Здесь: Ъ - коэффициент, зависящий от типа радиометра; Тш - шумовая температура радиометра; Af и AF - полосы пропускания в. ч и н. ч частей приемника; ДКм - эффективное значение изменений коэффициента усиления по мощности каскадов до детектора; Км - среднее значение коэффициента усиления по мощности до детектора. В приведенном выражении определяющую роль играет член (ДКм/Км)2. Поэтому во всех типах радиометров стабилизации коэффициента усиления придается первостепенное значение.

Радиометрические приемники

Компенсационный радиометр. Функциональная схема такого радиометра (рис. 25-186) полностью повторяет схему оптимального обнаружителя. Основной частью компенсационного радиометра является высокочувствительный

Величина паразитного сигнала прямо пропорциональна изменению коэффициента усиления и полной шумовой температуре. Для исключения этого явления необходимо обеспечить чрезвычайно высокую стабильность коэффициента усиления, что является весьма сложной задачей.

Корреляционный радиометр. Выше уже отмечалось, что, поскольку приемник не располагает копией сигнала uc(t), осуществление оптимальной операции оказывается невозможным. Однако если производить прием по двум, каналам с независимыми шумами umi(t) и um2(t), то в результате будем иметь два сигнала:

ui(t) = uc(t-то) + Ш1(г); (25-186)

u2 (f) = uc(t - то) + ш2(г). (25-187)

Здесь т0=л/с- время запаздывания , т. е. время прохождения тепловым радиоизлучением расстояния г между объектом и -местом приема, с - скорость света.

биолокационный приемный

Компенсирующее устройство

Фияьтр

низкой частоты

Индикаторное устройство

Рис. 25-186. Функциональная схема компенсационного радиометра.

приемник с достаточно широкой полосой пропускания, в котором после детектора включен компенсационный каскад, представляющий собой мостовую двуплечную схему. На одно плечо этой схемы подается напряжение с выхода детектора приемника, а на другое - от источника постоянного напряжения. Сопротивление во втором плече подбирается так, чтобы свести к нулю напряжение в диагонали моста, обусловленное шумом приемника. В диагональ моста включаются регистрирующий индикатор и фильтр. Прн воздействии сигнала баланс моста нарушается, что регистрируется индикатором. .

Существенными преимуществами компенсационного радиометра являются высокая чувствительность и простота. Тем не менее радиометры такого типа не получили широкого распространения нз-за невозможности полной компенсации постоянной составляющей шумов, связанной с неста-бильностями коэффициента усиления.

Действительно, в связи с одинаковостью спектров полезного сигнала и собственного шума приемника в компенсационном радиометре не удается применить какую-либо селекцию сигнала от шума. Шум проходит на выход радиометра, как и полезный сигнал, и исключается лишь с помощью компенсации равным ему постоянным напряжением. При изменениях коэффициента усиления и коэффициента шума компенсация нарушается. Это вызывает появление на выходе радиометра паразитного сигнала, регистрируемого выходным прибором так же, как и полезный сигнал.

фильтрЖ

фильтр

Рис. 25-187. Функциональная схема корреляционного радиометра.

Одно из двух колебаний (25-186), (25-187) можно использовать в качестве копии uc(t) для проведения бперации типа (25-183)

<7= J МО uz(t)dt. (25-188)

Радиометры, построенные на принципе использования этой операции, называются корреляционными. Заметим, что из соотношения (25-188) следует, что с помощью радиотеплолокатора невозможно осуществить непосредственное измерение дальности до объекта, поскольку результат операции (25-188) не зависит от т. Это является серьезным принципиальным недостатком радиотеплолокации.

Функциональная схема корреляционного радиометра представлена на рис. 25-187. Как следует нз этой схемы, корреляционный радиометр содержит два высокочастотных фильтра / и , выходные напряжения которых после детектирования перемножаются и поступают на фильтр -нижних частот. Схе-

ма умножения и фильтр образуют коррелятор.

Прн условии, что ВЧ фильтры идентичны, а собственные шумы каналов независимы, напряжение на выходе умножающего устройства у (г) будет равно:

у (0 = (0 + с (01 [ Ш2 (*) + с (01 =

= с (0 +ис ()[ ,Ш (0 + ш2 (0 +

+ mi(0 ma(0b (25-189)

Как следует из правой части выражения (25-189), вследствие того что шумы двух каналов приемника являются некоррелированными, а напряжения сигнала в этих каналах сильно коррелированы, выходное напряжение системы будет содержать постоянную составляющую, пропорциональную квадрату напряжения сигнала, и относительно небольшую флуктуационную составляющую, соответствующую собственным шумам приемного тракта. Таким образом, в рассматриваемом методе существенно ослабляется влияние на регистрируемый сигнал изменений параметров радиометра и шумов приемного тракта, являющихся некоррелированными. Полученные составляющие интегрируются фильтром низких частот с очень узкой полосой пропускания и подаются на усилитель постоянного тока и далее - на индикаторное устройство.

Для успешной работы корреляционного радиометра необходима полная идентич-> ность обоих каналов и их совершенная развязка, что заставляет в ряде случаев применять в первом и втором каналах отдельные разнесенные антенны. В случае применения супергетеродинных приемников их гетеродины должны быть синхронизированы. (При использовании общего гетеродина его собственный шум попадает в оба приемных канала и воспринимается коррелятором как сигнал). Все это существенно усложняет конструкцию.

Существенным недостатком корреляционного радиометра является влияние неидентичности фазочастотных характеристик на отношение сигнал/шум. Флуктуации этих характеристик приводят к возникновению на выходе приемника дополнительных флуктуации, аналогичных флуктуациям, вызываемым нестабильностью коэффициента усиления. Например, при относительном. фазовом сдвиге в каналах, равном л/4, сигнал на выходе умножителя становится тож-

дественно равным нулю. Кроме того, такой радиометр обладает меньшей надежностью, чем радиометры других типов, поскольку его работоспособность нарушается при неисправности любого из каналов.

Из-за перечисленных недостатков корреляционные радиометры не получили широкого распространения в одноканальных РТЛ, предназначенных для обнаружения и измерения интенсивности радиотепловых сигналов. С другой стороны, в многоканальных РТЛ, предназначенных для точного определения координат целей, корреляционные радиометры являются незаменимыми.

Модуляционный радиометр. Широкое применение в радиотеплолокации находят радиометры модуляционного типа. В таких радиометрах применяется неоптн-мальный способ обработки сигнала u(t) = =uc(t)+um(t). Этот способ состоит в проведении операции простого усреднения и (г) на интервале наблюдения Г:

(25-190)

q = j и (t) dt.

Для проведения в приемнике операции (25-190) необходимо придать сигналу uc(t) признак, отличающий его от собственных тепловых шумов приемника.-Для этого применяется модуляция принимаемого сигнала uc(t) синусоидальным или прямоугольным напряжением низкой частоты. Следует отметить, что собственные шумы приемника такой искусственной модуляции не подвергаются.

Таким образом, в основе рассматриваемого метода приема лежит изменение спектра сигнала по какому-либо параметру (в рассматриваемом случае - по амплитуде) при сохранении неизменным спектра собственного шума приемника. Применение в дальнейшем селекции по модулируемому параметру позволяет устранить влияние изменения коэффициента шума и значительно ослабить влияние изменения коэффициента усиления.

Функциональная схема модуляционного радиометра приведена на рис. 25-188. Принимаемое антенной тепловое радиоизлучение поступает на модулятор входных сигналов, который в простейшем случае представляет собой диск, частично погруженный в прямоугольный волновод с продольной щелью, вращающийся электрическим мотором (обычно с небольшой частотой, например, 30 гц). Часть диска покрывается погло-

фильтр

Избирательный усилитель

напряжения

Рис. 25-188. Функциональная схема модуляционного радиометра

дающим слоем. При этом в течение одного полупернода волновод оказывается присоединенным к поглощающему диску, имеющему температуру окружающей среды, а в течение другого полупериода - к антенне.

/ \ .

Рис. 25-189. Эпюры напряжений в различных каскадах модуляционного радиометра.

На рис. 25-189, а изображен принимаемый антенной радиотепловой сигнал. Тот же сигнал на выходе модулятора показан на рис. 25-189,6. Смесь сигнала и внутренних шумов преобразуется в системе, затем усиливается по промежуточной частоте и детектируется. На рис. 25-189, в показаны сигнал и собственные шумы на выходе детектора. Периодическая составляющая этого сигнала отфильтровывается н усиливается узкополосным усилителем, настроенным на частоту модуляции (рис. 25-189,г). Далее

происходит демодуляция в двухтактном синхронном детекторе, опорное напряжение которого имеет частоту модуляции, а фаза согласовывается с положением диска модулятора. Как известно, коэффициент передачи такого детектора максимален для сигналов, совпадающих как по частоте, так и по фазе с опорным напряжением. Поэтому модулированный сигнал беспрепятственно проходит на выход радиометра, в то время как немодулированный собственный шум приемника резко ослабляется. Прохождение собственного шума может происходить только благодаря флуктуациям коэффициента усиления с частотами, близкими к частоте модуляции. За счет медленности этих флуктуации спектр их группируется около нулевой частоты. В связи с этим для уменьшения влияния флуктуации коэффициента усиления частота модуляции обычно выбирается не меньше нескольких десятков герц. Периодическая составляющая дает на выходе синхронного детектора (рис. 25-189, д) постоянную составляющую, а спектр шумов смещается в область частот, примыкающих к f=0. Полезный сигнал после узкополосного фильтра (рнс. 25-189, е) поступает на индикатор.

Следует отметить, что чувствительность модуляционного радиометра оказывается в принципе ниже, чем компенсационного, поскольку в данном случае обработка сигнала осуществляется иеоптимальным способом. Другой причиной снижения чувствительности является то, что в модуляционном радиометре сигнал принимается лишь в течение половины времени наблюдения. В течение другой половины на вход приемника подключен эквивалент (диск).

Тем не менее модуляционные радиометры получили в настоящее время наиболее широкое распространение в качестве приемных устройств РТЛ благодаря своей про-стоте, надежности и малой подверженности вредному влиянию нестабильностей коэффициента усиления.

Чувствительность радиометров

Важнейшей характеристикой радиометров является их чувствительность, под которой понимается значение антенной температуры, соответствующее выходному отношению сигнал/шум, равному единице. Для определения чувствительности 6Т пользуются соотношением

6Г = Ь Тш , (25-191)

где Тш - шумовая температура радиометра; Af- полоса пропускания линейной части радиометра (до квадратичного детектора); тс - постоянная времени (обычно под постоянной времени радиометров понимают величину, обратную ширине полосы пропускания AF интегрирующего фильтра, т. е. Tc = l/Af); b - коэффициент, зависящий от типа радиометра.