даже при слабом сигнале от объекта, I при сильном отраженном сигнале делает возможным осуществление в ' ' . •. • , I

АД режима прерывистой генерации и вызывает скачки автодинного отклика, и е целой требует учета запаздывания при исследования процессов в системе АД-отражающий объект.

Воздействие помех на АДД, осложняемое возможностью захвата частом АД внешним генератором, приводит к появлению на выходе АДД ложного сигнала, в ряде случаев сходного по параметрам с сигналом, отраженным от объекта. Поэтому актуальной является задачи повышения помехозащищенности АДД путем разработки и исследования таких методов обработки сигналов, которые с учетом специфики автодинных СБРД для принятия решения более полно учитывали бы свойства сигналов и помех, залг енных во входных воздействиях.

Поскольку в трактах обработки сигналов ДДД СБРЛ осуществляется обработка преобразованных в АД сигналов, то решение указанной проблемы требует теоретических и экспериментальных исследований процессов преобразования в АД внешних воздействий, что может быть выделено в качестве самостоятельного направления исследования. Поэтому задача исследования свойств преобразованных в АД сигналов является актуальной и с научной точки зрения.

Цель работы и задачи исследования.Целью работы является изыскание путей и обоснование способов повышения помехозащищенности АДД СБРЛ на основе исследования свойств и характеристик преобразованных в АД сигналов. Достижение этой цели обеспечивается постановкой и решением следующих задач диссертационных исследований:

д.. Анализ влияния режима функционирования АД на характеристики автодинного отклика.

2. Теоретическое и экспериментальное исследование действия помех на АД и сравнение экспериментальных результатов с теоретическими выводами.

3. Исследование статистических свойств сигналов на выходе АД.

4. Исследование возможностей и особенностей применения для повышения помехозащищенности АДЦ СБРЛ шумовой и комбинированной частотной модуляции.

5. Обоснование требований к блоцу обработки сигналов автодин-ной СБРЛ и принципов его построения.

Метода исследования. Для исследования привлекаются методн теории колебаний, статистической и нелинейной радиотехники, математического моделирования и математической статистики.

Научная новизна и достоверность результатов исследований.

1. Проведен анализ условий функционирования АДД СБРЛ с учетом вьеашах помеховых воздействий. 2

2. Теоретически и экспериментально исследовано влияние дестабилизирующих факторов, определяемых особенностями рассматриваемого класса СБРЛ, на параметры колебаний АД и характеристики автодинно-го отклика.

3. Получены соотношения, характеризующие работоспособность АДЦ СБРЛ.

4. Проанализированы методы повышения помехозащищенности АДЦ СБРЛ и цути их реализации.

5. В ходе теоретических исследований показано, что для АДЦ СБРЛ повышение помехозащищенности может быть достигаю при применении зондирующих сигналов с комбинированной частотной модуляцией детерминированным и случайным процессами и селекции полезных сигналов и помех по относительной ширине полосы энергетического спектра доплеровского сигнала.

6. Сформулированы требования к характеристикам тракта обработки сигналов АДЦ СБРЛ с КЧМ.

Достоверность полученных результатов гарантируется корректностью используемого математического аппарата, а также - сравнением теоретических выводов с результатами эксперимента.

Практическая ценность работы. Выявлены факторы, влияющие на помехозащищенность АДЦ СБРЛ. Предложен способ повышения помехозащищенности АДЦ СБРЛ. Показаны особенности и даны рекомендации по построению помехозащищенного тракта обработки сигналов АДЦ СБРЛ. Разработана экспериментальная установка для исследования помехозащищенности СБРЛ.

Результаты диссертационной раб^га нашли применение в двух НИР, проведенных в МГТУ им. Н.Э.Баумана. Практическая значимость работы подтверждена актами о внедрении.

Апробация и публикация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции по проектированию систем в г.Москве (1986 г.), на семинарах кафедры "Кибернетические системы" МГТУ им. Н.Э.Баумана. По результатам диссертации опубликовано 4 печатных работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литератур! и приложения с программой моделирования АД. Работа содержит 113 страниц машинописного текста и 26 листов рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы диссертации, дона краткая характеристика работы.

В первой главе дан анализ условий применения, структуры и алгоритмов работы СБРЛ, рассмотрены особенности функционирования дат-: чиков СБРЛ, построенных по автодинному принципу.

Установлено, что широкое применение автодинных СБРЛ, значительное ухудшение условий функционирования вследствие усложнения поие-ховой обстановки и расширения круга задач, решаемых СБРЛ, делает актуальной проблемы повышения эффективности действия автодинных СБРЛ. Одним из путей ее решения является повышение помехозащищенности входящих в состав СБРЛ датчиков, которое во многом обеспечивается методами обработки сигналов и правилами принятия решения, что предъявляет более высокие требования как к самому АДД, так-и к трак ту обработки автодинного отклика, делает необходимым более полный учет свойств полезных сигналов и помех.

Проведенный в главе анализ показал, что в АДД осуществляется последетекторное обнаружение сигналов, до какой-либо специальной обработки принятого узкополосного сигнала выделяется его огибающая, и задача формирования области срабатывания и принятия решения о наличии в ней объекта сводится к обнаружению сигнала в смеси с помехами, принятой и преобразованной в АД.

Обосновано, что в общем случае АД и объект представляют собой единую автоколебательную систему с обратной связью по высокой частоте с переменным запаздыванием, обусловленной процессами взаимодействия АД с отражающим объектом.

-ассмотрены возможные режимы колебаний в нелинейных системах с запаздыванием, и показано, что наличие в системе с запаздыванием режимов собственных ыногочастотных колебаний требует выявления услови} ..х существования и исследования воздействия почти периодических процессов на характеристики автодинного отклика.

Проанализированы методы обеспечения помехозащищенности СБРЛ,и определена перспективность применения для втой цели в автодинных датчиках сложных сигналов. Выявлена целесообразность исследования возможности применения для повышения помехозащищенности АД СБРЛ шумовой и комбини" ванной частотной модуляции.

Определено, что иестационарность процессов, ограничение объема аыборки, а также необходимость обеспечить высокое быстродействие системы затрудняют применение в СБРЛ методов обработки с использова нием оценок центрированных параметров сигналов и требует перехода к рациональным и квазиоптимальным (например', регрессионным) алгоритмам. Целесообразно также анализировать статистические характеристик не сигнала в целом, а выделять из принятой реализации информацию об

4

огибающей, средней частоте и относительной полосе и проводить обработку как каждого выделенного параметра, так и их совместную обработку.

На основании проведенного анализа определены основные направления исследования.

Вторая глава посвящена исследованию автономных режимов в системе автодин-отракающий объект. На основании принятых допущений получено нелинейное дифференциальное уравнение с запаздывающим аргументом, описывающее процессы в изохронном ДЦ, и выполнен анализ условий самовозбуждения периодических и почти периодических колебаний. Получены уравнения, приближенно описывающие процессы в АД в одночастотнои и двухчастотном режимах, позволяющие определить форму и оценить искажения автодинного отлика, найдены области существования и устойчивости стационарных режимов и показано, что при достаточно больших значениях приведенного запаздывания одночастотные режимы автоколебаний в системе становятся неустойчивыми. Проведено математическое моделирование функционирования АД методом статистических испытаний, оценена статистическая взаимосвязь сигналов в каналах регистрации автодинного отклика, получены оценки средних и дисперсий выходных сигналов АД, исследовано влияние на них доплеровской частоты и уровня отраженного сигнала, выявлены особенности автодинного отклика, требующие учета при построении тракта обработки сигналов АДЦ.

Поскольку неизохронность автогенератора не влияет на форму автодинного отклика по частоте, а приводит лишь к дополнительным искажениям автодинного отклика по. амплитуде, проявляющимся в его асимметричности, то исследование процессов в системе АД-отражатель с достаточной полнотой может быть выполнено для изохронного АД, проводимость которого не зависит от частоты, без учета цепи смещения.

На.основании принятых математических моделей сигналов и математической модели АД получено нелинейное дифференциальное уравнение (НДУ) с запаздывающим аргументом, которое является основным при анализе функционирования прибора

и (V) / им = уи {-Е4[иМ]и(г)-ь?г (1)и(Г-9)} , (1)'

г

где Е1(и) * +^с(кип - функция проводимости системы, полу-

ченная на основе аппроксимации вольт-амперной характеристики активного элемента полиномом третьей степени ; £г(1)*24лК- функция запаздывания ; вхЩТуф- приведенное запаздывание ; с^яЩ,/^ - приведенная проводимость антенны; с<; = (£ = 0,1,2) - коэффициенты аппрок-

симации дифференциальной проводимости активного элемента }./1''С&,«4

б "

- чалый параметр; Он- нагруженная добротность колебательной системы АД; К - коэффициент отражения амплитуды.

Исследование ремииов самовозбуждения колебаний в АД, выполненное для линеаризированной системы в пространстве параметров К , ¡л , 0 ¡.¡его,дом А-разбиений, позволило установить, что колебания в АД либо носят одночасмтный характер, либо являются многочастотными в зависимости от величины запаздывания (6 ), от коэффициента отражения сигнала (к ) и характеристик системы Получены уравнения границ областей самовозбуждения и показано, что для / при к1«^/¿«л .и любом в система всегда асимптотически устойчива и собтвенные колебания в ней не возбуждаются,, а при к >0(^/2^ происходит чередование областей самовозбуждения и устойчивости и может происходить их наложение. В каждой из областей самовозбуждения существует по одной паре комплексно-сопряженных корней и при наложении областей самовозбуждения получаем области, в которых возможны ¡.¡ногочастотные колебания. Количество частот, на которых возможны колебания, увеличивается с ростом К и 6 , При 6»о,к.о имеет место автономный режим колебаний автогенератора. При к^аюэ^о в плоскости, параллельной плоскости (/и , б ) картина Д-разбиений показывает, что с . зеличениеи /И и б области самовозбуждения также расширяются и ■ появляется возможность осуществления самовозбуждения колебаний на нескольких частотах.

Выполнен анализ воздействия на АД слабых сигналов, когда система описываемая уравнением (1) при 1 является квазилинейной, и для ее исследования может быть применен асимптотический метод Крылова-Боголюбова (АМКБ), который использовался для построения приближенного решения.

Определены уравнения первого приближения, позволяющие исследовать одночастотные режимы колебаний в системе АД-отражающий объект при малых значениях приведенного запаздывания. С учетом медленного изменения амплитуды и фазы колебаний определено стационарное нену-леьсе значение амплитуды йс = од ^ ¿+(е0/оь)сс£ О ,где а0=>2ф<о/<*г -амплитуда устак вившихся колебаний автогенератора в отсутствии отраженного сигнала; ев = > и частоты Н« - /2)%, $¿4 9 излучаемых колебаний, из которых можно видеть, что имеет место гармоническая модуляция амплитуды и частоты колебаний АД в соответствии с законом изменения запаздывания. Более точное решение уравнения (1), построенное с помощью АМКБ, позволило выявить влияние на процессы в АД составляющей дифференциальной проводимости АЭ с коэф-¡.щ.юнтом с(, , а также получить составляющие решения на гармониках

6

основной частоты стационарных колебаний.

. Для достаточно малых отклонений амплитуды и фазы при линеаризации системы уравнений переходного процесса вблизи стационарного состояния автогенератора без самовоздействия, определены форма и, при условии неизменности уровня отраженного сигнала в течение нескольких периодов автодинного отклика, спектральный состав автодин-ных откликов по амплитуде и частоте.

Исследование устойчивости стационарных режимов колебаний, осуществленное с использованием соответствующей системе уравнений переходного процесса системы уравнений в вариациях, показало, что при в«2я и выполнении условия существования ccse->-ct0ieo ненулевое решение ос устойчиво. Рост приведенного запаздывания ведет к появлению при 0»з.х , соответствующего типичным условиям применения АДД, корней характеристического уравнения с положительной вещественной частью, что свидетельствует о потере одночзстотныш режимами устойчивости, несмотря кэ выполнение условий их существования.

Отмеченная неустойчивость одночастотных режимов при достаточно больших значениях приведенного запаздывания {в"ft'* ) требует иссле-' довения режимов многочастотных колебаний в АД, что выполнено для возбуждения колебаний на двух частотах л Яг при нахождении всех комбинационных частот вне полосы пропускания колебательной системы АД.

Выполняя соответствующие АМКБ преобразования, в случае медленного изменения амплитуд и фаз колебаний, стационарные значения амплитуд двухч^астотного решения получены в виде

Ос = (оа //I)//-SPv/a/oJcos + г(9о/<*О),

Од. =■(0о//з) / f-(eo/e(0)cos щв* ¿(е<, /¿¿соз^в при si» = (¿./,г), где <)//*.

Анализ устойчивости, выполненный для двухчастотного режима колебаний показал, что для параметров, принадлежащих области определения почти периодических колебаний ~ыа/е0)< cos ¿3tв <

характеристический квазиполином не имеет корней в правой полуплоскости и, следовательно, двухчастотный режим устойчив во всей области его существования.

На основании анализа обобщенной модели транзисторного У -АД при использовании кусочно-линейной модели транзистора обоснована математическая модель АД, учитывающая внешнюю помеховую обстановку. Для описания внешних воздействий и внутренних переменных применен метод комплексных огибающих. Преобразование входных сигналов в звеньях

7

системы определялось системой нелинейных дифференциальных уравнений относительно амплитуд низкочастотной /(¿) и высокочастной У (£) составляющей напряжения на АЭ и фазы <д (i) высокочастотной состав*-ляющей.

Проведено математическое моделирование функционирования АД1КО-торое включало в себя следующие этапы:

1. С помощью методов цифрового моделирования формировались последовательности, соответствующие реализациям случайных сигналов на входе АД при заданной помеховой обстановке. Для моделирования использовался метод канонических разложений. Различные варианты внешних воздействий задавались набором параметров, описывающих полезный сигнал, помеху, внутренние и внешние шумы.

2. Сформированные цифровые последовательности обрабатывались в соответствии, с уравнениями системы, получая сигналы на выходе АД.

В ходе обработки вычислялось конкретное значение случайной величины выходного сигнала для различных уровней входного воздействия.

3. Моделирование для данной помеховой обстановки повторялось требуемое количество раз, и по результатам независимых опытов методами математической статистики вычислялись оценки математического съедания выходного сигнала АД и разброс (дисперсия) отдельных значений относительно среднего.

При определении внутренних и внешних воздействий на АД считалось, что в общем случае на вход АД поступает аддитивная смесь полезного сигнала и узкополосных и широкополосных мешающих воздействий ; .внутренние шумы АД описывались как широкополосный процесс. Вид спектра каждого из процессов определялся как аппроксимация реальных спектров отраженного сигнала, помех и шумов.

Во избежание хранения и преобразования больших массивов чисел, связанного с необходимостью осуществления запоминания сигнала, излученного АД, который затем преобразуется по частоте, что значительно увеличивает затраты машинного времени на моделирование и не способствует, в то же время, увеличению точности, характер моделируемых процессов у итывался в фазовых соотношениях. -

Осуществлено математическое моделирование транзисторного озо-хронного АД с инерционным евтосыещешеы для номинальной излученной мощности Рг«= 10 мВт и ооновной рабочей иастотой -f, =100 МГц'в зависимости от допдероьской частоты" dfJc для различных значений, к . Ч связи с тем, что моделирование воздействия на АД отраженного сигналу ñp¡¡ реальных соотношениях' несущей Нг и доплеровской ¿vs частот осуществить не представляется возможным (так как затраты

8

машинного зремени в этом случве чрезвычайно велики), то моделиров* ние проводилось при отношениях «4М =10"^ . ..1СГ*.

При моделировании функционирования АД на ЭВМ установлено, чгс. автодинный отклик содержит не только высшие гармоника доплероаской частоты, но и постоянную составляющую, что необходимо учитывать пр. обработке. Показана, что по мере уменьшения отношения доплеровской и несущей чэстот среднее и дисперсия автодинного отклика а каналах регистрации растут нелинейно, теп сильнее, чем вше уровень отражен ного сигнала.

Установлено, что статистическая связь сигналов в каналах регистрации автодинного отклика усиливается по мере роста уровня отраженного сигнала и уменьшения отношения .

В третьей главе получена система ИДУ, описывающая процессы в АД, при совместном действии отраженного сигнала и гармонической помехи, из которой определены приближенные выражения для частотных характеристик относительного приращения амплитуды колебаний в резинах захвата и биений, а также выражения для коэффициента преобразования АД в указанных режимах с учетом взаимодействия АД с объектом. На основании анализа в ыалосигнальнои режиме определены зависимости характеризующие поведение прибора с учетом воздействия внешних шу-ыоьых помех и внутренних шумов, исследованы статистические характеристики выходных сигналов АД, определены условия регистрации автодинного отклика.

Выполненный в главе анализ позволил установить, что достаточна полное исследование процессов взаимодействия Д£Д СБРЛ с внешни,«! источниками помех различного еидэ, определение количественных характеристик действия внешних поиеховых сигналов может быть выполнено только численными методами с применением ЭВМ, что, однако, прт «лучении любого из возможных режимов приема помехи сопряжено со ,л-тельными затратами машинного времени. В то же время причины образования ложного сигнала для принятой модели АД могут быть выявлены при обобщении результатов, полученных для гармонического внешнего воздействия.

Для случая, когда внешнее воздействие на ДЦ представляет собой аддитивную смесь полезного отраженного от объекта сигнала и помехи для АД, процессы в кйтором описываются уравнением (1), выполняя преобразования,, соответствующие АМКБ, получена система уравнений переходных процессов в неавтономном АД, которая описывает как синхронный режим в нерезонансном случае, так и режим биений

9

¿V 2. а£' . 2

. М - £» ¿V га

где а , - средние за период колебаний амплитуда и фаза; ас -стационарное значение амплитуда колебаний АД в отсутствии помехово-го воздействия; о(Л=<*<>; лил-(ив-тм)/ы, - приведенная начальнзя частотная расстройка помехи; е^я^З,; е„ - амплитуда помеховой составляющей .

случая, когда внешнее воздействие на АД достаточно мало, получено выражение для относительного изменения амплитуды колебаний н реетне захвата частоты • гДе »

< ^-/^(^л^я/Ос)- полуширина области синхронизации, и определена величина, характеризующая отклонение амплитуды от стационарного значения для режплэ биений &«/V/с//(''/¿К'+Я?/?) » ГД6

Определены приближенные выражения дм коэффициентов передачи АД по внешнему сигналу в резоие биений И„в = //(¿¿//гЗ^и в режиме захвата частоты К„^(ЦТр/с(л , где в»^/^/^) ! 4:-А/^-м •

Получены выражения для расчета отношения сигнал-шум на выходе высокочастотной и низкочастотной цепей АД, при анализе которых выявлено его уменьшение с ростом относительного уровня низкочастотных шумов. Установлено, что скорость изменения отношения сигнал-шум в низкочастотной цепи существенным увеличивается с ростом полосы пропускания фильтра в цепа смещения. В целом отношение сигнал-шум в высокочастотной цепи АД значительно меньше, чем в низкочастотной, за исключением случаи, когда относительный уровень низкочастотных шумов больше 0,1.

Определены условия регистрации автодш'ного отклика в зависимости от относительного уровня собственных шумов АД, относительной ширины полосы пропускания низкочастотной цепи и частот полезного сигнале. Показано, что при высоком относительном уровне низкочастотных шумов и большом отношении сигнал-шум на входе АД регистрацию авто-динного отклика слепует осуществлять в высокочастотной цепи, а при низком относительном уровне низкочастотных шумов (даже при малом отношении сигнал-шум на входе) - в цепи смещения.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию неавтономных режимов функционирования АД. В главе описана экспериментальная установка и приведена методика проведения исследования вли-

10

яния различных видов помех на характеристики выходных сигналов макетов одноконтурных АДЦ на биполярном транзисторе и диоде Гзнна. Представлены основные результаты этих исследований, рассмотрены факторы, приводящие к снижении помехозащищенности АДЦ СБРЛ, и выполнена экспериментальная оценка возможностей повышения помехозащищенности устройства, дан сравнительный энализ сделанных теоретических выводов и экспериментальных результатов.

Дчя проверки теоретических выводов, изучения преобразования в АД внешних воздействий и экспериментального исследования рабочих характеристик прибора был разработан и изготовлен макет транзисторного АД и создана экспериментальная установка, позволяющая имитировать действие помех различного вида и проводить исследование параметров выходных сигналов АДЦ в условиях, создаваемых в беээховой камере,и приближенных к условиям свободного пространства. Регистрация автодин-ного отклика осуществлялась подключенный параллельно колебательному контуру АД амплитудным детектором, сигнал с выхода которого поступал на входы полосовых усилителей.

В ходе исследований било изучено действие на АД АМ- и ЧМ- помех с различными уровнями мощности, получены зависимости напряжения ложного сигнала от расстройки помехи относительно частоты автоколебания АД. Их анализ позволил установить, что как для АД на биполярном транзисторе, так и для АД на диоде Ганна наибольший уровень ложного сигнала имеет нрсто при действии на АДЦ апплитудно-ыодулированной помехи с несущей частотой, близкой к границе полосы синхронизации системы.

Характер зависимостей при расстройках, значительно превышающих ширину полосы синхронизации (в эксперименте расстройки помехи от рабочей частоты составляла 1 МГц), свидетельствует, что зависимость напряжения ложного сигнала на выходе АД при действии АМ-помехи от уровня напряжения помехи, как и зависимость от коэффициента преобразования АД имеет квадратичный характер.

Выявлено, что действие частотно-модулированной помехи вызывает амплитудную модуляцию колебаний АД, приводящую к появлению нэ выходе АДЦ ложного сигнала, наибольшее значение которого в случае, когда девиация частоты помехи значительно превышает ширину полосы синхронизации АД, достигается при расстройке, близкой к значению девиации частоты.

В процессе испытаний были исследованы возможности повышения помехозащищенности макета АД при функционировании в режиме шумовой частотной модуляции (ШЧМ). Для АД с ШЧМ получены ээеисиус^тл нэаря.^ч-

II

ния ложного сигнала ох уровня мощности АМ-помехи, подтверждайте наличие ослабления ложного сигнала при увеличении эффективной девиации частот ¿^ . Показвно, что действие гармонической помехи на ДД с ШЧМ приводит к уменьшении девиации частоты колебвний ДД и сопровождается появлением на выходе ДД широкополосного шума, мощность которого пропорциональна мощности помехи и зависит от эффективной девиации частоты исходных колебаний ДД. В ходе экспериментальных исследований установлено, что ослабление ложного сигнала уменьшается с ростом (д помехи:

В пятой главе исследовано использование для повышения помехоза-щищенн!-ли автодинной СБРЛ комбинированной чвстотной модуляции детерминированным и случайным процессами. В рамках малосигнальной модели получены соотношения, характеризующие влияние преобразования в ДД на структуру сигналов автодинного отклике и функцию селекции.

На основании преобразования математической модели ДД с. немодули-рованныы излучением получены уравнения ДДЦ с частотной модуляцией (ЧМ) и установлено, что ДД на двухполюсном активном элементе и с без-инерционной цепью смещения может быть в малосигнальном режиме представлен по высокой частоте как последовательное соединение перемножителя, на входы которого поступают излученный и принятый отраженный сигналы, фильтра нижних частот и интегрирующей цепи. Показвно, что для </= -/о'*... /о'г допустимо считать, что заметного интегрирования как детерминированного, так и стохастического сигнала, не происходит.

Поскольду применение в СБРЛ частотной модуляции только детерминированными процессами не обеспечивает необходимой помехозащищенности вследствие того, что эхо - сигнал от объекта, находящегося Бне области эффективного действия АДД на дальностях, кратных периоду функции селекции (ФС) может привести к срабатыванию СБРЛ, то исследовано использование для повышения помехозащищенности АДД шумовой ЧМ, при применении которой $С не имеет кратных максимумов.

Установлено, что корреляционная обработка результирующего сигнале в АДД с ШЧМ может быть осуществлена при постановке на выходе схемы регистрации автодинного отклика фильтра доплеровских частот с заданной полосой пропускания.

Показано, что применение в АДД ШЧМ и корреляционной обработки затруднено искажением функции селекции за счет конечной ширины полосы частот 1ДЧ и детектирования сигналов в ДД, приводящего к появлению на выходе автодина некомпенсируемой составляющей постоянного напряжения. 12

Поэтому выполнен анализ возможности применения для повышения помехозащищенности АДЦ комбинированной модуляции частоты колебаний детерминированным и случайным процессами. .Преобразование в АД сиг, налов с КЧМ исследовалось без учета паразитной амплитудной модуляции в предположении, что процессы детерминированной и шумовой модуляции независимы, причем шумовая играет вспомогательную роль, что позволяет строить схему обработки автодинного отклика по принципу обработки сигнала, модулированного детерминированным процессом. Считалось, что формирование функции селекции в автодинной СБРЛ используется спектральный способ обработки результирующего сигнала, при котором эффективная селекция достигается при применении 4M по пилообразному закону.

Показано, что применение в АД КЧМ позволяет обеспечить низкий уровень вторичных максимумов функции селекции и резкую отсечку по дальности по сравнению с 4M детерминированным процессом. Установлено, что при КЧМ функции селекции, соответствующие детерминированной /55гв и шумовой /¿se составляющим 4M перемножаются, и нормированная $С для АДД с КЧМ имеет вид FAs, Fase •

Произведен расчет доплеровских спектров сигналов на выходе АД и выполнен анализ относительной ширины полосы энергетического спектра ;игнала с* Jjttk , где лШр - эффективная ширина спектра, и установлено, что для щумовой составляющей КЧМ, осуществляемой стационарным нормальным случайным процессом с нулевым средним значением и единичной дисперсией и равномерным спектром в полосе частот от цуля до SiM , при условии медленного изменения частоты, когда ¿uj,/SiM»f , где ли)»- девиация частоты ШЧМ, результаты расчета о( = (t/УЗГ)jï'fait), где \ х*м«ьГ* ; П. -М/с ;

для диапазона доплеровских частот )и диапазона девиаций чвстоты лП*о.г...ы>МГц показывают резкое увеличение значений относительной ширины полосы энергетического спектра доплеровского сигнала при постоянной де$ивции ШЧМ и изменении дальности до объекта дляс!«» 10"® ...10"'' при Z'ifiТу, »0,2 ...0,4, что свидетельствует о возможности осуществления в АДД СБРЛ селекции помехи по относительной ширине полосы энергетического спектра доплеровского сигнала при применении КЧМ. Елок обработки сигналов должен осуществлять обработку интервалов между нулями реализации автодинного отклика по регрессионному алгоритму, который обеспечиввег инвариантность рабочих характеристик к средней частоте энергетического спектра и дисперсии сигналов на входе тракта обработки, не требует времени на слежение

ХЭ

за заде ржой сигналов, позволяет обрабатывать нестационарные случайные процессы.

Основные результаты, полученные в диссертации, состоят в следующем .

1. Исследованы автономные процессы в системе автодин-отражаю-щий объект. Выполнен анализ самовозбуждения и определены условия существования и устойчивости стационарных режимов периодических и почти периодических колебаний в АД, выявлена неустойчивость одно-чэстогных процессов при большом значении приведенного запаздывания, получены соотношения, позволяющие определить форму и оценить искажения згодинного отклика. В результате математического моделирования на ЭВМ получены статистические характеристики автодинного отклика, которые необходимо учитывать при обработке.

2. Выполнены исследования неавтономных процессов в АД, приводящих к образованию не его выходе ложного сигнала, получены приближенные выражения, позволяющие с учетом воздействия отраженного сигнала оценить искажения амплитуды колебаний АД в режимах биений и~синхронизации внешним гармоническим сигналом. При функционировании АД в мэлосигнальном режиме с учетом действия внешних шумовых помех и внутренних шумов получены выражения для отношения сигнал-шум на выходе АД и определены требования к каналам регистрации автодинного отклика.

3. На основании анализа входных воздействий и преобразования сигналов в АД с учетом условий функционирования обоснована целесообразность применения для -повышения помехозащищенности АДЦ комбинированной частотной модуляции колебаний АД детерминированным и случайным процессами. Получено выражение для нормированной функции селекции и показано, что применение КЧМ в АД обеспечивает низкий уровень вторичных максимумов функции селекции и резкую отсечку по дельности по сравнению с частотной модуляцией детери.широваиными процессами. Установлено, что при применении КЧМ в АДЦ существует возможность селекции полезных сигналов и помех по относительной ширине полосы доплерсвского спектра сигнала на выходе АД при обработке интервалов между нулями реализации эвтодинного отклика по регрессионному алгоритму.

4. Создана экспериментальная установка,позволяющая исследовать характеристики выходных сигналов СБРЛ при имитации с заданными параметрами воздействия отраженного сигнала и различных видов помех, с пс«ощью которой исследовано действие гармонических, аишштудно- и часютноиодулироЕаннкх, а также узкополосных щумовых помех на АДЦ на-транзисторе и длоде Ганна. Проведённые экспериментальные исследова-

14

ния подтвердили полученные теоретические выводы, показали адекватность выбранной модели АД и позволили определить требования к блоку обработки сигналов АДД.

Основное содержание диссертации и ее результаты изложены в работах:

1.Куряков А.И. Тезисы докл. на спец. тему / Сб. тез. докл. Все-•союзн. семинара по проектированию и производству систем. - 1.5., 1967.

2.Куряков А.И. Особенности автодинов с частотной модуляцией

/ Сигналы и устройства ближней радиолокации.Автодины. - !.!.: Изд-во ЫГТУ, 1992.

3.Шахтарин Б.И., Куряков А.И., Сизых В.В. Исследование покехо устойчивости автодина с частотной модуляцией // Сб. научн. трудов по проектировании систем / >1.: Изд-во МГТУ, 1992. - д.с.п.

Куряков А.И., Сизых В.В. Структура выходного сигнала в доп-

«

леровском автодине с комбинированной частотной модуляцией // Со. научн. трудов по проектированию систем / М.: Изд-во МГТУ, 1992. -д.с.п.