Частотная модуляция (chirp signals)

Chirp сигналы есть инженерный способ решения практической проблема в эхо локации, радарах и сонарах. Рисунок 11-9 показывает частотную характеристику (частотный отклик) этого сигнала. Амплитуда - постоянная величина, фаза меняется по параболе:

РИСУНОК 11-9

Частотная характеристика chirp системы. Амплитуда постоянная, фаза меняется по параболе.

Параметр a вводит линейный наклон фазы, то есть, просто сдвигает импульсный отклик вправо или влево, как требуется. Параметр b контролирует кривизну фазы. Эти два параметра должны быть выбраны так, что бы фаза для частоты 0,5 (k = N/2) была кратной 2π. Вспомните, всякий раз, когда непосредственно манипулируют фазой, частоты 0 и 0,5 должны иметь нулевую фазу (или кратную 2π, что то же самое).

Рисунок 11-10 показывает импульс на входе chirp системы и импульсный отклик на выходе системы. Импульсный отклик есть всплеск колебаний, которые начинаются с низкой частоты и затем их частота увеличивается. Этот сигнал называется chip сигнал по очень простой причине: звук от этого сигнала подобен чириканью (chirp) птицы, если его прослушать через громкоговоритель.

РИСУНОК 11-10

Chirp система. Импульсный отклик системы есть chirp сигнал.

Ключевая характеристика chirp системы заключается в том, что она обратима. Если вы подадите chirp сигнал на antichirp систему, сигнал вновь становится импульсом. Для этого antichirp система должна иметь амплитуду равную единице и фазу противоположную chirp системы. Как обсуждалось в предыдущей главе, это означает, что импульсный отклик antichirp системы находится перебрасыванием с лева на право импульсного отклика chirp системы. Интересно, но что в этом хорошего?

Рассмотрим работу радара. Короткий всплеск радиочастотной энергии излучается из направленной энергии. Самолет или другой объект отражает часть этой энергии обратно на приемник. Поскольку радиоволны распространяются с постоянной скоростью, время между передачей и приемом сигнала соответствует расстоянию до цели. Это предъявляет первое требование к импульсу, он должен быть как можно короче. Например, 1 микросекундный импульс соответствует 300 метрам. Это означает, что разрешение по дистанции будет иметь такое же значение. Если мы хотим улучшить разрешение, мы должны использовать более короткий импульс.

Следующее требование очевидно. Если мы хотим дальше обнаруживать цель, нам необходимо больше иметь энергии в импульсе. К несчастью, больше энергии и короче импульс противоположные требования. Электрическая мощность импульса равна его энергии деленной на его длину. Требование больше энергии и короче импульс делает электрическую мощность лимитирующим фактором в системе. Она определяется мощностью передатчика, которую он может вырабатывать без собственного разрушения.

Chirp сигнал представляет способ снятия этого ограничения. Перед подачей импульса на выходной каскад передатчика, он проходит через chirp систему. Вместо посылки импульса к цели используется chirp сигнал. После приема эха от chirp сигнала, сигнал проходит через antichirp систему и вновь становится импульсом. Это позволяет той части системы, которая измеряет дистанцию, иметь дело с коротким импульсом, а передатчику – с длинным импульсом. Этот тип формы сигнала есть основная часть современных радарных систем.