www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

What is AGC in receiver?

Методи автоматичного регулювання підсилення

В більшості радіолокаційних приймачів для забезпечення лінійної обробки (без обмеження амплітуди) прийнятих сигналів використовуються різноманітні засоби для управління рівнем загального підсилення.

  English Українська German
STC sensitivity
time
control
Часове
Автоматичне
Регулювання
Підсилення
entfernungs- (also: zeit-) abhängige
automatische Verstärkungsregelung
(Siemens- Neudeutsch: GTC: Gain Time Control)
AGC automatic
gain
control
Шумове
Автоматичне
Регулювання
Підсилення
rauschabhängige
Automatische
Verstärkungs-
Regelung
MGC main
gain
control
Ручне
Регулювання
Підсилення
Handregelung
log amp logarithmic
amplifier
Логарифмічний підсилювач logarithmischer Verstärker

Таблиця 1. Методи регулювання підсилення

Часове автоматичне регулювання підсилення (ЧАРП)

Рисунок 1. Залежність коефіцієнту підсилювання приймача від часу у разі використання методу ЧАРП

Рисунок 1. Залежність коефіцієнту підсилювання приймача від часу у разі використання методу ЧАРП

Однією з особливостей функціонування приймачів радіолокаторів є те, що амплітуди сигналів відлуння, що ними приймаються, можуть змінюватися у дуже широких межах залежно від дальності до цілі. З цієї причини налаштування підсилювання приймача, які є кращими для сигналів відлуння від цілей на малих дальностях, не підходять для приймання сигналів, відбитих цілями, що знаходяться на великих дальностях. Коефіцієнт підсилювання приймача має бути максимальним для сигналів відлуння від цілей на великих дальностях, та мінімальним для сигналів відлуння від ближніх цілей. Очевидно, що коефіцієнт підсилювання має змінюватися залежно від часу: бути мінімальним на початку періоду зондування та поступово збільшуватися в міру збільшення часу запізнення сигналів відлуння. Схему, яка реалізує регулювання коефіцієнту підсилювання залежно від часу в межах одного періоду зондування, називають схемою часового автоматичного регулювання підсилення (ЧАРП) або атенюатором із змінним коефіцієнтом ослаблення.

Часове автоматичне регулювання підсилення реалізується шляхом подачі напруги зміщення, яка змінюється у часі, на підсилювальні каскади підсилювача проміжної частоти. На Рисунку 1 лінією червоного кольору показана типова функція коефіцієнту підсилювання від часу. Зеленою лінією показано, як змінюється амплітуда сигналу на вході приймача залежно від часу. Під час генерування в передавачі та випромінювання зондувального сигналу схема ЧАРП зменшує коефіцієнт підсилювання приймача до нуля для того, щоби запобігти підсилення сигналу передавача, який просочується в приймальний тракт (сигнал „пролазу“). Після закінчення випромінювання зондувального сигналу напруга ЧАРП починає зростати, поступово збільшуючи коефіцієнт підсилювання приймача. В ідеальному випадку коефіцієнт підсилювання приймача має збільшуватися прямо пропорційно четвертої степені дальності (R4), тобто зворотно пропорційно зменшенню потужності сигналу відлуння. На практиці цю функцію часто замінюють експоненційною функцією, яка легко реалізується у вигляді напруги на конденсаторі, що заряджається.

Регулювання коефіцієнту підсилювання приймача за допомогою ЧАРП зазвичай обмежують дальністю близько 50 миль. Вважається, що в більшості випадків сигнали, відбиті цілями, які знаходяться ближче 50 миль, ще можуть перевантажити приймач (ввести его в насичення), а після 50 миль це вже малоймовірно і регулювання підсилювання вже не потрібне.

Автоматичне регулювання підсилювання по рівню сигналу
тракт сигналу
керуюча напруга
ПЧ
ПЧ
CL
Itot
Ra
Ua

Рисунок 2. Спрощена структурна схема АРП

тракт сигналу
керуюча напруга
ПЧ
ПЧ
CL
Itot
Ra
Ua

Рисунок 2. Спрощена структурна схема АРП

automatic gain control block diagram
тракт сигналу
керуюча напруга
ПЧ
ПЧ
CL
Itot
Ra
Ua

Рисунок 2. Спрощена структурна схема АРП

Регулювання підсилювання приймача необхідне для налаштування його чутливості таким чином, щоби забезпечити найкраще приймання сигналів з амплітудами, що змінюються у широких межах. При цьому, відмінність амплітуд може бути спричинена не лише залежністю від дальності, для компенсації якої застосовують метод ЧАРП, описаний вище. Прийняті сигнали можуть бути відбитими від цілей з різною ефективною площею вторинного випромінення або являти собою перешкоди. Тому в деяких радіолокаційних приймачах використовують схеми автоматичного регулювання підсилення (АРП) по середньому рівню прийнятого сигналу. Різновидом цього методу є миттєве автоматичне регулювання підсилення (МАРП).

В найпростішому випадку схема АРП змінює напругу зміщення (а значить, і коефіцієнт підсилювання) підсилювальних каскадів підсилювача проміжної частоти по середньому рівню прийнятого сигналу. При цьому, якщо приймаються сигнали різних амплітуд, підсилення підлаштовується під менший з них. Частіше використовується метод миттєвого АРП, оскільки він регулює підсилювання приймача для кожного сигналу.

Схема АРП являє собою широкодіапазонний підсилювач постійного струму. Спрощена структурна схема наведена на Рисунку 2. У разі змінення амплітуди прийнятого сигналу відлуння він миттєво змінює коефіцієнт підсилювання підсилювача проміжної частоти. У разі застосування миттєвого автоматичного регулювання підсилення забезпечується повний (максимальний) коефіцієнт підсилювання для слабких сигналів та зменшений – для сильних сигналів. Діапазон роботи МАРП визначається кількістю каскадів підсилення в ППЧ, охоплених регулюванням. Якщо регулюється підсилювання лише одного каскаду, то діапазон роботи МАРП обмежується на рівні близько 20 дБ. Якщо кількість таких каскадів збільшується, то діапазон роботи МАРП може бути збільшений до 40 дБ.

Описаний вище метод регулювання підсилення не враховує вплив шумів та перешкод на характеристики виявлення. Для підтримання постійного рівня перешкод застосовують шумове автоматичне регулювання підсилення (ШАРП). В такій схемі коефіцієнт підсилення ППЧ регулюється по виміряному рівню шуму.

Логарифмічний підсилювач

Ще одним методом компенсації впливу великого діапазону амплітуд прийнятих сигналів є використання так званого логарифмічного підсилювача. З його назви зрозуміло, що залежність коефіцієнту підсилювання від амплітуди вхідних сигналів для такого підсилювача описується логарифмічною функцією. Слабкі сигнали піддаються більшому підсиленню, а сильні – меншому. Для сигналів низької амплітуди це майже лінійне підсилення, а із збільшенням амплітуди сигналів передаточна функція все більше стає логарифмічною.

фільтр ПЧ
ПЧ
підсилювач ПЧ
різні пороги
відео
Ue
Itot
Ra
Ua
I1
I2
I3
I4
I5

Рисунок 3. Структурна схема логарифмічного підсилювача

фільтр ПЧ
ПЧ
підсилювач ПЧ
різні пороги
відео
Ue
Itot
Ra
Ua
I1
I2
I3
I4
I5

Рисунок 3. Структурна схема логарифмічного підсилювача

logaritmic amplifier block diagram
фільтр ПЧ
ПЧ
підсилювач ПЧ
різні пороги
відео
Ua
Itot
Ra
Ua
I1
I2
I3
I4
I5

Рисунок 3. Структурна схема логарифмічного підсилювача

Логарифмічний підсилювач являє собою підсилювач без насичення, характеристика підсилювання якого підбирається таким чином, що, як правило, додаткові заходи щодо регулювання підсилення вже не потрібні. Слід зазначити, що в логарифмічному підсилювачі виконується також і детектування прийнятого сигналу.

Логарифмічний підсилювач складається з кількох послідовних каскадів підсилювання, кількість яких визначає динамічний діапазон усього підсилювача. Типова структурна схема логарифмічного підсилювача наведена на Рисунку 3. Якщо б у схемі були відсутні детектори з другого по п’ятий, то вихідна напруга була б обмежена насиченням останнього каскаду підсилення. Детектори, підключені до каскадів з другого по п’ятий, виявляють вхід каскаду в насичення, після чого на їх вихід проходить випрямлений сигнал. Сигнали з виходів всіх детекторів складаються та надходять на вихід.

Наприклад, сигнал має амплітуду, коли в насичення входить третій каскад підсилення. В цьому випадку на виході першого каскаду буде спостерігатися неспотворений продетектований сигнал. Другий каскад не насичується і тому на виході другого детектора сигналу немає. Насичення третього каскаду призведе до виникнення на виході його детектора деякої напруги, яка буде додана до вихідної напруги першого каскаду.

Підбиранням коефіцієнтів підсилювання каскадів та порогових значень для детекторів домагаються потрібного вигляду передаточної характеристики підсилювача.

На практиці часто використовують логарифмічний підсилювач разом з ЧАРП.

Динамічне змінення підсилення
підсилення
дальність
азимут
область сильних перешкод

Рисунок 4. Графік динамічного підсилення ЧАРП

Графік динамічного підсилення ЧАРП
підсилення
дальність
азимут
область сильних перешкод

Рисунок 4. Графік динамічного підсилення ЧАРП

Локальні рівні пасивних перешкод визначають величину потрібного коефіцієнту підсилювання – в області інтенсивних перешкод коефіцієнт підсилювання бажано зменшити. Тому коефіцієнт підсилювання має змінюватися із обертанням розгортки. В сучасних системах динамічно вимірюється рівень перешкод для великої кількості осередків в зоні дії радіолокатора. Результати цих вимірювань використовуються для установки динамічно змінюваного підсилення схеми ЧАРП для осередку „азимут-дальність“, який обробляється в поточний момент (Рисунок 4).

Такий підхід, хоча і простий в принципі, може призвести до зниження ефективності схеми селекції рухомих цілей (СРЦ) на краю області пасивної перешкоди. Це пов’язано із різким зміненням підсилення на краю області перешкоди, яке призводить до руйнування її структури. Крім цього, у випадку використання „довгих“ імпульсів з стисканням під час обробки, різкі зміни амплітуди можуть знижувати ефективність стискання.

Змінний коефіцієнт підсилювання зазвичай реалізується за допомогою pin-діодів, підбиранням напруги зміщення яких домагаються потрібного виду передаточної характеристики.