РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ПРИЕМНИК С АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКОЙ УСИЛЕНИЯ
RADAR RECEIVER WITH AUTOMATIC GAIN CONTROL

Настоящее изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных приемниках сигналов с однонаправленной частотной модуляцией для подавления пассивных помех переменной интенсивности.
Для подавления (нормировки) пассивных помех переменной интенсивности используются устройства с автоматической регулировкой усиления (АРУ) (см. Защита от радиопомех. Под ред. М.В. Максимова М., «Советское Радио», 1976, стр.197-213), содержащие аттенюатор (например, регулируемый усилитель) и блок формирования управляющего напряжения, который состоит из последовательно соединенных детектора, усилителя и фильтра. Выход блока формирования управляющего напряжения (выход фильтра) подключен к управляющему входу аттенюатора. Вход блока формирования управляющего напряжения (вход детектора) подключен к выходу или ко входу аттенюатора. В блоке формирования управляющего напряжения вырабатывается напряжение, величина которого определяется уровнем принимаемого сигнала, поступающего на вход этого блока со входа или выхода аттенюатора. Это напряжение подается на управляющий вход аттенюатора, у которого коэффициент передачи уменьшается при увеличении управляющего напряжения.
Недостаток этих известных устройств с АРУ состоит в их малом быстродействии при приеме сигналов с частотной модуляцией большой длительности. Чтобы в устройстве с АРУ не происходило подавления принимаемых сигналов, их быстродействие ограничено постоянной времени блока формирования управляющего напряжения τ, которая превышает длительность принимаемого сигнала (этим обеспечивается подавление пассивных помех с длительностью, большей постоянной времени блока формирования управляющего напряжения). Поэтому при приеме сигналов большой длительности быстродействие известных устройств с АРУ небольшое, вследствие чего пассивные помехи переменной интенсивности подавляются не полностью. В известных устройствах с АРУ искажается форма сигнала с частотной модуляцией, принимаемого на фоне пассивных помех, так как в этих условиях за время прохождения сигнала коэффициент передачи, известных устройств с АРУ меняется. Кроме того, вследствие их малого быстродействия и большой длительности принимаемых сигналов коэффициент передачи аттенюатора уменьшается на время, большее времени прохождения пассивных помех. При этом после сжатия сигналов с частотной модуляцией на выходе приемного тракта до и после прохождения пассивных помех в течение интервалов времени, равных соответственно длительности принимаемого (несжатого) сигнала и величине τ, сигнал значительно ослабляется, что уменьшается вероятность его обнаружения.
Для подавления пассивных помех используются также устройства с временной АРУ (см. Лукошкин А.П. Радиолокационные усилители с большим диапазоном входных сигналов. М., "Советское Радио", 1964, стр.17-20, 221-223), которые состоят из формирователя импульса временной АРУ и регулируемого усилителя, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульса временной АРУ. На вход формирователя импульса временной АРУ поступает импульс запуска, совпадающий с зондирующим импульсом радиолокатора. В формирователе импульса временной АРУ формируется управляющий импульс заданной формы, который поступает на управляющий вход регулируемого усилителя, изменяя его усиление обратно пропорционально ожидаемой амплитуде пассивных помех, поступающих на вход регулируемого усилителя. На его выходе амплитуда пассивных помех поддерживается постоянной.
Недостатком известного устройства с временной АРУ является то, что оно не может эффективно подавлять пассивные помехи переменной интенсивности, изменяющиеся случайным образом (например, помехи от морской поверхности при высокой разрешающей способности радиолокатора), так как в этом случае заранее выбрать требуемую форму управляющего импульса невозможно.
Наиболее близким устройством к предлагаемому по технической сущности является приемное устройство радиолокатора с несколькими параллельными каналами (см. патент Франции 2153194 от 8 июня 1973 г. по кл. G01S 9/00, H03g 3/00). Оно содержит несколько параллельно включенных регулируемых усилителей, в которых для регулировки используются цепи с p-in-диодами. В состав устройства входят также устройство автоматического контроля усиления цепи усилителя и генераторы функций, число которых соответствует числу параллельных регулируемых усилителей. Вход устройства автоматического контроля усиления подключен к выходу одного из параллельных усилителей. Входы генераторов функций соединены вместе и подключены к выходу устройства автоматического контроля усиления, а выходы - к управляющим входам соответствующих регулируемых усилителей.
Известное устройство предназначено для использования в моноимпульсном радиолокаторе. Входы параллельных цепей подключены к соответствующим выходам антенны моноимпульсного радиолокатора, а выходы - ко входам устройства, осуществляющего последующую обработку сигнала. Принимаемые сигналы проходят через параллельные регулируемые усилители, в которых они усиливаются в одинаковое число раз. С выхода одного из регулируемых усилителей сигналы поступают на вход устройства автоматического контроля усиления, в котором вырабатывается напряжение управления для регулировки коэффициентов усиления регулируемых усилителей. Это напряжение снимается с выхода устройства автоматического контроля усиления и подается на управляющие входы регулируемых усилителей через соответствующие генераторы функций, которые осуществляют преобразование управляющего напряжения по определенному закону и этим обеспечивают линейную зависимость коэффициентов усиления регулируемых усилителей от величины напряжения, поступающего на устройство автоматического контроля коэффициента усиления. При этом коэффициенты усиления регулируемых усилителей поддерживаются одинаковыми.
Недостаток известного приемного устройства при его использовании для подавления пассивных помех переменной интенсивности состоит в малом быстродействии при приеме сигналов с частотной модуляцией большой длительности. Чтобы не было подавления принимаемых сигналов цели, быстродействие приемного устройства ограничивается постоянной времени устройства автоматического контроля усиления, которая превышает длительность принимаемых сигналов с частотной модуляцией. При большой длительности принимаемых сигналов быстродействие получается малым. При приеме сигналов на фоне пассивных помех переменной интенсивности происходит искажение формы сигнала, так как за время прохождения сигнала коэффициент передачи приемного устройства изменяется. Вследствие малого быстродействия при большой длительности принимаемых сигналов коэффициент передачи регулируемых усилителей уменьшается в течение времени, большего времени прохождения пассивных помех. Поэтому сигнал ослабляется в те интервалы времени, когда пассивной помехи нет. Это приводит к уменьшению вероятности обнаружения сигнала.
Целью изобретения является повышение быстродействия при уменьшении искажения сигналов с однонаправленной частотной модуляцией, например, линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), и повышения вероятности обнаружения сигнала в случае подавления пассивных помех переменной интенсивности.
Эта цель в предлагаемом изобретении достигается тем, что в устройство с АРУ, содержащее регулируемые усилители, включенные параллельно, блок формирования управляющего напряжения (аналог устройства автоматического контроля усиления) и сумматор (аналог устройства последующей обработки сигнала), входы которого подключены к выходам регулируемых усилителей, а у блока формирования управляющего напряжения вход соединен с выходом одного из регулируемых усилителей, введены полосовые фильтры, входы которых соединены вместе и являются входом устройства, а выходы соединены со входами соответствующих регулируемых усилителей, и линия задержки с отводами, у которой вход подключен к выходу блока формирования управляющего напряжения, а отводы соединены со входами соответствующих регулируемых усилителей.
Введение линии задержки с отводами, соединенными с управлявшими входами соответствующих регулируемых усилителей, при подключении ее входа к выходу блока формирования управляющего напряжения, а также полосовых фильтров, включенных на входах соответствующих регулируемых усилителей, обеспечивает формирование управляющего напряжения только из начала принимаемого сигнала, и последовательное изменение коэффициента передачи регулируемых усилителей по мере прохождения через них соответствующих частей сигнала. Поэтому в предлагаемом устройстве амплитуды частично накладывающихся друг на друга сигналов с однонаправленной частотной модуляцией большой длительности (в частности, сигналов цели и пассивных помех) изменяются независимо друг от друга. Это дает возможность повысить быстродействие устройства с АРУ при уменьшении искажений сигналов с однонаправленной частотной модуляцией большой длительности. При этом одновременно уменьшаются интервалы времени до и после прохождения пассивных помех, в течение которых сигнал значительно ослабляется. Следовательно, увеличивается вероятность обнаружения сигнала при подавлении пассивных помех переменной интенсивности.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами;
где:
- на фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства;
- на фиг.2 приведены амплитудные характеристики полосовых фильтров и всего устройства;
- на фиг.3 приведены формы напряжений в разных точках блок-схемы фиг.1.
Устройство с АРУ (фиг.1) содержит полосовые фильтры 1-1÷1-3, регулируемые усилители 2-1÷2-3, сумматор 3, блок 4 формирования управляющего напряжения, линию 5 задержки с отводами. Выходы полосовых фильтров 1-1÷1-3 соединены со входами соответственно регулируемых усилителей 2-1÷2-3, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора 3. Входы полосовых фильтров 1-1÷1-3 соединены вместе и являются входом устройства. Полосовые фильтры 1-1÷1-3 настроены на некоррелированные части принимаемого сигнала с однонаправленной частотной модуляцией большой длительности, так что их полосы пропускания примыкают друг к другу (см. фиг.2,а, где приведены амплитудные характеристики полосовых фильтров 1-1÷1-3, обозначенные соответственно 6-1÷6-3). Вход блока 4 формирования управляющего напряжения соединен с выходом регулируемого усилителя 2-1, подключенного к полосовому фильтру 1-1, настроенному на начало принимаемого сигнала. У линии 5 задержки отводы подключены к управляющим входам соответствующих регулируемых усилителей 2-1÷2-3, а вход - к выходу блока 4 формирования управляющего напряжения. Выход сумматора 3 является выходом устройства.
<mrow><msqrt><mi>n</mi></msqrt><mo>/</mo><mi>L</mi><mo>,</mo></mrow>
Число N полосовых фильтров 1-1÷1-3 равно числу некоррелированных частей сигнала. Оно определяется базой n сигнала и равно целой части, содержащейся в величине
где L - коэффициент, зависящий от вида сигнала и допустимого коэффициента корреляции R частей сигнала (например, для сигнала с ЛЧМ при R=0,1 L=1,93).
o
Рассмотрим работу устройства с АРУ при приеме сигналов с ЛЧМ, у которого закон частотной модуляции - линейно возраставший во времени. В этом случае 1-1÷1-3 имеют прямоугольные амплитудные характеристики, примыкающие друг к другу (см. фиг.2,а), ширина полосы пропускания каждого из которых одинакова и в N раз меньше ширины спектра сигнала. Время задержки t сигнала между соседними отводами линии 5 задержки в N раз меньше длительности сигнала.
Принимаемый от цели сигнал с ЛЧМ (см. фиг.3,а) поступает на полосовые фильтры 1-1÷1-3. Вначале через полосовой фильтр 1-1 проходит первая часть сигнала (его начало, см. фиг.3,б). Затем через полосовой фильтр 1-2 проходит вторая часть сигнала (см. фиг.3,в), через полосовой фильтр 1-3 - третья часть сигнала (см. фиг.3,г) и так далее. Эти части сигнала последовательно поступают на регулируемые усилители 2-1÷2-3, затухание которых определяется напряжением, поступающим на их управляющие входы с отводов линии 5 задержки. Затем с выходов аттенюаторов 2-1÷2-3 эти сигналы последовательно поступают на входы сумматора 3, в котором они суммируются. Первая часть сигнала с выхода регулируемого усилителя 2-1 поступает на вход блока 4 формирования управляющего напряжения, у которого постоянная времени выбирается большей длительности первой части сигнала. Поэтому напряжение на выходе блока 4 формирования управляющего напряжения в этом случае не изменится (см. фиг.3,д).
o
Управляющее напряжение с выхода блока 4 формирования управляющего напряжения поступает в линию 5 задержки, где оно задерживается на интервалы времени, кратные t. Поэтому в рассматриваемом случае напряжение на отводах линии 5 задержки (см. фиг.3е-3з) и коэффициенты передачи регулируемых усилителей 2-1÷2-3 во время прохождения соответствующих частей сигнала не изменяются. Амплитудная характеристика устройства с АРУ равна сумме амплитудных характеристик полосовых фильтров 1-1÷1-3 (см. фиг.2,а) и является прямоугольной, ширина ее равна ширине спектра сигнала (см. фиг.2,б). Фазочастотные характеристики полосовых фильтров 1-1÷1-3 линейные. Поэтому сигнал проходит на выход сумматора 3 без искажений (см. фиг.3,и).
Принимаемая пассивная помеха представляет собой сумму большого числа перекрывающихся друг с другом сигналов с ЛЧМ переменной интенсивности (см. фиг.3,а). Эти сигналы поступают на полосовые, фильтры 1-1÷1-3. Части этих сигналов последовательно проходят через полосовые фильтры 1-1÷1-3 (см. фиг.3,б-3,г), затем через соответствующие регулируемые усилители 1-1÷1-3. Начало сигналов пассивных помех с выхода регулируемого усилителя 1-1 (см. фиг.3,б) поступает на вход блока 4 формирования управляющего напряжения, на выходе которого формируется управляющее напряжение (см. фиг.3,д),  величина которого определяется амплитудой принимаемых в данный момент сигналов (при длительности действия помехи, большей постоянной времени блока 4 формирования управляющего напряжения). Управляющее напряжение с выхода блока 4 формирования управляющего напряжения поступает в линию 5 задержки и с ее отводов (см. фиг.3,е-3,з) последовательно поступает на управляющие входы соответствующих регулируемых усилителей 2-1÷2-3, на входы которых в это же время поступают соответствующие части сигналов пассивной помехи. Части данного сигнала проходят через регулируемые усилители 2-1÷2-3 с одинаковым коэффициентом передачи на входы сумматора 3, в котором они суммируются. В результате на выходе сумматора 3 выделяется данный сигнал помехи, ослабленный в необходимой степени (см. фиг.3,и). Аналогично происходит изменение амплитуды остальных сигналов помехи.
o,
Если начала сигналов помех отстоят друг от друга не менее чем на tто амплитуды этих сигналов изменяются в предлагаемом устройстве независимо друг от друга.
Быстродействие предлагаемого устройства с АРУ определяется длительностью первой части (начала) сигнала с ЛЧМ. Поэтому оно в N раз больше, чем у известных устройств.
o
При этом уменьшаются искажения формы сигнала, так как постоянная времени блока 4 формирования управляющего напряжения превышает t, и за время прохождения частей сигнала через соответствующие регулируемые усилители 1-1÷1-3 их коэффициент передачи меняется незначительно. Повышение быстродействия в N раз приводит к увеличению вероятности обнаружения сигнала, так как участки времени до и после прохождения пассивных помех, в течение которых затухание аттенюаторов велико и сигнал сильно ослабляется, уменьшаются в N раз.