РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА – ЧАСТЬ 1

November 17, 2011 by admin Комментировать »

 

В. И. СИФОРОВ, Н. И. ФОМИН, И. КОМАРОВ

 

Радиоприемная техника играет важную роль в научно-техническом прогрессе и в развитии культуры. Радиоприемные устройства являются непременными составными частями любых радиотехнических систем, используются во многих других областях науки и техники. Радиоприемник стал одним из самых распространенных технических устройств: в настоящее время население СССР располагает примерно 70 млн. бытовых радиовещательных приемников, годовой выпуск которых в XI пятилетке превышает 10 млн. шт. Высококачественные профессиональные приемники различных частотных диапазонов обеспечивают работу сложнейших наземных, воздушных и космических связных, телевизионных, радиолокационных, навигационных, телеметрических систем и систем радиотелеуправления. Так, высокий уровень развития техники радиоприема позволил в последнее десятилетие создать сети приемных станций систем спутникового телевизионного вещания «Экран» и «Москва».

Постоянно растущие требования ко всем параметрам радиотехнических систем и к качеству бытовых приемников обусловили то, что радиоприемная техника — исторически первая отрасль радиотехники — в настоящее время находится на этапе интенсивного качественного развития. Тенденции и перспективы этого развития, а также требующие решения научно-технические проблемы чрезвычайно многообразны, поскольку в разных частотных диапазонах и в различных радиотехнических системах существенно отличаются используемые виды модуляции и элементная база, физическая природа и уровень помех, условия распространения радиоволн и конструкции основных узлов аппаратуры. В развитии радиоприемной техники за последнее десятилетие сохранились сложившиеся в течение многих лет направления. Это, прежде всего, освоение все более высокочастотных диапазонов, повышение чувствительности, помехоустойчивости и помехозащищенности, улучшение качества радиоприемников.

Для развития радиотехнических систем любого назначения важнейшей остается проблема приема информации в условиях все более сложной электромагнитной обстановки. Ее решение связано с разработкой методов борьбы с помехами, исследованиями и разработками в области частотной фильтрации. Постоянно возрастающие требования к стабильности, быстродействию, точности и надежности радиоприемной аппаратуры диктуют необходимость совершенствования методов управления ею: ведутся широкие поиски новых схемотехнических и конструктивных решений в области автоматического и дистанционного управления в приемниках. Оба эти направления развития тесно взаимосвязаны с постоянным совершенствованием элементной базы, которое, с одной стороны, выражается во все более широком (частотном и функциональном) использовании интегральных микросхем (ИС), а с другой — в построении блоков приемников на основе новых физических явлений и полупроводниковых приборов.

Продолжает развиваться теория радиоприема, прежде всего оптимальные методы радиоприема, а также методы цифровой обработки сигналов. При разработке оптимальных методов радиоприема расширился круг рассматриваемых помех, оптимизация стала проводиться по нескольким критериям качества радиоприемников. Широкое внедрение полученных результатов позволило увеличить помехоустойчивость приемников, что значительно повысило качество передачи в системах связи, улучшило характеристики радиолокационных систем. При разработке методов цифровой обработки принимаемых сигналов основное внимание уделялось созданию устройств линейной фильтрации, цифровых демодуляторов, автоматических систем приемников в цифровом исполнении. Все это способствовало широкому внедрению цифровых методов обработки в радиолокационные и связные приемные устройства, что существенно улучшило ряд их параметров.

В наибольшей степени цифровые методы обработки получили развитие в радиолокационных системах. В типичной современной радиолокационной станции (РЛС) сигнал с выхода приемника поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и далее уже в цифровой форме попадает на устройство обработки сигналов, где выполняется согласованная фильтрация принятого сигнала, производится обнаружение цели и вычисляются все ее необходимые параметры, которые направляются в систему обработки данных. Все операции после преобразования сигнала в АЦП осуществляются ЭВМ.

Полученные данные о цели поступают в систему управления РЛС, которая, в частности, может изменять форму диаграммы направленности антенны в зависимости от расположения целей и источников помех, а также определяет форму зондирующего сигнала и приводит в соответствие с ним параметры согласованного фильтра. Кроме того, ЭВМ производит операцию принятия решения и управляет всеми системами РЛС. При большом объеме перерабатываемой информации в системе обработки данных и управления могут работать несколько ЭВМ.

Можно назвать несколько причин распространения цифровой обработки сигналов в радиолокационных приемниках. Одной из- них является большая гибкость систем цифровой обработки. Так, в зависимости от помеховой обстановки и конкретной решаемой задачи в PJIC могут изменяться параметры зондирующего сигнала, а следовательно, одновременно необходимо изменять параметры согласованных фильтров. Изменять параметры аналоговых фильтров крайне сложно, поскольку для этого требуется набор таких фильтров для разных зондирующих сигналов. При цифровой обработке необходимо лишь перепрограммировать соответствующее вычислительное устройство, реализующее операции согласованной фильтрации.

Другая причина — принципиальная возможность получения характеристик, недостижимых в аналоговых системах. В качестве примера можно привести PJIC с цифровой аппаратурой селекции движущихся целей (СДЦ). В этой системе выходное напряжение синхронного детектора преобразуется в цифровую форму и запоминается в цифровом запоминающем устройстве (ЗУ) большой емкости. Эти данные считываются и сравниваются с эхо-сигнала- ми, полученными от последующих зондирующих импульсов. На основе отличия последующих данных от предыдущих осуществляется СДЦ. Применение цифровых ЗУ позволило реализовать в данной системе СДЦ и получить такие характеристики реакции на скорость цели, какие невозможно было получить на базе аналоговых ЗУ.

Еще одной причиной является необходимость представления сигнала в цифровой форме для обработки на ЭВМ. Последнее объясняется тем, что обработка всего объема информации о целях, которых может быть десятки и сотни (например, аэродромный радиолокатор большого современного аэропорта), уже недоступна оператору-человеку.

В настоящее время в радиолокационных приемниках сигнал подвергается цифровой обработке главным образом после выполнения операции детектирования. При когерентных сигналах эта операция выполняется фазовым детектором, при некогерентных — амплитудным детектором огибающей. Разделение приемника на аналоговую и цифровую части именно в этом месте объясняется главным образом техническими возможностями АЦП, который требует для работы довольно большого уровня сигнала и имеет ограничения по быстродействию.

Основные операции, осуществляемые в радиолокационном преемнике при цифровой обработке — согласованная фильтрация, пороговое обнаружение и формирование метрики цели (данные а дальности, скорости и угловых координатах). Согласованные фильтры выполняются чаще всего на базе нерекурсивных фильтров с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтров). Возможность применения КИХ-фильтров объясняется тем, что радиолокационные сигналы имеют конечную длительность. Один из возможных эффективных алгоритмов реализации цифрового КИХ-фильт- ра — высокоскоростная свертка, которая выполняется в частотной области с использованием быстрого преобразования Фурье. Сначала находятся дискретные преобразования Фурье от конечного числа выборок сигнала и импульсной характеристики фильтра, которые затем перемножаются, и над результатом перемножения осуществляется обратное преобразование Фурье. Эффективность реализованного таким способом согласованного фильтра объясняется тем, что отсчет импульсной характеристики фильтра записывается в оперативном ЗУ. При этом его характеристики можно легко изменять, вводя соответствующие поправки в считываемые отсчеты импульсной характеристики.

Сигналы с выхода согласованного фильтра поступают в обнаружитель, где сравниваются с некоторым пороговым значением, и далее обрабатываются только те сигналы, которые превысили это значение. Таким образом происходит уменьшение объема данных о целях. На следующем этапе обработки сигналов определяется метрика целей, выделяются цели, лежащие в пределах определенного пространства, происходит отделение их от мешающего фона. Для решения этих задач необходимо накапливать большие массивы данных, использовать разнообразные и сложные алгоритмы их обработки.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты