www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Динамический диапазон приемника

точка
предельной
чувствительности
точка
начала
насыщения

Рисунок 1. Так называемая кривая калибровки приемника: выходной сигнал приемника (по оси Y) как функция от его входного сигнала (по оси Х). Разница между абсциссой точки, в которой начинается насыщение приемника, и абсциссой точки, соответствующей чувствительности приемника, есть динамический диапазон приемника в децибелах (здесь: 118 - 96 = 22 дБ)

точка
предельной
чувствительности
точка
начала
насыщения

Рисунок 1. Так называемая кривая калибровки приемника: выходной сигнал приемника (по оси Y) как функция от его входного сигнала (по оси Х). Разница между абсциссой точки, в которой начинается насыщение приемника, и абсциссой точки, соответствующей чувствительности приемника, есть динамический диапазон приемника в децибелах (здесь: 118 - 96 = 22 дБ).

Динамический диапазон приемника

Соотношение мощностей эхо-сигналов от близко расположенных объектов и эхо-сигналов от объектов, находящихся на очень больших расстояних от радиолокатора, может достигать 80 дБ. Обработка сигналов с такой большой разницей в мощности сопряжена со значительными трудностями. Особенно это относится к радиолокаторам, в которых принятые сигналы при обработке преобразовываются в цифровую форму.

Соотношение между максимальной и минимальной возможными мощностями сигналов, которые могут обрабатываться без перегрузки приемника, обозначают термином «динамический диапазон». Формула для определения этого параметра имеет вид:

D = Prmax   = значение максимальной мощности сигнала, не приводящее к перегрузке приемника.
 
= значение минимальной мощности сигнала, при которой на выходе приемника сигнал все еще наблюдается.
 
Prmin

Большинство параметров в уравнении дальности радиолокации остаются постоянными в течение периода следования зондирующих сигналов. Существенно могут изменяться только два параметра: эффективная поверхность цели σ и расстояние до цели. Следовательно, для оценки динамического диапазона можно использовать такие крайние значения мощности эхо-сигнала: максимальная мощность — от цели с максимальной эффективной поверхностью и находящейся на минимальной дальности; минимальная мощность — от цели с минимальной эффективной поверхностью и находящейся на максимальной дальности. При этом под минимальной дальностью понимается минимальная дальность действия радиолокатора.

Pr = Pt λ2 G2 σ = k · σ (2)
(4π)3 · R4 R4

Объединим относительно постоянные составляющие в постоянный коэффициент k и выразим через него значения максимальной и минимальной возможных мощностей принимаемого сигнала. Подставив полученные выражения в формулу для динамического диапазона и сократив одинаковые коэффициенты, получим:

D = Prmax = k · σmax / R4min = σmax · R4max (3)
Prmin k · σmin / R4max σmin · R4min

 

Используем полученную формулу для оценки требуемого динамического диапазона приемника конкретного радиолокатора с заданными характеристиками. В качестве примера рассмотрим радиолокатор управления воздушным движением ASR-E. Длительность зондирующего сигнала этого радиолокатора составляет 45 мкс (сигнал с внутриимпульсной модуляцией для зондирования больших дальностей), что соответствует минимальной дальности действия 6,75 км. Максимальная дальность действия для этого же сигнала определена в 60 морских миль, то есть около 110 км. Приемник должен обеспечивать прием сигналов от целей с эффективной поверхностью от 0,1 м² (сверхлегкий самолет) до 100 м² (большой транспортный самолет). При таких условиях рассчитаем требуемый динамический диапазон приемника:

D = 100 m² · (110 km)4 = 7 · 107 ≈ 78,5 dB
0,1 m² · (6,75 km)4

Таким образом, требуемый динамический диапазон приемника составляет 78,5 дБ. Это означает, что приемник должен быть способен обрабатывать как наименьшие возможные эхо-сигналы, так и эхо-сигналы, превышающие их по мощности в 70 миллионов раз.

Это не представляется возможным без применения нескольких специальных схем, осуществляющих так называемое сжатие динамического диапазона. Сдедует помнить, что возникающее при этом масштабирование амплитуды принимаемых сигналов должно быть учтено при дальнейшей обработке сигналов!