Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Частота повторения импульсов в таких дальномерах ограничена, что определяется теплофизическими особенностями процессов формирования излучаемых импульсов света. Характерным примером такой ОЛС является лазерная дальномерная установка, предназначенная для измерения расстояний до космических объектов, оборудованных уголковыми отражателями. Лазерная система такого типа, относимая к аппаратуре третьего поколения МОВ( АВ, имеет следующие технические характеристики: ° излучение ведется на волне 532 нм; 394 ° пиковая мощность 0,5 ГВт при длительности 0,2 нс; ° частота повторений 5 Гц; ° ширина диаграммы направленности передатчика 0„1 мрад; .диаметр приемной оптической системы 0,75 м. Приведенные технические характеристики совместно с удачно выбранным алгоритмом обработки принятого отраженного сигнала позволяют обеспечить погрешность единичного измерения дальности на уровне 2 см.
Дальнейшее повышение точности связано с накоплением отраженных сигналов с использованием прогнозируемой дальности до ИСЗ. Оптические локационные станции могут применяться и в качестве высотомеров, решая при этом задачу измерения дальности до установленных на земле уголковых отражателей. При проектировании одной из таких систем была заложена погрешность измерения менее ! см, что потребовало проведения измерения на двух длинах волн (532 и 355 нм), позволяющего учитывать влияние атмосферной рефракции на задержку отраженных импульсов. Длительность импульса О,! нс при частоте повторения 40 Гц.
Выходная энергия на указанных ранее длинах волн 60 и 20 мДж. Ширина диаграммы направленности передатчика О, ! мрад, а апертура приемной оптической антенны имела диаметр, равный ! 8 см. Во многих случаях используются фазовые дальномеры, принцип действия которых основан на измерении фазы гармонического колебания, модулирующего лазерное излучение. Основное уравнение фазовой дальнометрии имеет вид 0 = — дг ъ— где 0 — измеряемое расстояние; с — скорость распространения света; г'„— частота модулирующего колебания, называемая масштабной; Ф вЂ” целое число периодов масштабной частоты, соответствующее распространению излучения до объекта и обратно; д— измеряемая разность фаз.
Значения масштабной частоты находятся обычно в диапазоне !0...500 МГц. Среди многочисленных способов реализации фазовых свето- дальномеров наибольшее распространение получила схема с преобразованием частоты модуляции и измерением разности фаз на низкой разностной частоте. В этой схеме на модулятор подается гармоническое колебание частоты Г„от масштабного генератора, а на приемник гармоническое колебанием„. Приемное устройство выполняет функции приемника излучения и смесителя. Измерение фазы осуществляется в фазометрическом устройстве, на один вход которого подается выделенный приемником сигнал разностной частоты 395 (Уя(!) =(I „сов[2я(7'„— Гс)г+(~ри — ~р,) — ~рте!, (9.16) где (7 „— амплитуда сигнала на выходе приемника; д„и ~р„— начальные фазы колебаний с частотами 7,' и Г.
соответственно; ~ртс— измеряемая разность фаз. На второй вход фазометра подается сигнал с опорного смесителя, в котором смешиваются колебания масштабного генератора и генератора, формирующего частоту Г.: иве(г) =(7...с [г (,Г„- Г,)г+(р. — Р,)1. (9.17) Таким образом, на фазометр поступают сигналы в соответствии с формулами (9.16) и (9.17), имеющие фазовый сдвиг ~р,ы который измеряется аналоговым или цифровым методом.
Методы разрешения многозначности фазовых измерений (определение целого числа !У) были описаны в подразд. 7.3. В качестве иллюстрации технических решений, применяемых в фазовых светодальномерах, рассмотрим структурную схему прецизионного фазового светодальномера (рис. 9.9), используемого для юстировки антенн радиотелескопов и при решении иных задач, требующих точности измерения расстояний на уровне долей миллиметра'. В качестве источника излучения используется Не — Ь(е-лазер ()с = 0,6328 мкм, Р = 2 мВт); осуществляется модуляция по интенсивности СВЧ колебанием частотыЯ, с помощью модулятора, выполненного на основе четвертьволнового коаксиального резонатора с электрооптическим кристаллом ! !ЫЬОз.
После прохождения через коллимирующую систему, уменьшающую расходимость луча до 0,2 мрад, излучение направляется к объекту и, отразившись от него, проходит через приемный объектив диаметром 5 см и направляется через интерференционный фильтр (ИФ) на фото- приемник, в роли которого используется фотоумножитель ФЭУ-68 с фотокатодом, находящимся в поле объемного резонатора, возбуждаемого частотой Гз от СВЧ гетеродина, в результате чего в спектре выходного сигнала приемника появляется составляющая низкой частоты (7, — Я).
Фаза этого сигнала несет информацию об измеряемом расстоянии. Опорный низкочастотный сигнал образуется при смешении колебаний частоту; и /~ в СВЧ смесителе. После усиления оба низкочастотных сигнала подаются на цифровой интегрирующий фазометр. Все рабочие частоты в светодальномере формируются с помошью задающего кварцевого генератора (КГ), работающего на частоте 62,75! 77 М Гц.
Частота модуляции света); = 753,0212 МГц получается путем умножения частоты ' Аснис Л.А. Лазерная дальнометрия / !Аснис Л.А., Васильев В. П., Волконский В. Б. и др.); под ред. В. П. Васильева и Х. В. Хинрикуса. — М.: Радио и связь, ! 995. 396 Рис. 9.9. Структурная схема прецизионного фазового светодальномера кварцевого генератора на 12; тактовая частота в цифровом фазометре получается путем деления частоты КГ на 4.
Деление тактовой частоты на 3 980 дает эталонную частоту 3,9469 кГц для работы системы ФАПЧ, управляющей частотой СВЧ гетеродина. Для упрощения рис. 9.9 этот делитель не показан, а заменен выходом кварцевого генератора с соответствующим значением частоты. Сетка частот выбрана так, чтобы при температуре 0 С и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. один импульс тактовой частоты соответствовал расстоянию 0,05 мм.
Цикл получения результата измерения (время интегрирования) занимает примерно 2 с. Результат измерения высвечивается на четырехразрядном цифровом табло. Единица младшего разряда соответствует расстоянию О,! мм. 9.5. Основы радиотеплолокации Общие положения. Радиотеплолокация является частным случаем пассивной локации, в которой объектами наблюдения являются волновые поля, создаваемые тепловым излучением тел. Ча- П 2я/ г/~ Т/сг 2я/гТ/» г в который переходит закон Планка (9.1 8) П - = 2я/г|г/]ехр(lг//!!Т) — 1]сг при /«КТ//г, (9.19) Таблица 9.! сто теплолокаци ю называют радиомелгрией, а соответствующие технические устройства радиомелграми. Радиометры работают в инфракрасной, миллиметровой и сантиметровой областях электромагнитного спектра.
Достоинством пассивных РЛС является скрытность их работы, связанная с отсутствием излучения. По этой же причине энергетические характеристики, габаритные размеры и масса пассивных РЛС выгодно отличают их от РЛС, работающих в активном режиме. К недостаткам радиометрических методов следует отнести малый уровень и случайный характер принимаемых сигналов и требуемое вследствие этого большое время накопления, что лелает системы теплолокации очень инерционными и затрудняет их работу при больших скоростях взаимного перемещения станции и объекта. Сложным оказывается также и измерение координат лоцируемых объектов. В табл.
9.1 приведены характеристики сигналов, используемых в оптической локации, а также в радиометрии. Сравнение сигналов производится на основе спектральной яркости источника Вл определяемой как спектральная плотность потока излучения в единице телесного угла: В» — — дП»/дТ», где Пг — спектральная плотность потока, характеризующая распределение энергетической освещенности по спектру, Вт/(м' Гц), П,= дп/д/. Идеальным тепловым источником излучения является абсолютно черное тело (АЧТ), которое полностью поглощает падающее на него излучение во всем частотном диапазоне. АЧТ в природе не существует, но в сантиметровом и миллиметровом диапазонах по своим свойствам к АЧТ приближакпся противорадиолокационные покрытия, лес и некоторые другие объекты.
Спектральная плотность потока теплового излучения АЧТ в диапазоне частот и температур, используемых в радиотеплолокацни, определяется законом Рэлея — Джинса где Ь вЂ” постоянная Планка, Ь = 6,626 10 з4 Дж. с; Т вЂ” частота; ив постоянная Больцмана, /с = 1,38 - 1О "Дж/К; Т вЂ” абсолютная температура АЧТ; с — скорость света, Подставив в правую часть неравенства (9.!9) Т = 300 К, что соответствует комнатной температуре, убеждаемся, что законом Рэлея — Джинса (9.18) можно пользоваться вплоть до нижней границы инфракрасного диапазона (3 10п Гц).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
