ИМИТАТОР РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ
RADAR SIGNAL SIMULATOR

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в имитаторах и тренажерах радиолокационных станций.
Известен имитатор радиолокационных сигналов, состоящий из последовательно соединенных генератора широкополосного шума, полосового усилителя и схемы преобразования спектра сигнала, входы которой соединены с источником модулирующего сигнала и с имитатором движения. (См. Бобнев М.П. Генерирование случайных сигналов. М.:"Энергия", 1971, стр. 125).
Генератор широкополосного шума состоит из первичного источника шума, широкополосного усилителя и схемы стабилизации. Схема преобразования спектра сигнала состоит из двух балансных смесителей, полосового усилителя, двух перестраиваемых генераторов и фильтра нижних частот.
Этот имитатор является прототипом, он вырабатывает сигналы, имитирующие реальные радиолокационные сигналы, амплитуда напряжения которых имеет нормальную (гауссовую) плотность вероятности.
Недостатком описанного имитатора является то, что он не вырабатывает сигналы, амплитуда напряжений которых имеет отличные от нормальной плотности вероятности, которые необходимы для проверки работоспособности РЛС по выделению целей на фоне отражений от дипольных отражателей, облаков и метеорологических осадков и для обучения операторов РЛС.
Так, радиолокационные сигналы, переизлученные дипольными отражателями, облаками и метеорологическими осадками, перемещающимися под действием ветра, имеют на выходе балансного фазового детектора приемника сигналы, амплитуда напряжения которых имеет плотность вероятности являющейся композицией двух законов - нормального и арксинуса.
Целью изобретения является получение выходных сигналов имитатора, амплитуда напряжения которых имеет плотность вероятности, являющейся композицией двух законов - нормального и арксинуса.
Поставленная цель достигается тем, что известный имитатор дополняется последовательно соединенными сглаженным ограничителем, схемой фазовой модуляции и сумматорам. На вход сглаженного ограничителя поступает с выхода генератора широкополосного шума нормальный стационарный шум с нулевым средним. Сглаженный ограничитель преобразует напряжение шума с нормальной плотностью вероятности в равновероятное, симметричное относительно нуля напряжение, которое модулирует в схеме фазовой модуляции фазу гармонического колебания, поступающего из имитатора движения по равновероятному закону.
В результате модуляции одномерная плотность вероятности гармонического сигнала имеет вид закона арксинуса. Выходной сигнал имитатора, полученный в результате сложения гармонического колебания с равномерно распределенной фазой и сигнала с нормальной плотностью распределения амплитуд напряжения, имеет плотность вероятности, являющейся композицией двух законов - нормального и арксинуса.
Таким образом, дополнительные узлы расширяют функциональные возможности известного имитатора, позволяют получить на выходе устройства сигналы, имитирующие реальные при незначительном схемном усложнении, которое составляет около 10-15% от общего количества аппаратуры имитатора.
Экспериментальная проверка предложенного имитатора в лабораторных условиях подтвердила его работоспособность и положительные качества.
Блок-схема имитатора приведена на чертеже.
Подробное описание
Имитатор состоит из генератора широкополосного шума 1, полосового усилителя 2, схемы преобразования спектра сигнала 3, источника модулирующего сигнала 4, имитатора движения 5, сглаженного ограничителя 6, схемы фазовой модуляции 7 и сумматора 8.
Выход генератора широкополосного шума 1 соединен со входом полосового усилителя 2 и со входом сглаженного ограничителя 6. Выход полосового усилителя 2 связан по входу со схемой преобразования спектра сигнала 3, на другие входы которой поступают управляющие напряжения от источника модулирующего сигнала 4 и имитатора движения 5, а выход связан со входом сумматора 8.
Выход сглаженного ограничителя 6 связан со входом схемы фазовой модуляции 7, на второй вход которой поступает гармоническое колебание из имитатора движения 5, а выход соединен со входом сумматора 8.
Генератор широкополосного шума 1 состоит из последовательно соединенных первичного источника шума 9, широкополосного усилителя 10 и схема стабилизации 11.
Схема преобразования спектра сигнала 3 состоит из балансных смесителей 12, 15, перестраиваемых генераторов 13, 16, полосового усилителя 14 и фильтра нижних частот 17.
Устройство работает следующим образом.
1
0
2
г1
г1±
0
1
г1
0
Широкополосный шум, генерируемый первичным источником шума 9, усиливается широкополосным усилителем 10 и стабилизируется по статистическим параметрам схемой стабилизации 11. Шум ε(t) с гауссовым распределением амплитуд напряжения поступает на вход полосового усилителя 2 с постоянной средней частотой f. Полоса пропускания полосового усилителя 2 изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен герц. Сформированный узкополосный шум ε(t) поступает на вход балансного смесителя 12, где перемножается с колебаниями перестраиваемого генератора 13 f. Напряжение на выходе балансного смесителя 12 имеет спектр, группирующийся у частот ff. Полосовой усилитель 14 выделяет одну полосу частоты с центральной частотой f=f-f.
г2
1
доп
доп
2
г2
1
доп
3
Частота перестраиваемого гетеродина 13 для воспроизведения модуляции сигнала в небольших пределах меняется сигналом, поступающим от источника модулирующего сигнала 4. С выхода полосового усилителя 14 нижняя боковая полоса сигнала поступает на балансный модулятор 15, на второй вход поступают колебания перестраиваемого генератора 16, частота которого изменяется по требуемому закону напряжением, поступающим с выхода имитатора движения 5. Имитатор движения 5 формирует управляющие напряжения в соответствии с принятой гипотезой об изменении сближения дипольных отражателей, облаков, метеорологических осадков и радиолокационной станции. Частота перестраиваемого генератора 16 равна f=f+f, где f изменяется от нуля до нескольких килогерц. Нижняя боковая полоса частот с центральной частотой f=f-f=f отделяется с помощью фильтра нижних частот 17. На вход сумматора 8 поступает нормальный станционарный случайный узкополосный сигнал ε(t), ширина полосы частот и центральная частота которого определяется полосовым усилителем 2 и схемой преобразования спектра сигнала 3.
1
1
4
доп
доп
доп
<mrow><mfrac bevelled="true"><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>|</mo><mi>a</mi><mo>|</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mtext>S</mtext><mtext>1</mtext></msub><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mtext>A</mtext><mtext> </mtext><mtext>cos</mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mtext>ω</mtext><mrow><mtext>доп</mtext></mrow></msub><mtext>t</mtext><mo>+</mo><mi>ϕ</mi><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
Широкополосный шум с постоянной спектральной плотностью мощности и с гауссовым распределением амплитуд напряжения ε(t) поступает на вход сглаженного ограничителя 6. Уровень ограничения a подбирают таким, чтобы a=3σ, где σ - среднеквадратическое отклонение шума ε(t). Тогда в сглаженном ограничителе 6 происходит преобразование напряжения шума с нормальной плотностью вероятности в равновероятное, симметричное относительно нуля напряжение с плотностью вероятности равной
. Напряжение шума ε(t) с равновероятной плотностью вероятности, поступая на вход схемы фазовой модуляции 7, изменяет фазу гармонического колебания с частотой f, поступающего из имитатора движения 5 по равновероятному закону. В результате модуляции одномерная плотность вероятности гармонического сигнала принимает вид закона арксинуса. С выхода схемы фазовой модуляции 7 на вход сумматора 8 поступает гармоническое колебание
с равномерно распределенной фазой и амплитудой, изменяемой в широких пределах. На другой вход сумматора 8 с выхода схемы преобразования спектра сигнала 3 поступает нормальный узкополосный случайный сигнал с центральной частотой f. В результате сложения сигналов на выход сумматора 8 поступает случайный сигнал с центральной частотой f, амплитуда напряжения которых имеет плотность вероятности, являющейся композицией двух законов - нормального и арксинуса. В зависимости от отношения амплитуды А гармонического сигнала к среднеквадратическому отклонению σ нормального случайного сигнала закон распределения суммарного сигнала будет приближаться к нормальному, если A/σ мало, или к закону арксинуса, когда отношение велико.