Реферат: Фазовый и частотный методы измерения дальности
Министерство образования РоссийскойФедерацииКазанский ГосударственныйТехнический Университет им. А.Н. ТуполеваРефератПо дисциплине:
«Основы радиотехническихсистем»
На тему:
«Фазовый и частотный методыизмерения дальности»
Выполнил ст. гр.5531
М.А. Лукьянов
Проверил
Р.В. Мнекин
Казань 2002СодержаниеI.<span Times New Roman"">
Введение……………………………………………II.<span Times New Roman"">
Методы измерения дальности1.Частотный метод радиодальнометрии…………
Сущность метода………………………………..
Реализация частотного методадальнометрии...
2. Фазовые методы дальнометрии………………..
Общие сведения………………………………...
Фазовый радиодальномер с модуляцией
несущей………………………………………...
Двухчастотные фазовыедальномеры…………
III. Список использованной литературы……………..
ВведениеРадиолокацией называетсясовокупность методов и технических средств, предназначенных для обнаруженияразличных объектов в пространстве, измерения их координат и параметров движенияпосредством приема и анализа электромагнитных волн, излучаемых илипереизлучаемых объектами.
Радиолокация как научно-техническое направление в радиотехникезародилось 30-х годах. Достижения авиационной техники обусловили необходимостьразработки новых средств обнаружения самолетов, обладающих высокимихарактеристиками (дальностью, точностью). Такими средствами оказалисьрадиолокационные системы.
Выдающийсявклад в развитие радиолокации внесли русские ученые и инженеры П.К. Ощепков,М.М. Лобанов, Ю.К. Коровин, Б.К. Шембель. В советском союзе первые успешныеэксперименты обнаружения самолетов с помощью радиолокационных устройств былипроведены еще в 1934/36 гг. В 1939 г. на вооружение войск ПВО поступили первыесерийные отечественные радиолокаторы. Существенным шагом в развитиирадиолокации было создание в 1940/41 гг. под руководством Ю.Б. Кобзареваимпульсного радиолокатора. В настоящее время радиолокация одна из наиболеепрогрессирующих областей радиотехники.
Получение информации в радиолокации сопряженос наблюдением некоторой области пространства. Технические средства, с помощьюкоторых ведется радиолокационноенаблюдение, называются радиолокационными станциями (РЛС), а наблюдаемые объекты– радиолокационными целями. Типичными целями являются самолеты, ракеты,корабли, наземные инженерные сооружения.
Врадиолокации наиболее часто измеряется дальность между целью и РЛС. Существуютимпульсный, частотный и фазовый методы измерения дальности. Целью данной работыявляется описание частотного и фазового методов.
Данный документ содержит 7рисунков. При написании реферата было использовано 4 источника литературы иресурсы сети Internet.
Методы измерения дальности.
1.<span Times New Roman"">
Частотный метод радиодальнометрии.Сущность метода. Для этого метода характерно,что зондирующее излучение непрерывное и модулировано по частоте. Модуляцияпозволяет различать прямой и отраженный сигналы по разности их частот и темсамым не только обнаружить цель, но и измерить ее дальность.
Частоту передатчика fпрд, естественно, нельзянеограниченно увеличивать или уменьшать. Ее изменяют по пилообразному илипилообразному (Рис.1) закону с частотой модуляции Fм=1/Тм. Девиацию, т.е.максимальное отклонение частоты, обозначим
Δfm=fmax-fmin.
Частота отраженного сигнала fотрповторяет частоту излученного сигнала fпрдс запаздываниемtд=2Д/с. Отсюда в один и тотже момент времени tразность частот прямого (fпрд) и отраженного (fотр)сигналов, т.е. частота биений
Fб=|νм|tд=2|νм|Д/с , (1)
где |νм| — скорость изменениячастоты.
В один полупериод модуляции Тм/2 частотапередатчика fпрд возрастает и скорость νм>0, а в другойполупериод – наоборот; вместе с тем частота Fд физически не может бытьотрицательной величиной. Поэтому в формулу (1) введено абсолютное значениескорости
модуляции |νм|. При пилообразном законеэта скорость постоянная и равна частному от деления частоты Δfmна ее продолжительность Тм/2. Тогда формулу (1)можно представить в виде
Fб=2|νм|Д/с=4ΔfmД/сТм=4ΔfmFмД/с (2)
Величины Δfm,Fм и с – постоянные, а это значит, что вЧМ дальномере измерение текущей дальностицели Д сводится к измерению разности частот Fбпрямого и отраженного сигналов, причем Д и Fбсвязаны между собой прямо пропорциональной зависимостью. Отсюда происходитдругое название величины Fб – частоты дальности.Линейный закон изменения частоты Fб нарушается научастках протяженностью tд, в середине которых этаразностная частота проходит через нулевое значение. Однако, если максимальноезапаздывание сигнала, которое фиксируется данной РЛС, значительно меньшепериода модуляции
Временные диаграммы иллюстрирующие частотный метод измерениядальности
<img src="/cache/referats/13335/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1645 _x0000_s1646 _x0000_s1647 _x0000_s1648 _x0000_s1649 _x0000_s1650 _x0000_s1651 _x0000_s1652 _x0000_s1653 _x0000_s1654 _x0000_s1655 _x0000_s1656 _x0000_s1657 _x0000_s1658 _x0000_s1659 _x0000_s1660 _x0000_s1661 _x0000_s1662 _x0000_s1663 _x0000_s1664 _x0000_s1665 _x0000_s1666 _x0000_s1667 _x0000_s1668 _x0000_s1669 _x0000_s1670 _x0000_s1671 _x0000_s1672 _x0000_s1673 _x0000_s1674 _x0000_s1675 _x0000_s1676 _x0000_s1677 _x0000_s1678 _x0000_s1679 _x0000_s1680 _x0000_s1681 _x0000_s1682 _x0000_s1683 _x0000_s1684 _x0000_s1707 _x0000_s1708 _x0000_s1709 _x0000_s1710"> <img src="/cache/referats/13335/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1685 _x0000_s1686 _x0000_s1687 _x0000_s1688 _x0000_s1689 _x0000_s1690 _x0000_s1691 _x0000_s1692 _x0000_s1693 _x0000_s1694 _x0000_s1695 _x0000_s1696 _x0000_s1697 _x0000_s1698 _x0000_s1699 _x0000_s1700 _x0000_s1701 _x0000_s1702 _x0000_s1703 _x0000_s1704 _x0000_s1705 _x0000_s1706">
Рис.1
(tд max<< Тм), то нарушениемлинейности можно пренебречь и считать формулу (2) справедливой для любогозакона частотной модуляции. Соотношение tд max<< Тм является такжеусловием однозначного отсчета дальности.
Реализациячастотного метода дальнометрии.По способу обработки сигналов неследящие частотныеизмерители делятся на корреляционные, с фильтровой обработкой и с корреляционно-фильтровой.Третий вариант, наиболее простой в осуществлении, представлен функциональнойсхемой дальномера (Рис.2) и временными диаграммами (Рис.3).
Передающееустройство состоит из генератора высокой частоты, модулятора, изменяющегочастоту генерируемых колебаний по пилообразному или синусоидальному закону, ипередающей антенны А1. Первым каскадом приемника является смеситель, с которогоначинается Корреляционно-фильтровая обработка: в смесителе перемножаютсяотраженный сигнал uотр(t), который подводится отприемной антенны А2, с опорным сигналом uпр(t), который подводится покороткому кабелю от передатчика; накопление энергии происходит в RC-фильтрахнижних частот, следующих за перемножителем. Как во всяком смесителе,перемножение происходит в нелинейном элементе и в результате образуютсясоставляющие суммарной и разностной частот отраженного и опорного (прямого)сигналов. Сигнал с частотой биений пропускается к усилителю низкой частоты, асоставляющие суммарных частот подавляются фильтрами нижних частот смесителя.
Какпоказывает временная диаграмма напряжения биений uб (Рис.3), когда частота егоFб отклоняется от своего основного значения, синусоидальность этогонапряжения нарушается. Двухсторонний ограничитель амплитуды, следящий заусилителем низкой частоты, преобразует полученное несинусоидальное напряжение спериодом Тм в прямоугольные колебания uогр. Так называемый счетчикнулей определяет частоту биений Fб по числу переходов черезнуль, которые совершают положительные перепады этих колебаний за периодмодуляции Тм. Переходы отмечены точками на временной диаграмме. Если число их Nmумножить на частоту модуляции Fм, то получится частотадальности, которую фиксирует индикатор
Fб= NmFм (3)
<span Times New Roman""> Если счетчик аналоговый (Рис.3), товыходное напряжение uсч постоянное, а если счетчик цифровой,то работа его сводится к подсчету эталонных импульсов, пропорциональных, как инапряжение uсч, частоте дальности. Очевидно, что индикаторпри таком счетчике должен показывать дальность цели в цифровой форме.В связи с тем, что счетчикиподсчитывают число полных биений, показания частотного дальномера изменяютсяскачками. Наименьшая Функциональная схема частотного радиодальномера скорреляционно-фильтровой обработкой сигналов
Амплитуд-ный ограничи-тель
Индикатор
Счетчик
нулей
Частотный
модулятор
Генератор
высокой
частоты
Смеситель
Усилитель
напряжения биений
А1
А2
<img src="/cache/referats/13335/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1711 _x0000_s1712 _x0000_s1713 _x0000_s1717 _x0000_s1718 _x0000_s1719 _x0000_s1720 _x0000_s1721 _x0000_s1724 _x0000_s1725 _x0000_s1726 _x0000_s1727 _x0000_s1728 _x0000_s1729 _x0000_s1730 _x0000_s1731 _x0000_s1732 _x0000_s1733 _x0000_s1734 _x0000_s1735 _x0000_s1736 _x0000_s1737"> <img src="/cache/referats/13335/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1714 _x0000_s1715 _x0000_s1716 _x0000_s1722 _x0000_s1723">Рис.2
Временные диаграммычастоты биений и напряжений в измерителе частотного радиодальномера скорреляционно-фильтровой обработкой сигналов
<img src="/cache/referats/13335/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1738 _x0000_s1739 _x0000_s1740 _x0000_s1741 _x0000_s1742 _x0000_s1743 _x0000_s1744 _x0000_s1745 _x0000_s1746 _x0000_s1747 _x0000_s1748 _x0000_s1749 _x0000_s1750 _x0000_s1751 _x0000_s1752 _x0000_s1753 _x0000_s1754 _x0000_s1755 _x0000_s1843 _x0000_s1844 _x0000_s1845"> <img src="/cache/referats/13335/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1756 _x0000_s1757 _x0000_s1758 _x0000_s1759 _x0000_s1760 _x0000_s1761 _x0000_s1762 _x0000_s1763 _x0000_s1764 _x0000_s1765 _x0000_s1766 _x0000_s1767 _x0000_s1768 _x0000_s1769 _x0000_s1770 _x0000_s1771 _x0000_s1772 _x0000_s1773 _x0000_s1774 _x0000_s1775 _x0000_s1776 _x0000_s1777 _x0000_s1778 _x0000_s1779 _x0000_s1780 _x0000_s1781 _x0000_s1782 _x0000_s1783 _x0000_s1784 _x0000_s1785 _x0000_s1786 _x0000_s1787 _x0000_s1788 _x0000_s1789 _x0000_s1790 _x0000_s1791 _x0000_s1792 _x0000_s1793 _x0000_s1794 _x0000_s1795 _x0000_s1796 _x0000_s1797 _x0000_s1798 _x0000_s1799 _x0000_s1800 _x0000_s1801 _x0000_s1802 _x0000_s1803 _x0000_s1804 _x0000_s1805 _x0000_s1806 _x0000_s1807 _x0000_s1808 _x0000_s1809 _x0000_s1810 _x0000_s1811 _x0000_s1812 _x0000_s1813 _x0000_s1814 _x0000_s1815 _x0000_s1816 _x0000_s1817 _x0000_s1818 _x0000_s1819 _x0000_s1820 _x0000_s1821 _x0000_s1822 _x0000_s1823 _x0000_s1824 _x0000_s1825 _x0000_s1826 _x0000_s1827 _x0000_s1828 _x0000_s1829 _x0000_s1830 _x0000_s1831 _x0000_s1832 _x0000_s1833 _x0000_s1834 _x0000_s1835 _x0000_s1836 _x0000_s1837 _x0000_s1838 _x0000_s1839"> <img src="/cache/referats/13335/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1840 _x0000_s1841">
<img src="/cache/referats/13335/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1842">
Рис.3
дальность Дmin, которую способен измеритьдальномер, соответствует одному полному биению за период модуляции (Nm=1).Согласно (3) это означает, что Fб=Fм, а из(2) следует, что Fм=4ΔfmFмДmin/с. Отсюда находимминимальную дальность, измеряемую частотным дальномером:
Дmin=с/4Δfm (4)
Следующие показания дальномера будут соответствовать уже двум (Nm=2;Fб=2Fм), трем (Fб=3Fм) и т.д. полным биениям за один период модуляции. Значит,имеется ошибка дискретности измерения дальности, равная скачкуΔД=с/4Δfm (5)
При измерении дальностинескольких целей измеритель должен содержать спектроанализатор, рассчитанный напоследовательный или параллельный анализ частот биений.
Последовательный анализпроизводится плавным изменением частоты гетеродина приемника или оптимальногофильтра, следующего за смесителем. Это требует больших затрат времени и связанос неполным использованием энергии отраженного сигнала во время перестройки.
Многоканальный параллельный спектроанализатор (Рис.4) состоит изузкополосных фильтров Ф1, Ф2, Ф3,…, детекторов Д1, Д2, Д3, Д4, …. и неоновыхлампочек ЛН1, ЛН2, ЛН3, ЛН4, ….. Полосы пропускания фильтров примыкают друг к другуи охватывают весь диапазон измеряемых частот дальности. По номерам загорающихсялампочек можно судить о том, к какому участку (каналу) дальности относитсякаждая наблюдаемая цель.
Ясно,что чем уже полоса пропускания фильтра ΔFф, тем выше разрешающаяспособность по дальности и тем меньше возможные расхождения между истиной иуказываемой индикатором дальностью цели. Этому же способствует увеличениечастоты модуляции и девиации частоты.
Сказанное подтверждается формуламисреднеквадратической ошибки σд и потенциальной разрешающей способностиΔДminп частотного дальномера:
<img src="/cache/referats/13335/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> (6)
<img src="/cache/referats/13335/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> (7)
Функциональная схема многоканального параллельногоспектроанализатора
Ф1
Ф2
Ф3
Фn
Д1
Дn
Д2
Д3
<img src="/cache/referats/13335/image013.gif" v:shapes="_x0000_s1846 _x0000_s1847 _x0000_s1848 _x0000_s1849 _x0000_s1850 _x0000_s1851 _x0000_s1852 _x0000_s1853 _x0000_s1854 _x0000_s1855 _x0000_s1856 _x0000_s1857 _x0000_s1858 _x0000_s1859 _x0000_s1860 _x0000_s1861 _x0000_s1862 _x0000_s1863 _x0000_s1864 _x0000_s1865 _x0000_s1866 _x0000_s1867 _x0000_s1868 _x0000_s1869 _x0000_s1870 _x0000_s1871 _x0000_s1872 _x0000_s1873 _x0000_s1874 _x0000_s1875 _x0000_s1876 _x0000_s1877 _x0000_s1878 _x0000_s1879 _x0000_s1880 _x0000_s1881 _x0000_s1882 _x0000_s1883 _x0000_s1884 _x0000_s1885 _x0000_s1886 _x0000_s1887 _x0000_s1888 _x0000_s1889 _x0000_s1890 _x0000_s1891 _x0000_s1892 _x0000_s1893 _x0000_s1894">Рис.4
2.Фазовые методыдальнометрии.
Общие сведения.Измерение дальности фазовыми методамизаключается в измерении приращения фазы гармонического колебания масштабнойчастоты за время запаздывания отраженного сигнала:
Δφ=Ωмtд=2πFм·Д/с=4πД/λм (8)
<span Times New Roman""> Частота Fм и длина волны λм=с/Fм называются масштабнымипотому, что от них зависит масштаб шкалы дальности, т.е. коэффициентпропорциональности между измеряемым фазовым сдвигом Δφ и дальностьюцели Д.Через фазовые интервалы Δφ=2πгармоническое колебание, а с ним и показания фазометра повторяются. Отсюдасогласно формуле (8) максимальный предел однозначно измеряемой дальности
Додн=λм/2 (9)
Наиболее простым по устройству был бы фазовый радиодальномер сизлучением колебаний только одной – несущей частоты fо. Но тогда масштабнаячастота Fм=fо и длина волныλм=λо=с/fо, а так как РЛС обычно работают на УКВ, то этоограничило бы однозначно измеряемую дальность несколькими метрами (Додн=λм/2).
Вместес тем масштабная частота влияет на точность определения дальности.Действительно, из формулы (9) дальность Д=сΔφ/4πFм=λмΔφ/4π,и если фазометр измеряет Δφ со среднеквадратической ошибкойσΔφ, то дальность определяется со среднеквадратической ошибкой
σд=сσΔφ/4πFм=λмσΔφ/4π (10)
Шумыпрепятствуют точному определению фазового сдвига и увеличением отношениясигнал/шум qо ошибка σΔφп уменьшается:σΔφп=1/<img src="/cache/referats/13335/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1027">
σдп=сσΔφп/4πFм=с/4πFм<img src="/cache/referats/13335/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1028"><img src="/cache/referats/13335/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> (11)
Как видно, всем фазовымдальномерам присуще противоречие: увеличение масштабной частоты способствуетповышению точности измерений, но уменьшает предел однозначно измеряемойдальности. Рассмотрим, как разрешается это противоречие в двух применяемых напрактике фазовых методах.
Фазовый радиодальномер с модуляцией несущей. Передающая антенна излучаетрадиоволны несущей частоты fо, модулированные по амплитудегармоническими колебаниями низкой частоты F, а сравнение фазизлучаемого и отраженного сигналов производится на частоте огибающей Fм этихсигналов. Пропорционально уменьшению масштабной частоты от fо до Fм=F(увеличению масштабной длины волны λм=с/F) возрастает однозначноизмеряемая дальность Додн. Например, при частоте модуляции F=300 Гцдлина волны λм=3·10<img src="/cache/referats/13335/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1030"><img src="/cache/referats/13335/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1031"><img src="/cache/referats/13335/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1032"><img src="/cache/referats/13335/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1033">
Впередатчике дальномера (Рис.5,6) колебания генератора высокой частотымодулируются по амплитуде колебаниями генератора масштабной частоты. Отраженныеот цели АМ колебания усиливаются и демодулируются амплитудным детектором.Следовательно, выходное напряжение приемника uпрм имеет частоту, равнуюмасштабной Ωм=2πFм, но отличается по фазе отнапряжения uм на Ωмtд. Этот фазовый сдвигизмеряется фазометром.
Нафункциональной схеме показан неследящий измеритель фазы с дискретным счетомдальности. Измерение сводится к счету числа эталонных импульсов Nэт,генерируемых за время запаздывания сигнала tд. Очевидно, что период следования этих импульсов Тэт должен бытьстрого стабильным и существенно меньше запаздывания сигнала tд дажепри минимальной дальности цели.
Сравниваемые по фазе синусоидальныенапряжения uм и uпрм преобразуютсяамплитудными ограничителями в прямоугольные колебания uом и uопрм,которые затем перемножаются, чтобы получить колебания отрицательной полярностив течение времени tд и положительной полярности в остальную частьполупериода модуляции. Каскад совпадения имеет два входа: на один от генератораотрицательных эталонных импульсов поступают колебания uэт, а на другой отперемножителя-колебания uом и uопрм.Так как те и другие совпадают по знаку только в интервалы времени tд, тоэталонные импульсы uэт проходят к счетчику пачками Nэт=tд/Tэт ицифровой счетчик указывает дальность цели пропорционально числу Nэт:
Д=ctд/2=сNэтТэт/2=сNэт/2Fэт. (12)
Ошибка дискретностиизмерителя соответствует периоду эталонных импульсов:
ΔДдкр=<img src="/cache/referats/13335/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1034"><img src="/cache/referats/13335/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1035">Fэт (13)
Увеличение частоты Fэт уменьшает ошибку ΔДдкр, но усложняет реализацию счетаимпульсов. При Fэт=10<img src="/cache/referats/13335/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> Гц имеем ΔДдкр=<img src="/cache/referats/13335/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1037"><img src="/cache/referats/13335/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1038"><img src="/cache/referats/13335/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1039"><img src="/cache/referats/13335/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1040">
Функциональная схема фазового дальномера смодуляцией несущейПередатчик
<img src="/cache/referats/13335/image029.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1935">Генератор
Масштабной
частоты
Модулятор
Генератор
Высокой
частоты
Ограничитель
Ограничитель
Приемник с амплитудным
детектором
Каскад
совпадения
Генератор
Эталонных
импульсов
Счетчик
Фазометр
<img src="/cache/referats/13335/image030.gif" v:shapes="_x0000_s1895 _x0000_s1896 _x0000_s1897 _x0000_s1898 _x0000_s1899 _x0000_s1900 _x0000_s1901 _x0000_s1902 _x0000_s1903 _x0000_s1904 _x0000_s1905 _x0000_s1906 _x0000_s1907 _x0000_s1908 _x0000_s1909 _x0000_s1910 _x0000_s1911 _x0000_s1912 _x0000_s1913 _x0000_s1914 _x0000_s1915 _x0000_s1916 _x0000_s1917 _x0000_s1918 _x0000_s1919 _x0000_s1920 _x0000_s1921 _x0000_s1922 _x0000_s1923 _x0000_s1924 _x0000_s1925 _x0000_s1926 _x0000_s1927 _x0000_s1928 _x0000_s1929 _x0000_s1930 _x0000_s1931 _x0000_s1932 _x0000_s1933 _x0000_s1934">Рис.5
Временные диаграммы напряжений фазового дальномера
с модуляцией несущей
<img src="/cache/referats/13335/image031.gif" v:shapes="_x0000_s1936 _x0000_s1937 _x0000_s1938 _x0000_s1939 _x0000_s1940 _x0000_s1941 _x0000_s1942 _x0000_s1943 _x0000_s1944 _x0000_s1945 _x0000_s1946 _x0000_s1947 _x0000_s1948 _x0000_s1949 _x0000_s1950 _x0000_s1951 _x0000_s1952 _x0000_s1953 _x0000_s1954 _x0000_s1955 _x0000_s1956 _x0000_s1957 _x0000_s1958 _x0000_s1959 _x0000_s1960 _x0000_s1961 _x0000_s1962 _x0000_s1963 _x0000_s1964 _x0000_s1965 _x0000_s1966 _x0000_s1967 _x0000_s1968 _x0000_s1969 _x0000_s1970 _x0000_s1971 _x0000_s1972 _x0000_s1973 _x0000_s1974 _x0000_s1975 _x0000_s1976 _x0000_s1977 _x0000_s1978 _x0000_s1979 _x0000_s1980 _x0000_s1981 _x0000_s1982 _x0000_s1983 _x0000_s1984 _x0000_s1985 _x0000_s1986 _x0000_s1987 _x0000_s1988 _x0000_s1989 _x0000_s1990 _x0000_s1991 _x0000_s1992 _x0000_s1993 _x0000_s1994 _x0000_s1995 _x0000_s1996 _x0000_s1997 _x0000_s1998 _x0000_s1999 _x0000_s2000 _x0000_s2001 _x0000_s2002 _x0000_s2003 _x0000_s2004 _x0000_s2005 _x0000_s2006 _x0000_s2007 _x0000_s2008 _x0000_s2009 _x0000_s2010 _x0000_s2011 _x0000_s2012 _x0000_s2013 _x0000_s2014 _x0000_s2015 _x0000_s2016 _x0000_s2017 _x0000_s2018 _x0000_s2019 _x0000_s2020 _x0000_s2021 _x0000_s2022 _x0000_s2023 _x0000_s2024 _x0000_s2025 _x0000_s2026 _x0000_s2027 _x0000_s2028 _x0000_s2029 _x0000_s2030 _x0000_s2031 _x0000_s2032 _x0000_s2033 _x0000_s2034 _x0000_s2035 _x0000_s2036 _x0000_s2037 _x0000_s2038 _x0000_s2039 _x0000_s2040 _x0000_s2041 _x0000_s2042 _x0000_s2043 _x0000_s2044 _x0000_s2045 _x0000_s2046 _x0000_s2047 _x0000_s2048 _x0000_s2049 _x0000_s2050 _x0000_s2051 _x0000_s2052 _x0000_s2053 _x0000_s2054 _x0000_s2055 _x0000_s2056 _x0000_s2057 _x0000_s2058 _x0000_s2059 _x0000_s2060 _x0000_s2061 _x0000_s2062 _x0000_s2063 _x0000_s2064 _x0000_s2065 _x0000_s2066 _x0000_s2067 _x0000_s2068 _x0000_s2069 _x0000_s2070 _x0000_s2071 _x0000_s2072 _x0000_s2073 _x0000_s2074 _x0000_s2075 _x0000_s2076 _x0000_s2077 _x0000_s2078">
<span Times New Roman"">Рис.6
Противоречие в выборемасштабной частоты разрешают применение многошкального отсчета: подобноизмерению времени с помощью часовой, минутной и секундной стрелок часов, дальностьопределяют одновременно
или последовательно с помощью грубой шкалы,соответствующей самой
низкой модулирующей частоте Fм1, и более точной шкалы,соответствующей масштабной частоте Fм2, которая кратна Fм1, иесли требуется – по еще более точным шкалам, проградуированным для болеевысоких масштабных частот Fм= Fм3, Fм4, ….
Частоту Fм1 выбирают исходя иззаданной максимально измеряемой дальности, а самую большую масштабную частоту –согласно требуемой точности измерений. При этом число шкал должно быть таким,чтобы при пересчете данной ошибки на ближайшую точную шкалу максимальнаяфазовая ошибка шкалы не превысила 2π.
Двухчастотные фазовые дальномеры. В этих дальномерахмасштабная частота образуется в результате биений синусоидальных колебаний двухнесущих частот f1,f2, которые генерируются сначальными фазами ψ01,ψ02 в передатчике (Рис.7). Колебания следуютчерез сумматор в передающую антенну и, кроме того, в смеситель I– вкачестве опорных сигналов. На выходе этого смесителя получаются колебания разностнойчастоты Δf=f1-f2 cфазой
ψ1=(2πf1-2πf2)t+(ψ01-ψ02)=2πΔft+(ψ01-ψ02) (14)
Отраженные от цели сигналыулавливаются приемной антенной, разветвляются по частотам f1,f2, проходят черезусилители-ограничители и преобразуются смесителем II в колебания разностной частоты f1-f2.Частоты f1,f2 выбираются близкими другдругу и для них фазовые сдвиги, обусловленные отражением волн от цели изадержкой в РЛС, можно считать одинаковыми. На выходе смесителя II эти сдвиги полностьювычитаются и с учетом времени запаздывания сигнала tд=2Д/с фазовый угол выходногонапряжения
ψ11=(2πf1-2πf2)(t-2Д/c)+(ψ01-ψ02)=πΔf(t-2Д/c)+(ψ01-ψ02) (15)
Фазометр измеряет разность фазψ1,ψ11, выраженных формулами (14),(15), и определяет дальность целисогласно выражению
Δψ=ψ1-ψ11=2πΔf(t-t+2Д/c)+(ψ01-ψ02)-(ψ01-ψ02)=4πΔfД/c=4πД/Δλ (16)
Легко заметить, что фазометр двухчастотногодальномера не реагирует на сдвиг по фазе, вызванный отражением волн от цели, ипозволяет получить требуемый диапазон однозначного измерения дальности за счетмалой разности длин волн Δλ=c/Δf, которая играет роль масштабнойдлины волны: λм=Δλ. Соответственно масштабная частотаFм=Δf.
Функциональная схема двухчастотного фазового радиодальномераФазометр
Смеситель I
Смеситель II
Усилитель-
ограничитель
Разветвитель
Усилитель-
ограничитель
Передатчик
Сумматор
Передатчик
<img src="/cache/referats/13335/image032.gif" v:shapes="_x0000_s2079 _x0000_s2080 _x0000_s2081 _x0000_s2082 _x0000_s2083 _x0000_s2084 _x0000_s2085 _x0000_s2086 _x0000_s2087 _x0000_s2088 _x0000_s2089 _x0000_s2090 _x0000_s2091 _x0000_s2092 _x0000_s2093 _x0000_s2094 _x0000_s2095 _x0000_s2096 _x0000_s2097 _x0000_s2098 _x0000_s2099 _x0000_s2100 _x0000_s2101 _x0000_s2102 _x0000_s2103 _x0000_s2104 _x0000_s2105 _x0000_s2106 _x0000_s2107 _x0000_s2108 _x0000_s2109 _x0000_s2110 _x0000_s2111 _x0000_s2112 _x0000_s2113 _x0000_s2114 _x0000_s2115">Рис.7
Подбором величины Δf добиваютсяоднозначных измерений в заданном диапазоне дальности, а многошкальным отсчетомобеспечивают необходимую точность. Высокая стабильность и кратность частот Fмэтих шкал достигается тем, что сначала получают различные пары частот f1 и f2 умножением и смешением колебанийпервичного кварцевого генератора, а затем образуют требуемые масштабные частотыFм как биения частот f1,f2.
Осуществление фазового радиодальномера набиениях усложняется тем, что невозможно разделить непрерывные прямой и ответныйсигналы одинаковой частоты. По этой причине метод биений применяется только всистемах с активным ответом, где ответный сигнал излучается на частоте, отличнойот частоты запросного сигнала.
Спи