Проблема электромагнитной совместимости. Электромагнитная совместимость
 Скачать 75.51 Kb.
|
 Проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) связана с существованием непреднамеренных (паразитных) электромагнитных связей и сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. Как основные (полезные), так и побочные излучения передатчика РЛС могут создавать помехи. Электромагнитная совместимость – это совокупность условий, при которых радиоэлектронные средства (системы) могут выполнять свои функции, не испытывая недопустимого ухудшения основных характеристик при воздействии других радиоэлектронных средств и излучений, в свою очередь, не вызывая недопустимого ухудшения работы других РЭС. При попадании мешающих сигналов в приемник они обрабатываются точно так же, как обрабатывались бы полезные сигналы, отраженные от цели. Изображения, создаваемые помехой на экране индикатора, могут иметь регулярную форму, если они появляются от единственного источника, и могут казаться неподвижными или движущимися в зависимости от соотношения частот повторения импульсов двух и более РЛС. Отсутствие электромагнитной совместимости может привести к уменьшению дальности обнаружения и ухудшению изображения на индикаторе РЛС. Мероприятия используемые для улучшения электромагнитной совместимости и подавления помех: 1. Фильтрация: – используются фильтры для подавления гармоник сигнала; – перестраиваемые полосовые фильтры (преселекторы), которые имеют полосу пропускания настолько близкую к полосе пропускания приемника, насколько это позволяет точность сопряжения и методы изготовления. Преселектор предназначен для ослабления всей нежелательной энергии вне полосы пропускания приемника; – полосовые фильтры с фиксированной настройкой, используются для уменьшения влияния сильных мешающих сигналов, ожидаемых по обе стороны диапазона настройки приемника. 2. Угловая селекция, т.е. выключения приемника или передатчика на время, пока антенна ориентирована в заданном секторе пространства. Хотя такие устройства могут исключить помехи от РЛС или радиоэлектронных средств в заданной зоне, все информация о целях в этой зоне также утрачивается. 3. Устройство бланкирования запирают приемник на время ожидания прихода мешающего импульса. Действие этих устройств основано на априорном знании времени появления мешающих импульсов, такая информация обычно поступает по специальным цепям подачи запирающих импульсов. 4. Дискриминаторы частоты повторения импульсов, т.е. устройства устраняющие импульсы период повторения которых отличен от периода повторения импульсов РЛС. 5. Дискриминаторы длительности импульсов т.е. устройства устраняющие импульсы длительность которых сильно отличается от длительности импульсов РЛС. 6. Перестройка частоты РЛС по диапазону. Это является наиболее эффективным средством достижения совместимости в условиях высокой плотности загрузки рабочего диапазона частот. 7. Уменьшения уровня боковых лепестков, для устранения помех проникающих в приемник через боковые лепестки ДН антенны. 8. Компенсация помех по боковым лепесткам, для этого используется ненаправленная компенсационная антенна с малым КПД, работающая совместно с основной антенной. Сигналы с обеих антенн подаются на отдельные приемники, и выходные сигналы с этих приемников сравниваются. Если при сравнении сигнал в канале компенсационной антенны оказался выше, чем в канале основной антенны, то он подавляется. Наличие регулировки усиления в канале ненаправленной антенны позволяет регулировать степень подавления сигналов боковых лепестков. 9. Совместная синхронизация РЛС для предотвращения повреждений входных цепей приемников, в этом случае все РЛС, работающие в зоне с большой плотностью размещения РЛС, будут излучать импульсы одновременно. 10. Формирование излучаемых импульсов т.е. применение в различных РЛС импульсов различных модуляций. Вывод:Анализ радиоэлектронных средств, использование которых ожидается совместно с новой РЛС, а также учет возможного взаимного влияния между новой РЛС и существующими системами является важным аспектом системного подхода при разработке радиоэлектронных систем. Системы защиты импульсных РЛС от пас сивных помех основаны на использовании различия в скорос ти перемещения пассивных помех (отражателей) и цели, так как при облучении движущихся целей происходит изменение структуры отраженного сигнала по сравнению с сигналом, отраженным от пассивных помех (частота, ширина спектра сигнала, период посылок, длительность импульса). В радиовизирах цели, работающих в непрерывном режи ме, исключение влияния пассивных помех может быть до стигнуто постановкой в приемном устройстве режекторных фильтров, область режекции которых совпадает со спектром сигнала, отраженного от пассивных помех, при этом спектр сигнала, отраженный от движущейся цели, оказывается вне области режекции. В импульсных РЛС, могут использоваться и другие различия. В частности, при зондировании цели последовательностью коротких радиоим пульсов каждая составляющая спектра той же последова тельности радиоимпульсов, отраженных от приближающейся цели, будет иметь частоту fkv= fk(1+2Vцр/С)= fk+FД где: fк — гармоника спектра радиоимпульсов передатчика; Vпр—радиальная составляющая скорости цели; с—скорость распространения электромагнитных волн; FД—частота Доплера. Частотный интервал между соседними гармониками спек тра отраженного сигнала F: FД= Fп (1+2Vцр/С) где: Fп — частота посылок зондирующих радиоимпульсов. Таким образом, спектр сигнала от движущейся цели сдви гается в сторону больших частот. Частотный интервал между центральной частотой и пер вым нулем спектра отраженной последовательности радиоимульсов длительностью tи, т. е. спектр отраженного сигнала от движущейся цели расширя ется. Вместе с этим происходит изменение и периода следова ния отраженных импульсов в результате непосредственного движения цели, приближающейся (или удаляющейся) за пе риод повторения Тп на расстояние DD=VцрТп, что соответ ствует изменению времени запаздывания на величину Dtз=DТп=2DD/С=Тп *2Vцр/С Наконец, отраженные импульсы имеют меньшую длитель ность по сравнению с зондирующим, так как деформация спектра приводит к деформации сигнала по временной оси на величину Dtи, где: Dtи=-2Vцр/С Если цель удаляется от радиолокатора, то все изменения параметров сигнала будут иметь обратный знак. Для селекции движущихся целей (СДЦ) на фоне помех принципиально можно использовать любые из рассмотрен ных отличий отраженного сигнала, обусловленные радиаль ной составляющей скорости цели. Однако относительное изменение частоты и длительности импульса настолько мало, что их непосредственное измере ние затруднено. Селекция движущихся целей на фоне помех производит ся по изменению периода следования отраженных импульсов. Однако, в связи с тем что численное изменение промежут ка между импульсами, обусловленное радиальной скоростью, невелико, например, для Tn=10-3 с и Vцр=150 м/с оно со ставляет 10-9 с, то деформацию сигнала можно заметить лишь по изменению фазы колебаний высокой частоты при нимаемого сигнала от импульса к импульсу. Это различие фиксируется фазометрическим способом. Если расстояние до цели от импульса к импульсу остает ся неизменным (Vцр=0), то сдвиг фаз между высокочастот ными колебаниями излучаемого и принимаемого сигналов будет оставаться постоянным. Если цель движется равномерно, то дальность до цели за период посылок Tп зондирующих импульсов изменится на ве личину DD=VцрТп, а изменение фазы отраженного сигнала за это же время составит Dj=2p*DD/l=2p*2 Vцр/l* Tп где: l—длина волны зондирующего сигнала. Величина 2Vцр/l, имеющая размерность частоты, численно равна разности между несущими частотами зондирующе го и отраженного сигналов и называется частотой Доплера. Таким образом, фаза сигналов, отраженных от цели, со вершающей полет с радиальной скоростью, отличной от ну ля, изменяется на величину, зависящую от радиальной ско рости цели, длины волны и частоты посылок зондирующих импульсов локатора. Чтобы определить фазовые изменения отраженных сигна лов (для последующей селекции движущихся целей по дан ному признаку), необходимо располагать опорным напряже нием, фаза которого принимается за эталон. В качестве эта лонного может использоваться либо синусоидальное напря жение специального генератора, входящего в состав системы СДЦ (система СДЦ с внутренней когерентностью), либо си гнал отраженный неподвижным объектом (система СДЦ с внешней когерентностью). Один из возможных вариантов структурной схемы систе мы СДЦ с внутренней когерентностью показан на рисунке 4.4. В связи с тем что построение стабильного генератора на несущей частоте визира цели и сравнение фаз на высокой частоте вызывают ряд технических трудностей, генератор опорного напряжения работает и фазируется на промежуточ ной частоте и называется когерентным гетероди ном, а опорное напряжение Uкг—когерентным. Сигналы, формируемые передатчиком визира, одновремен но подаются на антенну и на вход смесителя фазирующего импульса. Импульсное напряжение промежуточной частоты, фаза которого жестко связана с фазой зондирующего им пульса, с выхода смесителя фазирующего импульса U^ по дается на когерентный гетеродин, навязывая его колебаниям фазу высокочастотных колебаний передатчика, обеспечивая тем самым эталонность фазы опорного напряжения. Отраженные импульсы, имеющие частоту fо±FД уси ливаются усилителем высокой частоты и попадают на смеси тель сигнала, на выходе которого формируется напряжение с частотой fпч±Fд . Фаза отраженного сигнала Uc сравнивается с фазой частоты когерентного гетеродина Uкг на фазовом детекторе. Фазовый детектор, реагируя на изменение модуля гео метрической суммы напряжений отраженного сигнала и когерентного гетеродина (рис. 4.5, а), осуществляет пре образование фазовых изменений отраженного сигнала в амплитудные. При использовании фазометрического метода различие между движущейся и неподвижной целью заключается в том, что напряжение на выходе фазо вого детектора для неподвижных целей будет неизменным от импульса к импульсу (рис. 4.5, б), а для движущихся целей будет изменяться от периода к периоду (рис. 4.5, в). Если фаза отраженного сигнала относительно когерентно го за период посылок изменяется на четное число p, то ам плитуда импульсов на выходе фазового детектора не меня ется. Радиальные скорости цели и частоты Доплера, при кото рых наблюдается это явление, называются «слепыми». Vцр сл=К*l/2Тп «Слепая» скорость опасна тем, что сигналы от цели, обла дающей такой скоростью, так же как и сигнал от местного предмета, подавляются. Как следует из последнего выражения, «слепые» скорости зависят как от l, так и от Tп. Уменьшение влияния «слепых» скоростей на работу ра диолокационного визира достигается изменением периода по вторения зондирующих импульсов. С выхода фазового детектора импульсы, промодулированные по амплитуде (при приеме сигналов от подвижных объ ектов), или последовательность импульсов постоянной ампли туды (при приеме сигналов от неподвижных объектов) по ступают на компенсационную часть системы СДЦ, которая служит для подавления пачек импульсов постоянной или медленно изменяющейся амплитуды (сигналы от местных предметов или дипольных отражателей) и сохранения пачек импульсов с существенно изменяющейся амплитудой (сигна лы, отраженные от подвижных целей). Простейшая компенсационная часть содержит задержи вающее устройство и вычитающее устройство. Импульсные сигналы с фазового детектора проходят на один из входов вычитающего устройства без задержки, а на другой — с задержкой на период посылок Tп. Если сиг налы приняты от пассивных помех, то вычитающим устрой ством будут скомпенсированы практически все импульсы, ос танутся нескомпенсированными только первый и последний импульсы пачки отраженных импульсов. При приеме сигналов от движущейся цели в результате вычитания из незадержанной пачки импульсов задержанной на время Тп на выходе вычитающего устройства формируют ся импульсы, амплитуда которых отлична от нуля. В зависимости от построения и принципа работы компен сационной части системы СДЦ классифицируются по числу ступеней череспериодного вычитания и по типу применяе мого устройства задержки. По числу ступеней вычитания си стемы СДЦ подразделяются на системы с однократным, трехкратным и четырехкратным череспериодным вычита нием. В качестве устройств задержки могут применяться уль тразвуковые линии задержки, потенциалоскопы и т. д. Рис.4.6. Эпюры напряжений на выходах и входе вычитающего устройства при приеме сигналов то пассивных помех: а – сигналы, принятые от пассивных помех; б – задержанный на один период досылок сигнал от пассивных помех; в – сигнал на выходе вычитающего устройства Для селекции движущихся целей на фоне отражений от поверхности земли и местных предметов могут быть исполь зованы методы распознавания образов, базирующиеся на теории статистических решений. Карты помех записываются в памяти ЦВМ, в связи с тем, что после обработки в ЦВМ, распределение амплитуд сигналов, отраженных от местных предметов, от личается от распределения амплитуд сигналов, отраженных от движущихся целей, появляется возможность их селекции. Вывод:Системы защиты импульсных РЛС от пас сивных помех основаны на использовании различия в скорос ти перемещения пассивных помех (отражателей) и цели. С точки зрения воздействия активных помех на системы РЛС методы защиты станций можно разделить на две основные группы: - методы припятствующие попаданию помехи в приемную систему и устройство отбработки сигнала. К ним относятся следующие виды селекции сигналов: пространственная, частотная, поляризационная; - методы борьбы с помехами, проникшими в приемную систему. Их действие основано на различии параметров сигнала цели и помехи по спектральным характеристикам, по частоте повторения и длительности, по амплитуде и т.д. Для борьбы с помехами такие отличительные признаки могут специально вводится в сигнал для повышения эффективности защиты (например, поляризация волн, временная расстановка импульсов, тип модуляции и т.д.). Рассмотрим, какие различия между сигналом и помехой могут быть использованы в целях защиты РЛС от активных помех: 1. Могут быть применены различия в спектральном составе сигнала и помехи, которые реализуются с помощью различных фильтрующих схем. Методы защиты: - перестройка по несущей частоте РЛС; - оптимальная фильтрация сигналов. 2. Используются различия во временной структуре сигналов и помех, которые сами по себе представляют частный случай различий в спектрах. Методы защиты – селекция импульсных сигналов по: - длительности; - частоте следования; - временному интервалу; - временному коду. 3. Используются различия в амплитудах сигналов и помех. Методы защиты с помощью схем селекции по амплитуде и при компенсационном методе. 4. Различия в пространственном положении цели и источника помех. Методом защиты является повышение разрешающей способности по направлению и уменьшения уровня побочного излучения и приема по боковым и задним лепесткам диаграммы направленности антенны РЛС. 5. Различия в поляризационной структуре сигнала и помех, учитывая, что помехи имеют круговую или элиптическую поляризацию, а волна, отраженная от цели, является плоскополяризованной. Основные способы защиты РЛС в зависимости от вида помехи приведены в таблице №1. Таблица №1
Перестройка несущей частоты –при реализации этого метода защиты РЛС от активных помех используется различие несущих частот полезного сигнала и помех (частотная селекция сигналов). Этот метод может осуществляться либо применением нескольких приемо-передающих каналов, разнесенных по частоте, либо использованием одного приемо-передающего канала, у которого предусмотрена перестройка рабочей длинны передатчика в определенном диапазоне высокочастотной части приемной системы. Величина перестройки рабочей частоты РЛС должна быть не менее, чем сумма удвоенной промежуточной частоты и ширины полосы пропускания приемника (2fпо+ fпр). Методы перестройки несущей частоты РЛС: - несущая частота изменяется в заданной полосе частот от группы к группе излучаемых импульсов, каждая из которых состоит из нескольких импульсов; - несущая частота изменяется от импульса к импульсу; - несущая частота меняется в пределах длительности каждого импульса; - несущая частота меняется в пределах длительности каждого импульса относительно средней величины, которая в свою очередь изменяется в течении времени всей последовательности импульсов. Основным недостатком этого метода защиты является возможность разведки новой несущей частоты или закона ее изменения и электронное подавление РЛС на новой частоте. Оптимальная фильтрация – сводится к построению передаточной функции фильтра, при которой на выходе фильтра отношение мощности сигнала и помехи достигает максимальной величины. Реализация оптимальных фильтров в современных РЛС осуществляется с помощью схем на линиях задержки с отводами. Автоматическая регулировка усиления– предназначена для выделения полезного сигнала, принимаемого на фоне мощной помехи большой напряженности, принцип работы состоит в том, чтобы за время действия импульса помехи не произошло перегрузки приемной системы. Селекция по амплитуде – используется для подавления помех различных видов, амплитуда которых превышает пороговое значение. Селекция по длительности сигнала – схема производит селекцию таких импульсов, длительность которых равна длительности сигнала, отраженных от цели, и обеспечивает защиту РЛС от синхронных импульсных помех, длительность которых не совпадает с длительность сигнала РЛС. Селекция по частоте повторения сигнала– обеспечивает подавление несинхронной импульсных помех, имеющих период повторения, отличных от периода следования импульсов РЛС. Защита РЛС от угловой ответной помехи – сущность защиты состоит в: 1. Устранении помеховой модуляции видеоимпульсов и сохранении полезной огибающей видеоимпульсов частоты сканирования, несущей информацию об угловых координатах цели, с помощью основного и дополнительного каналов и суммарно-разностной обработки сигнала. 2. При применении противником угловых ответных помех (непрерывных или прямых импульсных) пеленгация цели-постановщика помех принципиально возможна в пассивном режиме работы, когда РЛС работает только на прием с включением канала угловой ответной помехи. Защита РЛС от уводящей помехи по дальности - способы защиты от УПД могут быть различными и определяются в зависимости от того, является ли помеха задержанной на период повторения импульсов РЛС или она излучается на каждый зондирующий импульс в том же периоде повторения. Для защиты от УВД первого типа может быть применен метод вобуляции частоты повторения, от УПД второго типа – селекция по длительности принятого сигнала, выполненная на основе селекции по амплитуде. Вывод:1. Методы защиты РЛС от активных помех подразделяются на методы припятствующие попаданию помехи в приемную систему и методы борьбы с помехами, проникшими в приемную систему. 2. Способы защиты основаны на различиях между сигналом и помехой в спектральном составе, во временной структуре, в амплитудах, в пространственном положении и в поляризационной структуре. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||