Импульсный радиочастотный метод

Импульсный метод измерения дальности основывается на определении времени запаздывания характерного изменения амплитуды принимаемого радиолокационного сигнала. Антенна радиолокационной станции (РЛС) посылает мощный радиоимпульс, который отражается от цели и ею же принимается. Т.к. скорость распространения СВЧ сигнала, в виде которого распространяется радиоимпульс, много больше скорости цели, то в хорошем приближении цель можно считать неподвижной. Тогда время, за которое радиосигнал достигнет цели – равняется времени, за которое отраженный сигнал достигнет антенны РЛС – . Т.е.

РИС. 33

Таким образом сигнал испущенный антенной РЛС вернется на нее в отраженном виде через время . СВЧ сигналы распространяются с постоянной скоростью, поэтому . Мы учли, что скорость распространения СВЧ сигнала в воздухе примерно равна его скорости распространения в вакууме - . Учтем предыдущее выражение, и запишем равенство, определяющее дальность в зависимости от времени запаздывания :

Для того чтобы постоянно определять дальность, РЛС должна испускать периодическую последовательность импульсов, – работать в импульсном режиме.

Достоинства импульсного метода измерения дальности:

· возможность построения РЛС с одной антенной;

· простота индикаторного устройства;

· удобство измерения дальности нескольких целей;

· простота излучаемых импульсов, длящихся очень малое время , и принимаемых сигналов;

Недостатки:

· Необходимость использования больших импульсных мощностей передатчика;

· невозможность измерения малых дальностей

· большая мертвая зона

Фазовый метод

Фазовый метод измерения дальности основан на измерении разности фаз излученных и принятых радиосигналов.

Генератор ВЧ создает колебания, которые через передающую антенну излучаются во внешнее пространство с соответствующей фазой:

,

где - начальное значение фазы.

На приемную антенну поступает отраженный сигнал со значением фазы:

,

где - фазовый сдвиг при отражении, - фазовый сдвиг в цепях РЛС, - эта величина постоянна и ее можно подсчитать экспериментально.

Принятый сигнал усиливается и его фаза вместе с фазой первоначального сигнала, детектируемой на фазовом детекторе, поступает на измеритель выходного напряжения.

Т.е. на измеритель выходного напряжения придет сигнал с разностной фазой

Учтем, что . Тогда разность фаз запишется в виде:

Большой недостаток в том, что здесь неизвестен фазовый сдвиг отраженного сигнала, который может меняться как угодно, причем существенным способом.

Поскольку , то однозначный диапазон измерения дальности:

Т.к. используются ультракороткие волны, то однозначный диапазон измерения дальности порядка единиц метра. Поэтому на практике используют более сложные схемы, в которых присутствует две и больше частот. В таких системах вводят величину W, которая определяет фазовые сдвиги. И тогда дальность рассчитывают по формуле

Поясним принцип измерения дальности.

РИС.

Передатчик излучает в стороне цели сигнал , а приемник принимает отраженный от цели сигнал :

Разность фаз между излученным и принятым сигналами составляет:

Дальность Д до цели при этом определяется из соотношений

Здесь - фазовый сдвиг в цепях дальномера.

Фазовый сдвиг в цепях дальномера можно измерить, тогда, если измерить , то можно определить дальность до цели

.

Т.к. , то ,

где целое число полуволн, уместившееся на трассе локации. Таким образом, фазовый дальномер без специальных средств измеряет дальность с точностью до целого числа полуволн.

Методы устранения неоднозначности измерения дальности.

1) Установить такую несущую частоту, чтобы между дальностью и длиной волны излучения выполнялось соотношение:

,

тогда . Такой дальномер может измерять дальности с точностью в несколько километров.

2) Несущая частота модулируется низкой частотой,

РИС.

3) Используются две частоты модуляции и , измерения разности фаз производят на разностной частоте (частоте биений) . Эта частота выбирается таким образом, чтобы , .

Т.к. с понижением частоты точность измерения дальности снижается, то в фазовых дальномерах используют несколько масштабных частот (применяется многошкальный метод, как у часов). Аналогично, для систем, использующих биения, измерения проводятся на нескольких разностных частотах , , на которых производят все более точные измерения дальности. Фазовые системы с непрерывным излучением не обладают разрешающей способностью по дальности. Кроме того, невозможно различить излученный и отраженный сигналы (если цель неподвижна). Поэтому, в ФД для устранения неодназначностей иногда прибегают к периодической модуляции частоты, фазы, или амплитуды зондирующего сигнала.

Достоинства фазового метода измерения дальности:

· маломощное излучение, т.к. генерируются незатухающие колебания;

· точность не зависит от доплеровского сдвига частоты отражения;

· достаточно простое устройство

Недостатки:

· отсутствие разрешения по дальности

· ухудшение чувствительности приемника вследствие просачивания в приемный тракт через антенну излучения передатчика, подверженного случайным изменениям;

Частотный метод ФД.

Использование частотного метода позволяет осуществить ФД с разрешением по дальности.

Определение дальности в ФД с ЧМ осуществляется при помощи измерения изменения частоты излучаемых колебаний за время прохождения сигнала по цепи и обратно. Пусть частота излучаемых колебаний

изменяется непрерывно по линейному закону:

,

где - скорость измерения частоты,

,

тогда за время прохождения изменения частоты равно

, тогда

,

где -измеренная разность частот.

Однако, на практике линейное изменение частоты трудно реализовать, поэтому используют периодическую модуляцию частоты:

- пилообразную,

- синусоидальную.

Для примера рассмотрим работу ФД с ЧМ пилообразным сигналом.

РИС.

При условии , то ,

где - период модуляции,

- девиация частоты (изменение частоты за период).

.

Частота биений - .

РИС.

Последнее выражение не учитывает провалы при совпадении частот излучаемого и принимаемого сигнала, фактически частотомер фиксирует среднюю частоту биений

т.к. ,

Фазовые дальномеры, работающие в оптическом диапазоне

Принцип действия оптических (лазерных) дальномеров заключается в следующем:

источник излучения посылает на цель непрерывный сигнал определенной частоты (несущей или модулирующец оптисескую частоту); сигнал отражается от цели и приходит назад с изменением фазы (фаза набегает в тракте локации); по разности фаз определяют длину трассы локации с точностью до полуволны, но целое число полуволн, уложившихся на трассе неизвестна. Эта неопределенность может быть раскрыта изменением длины волны или модуляцией частоты сигнала источника.

Особенности работы оптических дальномеров определяет частотный диапазон – при длинных волнах

соответственно частота излучения

.

Такая высокая несущая частота ограничивает возможность применения фазовых методов из-за сложности создания фазовых детекторов.

Фазовые дальномеры на несущей частоте в оптическом диапазоне получили название интерферометрических измерителей расстояний. Они предназначены для особо точных измерений ΔД~0,1·10^-6м.

Дальность действия таких устройств ограничена длиной когерентности лазерного источника, а также атмосферными неоднородностями (турбулентностью). Если длина когерентности L_к≥1·10³м, то .

Поиск по сайту: