Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 [54] 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

ливается равной частоте сигнала, т. е. слежение осуществляется с точностью до фазы. Структурная схема позволяет также учесть действие шумов малого уровня, которые вызывают случайные колебания фазы 6фш.

Действительно, из схемы рис. 6.31 для мгновенных значений ошибок воспроизведения по частоте и фазе можно записать:

fifво0 = в/ = тГ Sfo- Кл*;(Р) бФш, (6.5.24)

6фвос = Оф= 7/б<Р<=- 76(Рш- (6.5.25)

Здесь

IF = кя к0ку F (D) = 22я2ДЬд Ко f (D) (6.5.26)

- передаточная функция разомкнутой системы; 2А/уд= = Ашм/я - полоса удержания системы; при этом 2Д(ом = = 2я (2Д/уд) = 2л: • 2/Сд/ст.

Первые слагаемые формул (6.5.24) и (6.5.25) характеризуют динамическую ошибку, вторые - ошибку, обусловленную действием помехи. Для простейшего случая системы с однозвенным фильтром F (D) = (TD + I)-1. Из приведенных соотношений непосредственно следует, что дисперсии ошибок воспроизведения частоты и фазы а] и Оф за счет влияния помех равны

a = iJurr*F™ <6-5-27>

=JtAkb- (6.5.28)

Здесь AF3KB = кс/4 - эквивалентная энергетическая полоса системы, а кв = 2пклк0ку = 2Дсом/2 - добротность (коэффициент передачи) системы. Отсюда следует очевидный вывод: помехоустойчивость системы тем выше, чем уже полоса замкнутой системы.

Анализ системы при действии помех большого уровня намного сложнее. Основные результаты и методика исследования изложены в обстоятельной монографии [199], где приведена весьма большая библиография. Опишем в общих чертах результаты этого анализа для установившегося режима.

При действии шумовых помех большого уровня в системе наблюдаются резкие изменения разности фаз на угол 2кп (перескоки или переходы фаз). Они обусловлены периодическим характером нелинейной зависимости (6.5.15) и наблюдаются тем чаще, чем выше отношение помеха/сигнал. До тех пор, пока отношение сигнал/помеха не меньше 6 дБ, с переходами фаз можно не считаться. При увеличении уровня шума вероятность переходов увеличивается, так что между частотой сигнала и средней частотой генератора имеет место расхождение, знак которого совпадает со знаком начальной расстройки Дсон. Наконец, при дальнейшем увеличении шума синхронизм полностью нарушается - наблюдается срыв слежения. Результаты количественного анализа указанных явлений для систем с типовой структурой подытожены в работе [199].

Отметим, что наиболее важные результаты анализа нелинейных режимов фазовых систем АСЧ получены в работах советских исследователей [171 -173, 199].

3. О применении следящего приема для повышения помехоустойчивости приема ЧМ сигналов

Известно, что при приеме ЧМ сигналов на фоне помех имеют место пороговые явления, когда, начиная с некоторого отношения сигнал/помеха, наблюдается резкое ухудшение условий приема ЧМ колебаний. На выходе ЧМ приемника образуются большие шумовые выбросы и в дальнейшем быстро падает отношение сигнал/шум даже по сравнению с амплитудной модуляцией. Для синусоидальной помехи пороговые явления наступают в области отношений амплитуд сигнала и помехи, близких к единице. Анализ пороговых явлений для шумовых помех достаточно сложен. Изучению этих явлений посвящена специальная литература, обзор которой можно найти в работах [32, 77, 141]. Характерные кривые, иллюстрирующие явление порога при действии шума, приведены на рис. 6.32. Здесь по оси абсцисс отложено отношение мощностей несущей (сигнала) к среднему квадрату шума на входе приемника (в полосе УПЧ), а по оси ординат - то же отношение на выходе ЧМ приемника (шумовая мощность здесь вычисляется в определенной полосе частот, например полосе УПЧ). Кривые построены для различных индексов модуляции й. Порогу соответствует резкое уменьшение отношения (Яс/Яш)аых-



16 -


-8 0 8 (Рс1Рт)6к,дБ

Из графика видно, что чем больше девиация частоты, т. е. чем больше выигрыш в отношении сигнал/шум на выходе в надпороговой области, тем при меньших уровнях шума на входе наступают пороговые явления (высокий порог).

Не задаваясь целью анализировать явление порога, рассмотрим упрощенную физическую картину причин роста порога с увеличением индекса модуляции, согласно которой пороговые явления наступают, когда на входе ЧД начинаются достаточно часто появляться шумовые выбросы, превосходящие уровень несущей*. Такое упрощение допустимо, поскольку качественно правильно объясняет сущность явления.

• При больших индексах модуляции требуется иметь УПЧ с широкой полосой. Поэтому образование достаточного числа выбросов шума в единицу времени, сравнимых с уровнем несущей, в среднем достигается при меньшем уровне шума, чем при малых индексах модуляции, когда необходимая полоса УПЧ значительно же. Этим и объясняется более раннее наступление порога при больших р1, соответствующее большим значениям (Рс/Рш)йХ- Используя следящий прием, можно существенно снизить пороговое отношение сигнал/ шум (на 5-8 дБ) и тем самым повысить помехоустойчивость приема, осуществляемого при больших индексах модуляции. Рассмотрим физическую картину появления при этом выигрыша на примере использования для приема ЧМ колебаний частотной системы АСЧ (рис. 6.27).

Количественному рассмотрению вопросов выигрыша посвящены упомянутые выше исследования [77, 141], а так-

Рис. 6.32.

* Заметим, что такая упрощенная картина близка к той, которая принята при анализе пороговых явлений в теоретической работе [137],

же работы [69, 113]. Параметры системы АСЧ в этом случае выбираются так, чтобы изменения частоты генератора возможно меньше отличались от изменений частоты сигнала. При таком использовании системы АСЧ она должна быть возможно более быстродействующей и частота гетеродина должна возможно точнее отслеживать изменения частоты сигнала. Тогда напряжение иу будет повторять закон частотной модуляции и всю систему АСЧ можно рассматривать как своеобразный частотный детектор.

В результате того, что сигнал генератора модулирован по частоте, максимальная девиация частоты на выходе смесителя (входе УПЧ) будет существенно уменьшена, а следовательно, резко сужается полоса УПЧ. Это является причиной снижения порога, поскольку вероятность образования больших шумовых выбросов на входе ограничителя уменьшается. Предел к сужению полосы УПЧ обусловлен необходимостью воспроизведения спектра модулирующих сигналов. Из приведенных рассуждений может показаться, что чем выше быстродействие системы (чем шире ее полоса AFacq), тем сильнее снижается порог. Однако это не так, поскольку в рассуждениях не учитывалось, что с расширением полосы увеличивается шумовая составляющая отклонения частоты гетеродина, вызванная шумовым напряжением, возникающим на выходе ЧД. Эта шумовая составляющая ведет к росту частотного шума генератора, а значит шумовой составляющей ЧМ сигнала на выходе смесителя.

При некотором (достаточно большом) значении полосы указанные составляющие шума имеют преобладающее значение. Описанное явление также носит пороговый характер (так называемый порог обратной связи [69, 77]). Таким образом, с расширением полосы прямой порог снижается, а порог обратной связи возрастает. Поэтому имеется определенный оптимум полосы следящей системы, нахождению которого посвящена работа [69]. Этот оптимум лежит вблизи точки равенства обоих порогов.

В приведенных рассуждениях не рассмотрены возможности обеспечения необходимого быстродействия. В таких системах существенное значение приобретает инерционность УРЧ, выполняющего функции сглаживающего фильтра (см. об этом [77]). Для следящего приема может быть использована не только частотная, но и фазовая система АСЧ,



а также следящие фильтры. Особенности работы двух последних систем, как порогопонижающих устройств, рассмотрены в работах [32, 141].

4. Селекция по частоте в системах с автоматическим слежением за частотой

Селекция по частоте в системах АСЧ есть способность системы выделять сигналы определенной частоты при наличии мешающих сигналов близких частот. При этом должно быть оговорено соотношение амплитуд селектируемого и мешающего сигналов. Селекция по частоте осуществляется также полосовыми фильтрами. Удобство систем АСЧ состоит в возможности получить селекцию в широком диапазоне частот без заметных изменений характеристик избирательности. Аналогичные результаты могут быть достигнуты с помощью следящих фильтров [141, 32].

При использовании частотных и фазовых систем АСЧ для селекции обычные представления о ней нуждаются в некоторых уточнениях, что связано со специфическими особенностями этих систем.

Селекция с помощью частотных систем АСЧ. При слежении за частотой сигнала /с, отличающейся от номинального значения /с0 на постоянную величину Д/с, разностная частота / в астатической системе совпадает с номинальным ее значением /н. Мешающее действие помехи будет исключено, если ее частота отличается от /с на величину, превышающую ± Д/урч, где 2 А/урч - полоса пропускания усилителя разностной частоты (считается, что частотная характеристика этого усилителя имеет весьма крутые скаты).

В статической системе слежения при тех же условиях имеется расстройка Л/ = Д/с/ (1 -f- к), где к - коэффициент передачи системы, так что разностная частота / будет отличаться от /н на эту величину (рис. 6.33). При воздей-


Частотная характеристика фильтра УРЧ

ч Разностные

fin /„ //,"„ У«™

Рис. 6.33.

Рис. 6.34.

ствии синусоидальной помехи с частотой /п образуется разностная частота /рп =/п - /г (/г - частота генератора), которая может попасть в полосу УРЧ слева (/рп) или справа (/рП) от /. В первом случае отличие /п от /0 должно быть меньше, чем А/п2, во втором - меньше, чем А/п1, где А/п1 и Д/п2 - интервалы частот между / и границами частотной характеристики фильтра УРЧ. Так как Д/ш ф Д/п2 (при /0 > /00, Д/п1 < Д/п2), то при /п > /с помеха селектируется при меньшем отличии ее частоты от /с, чем при /п < /с. Однако общая полоса, в которой осуществляется селекция по-прежнему равна полосе фильтра УРЧ, т. е. величине

2 Д/урч = Д/ш + Д/п..

Селекция с помощью фазовых систем АСЧ. Селективные свойства системы, функциональная схема которой представлена на рис. 6.34, по отношению к помехе с частотой, отличной от частоты /с, определяются частотной избирательностью замкнутой системы, т. е. зависят от полосы пропускания фильтра и коэффициента передачи системы.

Процессы, происходящие в системе при действии на нее сигнала и помехи, весьма сложны. Некоторые заключения о селективных свойствах системы можно сделать из рассмотрения действия помехи на системы с типовой структурой [63, 189].

При воздействии гармонического мешающего сигнала следящий генератор оказывается модулированным по частоте; причем первая гармоника частоты модуляции равна разностной частоте

Q = (ос - со п = 2я/с - /п.

Селективные свойства системы зависят от отношения амплитуд помехи и сигнала, а также от отношения разности частот /с - /п = Л/ к полосе схватывания 2Д/СХ. При отношении (А 2Д/СХ) < 1 действие помехи резко снижается; при (Д 2 Д/сх) I> 1 эффективность действия помехи зависит от отношения амплитуд помехи и сигнала

К<7п = U тц!У morn



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 [54] 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82



0.0073