Простые и сложные сигналы в РЛС

Простые сигналы. Простой сигнал – это одиночный импульс или последовательность импульсов. У таких сигналов длительностью Т (рис.3.1,а), полоса частот (рис.3.1,б), а КФ лежит в пределах (рис.3.1,в), т.е КФ зависит от ширины импульса. База простого сигнала равна .

Чем уже корреляционная функция, тем легче, например, в радиолокации осуществить разрешение сигналов и определить параметры до цели по дальности, углу прихода, скорости движения объекта и т.д. Необходимо иметь как можно более острые КФ особенно при близко расположенных целях. Для заострения и укорачивания КФ казалось бы можно брать более короткие сигналы. Однако, энергия сигнала равна , а это значит, что при уменьшении длительности Т понижается энергия сигнала. Следовательно, уменьшается дальность обнаружения и соотношение сигнал/шум в точке приема, т.е помехоустойчивость.

Рис.3.1

Сложные сигналы. Задача сложных сигналов, при той же исходной длительности сигнала Т сформировать узкую КФ, не снижая энергии сигнала. На рис.3.1,г показан сложный сигнал, который может представлять собой на интервале Т ряд импульсов одинаковой или разной длительности. Ширина спектра такого сигнала будет определяться самым коротким импульсом , с полосой . При этом энергия импульса останется той же, но она будет распределена в более широкой полосе частот (рис. 3.1,д).

В этом случае КФ будет лежать в пределах , т.е. будет определяться длительностью самого короткого импульса  (рис.3.1 ж), база сложного сигнала равна .

Особый интерес представляют сложные сигналы, у которых база много больше единицы. В этом случае структура сигнала приближается к белому шуму и может быть по уровню даже ниже шумов канала. Такие сигналы называются широкополосными шумоподобными сигналами (ШШС). Эти сигналы позволяют существенно облегчить задачу различения и разрешения по дальности, углу прихода лучей и т.д. Если обозначить любой из этих параметров через Х, то, как видно из рис.3.2, при уменьшении Х с помощью простых сигналов (ПС) произвести различение сигналов будет уже невозможно, а при сложных сигналах(СС), у которых КФ короткие и острые, еще можно.

Рис.3.2

Линейные частотно-модулированные сигналы (ЛЧМ). Исходный сигнал остается той же длительности, но внутри него происходит линейное нарастание частоты с девиацией (рис.3.3). Этот ЛЧМ сигнал уже сложный и его база . Длительность сигнала T = const, следовательно, его энергия остается постоянной. Изменяя , можно варьировать базой сигнала и сделать ее такой большой, что спектр сигнала будет близок к спектру белого шума, а его КФ будет стремиться к - функции.

Рис.3.3

Рис.3.4

Линейный частотно-модулированный сигнал можно представить в виде

,

где ,

Ширина КФ определяется величиной (рис.3.4.).

Прием ЛЧМ сигналов осуществляется на согласованный фильтр (СФ), на выходе которого имеется решающее устройство (РУ) (рис.3.5).

Рис.3.5

Согласованный фильтр представляет собой дисперсионную линию задержки с отводами на общий сумматор. Причем, учитывая не одинаковую скорость распространения различных гармонических колебаний, задержки отводов СФ выбраны так, чтобы по окончании импульса ЛЧМ все сигналы (гармоники) сложились одновременно в фазе. Это называется балансом фаз.

В результате такого одновременного сложения гармоник происходит сжатие сигнала. Коэффициент сжатия находиться из выражения

,

где Т – длительность передаваемого сигнала;

 - длительность сигнала на выходе СФ, которая обратно пропорциональна девиации частоты .

Чем больше коэффициент сжатия, тем уже пик КФ и тем выше разрешающая способность и помехоустойчивость системы. Кроме того, при большой базе можно увеличивать длительность сигнала и тем самым повышать его энергию, т.к. .

В некоторых РЛС могут применяться сложные сигналы, построенные на кодах Баркера. Они позволяют не только увеличить разрешающую способность, но и увеличить помехоустойчивость и скрытность передачи, т.к. такие сигналы по своей структуре близки к ШШС.