Основы радиолокации

Соотношение длительности импульса и ширины полосы пропускания приемника

Произведение длительности сигнала и теоретически минимально необходимой ширины полосы пропускания приемника является важным параметром, учитываемым при разработке радиолокатора. В англоязычной литературе его называют Time-Bandwidth Product, сокращенно TBP или TBWP. Этот параметр дает возможность оценить потенциальный коэффициент сжатия импульса и уровень боковых лепестков сжатого импульса во времени. Широко распространен также подход, когда для этой же цели используется произведение длительности импульса и эффективной ширины его спектра. Такое произведение называют базой сигнала.

При разработке радиолокационного приемника возникает необходимость поиска компромисса при выборе требуемых значений его параметров. С одной стороны, полоса его пропускания должна быть как можно уже, чтобы уменьшить интенсивность проходящих в приемный тракт помех и шумов. С другой стороны, полоса пропускания должна быть достаточно широкой, чтобы обеспечить прием эхо-сигналов без искажений. При этом, чем короче используемые сигналы, тем шире должна быть полоса пропускания приемника, и тем лучшим будет разрешающая способность радиолокатора по дальности.

Приемник импульсного радиолокатора, в котором используются простые радиоимпульсы длительности Τ в качестве зондирующего сигнала, должен иметь полосу пропускания шириной 1/Τ. База такого сигнала равна 1 и разрешение по дальности определяется непосредственно длительностью импульса.

Если в радиолокаторе используются фазоманипулированные импульсы с длительностью парциального (сжатого) импульса τ, ширина спектра такого сигнала равна 1/τ и зависит от длительности сжатого импульса. База такого сигнала равна Τ/τ. Если для кодирования манипуляции фазы при формировании такого сигнала используются коды Баркера, то значение базы сигнала ограничено числом 13. Как видно из этого примера, база сигнала равна потенциальному коэффициенту сжатия импульса.

Сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией могут иметь базу от более 100 до 10 000. Для сигнала с линейной частотной модуляцией ширина спектра определяется в виде разницы верхней f₂ и нижней f₁ частот его полосы: B_W = Δf = f₂ – f₁, а его база равна Τ·Δf.

Пример: радиолокатор поиска AN/FPS-117 использует в качестве зондирующего сигнала ЛЧМ-сигнал с базой 75. Значение коэффициента сжатия импульса примерно такое же. Таким образом можно рассчитать разрешающую способность этого радиолокатора в ближней зоне (при использовании зондирующего сигнала длительности Τ= 100 мкс) – около 100 м.

Гауссов импульс имеет наименьшую возможную базу ¼. (Гаусоов импульс имеет огибающую в форме функции Гаусса и получается при помощи гауссовского фильтра. Такой фильтр характеризуется максимальной крутизной переходной характеристики и минимальной групповой задержкой). В некоторых устаревших радиолокаторах полоса пропускания приемника могла уменьшаться до этого значения, что соответствовало так называемому режиму ограничения приемника. Конечно, это приводит к увеличению внутренних потерь, поскольку уменьшается количество спектральных составляющих, а значит, и энергия принятого сигнала. Тем не менее, таким способом удавалось успешно подавлять помехи, частота которых отличается от несущей частоты зондирующего сигнала.

Чрезвычайно высокое значение базы (200 000) имеют зондирующие сигналы, используемые в радиолокаторе стратегического назначения AN/FPS-108 “Cobra Dane”.