Методы измерения дальности. Импульсный метод определения дальности. Частотный метод измерения дальности. Фазовые методы измерения дальности, страница 4

Модулятор создает синусоидальное напряжение U_M cos(Ωt + ψ_ο), модулирующее по амплитуде колебания генератора высокой частоты:

u_ген = U₀ [ 1 + m cos(Ωt + ψ₀)] cos(ω₀ + ψ₁), где m — коэффициент модуляции.                       

Модулированные колебания излучаются в пространство. Принятые сигналы после усиления детектируются, и выделяется их огибающая, фаза которой сравнивается с фазой колебаний модулятора. Фаза огибающей принятых сигналов зависит от дальности цели

ψ = Ω(t-t₀) + ψ₀ + ψ_рлс = Ω(t – 2D/c) + ψ₀ + ψ_рлс.                   (5)

В формулу (5) не включен фазовый сдвиг огибающей колебаний при отражении ψ_отр, который пренебрежимо мал.

Фазовый сдвиг в цепях РЛС ψ_рлс, как уже отмечалось, может быть измерен и учтен при градуировке фазометрического устройства. Разность фаз низкочастотных колебаний

Δψ = 2ΩD/c

и позволяет определить дальность цели

                   D=cΔψ/(2Ω).                                        (6)

Частота Ω может быть выбрана достаточно низкой, что обеспечит большой диапазон однозначно измеряемых дальностей. Например, при Ω = 1000 рад/сек этот диапазон равен 940 км.

Достоинства:

- требуется малая мощность излучения, так как генерируются незатухающие колебания;

- точность измерения дальности практически не зависит от доплеровского сдвига частоты отраженного сигнала;

- относительно просто само измерительное устройство.

Недостатки:

- отсутствует разрешение по дальности, так как при наличии одновременно двух целей их сигналы раздельно наблюдать нельзя;     

- чувствительность приемника ухудшается вследствие просачивания излучения передатчика;

- необходимы две антенны или система развязки излучаемых и принимаемых колебаний.

Другой вариант двухчастотного фазового дальномера приведен на рис. 3. РЛС включает два генератора высокочастотных колебаний и два приемника, работающих соответственно на частотах ω₁ и ω₂. Колебания обоих генераторов подводятся к передающей антенне, а также к первому смесителю; с выхода приемников два сигнала воздействуют на второй смеситель.

Пусть напряжения генераторов:

u₁(t) = U_lcos (ω₁t + ψ₀₁)

и

u₂(t) = U₂cos (ω₂t + ψ₀₂)·

На выходе первого смесителя получим колебания первой разностной частоты

u_р1 = U_p1 cos [(ω₁ — ω₂) t + ψ₀₁ — ψ₀₂],

Если не учитывать фазовых сдвигов в цепях РЛС, то оба принятых сигнала могут быть записаны как

u_пр1 = U_пp1cos [ω₁(t – t_D) + ψ₀₁ — ψ_отр1],

u_пр2 = U_пp2cos [ω₂(t – t_D) + ψ₀₂ — ψ_отр2],

и напряжение второй разностной частоты на выходе второго смесителя

u_р2 = U_p2cos[(ω₁ — ω₂)t - (ω₁ — ω₂)t_D + (ψ₀₁ — ψ₀₂] + (ψ_отр1 - ψ_отр2)].

При условии, что излучаемые частоты мало отличаются друг от друга

|(ω₁ — ω₂)|/ω₁ ‹‹ 1, фазовые сдвиги при отражении от цели на обеих частотах можно считать одинаковыми, т. е.  ψ_отр1 ≈ ψ_отр2

Напряжения разностной частоты u_р1 и u_р2 подводятся к фазовому детектору, выходное напряжение которого будет пропорционально разности фаз колебаний:

               Δψ = ψ_ρ1— ψ_ρ2 = (ω₁ — ω₂)t_D.                            (7)

Измерение фазового сдвига Δψ позволяет определить дальность

 

                               D = c∆ψ/[2(ω₁ — ω₂)].                                           (8)    

Анализ формулы (8) показывает, что в рассмотренном дальномере может быть обеспечен большой диапазон однозначного измерения дальности [разность (ω₁ — ω₂) является малой величиной], а также исключается влияние на результат измерений фазового сдвига ψ_отр. Такому дальномеру присущи перечисленные выше достоинства и недостатки, свойственные всем РЛС с непрерывным излучением. Такой дальномер, как и другие фазовые устройства, не обладает разрешением по дальности.