“Гидролокатор на сигналах Шермана”
Данный гидролокатор может пригодиться, если дальнейшее увеличение мощности зондирующих импульсов невозможно из-за явления кавитации. Это наблюдается когда на антенну гидролокатора с малой поверхностью пытаются подать слишком мощные импульсы (более 2 вт/см^2).
Сигналы Шермана — это импульсные последовательности, которые путём несложных преобразований в приёмном канале можно сжать в один импульс повышенной амплитуды. Таким образом, передатчик может излучать не один мощный импульс, а импульсную последовательность из нескольких менее мощных импульсов амплитудой U, и тем самым избежать кавитации. Вид сигналов Шермана и технология их сжатия приведены на рис. 1.
Рис. 1. Сигналы Шермана и их сжатие.
Существуют два вида сигналов Шермана: трёхимпульсные и четырёхимпульсные.
Передатчик излучает их последовательно на двух разных (близких) частотах f1 и f2. Импульсы длительностью Т на частоте f1 излучаются в промежутках частоты f2. Вся дальнейшая обработка производится на низкой частоте после детектирования. Обработка заключается в задержке и суммировании импульсных последовательностей. Так, если задержать трёхимпульсную последовательность на Тз = Т и Тз = 3Т, а затем суммировать, то получим максимум амплитуды 3U. Аналогично для четырёхимпульсной последовательности имеем Тз = Т; 4Т и 6Т. Амплитуда суммарного импульса составит 4U.
Однако эффективность такого сжатия импульсов не велика.
Я попытался использовать все потенциальные возможности обработки сигналов Шермана. Поэтому в 1970г. разработал способ обработки сигналов Шермана и подал заявку во ВНИИГПЭ, а в 1971г. получил авторское свидетельство за № 57052. Блок-схема устройства для обработки сигналов Шермана приведена на рис. 2.
Рис. 2. Блок-схема приёмного устройства для обработки сигналов Шермана.
Работает приёмник следующим образом.
Отражённые сигналы с частотами f1 и f2 попадают в общую антенну (А) и далее на усилитель высокой частоты (УВЧ). Затем они преобразуются в усилителях (УПЧ 1 и УПЧ 2) в промежуточные частоты с помощью гетеродина (ГЕТ), после чего детектируются и поступают на усилители низкой частоты (УНЧ 1 и УНЧ 2).
С усилителей низкой частоты сигналы поступают в блоки задержки (БЗ). Трёхимпульсный сигнал задерживается на время Т и 3Т, и проступает на сумматор (Е), на выходе которого образуется импульс с амплитудой 3U (левый канал). Четырёхимпульсный сигнал задерживается на время Т; 4Т и 6Т, и поступает на сумматор (Е), на выходе которого имеем импульс с амплитудой 4U (правый канал).
Пройдя через фильтр (Ф) сигнал с левого канала задерживается на время 2Т (задержка нужна, чтобы совпали максимумы импульсов левого и правого каналов) и поступает на усилитель низкой частоты с которого подаётся на сумматор. Сигнал с правого канала аналогично поступает на сумматор без задержки.
На выходе сумматора имеем импульс с амплитудой 7U, который подаётся на умножитель (Х) Вх 2. На другой вход (Вх 1) поступает сигнал со среднего канала.
В среднем канале 3-х и 4-х импульсные последовательности суммируются и пропускаются через RC фильтр (Ф) на выходе которого имеем плавно нарастающий сигнал длительностью 7Т и амплитудой U, ниспадающий также за время 7Т. Максимумы сигналов на умножителе (Вх 1 и Вх 2) совпадают по времени и ещё более увеличивают амплитуду выходного сигнала, повышая помехоустойчивость приёмника.
Что касается помехоустойчивости, то ориентировочно её можно подсчитать следующим образом.
Допустим, что на входах УПЧ 1 и УПЧ 2 сигнал равен шумовой помехе (гауссовский шум). На выходе 3-х импульсного канала сигнал увеличивается в 3 раза, а помеха в 3^1/2 = 1,73. На выходе 4-х импульсного канала сигнал увеличивается в 4 раза, а помеха в 4^1/2 = 2,0. Приняв U = 1,0 при сложении сигналов, с обоих каналов имеем сигнал с амплитудой 7, а помеху (1,73 + 2,0)^1/2 = 1,93.
Если в среднем канале усилить сигнал до 7U, то имеем сигнал амплитудой 7U, а помеху 7^1/2 = 2,64. После умножителя на выходе приёмника получим сигнал 49U, а помеху 2,64 х 1,93 = 5,09. Таким образом, получаем соотношение сигнал/помеха на выходе приёмника равным 49/5,09 = 9,62. Т.е. после всех преобразований сигнал примерно в 10 раз превышает помеху.
Предложенный выше гидролокатор может применяться на подводных аппаратах (СГА, НПА, АНПА, ПСД) на которых невозможно или нежелательно размещение крупных гидроакустических антенн и при этом он может при сравнительно небольшой мощности импульсов иметь вполне приличные дальности обнаружения подводных объектов. Большим плюсом является и то, что вся обработка сигналов может идти в цифровом виде.
Источник: www.cibum.ru