В статье говорится о влиянии АЧХ-излучателя на уровень боковых лепестков ЛЧМ сигнала.
Ключевые слова: ЛЧМ-сигнал, боковые лепестки сигнала, АЧХ-излучатель
В настоящее время при разработке радиолокаторов и акустических локаторов имеется необходимость повышения их разрешения по дальности. Решить данную задачу в акустическом локаторе возможно с помощью применения широкополосных зондирующих сигналов и согласованной обработки цифровым фильтром на приемной стороне [1]. Существует несколько способов построения акустических локаторов. В настоящей работе обсуждается заимствованный из радиолокации излучения способ периодически повторяющихся акустических импульсов, заполнение которых линейно модулировано по частоте. Сжатие отраженных принимаемых импульсов происходит в согласованном фильтре.
Рис. 1: а — графическое представление сигнала; б — закон изменения частоты
В таком случае повышается разрешающая способность по дальности и чувствительность локатора.
Радиоимпульс, имеющий прямоугольную огибающую амплитуду А 0 , длительность Т и среднюю частоту f 0 и ЛЧМ заполнение имеет вид (рисунок 1):
где f — полное изменение частоты заполнения за время Т . Сигнал, проходя через идеальный согласованный фильтр без потерь, приобретает вид:
где m = ΔfТ.
Такая функция имеет уровень боковых лепестков 13 ДБ относительно основного пика при попытке разрешения отражения от двух близко расположенных целей боковые лепестки могут быть приняты за ложные отражения от дополнительных несуществующих целей. Поэтому актуальной задачей является анализ параметров АЧХ излучателя на уровень боковых лепестков.
Задачей настоящей работы является анализ влияния параметров АЧХ излучателя на уровень боковых лепестков, на разрешение по дальности. Расчет будем производить с помощью математического моделирования в программе MATLAB. В математической модели учитываются основные особенности распространения сигнала, а именно: не идеальность АЧХ излучателя, шаг дискретизации сигнала, длительность импульса излучения сигнала.
АЧХ представляет собой инерционное звено первого порядка. Оно выбиралось исходя из частоты среза выпускаемых промышленностью электродинамических излучателей. За основу был выбран достаточно высокочастотный профессиональный электродинамических громкоговоритель ВЧ Sica CD78.26/245 (16 Ohm), он имеет достаточно ровную АЧХ в используемом диапазоне и при аппроксимации получается ровная огибающая с частотой среза как у реального громкоговорителя.
Рис. 2. АЧХ динамика
При экспериментальной работе с акустическим локатором, в котором реализуется принцип сжатия сложного сигнала замечено, что на уровень боковых лепестков влияет форма АЧХ акустического излучателя [2].
Установим частотную развертку ЛЧМ сигнала от 5000 Гц до 20000 Гц и снимем зависимость уровня боковых лепестков от частоты среза звукового излучателя, результаты приведены на рисунке 3.
Рис. 3. Зависимость уровня боковых лепестков от частоты среза звукового излучателя
По графику, видно, что при уменьшении частоты среза до 17500 уровень боковых лепестков существенно не изменяется. Исходя из полученной информации в дальнейшем можно выбирать тип акустического излучателя
Частота среза динамика так же влияет на различение двух сигналов по критерию Релея.
Установим частотную развертку ЛЧМ сигнала от 5000 Гц до 20000 Гц и снимем зависимость относительной глубины провала между откликами от двух отражающих объектов от частоты среза звукового излучателя. Результаты моделирования приведем в виде графика.
Рис. 4. Зависимость относительной глубины провала между откликами от двух отражающих объектов от частоты среза звукового излучателя
В результате аппроксимации видно что два соседних импульса могут быть разрешены при частоте среда АЧХ излучателя не менее 15000 Гц.
Было проанализировано влияние параметров акустического тракта на качество обработки принимаемого сигнала в согласованном фильтре. Результаты говорят о том, что такой сигнал может быть применен на практике для повышения разрешения по дальности.
Литература:
- Васильев Е. В., Тимофеев М. И. Акустический локатор с высоким разрешением по дальности // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2015. № 53. С. 17–21.
- Васильев Е. В., Степанов А. А.. Выбор параметров широкополосных зондирующих сигналов акустической локаторов// Новые информационные технологии в научных исследованиях: материалы XХV Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов. Рязанский государственный радиотехнический университет имени В. Ф. Уткина. 2020. Том 1. С. 79–80.
