4.3.1 Согласование динамических диапазонов элементов приемного тракта

Под динамическим диапазоном (ДД) приемника понимают диапазон возможных значений входного сигнала, при котором обеспечивается линейное усиление сигнала, т.е. приемник работает с допустимой величиной нелинейных искажений и не происходит ограничение сигнала.

ДД определяется по амплитудной характеристике (АХ) приемника по формуле

Относительное изменение уровней помех и полезных сигналов на входе приемника в обычных условиях может составлять 80-100 дБ. Еще сложнее дело обстоит при работе в условиях сложной помеховой обстановки, когда диапазон изменения входных воздействий может составлять 140-160 дБ.

Например, при приближении цели с максимальной дальности 400 км до 8 км, т.е. при изменении расстояния в 50 раз, мощность сигналов на входе приемника изменится в 50⁴ = 6,25∙10⁶ раз, или примерно на 60 дБ. В РЛС РТВ динамический диапазон приемного устройства должен соответствовать этому значению.

ДД приемно-индикаторных трактов РЛС, если не принять специальных мер по их расширению, оказывается всего 8-14 дБ, причем для отдельных элементов тракта он составляет: УВЧ – 60-70 дБ; УПЧ − 20-40 дБ; ВУС – 10-25 дБ; ИКО − 8-14 дБ. Наименьший ДД имеют выходные элементы тракта. Малый ДД делает практически бесполезной ведение «силовой» борьбы с помехой.

Ограниченный ДД приемного тракта РЛС приводит к возможности ограничения сигналов и, как следствие, к возникновению потерь. Потери в отношении сигнал-помеха становятся особенно большими при обнаружении узкополосных сигналов и визуальном съеме информации, если относительный уровень ограничения U_огр/σ_ш, где σ_ш − среднее квадратическое значение напряжения шума или помехи, оказывается меньше 0,5-0,75 (см. рис.4.6).

Рис.4.6. Зависимость потерь от относительного уровня ограничения

Большая часть полезной информации в этом случае теряется и потенциальные возможности РЛС полностью не используются.

Требования к динамическому диапазону. Вероятность обнаружения цели в условиях воздействия АШП P_{обн УАП} можно определить следующим образом:

P_{обн УАП} = P_{обн о}∙P_{отс огр},

где P_{обн о} − вероятность обнаружения цели в условиях АШП при неограниченном динамическом диапазоне приемного тракта; P_{отс огр} − вероятность отсутствия ограничения в приемном тракте на уровне, при котором имеют место существенные потери.

Значение P_{обн о} определяются отношением сигнал/помеха на входе приемного тракта, эффективностью систем защиты от АШП, поступивших на вход приемника, заданным значением вероятности ложной тревоги.

Вероятность отсутствия ограничения в тракте определяется соотношением динамических диапазонов приемного тракта и помехи на его входе.

Под динамическим диапазоном помехи в данном случае понимают отношение максимально возможного значения мощности помехи на входе приемника к мощности его собственных шумов.

На рис.4.7 показана зависимость P_{отс огр} от отношения динамических диапазонов помехи и приемного тракта D_пом/D_пр из которого следует, что для максимизации значения P_{отс огр} необходимо, чтобы динамический диапазон приемного тракта по крайней мере был равен динамическому диапазону помехи. Однако чрезмерно расширять динамический диапазон приемного тракта наврядли целесообразно. По мере увеличения мощности помехи сокращаются размеры зоны обнаружения. Поэтому целесообразно динамический диапазон выбирать равным динамическому диапазону помехи, при котором зона обнаружения сжимается в допустимое число раз (с учетом возможного ослабления АШП, поступивших на вход приемника, устройствами защиты). Например, при допустимом значении коэффициента сжатия зоны, равном 0,05, динамический диапазон приемного тракта должен составлять 50 дБ + К_п дБ (здесь К_п − ожидаемый коэффициент подавления АШП в приемном тракте).

Рис.4.7. Зависимость вероятности отсутствия ограничения от отношения динамических диапазонов помехи и приемника

Для обеспечения такого динамического диапазона необходимо, чтобы величина усиления приемного тракта определенным образом зависела от интенсивности АШП, поступивших на его вход.

Для исключения или снижения потерь за счет ограничения сигналов необходимо обеспечить согласование ДД функциональных элементов приемного тракта.

Принцип согласования состоит в том, что ДД (по входу) любого последующего элемента тракта должен быть не менее чем диапазон изменения выходных сигналов предыдущего. Очевидно, что для исключения перегрузки приемного тракта и сохранения оптимальных условий работы оконечных устройств нужно ДД приемного тракта расширять до величины, равной диапазону изменения входных сигналов, а по выходу – сжимать до динамического диапазона оконечных устройств D_оу, т.е. D_вых ≤ D_оу. С учетом возможного воздействия на РЛС АШП динамический диапазон приемного тракта по входу целесообразно расширять до величины динамического диапазона помехи, при котором зона обнаружения сжимается в допустимое число раз. Это требование выражается соотношением

D_{вх тр} = К_п / К⁴_{сж доп},

где К_п − коэффициент подавления АШП в приемном тракте; К_{сж доп} − допустимый коэффициент сжатия зоны обнаружения при неизменной плотности энергии зондирующего сигнала.

Согласование ДД элементов приемного тракта достигается, как правило, путем применения нерегулируемого УВЧ с динамическим диапазоном D_УВЧ ≥ D_{вх тр} и сжатия диапазона изменения сигналов в процессе их обработки в трактах промежуточной и видеочастоты до величины D_ВЫХ. При необходимости, когда D_{вх тр} не обеспечивается ни одним из возможных типов УВЧ, сжатие диапазона изменения входных сигналов можно производить и в тракте высокой частоты до входа УВЧ, например, с помощью управляемых аттенюаторов.

Сжатие динамического диапазона сигналов в тракте сигналов после смесителя до входа оконечного устройства обычно осуществляется с помощью: систем автоматической регулировки усиления; усилителей с логарифмическими амплитудными характеристиками (ЛАХ); систем автоматической регулировки порога (АРП) ограничения снизу, других систем, например, схем ШОУ.

Принципиально изменение коэффициента усиления может быть осуществлено путем изменения крутизны вольт-амперной характеристики (ВАХ) усилительного элемента, либо величины сопротивления нагрузки усилителя. Управление крутизной ВАХ усилительного элемента достигается путем изменения напряжения на одном из его электродов. Такой каскад называется регулируемым.

Первый путь изменения коэффициента усиления приемного тракта реализуется за счет применения схем шумовой автоматической регулировки усиления (ШАРУ), а второй − за счет использования в приемном тракте усилителей с логарифмической характеристикой.