Методы измерения дальности. Импульсный метод определения дальности. Частотный метод измерения дальности. Фазовые методы измерения дальности, страница 3

Для пояснения физических процессов  воспользуемся векторным методом (рис. 3.7 г). Пусть опорный вектор U₀, характеризующий зондирующий сигнал, закреплен на плоскости, а ось проекций вращается с переменной круговой частотой передатчика

ω_п(t) = 2π/f_п(t)  по часовой стрелке.

Вектор U_c, соответствующий принимаемому сигналу, вращается относительно U₀ с разностной частотой, т. е. с частотой биений  F_б(t) = | f_п(t) - f_с(t) |. Направление вращения определяется знаком F_б(t). При f_с <f_п вектор U_c вращается по часовой стрелке, а при f_с>f_п — против.

В промежутке времени t₁,t₂  на рис.. 3.7а вектор U_c вращается по часовой  стрелке с постоянной скоростью. В интервале t₂,t₃ вращение вектора U_c замедляется, и в точке t₃ он останавливается, после чего начинает вращаться в обратном направлении с возрастающей скоростью. После точки t₄ скорость вращения этого вектора вновь становится постоянной и т. д.

Результирующий вектор U_р совершает качающие движения, определяемые положением вектора U_c. Длина вектора U_р характеризует амплитуду биений на входе приемника u_вх (рис. 3.7 г).

После детектирования в смесителе выделяется огибающая биений, обычно именуемая преобразованным сигналом u_{пр с} (рис. 3.7 д). Преобразованный сигнал имеет постоянную частоту F_б0, исключая участки длительностью t_з, отстоящие друг от друга на расстоянии T_м/2, внутри которых его фаза изменяется на 180°. Чтобы определить дальность, необходимо измерить F_6o. Для этого может быть использован анализатор спектра (частотный метод). В случае одиночной цели часто применяется, более простой частотомер, работающий по принципу счета числа периодов (временной метод).

ФАЗОВЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ

Фазовые методы основаны на измерении разности фаз излученных синусоидальных колебаний и принятых радиосигналов. Структурная схема простейшего фазового дальномера изображена на рис. 1. Генератор cоздает незатухающие колебания частоты ω₀, излучаемые в пространство. Фаза излученных колебаний

ψ_изл = ω₀t + ψ₁                                                  (1)

где   ψ₁   -начальное значение фазы.

Фаза принимаемого сигнала

Ψ_пр = ω₀(t - t_D) + ψ_οтρ + ψ_рлс + ψ₁            (2)     

Здесь ψ_οтρ — фазовый сдвиг, связанный с отражением радиоволны от цели;

ψ_рлс — фазовый  сдвиг в цепях РЛС, который можно считать  известным,  так как он поддается измерению и может быть учтен.

Принятые колебания сравниваются с колебаниями высокочастотного генератора; разность фаз пропорциональна дальности цели

Δψ = ψ_изл - ψ_пρ = ω₀t_D - ψ_οтρ - ψ_рлс                             (3)

или

Δψ= 4πD/λ - ψ_οтρ - ψ_рлс                                             (4)

Рассмотренный метод измерения практически использовать нельзя по  двум обстоятельствам. Во-первых, очень мал диапазон однозначного измерения и, во-вторых, в формулу (4) входит неизвестная случайная величина ψ_οтр.

Неоднозначность измерений определяется тем, что фазометрическое устройство позволяет определять фазовые сдвиги только в пределах от 0 до 2π. Допустив, что

Δψ ≤ 2π, из формулы (4) получим, что диапазон однозначного измерения дальности не превышает половины длины волны:  ∆D_одн < λ/2.

В радиолокации используются ультракороткие волны и, следовательно, диапазон однозначно измеряемой дальности не превышает единиц метров. Что касается фазового сдвига ψ_отр, образующегося при отражении высокочастотных колебаний от цели, то, поскольку он весьма сложным образом зависит от конфигурации цели, ее размеров и расположения относительно РЛС, его заранее знать нельзя и поэтому нельзя корректировать показания измерителя.

Указанные недостатки простейшего фазового дальномера устраняются при использовании более сложных схем, в которых применяется не менее двух частот. На рис. 2 изображена функциональная схема фазового дальномера с использованием низкой частоты Ω, на которой осуществляется измерение фазового сдвига, и высокой ω₀, играющей роль переносчика информации.