Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 53
Текст из файла (страница 53)
При измерении будет зафиксирована частота Гы ближайшая к частоте биений Рр, соответствующей дальности О. Таким образом, частота биений Га может измеряться с дискретностью, равной частоте модуляции Г„, что в соответствии с формулой (7.!0) определяет дискретность измерения дальности ДР = с/(4И:) Минимальная частота биений, которая может быть зафиксирована анализатором спектра, равна частоте модуляции. Следовательно, минимальная дальность, измеряемая частотным дальномером, также равна (7.!2) Если в зоне облучения частотного дальномера находится несколько объектов на разных расстояниях, то каждому из них будет соответствовать свой частотный спектр биений и для разрешения двух объектов необходимо разделять эти спектры. Поскольку при Иу» Г„ширина спектра сигнала ЧМ дальномера примерно равна девиации частоты Ил то разрешаемое Ч М системой рассто- яние ~)).м = — ' у (7. ! 3) 273 Его величина и характеризует разрешающую способность системы по дальности.
Таким образом, точность и разрешающая способность частотного дальномера, а также Р,„определяются девиацией частоты Иу излучаемого сигнала, т.е. шириной его спектра. Движение объекта приводит к появлению допплеровского смещения частоты принимаемого сигнала Е'„, которое можно использовать для определения радиальной скорости объекта в„если измерить раздельно дальностное Г, и скоростное Р„приращения частоты. Рассмотрим два возможных случая работы системы.
В первом случае Гв > г"„т.е. дальностное приращение во всем диапазоне измеряемых дальностей и скоростей превышает скоростное (рис. 7.5, а), и результирующая частота биений Рис. 7.5. Временные диаграммы частотного дальномера при движении объекта при га > Г„(а) и Ра < 7', (б) 274 Р„' = Гб + Г, = — О+ —" б„= — Р+ —" б,.
4И'~ 2./н 4И'» 2/б сТн с сТн Если не учитывать относительно кратковременные провалы частоты биений, то среднее значение измеряемой частоты будет 'пропорционально дальности Еб, = (Рб, + Гб„)/2 = Гб, а скорость б„будет пропорциональна частоте принимаемого сигнала Г, = = (Гб,— Гбн)/2, ГдЕ Гб„И Р~„— ВЫСОКая И НИЗКая ЧаСтОтЫ бИЕНИИ соответственно. Таким образом, для измерения 0 и и, необходимы два счетчика, фиксирующих дальность и скорость объекта. При превышении так называемой критической скорости в„, соответствующей условию Т,„, = Ггн картина изменяется.
При Р~ < Р„ (рис. 7,5, б) будут справедлйвы соотношения: (» б.в" »бн)/2»» (в бв»'б.н)/2»'О Для однозначного измерения дальности и скорости объекта во всем заданном диапазоне дальностей и скоростей необходимо выбрать соответствующие значения /б и Ил В дальномерах стремятся обеспечить высокую чувствительность по дальности и поэтому выбирают параметры системы таким образом, чтобы выполнялось условие Г, > Р; .
Поскольку 4И'» 22/б то необходимо обеспечить (7.1 4) Следовательно, при заданной средней частоте излучения/б для получения однозначного измерения дальности и скорости приходится увеличивать девиацию частоты И~ и частоту модуляции Т„ с тем, чтобы вывести критическую скорость б„р за пределы измеряемого диапазона. Наоборот, для получения однозначного измерения скорости выбирают Г < Г„, при этом можно получить и »„ высокую чувствительность системы по скорости Т, 2/,', /~; = — '= —. и, с Дискретность измерения частоты не единственная причина, ограничивающая точность измерения дальности частотным методом. Из формулы (7.10) следует, что погрешность в измерении частоты биений, а также отклонения величины девиации частоты и частоты модуляции вызывают соответствующие погрешности в измерении дальности.
275 При определении результирующей погрешности системы должны быть учтены и другие причины, влияющие на точность измерения. Так, ЧМ обычно сопровождается паразитной амплитудной модуляцией (АМ), которая приводит к искажению огибающей биений. При этом в спектре биений появляются паразитные составляющие, которые могут вызвать дополнительные погрешности и даже вообще нарушить работу дальномера на предельных дальностях, когда отраженный сигнал весьма мал. Для уменьшения паразитной АМ стремятся обеспечить равномерную частотную характеристику высокочастотного тракта в заданной полосе.
Решение этой задачи усложняется при увеличении отношения И~/Д,. Возникает также вопрос о влиянии нелинейности закона модуляции частоты на работу дальномера. Исследования показывают, что при измерении дальности и скорости одного объекта основные соотношения, полученные для линейной модуляции, справедливы при всех законах изменения частоты, при которых кривые изменения частоты(„' иг, имеют не более одного пересечения на каждый полупериод модуляции. Однако при измерении дальности многих объектов принципиально необходим линейный закон модуляции, выдерживаемый достаточно строго.
Линейный закон нужен и при автоматическом сопровождении одиночного объекта по дальности, которое в частотных дальномерах сводится к удержанию частоты биений в полосе пропускания узкополосного Фильтра. Автоматическое сопровождение позволяет сделать систему узкополосной и тем самым снизить влияние помех по сравнению с неперестраиваемым усилителем с полосой пропускания, охватывающей весь диапазон частот биений. Одна из распространенных схем автоматического сопровождения по дальности применяется при сравнительно медленном изменении расстояния, например в частотном высотомере при выполнении условия Гр> г",.
В обычную схему частотного дальномера вводится блок управления, изменяющий Г„или И~таким образом, чтобы частота биений поддерживалась равной частоте настройки усилителя биений Ге0 при изменении дальности () в заданном диапазоне (7. 15) При этом напряжение, пропорциональное дальности Б(г), снимается с блока управления.
В одном из них осуществляется авто- подстройка гетеродина, что имеет преимушества, поскольку система автосопровождения охватывает в этом случае лишь приемную часть системы. При использовании так называемого следящего гетеродина, частота которого изменяется таким образом, что разность|(г) — Яг) = 276 = 7,' - 7я =1„'„о остается постоянной (рис. 7.6), усиление сигнала в приемнике ЧМ дальномера переносится на промежуточную частоту /„'„,.
Это позволяет избавиться от воздействия низкочастотных помех, вызванных, например, вибрациями, которые испытывает аппаратура при размещении на движущемся объекте. Для измерения дальности и скорости одиночного объекта в этом случае можно использовать частотный дискриминатор, настроенный на 1„„,. Постоянная составляющая на выходе дискриминатора будет пропорциональна Е„, а составляющая на частоте модуляции пропорциональна гд.
Таким образом, с помощью фильтра нижних частот и фильтра, настроенного на частоту г„, можно выделить напряжения, пропорциональные и„и 0 объекта. При этом устраняется дискретность отсчета дальности и появляется возможность измерения малых дальностей, чему мешало воздействие низкочастотных помех при непосредственном усилении на низкой частоте в простейшей схеме частотного дальномера. Измерение дальности многих объектов. При наличии в зоне облучения антенны РЛС нескольких объектов„имеющих различные дальности и скорости, на вход приемника поступает целый спектр частот, составляющие которого будут определяться величинами дальностей и скоростей объектов.
Для обнаружения объектов и измерения их дальностей и скоростей необходимо произвести анализ спектра частот принимаемого сигнала. Для анализа используются анализаторы спектра как параллельного, так и последовательно~о типа. Анализатор с параллельным (одновременным) анализом имеет набор фильтров, частоты настройки которых установлены с шагом порядка полосы пропускания фильтра цГ, выбираемой в соответствии с заданной точностью и разрешающей способностью по дальности, а число фильтров п определяется диапазоном анализируемых частот биений Р'.„= ń— Р„ В случае неподвижных или медленно движущихся объектов допплеровским приращением частоты Г, можно пренебречь и счи- Рис, 7.6.
Спектр сигнала е приемнике Ч М дальномера со следящим гете- родином 277 тать, что спектр содержит только дальностн ые составляющие, Тогда диапазон анализируемых частот Е, = Г, — Г определяется зоной обзора по дальности и необходимое число фильтров п> > Йпах Йп!и д0„,„ (7.16) где А0„;, — заданное значение разрешаемого расстояния.
Имея в виду, что линии спектра биений расположены на оси частот в точках, кратных частоте модуляции г„, желательно центральные частоты настройки фильтров совместить с линиями спектра. В этом случае при полосе фильтра АР~ = Г„заданный диапазон анализа г", будет перекрыт при числе фильтров и, = Е/Г„.
Таким образом, при значительной зоне обзора по дальности и высокой разрешающей способности дальномера требуется большое число фильтров. Поэтому несмотря на достоинство параллельного анализатора, заключающееся в быстроте анализа (время анализа 7, = ! /АГь), в обзорных системах с ЧМ широко применяются последовательные анализаторы с перестраиваемыми и не перестраиваемыми фильтрами. В частотных дальномерах чаще находят применение последние.
В этом случае фильтр настроен на фиксированную частоту Р~„а заданный диапазон частот биений Р; последовательно просматривается (например, на экране ЭЛТ) за счет изменения частоты гетеродина, частоты модуляции или девиации частоты. Последние два случая основаны на использовании усло- вия А )('г~м = Рф = сопз". 0 (7.17) 278 С помощью схемы управления девиация частоты Иу или частота модуляции Р'„периодически изменяются в пределах, обеспечивающих последовательный анализ всего заданного диапазона дальностей. При цифровой реализации в анализаторе спектра используется дискретное преобразование Фурье.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
