книги / Методы помехоустойчивого приема ЧМ и ФМ сигналов
..pdfния, определяющие поведение ВКЧ при -малых возму щениях. Основная часть исследований проведена с нс пользованием макета высокочастотной часта ВКЧ на аналоговой вычислительной машине «Электрон».
Функциональная схема устройства. При наличии на входе устройства мешающих сигналов и флуктуацион ных шумов синтез оптимального выделителя полезного сигнала в условиях отсутствия априорных сведений о параметрах мешающих сигналов приводит к довольно сложным структурным схемам. В результате некоторых упрощений был получен вариант квазиоптимальногоуст ройства, аналогичного рассмотренному в [1]. Функцио нальная схема такого ВКЧ приведена на рис. 1.
2-й канал
Рис. I
В общем случае устройство содержит два идентич ных канала, поочередно включаемых в замкнутую сис тему регулирований с помощью двух коммутаторов (Ком) в разные полупериоды модуляции. Все дальней шие рассуждения относятся к импульсной работе ВКЧ с одним каналом. Работа устройства поясняется рис. 2
Спектр полезного сигнала Спектр мешающих
сигналов
ПК Спектр шума
Рис. 2
В начале поиска полезного сигнала спектры полез ного и мешающих сигналов расположены вне полосы пропускания 1 -го фильтра (Ф/). Ближайшим к частоте
настройки фильтра должен быть спектр полезного сиг нала. Напряжение на выходе аплитудного детектора (АД) в этом случае пропорционально уровню флуктуациоштых шумов, прошедших через Ф1. Разность опор ного напряжения (Uon) и напряжения с выхода АД
после вычитающего устройства (ВУ) поступает на вход интегратора (И). Напряжение на выходе АД, обуслов ленное действием флуктуационных шумов, должно быть меньше Uon.
Под действием линейно изменяющегося напряжения с выхода интегратора производится перестройка часто ты в перестраиваемом гетеродине (ПГ) так, что спектр преобразованного в смесителе (См) сигнала переме щается по шкале частот в направлении частоты настрой ки Ф/. Это перемещение прекращается тогда, когда спектр преобразованного сигнала совместится с полосой пропускания Ф1 настолько, что напряжение с выхода АД сравняется с опорным напряжением. В установив шемся состоянии крайняя частота спектра преобразо ванного сигнала не должна выходить за пределы полосы пропускания фильтра Ф2.
Исследование структурной схемы устройства. Основ ная трудность при составлении структурной схемы уст ройства связана с отысканием эквивалентной переда точной функции по огибающей Ф/. Дело в том, что для обеспечения необходимого подавления мешающих сиг налов скат амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра должен быть достаточно крутым. Это обеспечи вается применением многозвенных высокодобротных фильтров. А отыскание эквивалентной передаточной функции многозвенного фильтра для радиосигнала, среднее значение частоты которого совпадает со скатом АЧХ фильтра, приводит к выражениям, описываемым дифференциальными уравнениями высшего порядка. В настоящей работе используется эквивалентная схема фильтра по огибающей в виде последовательно соеди ненных звена запаздывания и апериодического звена 1-го порядка. Справедливость такого упрощенного пред ставления подтверждается анализом переходной харак теристики фильтра, полученной при включении сигнала, частота которого совпадает со скатом АЧХ фильтра.
Предварительный анализ импульсного режима ра боты ВКЧ показывает, что для повышения устойчиво сти устройства длительность и моменты включения ка налов 1 -м коммутатором (Ком1 ) должны несколько от
личаться от интервалов работы 2-го коммутатора (Ком2) (рис. 3). Это объясняется наличием в структуре дискри
минатора чистого запаздывания (xi) и апериодического 'звена. С учетом сказанного структурную схему иссле дуемого устройства (одного канала) можно представить в виде схемы (рис. 4), на которой У( /) — входное воз действие; X{t) — сигнал ошибки; Z(t) — выходной сиг нал; К\ (X) — коэффициент передачи дискриминатора, зависящий от сигнала ошибки; xi, Т\ — задержка и по
стоянная времени эквивалентных звеньев дискримина тора; /(//— коэффициент передачи интегратора; /С2 —
крутизна характеристики перестраиваемого гетеродина. Поскольку из-за нелинейности характеристики дискри минатора такая система автоматического регулирования является нелинейной, то ее поведение исследуется з предположении малости сигнала ошибки. В этом случае характеристика дискриминатора может считаться ли нейной. Анализ линеаризованной системы (рис. 4) про-
Рис. 4
веден с привлечением приближенных уравнений и мето да ^-преобразования [5], Результаты исследований справедливы при условии, что входное воздействие из меняется медленнее, чем длительность интервала у\
(рис. 3).
При переходе к безразмерным характеристикам ко эффициенты передачи приведенных непрерывных частей системы запишутся в следующем виде:
к«Ля)\= |
Р |
0 ) |
|
|
Я+ |
|
|
Кщ (?) |
|
( 2) |
|
Здесь KHy(q)y Кп2 {д) |
— коэффициенты |
передачи при |
|
веденных непрерывных |
частей |
системы, |
заключенных |
соответственно между 1 -м и 2 -м коммутаторами п вы ходом; q=pT\ р= Г/?1,; TI= XI/7*; р„=7"/ 7^,,; Тхх- время
интегрирования. Производя необходимые преобразова ния, находим передаточную функцию разомкнутой им пульсной системы
|
K*\q> е) = /Г0 Г1 |
е« — е “(>-ч) |
е -Р(-.-ч> J X |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
е? _ е-Р |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
<3> |
где ^ = |
^ /7 ’ (см. рис. 3), |
/С0 = |
/и |
ЛГ2 Р„. |
|
||||||
Передаточная функция замкнутой импульсной сис |
|||||||||||
темы равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
/<*(?, |
.) = |
|
|
|
|
|
|
|
Р » _ Р W - T . ) |
|
|
- , |
|
|
Ъ |
||
К0 |
1 |
- |
е |
е |
|
_ 0_ —Р_(T.J—Т|) |
s - T 2 + |
||||
е*- |
|
|
|
|
е«—1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
l + |
|
|
Г |
р <7 — |
Р (3(1-7.) |
_ |
_ |
|
(4) |
||
* |
0 |
1 - |
- -------— |
— е-нч-ч) |
( Л - "-) |
||||||
|
|
|
|
е« — е -Р |
|
|
|||||
Уравнение |
для |
изображения |
выходной |
величины |
|||||||
имеет вид |
|
|
|
7<з (q, е) F* (q, |
|
|
|||||
|
|
|
2 % . е) = |
|
0). |
(5) |
|||||
где F*(q, 0 ) — изображение приведенного внешнего воз
действия.
Для исследования устойчивости системы восполь зуемся алгебраическим критерием Раусса—Гурвица, позволяющим судить об устойчивости системы по коэф фициентам характеристического многочлена [5]. Ис пользование этого критерия дает следующую систему неравенств, определяющих границу устойчивости:
|
, |
1 |
. |
/ е Р — еРт. \ |
(6) |
|||
^ > ' , + 7 ' l 0 (. е >— |
1 ) ’ |
|||||||
|
||||||||
^ « > < [ ( ' — v ÿ r ) 6 "5 - ' 1 х |
|
|||||||
|
x (’,+ i r ) ] |
|
|
(7) |
||||
|
|
е P(TI+XI~TI) — 0 P<• +*,- tj) N |
|
|||||
Ko rP 2 < |
I Ла ( H |
|
ёТ^П |
)+ |
|
|||
|
( |
е ктгм.-*> _ i |
\ |
' |
(8) |
|||
|
+ Ч |
— |
iT = î — |
J. |
||||
|
|
|||||||
Неравенство |
(6 ) определяет зависимость времени вклю |
|||||||
чения 2 -го коммутатора |
от |
задерлеки ть длительности |
||||||
Yi и постоянной времени апериодического звена 7У При
определении границ |
устойчивости |
по неравенствам (7) |
|
и (8 ) |
принималось |
соотношение |
T2 =xi + l/p, которое |
всегда удовлетворяет неравенству (6 ). |
|||
На |
рис. 5 приведены зависимости граничных коэф |
||
фициентов усиления от р при различных значениях ть Области устойчивости лежат ниже соответствующих границ. На рис. 5 следует, что с ростом р запас устой чивости сначала увеличивается, а затем уменьшается, причем при увеличении р, начиная с некоторого значе ния, он не меняется. С увеличением времени задержки устойчивость системы повышается.
Результаты моделирования. Поскольку моделирова ние устройства ВКЧ по огибающей является прибли женным и связано в данном случае со значительными техническими трудностями, было проведено исследова ние работы устройства с использованием высокочастот ной части макета ВКЧ и аналоговой вычислительной машины. Для формирования дискриминаторной харак теристики в устройстве использовался скат АЧХ 5-резо-
йаторного электромеханического фильтра типа ЭМФДП—500—0,5 с, имеющего полосу пропускания по уровню 0,7, равную 500 Гц, и среднюю частоту наст ройки /ъ=500 кГц.
Проведено исследование переходного и устаиовнвше гося режимов работы ВКЧ при входном воздействии вида скачка. Исследование системы проводилось при воздействии на вход только полезного сигнала, суммы полезного и мешающих сигналов, а также суммы полез ного и мешающих сигналов ,и флуктуационных шумов
Проведенные исследования на устойчивость ' показа* ли, что .результаты аналитического исследования сов падают с результатами, полученными при моделиро вании. Это подтвердило правильность принятой выше упрощенной эквивалентной структурной схемы дискри минатора. Было проведено исследование переходного г установившегося режимов работы ВКЧ при входном воздействии изменяющемся по закону линейной сим метричной пилы.
Результаты исследований, представленные зависимо стями на рис. 6 , соответствовали следующим уело
виям:
— взаимное расположение несущих частот полезно го и мешающих сигналов приведено на рис. 7;
— соотношение амплитуд действующих сигналов: Л0 /Л , = 1/3; А ,М 2 = !/2 ;
— отношение мощностей полезного сигнала и флук-
туац-ионного шума в полосе пропускания 1 -го фильтра,
равной 500 Гц, принималось равным 5. Такая величина определяется допустимым уровнем флуктуациоиных шумов на входе устройства последующей обработки си
|
|
|
гнала; |
|
|
|
|
|
А0 |
А1 |
— рабочая |
|
точка |
дис |
|||
\ 500Гц |
I |
500Гц^ti |
криминатора |
соответствует |
||||
I |
|
|
уровню 0,5 на |
скате |
АЧХ |
|||
|
________I__ |
1 -го фильтра. |
|
|
|
|||
|
|
|
На |
рис. |
6 ,а показана за |
|||
Рис. |
7 |
|
висимость |
амплитуды |
коле |
|||
|
|
|
баний |
сигнала |
ошибки от |
|||
|
|
|
коэффициента |
усиления сис |
||||
темы для трех различных скоростей v «дружного» из менения частоты входных сигналов. Сплошной линией
показаны зависимости, |
соответствующие |
воздействию |
на вход системы одного |
полезного сигнала |
и суммы |
полезного и мешающих сигналов. Эти кривые в основ ном совпадают друг с другом, что подтверждает эф фективность работы ВКЧ. Пунктирной линией показаны зависимости, соответствующие суммарному воздействию полезного сигнала, мешающих сигналов и флуктуацйонных шумов.
На рис. 6 , б приведены зависимости динамической
ошибки слежения системы от коэффициента усиления также для трех различных скоростей «дружного» из менения частот выходных сигналов. При этом были при няты следующие обозначения:
ап = А/п /П р; |
яд — 4 / д / П р; |
v = | / ( j . / n p, |
||||
где А/п — размах периодических |
колебаний сигнала |
|||||
ошибки |
[Гц] ; |
Д/д— установившаяся |
динамическая |
|||
ошибка |
системы |
(Гц); Пр=250 |
Гц — полоса частот «ра |
|||
бочего» участка |
характеристики дискриминатора (опре |
|||||
делена по уровню от 0,1 до 0,9 |
ската АХЧ 1-го фильт |
|||||
ра); р — скорость |
изменения |
входного |
воздействия |
|||
[Гц/с]. Знак ^ |
на |
рис. 6 соответствует минимальному |
||||
коэффициенту усиления, три котором наступает режим захвата и последующего слежения за изменяющимся входным воздействием. Знак ? определяет граничный
коэффициент усиления системы, при котором наступает срыв слежения.
Индекс I соответствует режиму слежения за «ухо дящей» из полосы пропускания 1 -го фильтра полувол-
мой линейного изменения входного воздействия, а индекс II — за «входящей» полуволной. В заключение статьи можно сделать следующие выводы.
1. Исследуемая система обладает высокой устойчи востью как к мешающим сигналам, так и к флуктуационным шумам.
2.Поведение системы при воздействии одного полез ного сигнала практически ие отличается от ее поведения при воздействии суммы полезного и мешающего сигна лов, превышающих полезный сигнал более чем в 1 0 раз.
3.При воздействии на вход системы суммы полезно го -сигнала, мешающих сигналов и флуктуационных шу мов поведение системы отличается от случая воздейст вия только полезного сигнала лишь при малых значе ниях коэффициента усиления, если не считать незна-
^Данией~ мм/с |
V ~0,1 |
Записи s 150 мм/с
■ |
Щ |
П |
Г |
Г |
' * * |
|
|
Рис. |
8 |
|
|
9 -1448 |
|
|
|
|
129 |
чительного смещения границы срыва слежения (рис. 6 , а).
4. При наличии на входе системы мешающих сигна лов и коэффициенте усиления системы, близком к гра нице срыва слежения, может иметь место явление «перескока» на слежение за большим по уровню мешающим сигналом (рис. 8 ).
5. Величина динамической ошибки слежения зависит от знака изменения входного воздействия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Виницкий А. С. Очерк основ радиолокации при непрерывном
излучении радиоволн. М., «Сов. радио», 1961.
2.Кук Чм Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. М., «Сов.
радио», 1971.
3.Варакин Л. Е. Теория сложных сигналов. М., «Сов. радио»,
1970.
4.Ширман Я. Д. Основы теории обнаружения радиолокацион
ных сигналов и измерения их'параметров. |
М., «Сов. радио», |
1963. |
|
5. Цыпкин Я. 3. Теория линейных |
импульсных |
систем. |
М., |
Фнзматгиз, 1963. |
|
|
|
|
У Д К |
621.396.621.33 |
|
О. Е. АБРАМЯНЦ
возможности ПОВЫШЕНИЯ
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ 4M СИСТЕМ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ФИЛЬТРОВ
С ПЕРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Исследуется помехоустойчивость локационных 4M систем с ССПФ и дается оценка выигрыша в отношении сигнал/шум, полу чаемого от применения таких фильтров.
Известно, что сложным 4M сигналам, широко при меняемым в локационных устройствах, адекватны филь тры с переменными параметрами [1—3, 6 ]. Благодаря
высокой фазовой чувствительности их применение позво ляет улучшить точность измерения параметров сигна ла при действии различных помех. Одним из таких фильтров, пропускающих сложные 4M сигналы без ис-