Технические характеристики радиоприемных устройств и их влияние на боевые возможности РЛС

Технические характеристики тракта приема и выделения сигналов определяются параметрами его основных составляющих частей – приемного устройства и аппаратуры защиты от помех. Характеристики систем защиты от помех подробно будут рассмотрены ниже, а в данной главе рассмотрим влияние параметров приемного устройства на тактические характеристики РЛС.

К основным техническим параметрам приемного устройства относятся: чувствительность или коэффициент шума; избирательность; коэффициент усиления; полоса пропускания; динамический диапазон. Ухудшение любой из перечисленных характеристик приводит к увеличению потерь энергии принимаемого сигнала (снижению отношения сигнал/шум) в том или ином элементе тракта. Поэтому, выбирая структуру построения тракта приема выделения сигналов из помех и параметры его элементов, стремятся обеспечить минимизацию потерь в тракте при приемлемых конструктивных, технологических и экономических показателях.

Чувствительность современных радиолокационных приемников ограничивается в основном уровнем собственных шумов и составляет Вт. На практике для характеристики приемных устройств пользуются понятиями предельной и реальной (пороговой) чувствительности.

Предельная чувствительность определяется выражением:

,

где Дж/град - постоянная Больцмана;

- абсолютная температура (на практике при расчетах выбирается К);

- относительная температура антенны;

- коэффициент шума;

- эквивалентная шумовая полоса приемного канала.

Таким образом, предельная чувствительность определяется мощностью полезного сигнала в антенне, при которой отношение сигнал/шум на выходе линейной части приемного канала оказывается равным единице.

Реальная или пороговая чувствительность , где - коэффициент различимости, который рассчитывается из условия обеспечения значений вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги с учетом суммарных потерь сигнала в реальном приемном тракте обработки и отображения. На практике может составлять единицы - десятки децибел.

Коэффициент шума определяет предельную чувствительность приемного канала при оптимальной полосе пропускания, поэтому получение возможно меньшего коэффициента шума целесообразно в любом случае. Коэффициент шума определяется отношением мощности полезного сигнала к мощности шума на входе приемного канала к мощности полезного сигнала и шума на выходе линейной части приемного канала

.

Параметрические и молекулярные охлаждаемые усилители имеют . Однако их использование не всегда целесообразно и возможно в РЛС РТВ. Поэтому на практике используют УВЧ (каскад, в основном определяющий значение приемника) на неохлаждаемых усилителях со значением .

Влияние чувствительности приемника на дальность обнаружения РЛС хорошо известно из уравнения радиолокации

.

Избирательностью приемного канала называется его способность выделять полезные сигналы из смеси сигналов и помех. Свойство приемника выделять полезные сигналы основывается на использовании отличий сигнала от помехи: амплитудных, частотных, временных, а с учетом антенны пространственных, поляризационных, фазовых.

Частотная избирательность обеспечивается в основном при помощи резонансных контуров, полосовых фильтров и других элементов, позволяющих получить требуемую частотную характеристику приемника.

Временная избирательность заключается в отпирании приемника только на время прихода полезного сигнала, что в принципе возможно лишь при импульсном методе радиолокации.

Об амплитудно-частотной избирательности приемного канала в первом приближении можно судить по форме амплитудно-частотной характеристики.

Коэффициент усиления приемного канала показывает, во сколько раз амплитуда сигнала на его выходе больше амплитуды сигнала на входе. Коэффициент усиления приемного канала равен произведению коэффициентов усиления его отдельных каскадов. Мощность сигналов, поступающих на вход приемника от удаленных целей, незначительна, а для нормальной работы оконечных устройств РЛС мощность сигналов на выходе приемного канала должна составлять доли или единицы ватт. Поэтому радиолокационные приемники должны иметь значительный коэффициент усиления.

Полоса пропускания приемника – диапазон частот, на границах которого коэффициент усиления приемника по мощности в два раза меньше, чем на несущей частоте.

Величина полосы пропускания определяется из графика амплитудно-частотной характеристики приемного устройства на уровне 0,5 коэффициента передачи по мощности (рис. 4.6).

Рис.4.6. Амплитудно-частотная характеристика приемника

Для радиолокационных приемников простых сигналов полоса пропускания линейной части должна выбираться в пределах .

В зависимости от расстояния до целей мощность полезных сигналов на входе приемника может различаться в несколько миллионов раз. Кроме того, на вход приемника поступают мощные отражения от местных предметов и умышленные помехи, также во много раз превосходящие по интенсивности полезные сигналы. Задача состоит в том, чтобы не потерять информацию о слабых сигналах от целей на фоне сильных помех. Радиолокационный приемник, будучи весьма чувствительным, не должен перегружаться под действием мощных сигналов.

Под динамическим диапазоном линейной части приемного канала по входу понимается интервал мощностей (амплитуд) полезных сигналов, выделяемых и усиливаемых на фоне внутренних шумов с допустимыми нелинейными искажениями. Количественно динамический диапазон определяется выражениями:

, ,

где - минимальный уровень входного полезного сигнала, равный предельной чувствительности для приемных устройств радиолокационных сигналов;

- максимальный уровень входного полезного сигнала, при котором, наступают 5-процентные нелинейные искажения на выходе канала (для радиолокационных приемников берется такой величины, при которой дифференциальный коэффициент усиления канала уменьшается на заданную величину – 1 дБ).

Рис.4.7 а) Амплитудная характеристика усилителя. б) Фазовая характеристика усилителя

Динамический диапазон приемного устройства определяется его амплитудной характеристикой, представляющей собой зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды или мощности входного сигнала. На этой характеристике (см. рис. 4.7,а) можно выделить следующие участки: первый участок , соответствующий малым входным сигналам, маскируемым внутренними шумами; второй участок , характеризуемый качественным усилением сигналов (на этом участке дифференциальный коэффициент усиления (см. рис. 4.7,б) отклоняется от максимального значения не более чем на 1дБ); третий участок , на котором усилительные способности устройства ухудшаются, появляются незначительные амплитудно-фазовые искажения, однако в ряде случаев приемное устройство может считаться работоспособным; четвертый участок - соответствует большим искажениям сигналов.

Динамический диапазон приемного устройства по выходу определяется выражениями:

, .

С внедрением в радиолокацию сложных сигналов в значительной мере проявляются не столько амплитудные искажения сигналов в трактах, сколько фазовые. Поэтому при определении динамического диапазона могут привлекаться фазовые характеристики приемного устройства.

Линейные УПЧ имеют большое усиление, но недостаточный динамический диапазон (около 20 дБ). Логарифмические УПЧ имеют динамический диапазон 60…80 дБ, однако, усиление слабых сигналов недостаточное для работы оконечных устройств. Поэтому в РЛС нашли применение линейные приемники с различными видами регулировок усиления, использование которых позволяет повысить динамический диапазон при обработке эхо-сигналов. Логарифмические приемники используются в системах пеленгации ПАП и системах измерения высоты методом парциальных диаграмм.