Радиолокационные измерители дальности и скорости by Саблин В. Н. (z-lib.org) (852905), страница 25
Текст из файла (страница 25)
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОНОМНЫХРАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙДАЛЬНОСТИ И РАДИАЛЬНОЙ СКОРОСТИ3.1. ПРИНЦИПЫПОСТРОЕНИЯАВТОНОМНЫХРАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙДАЛЬНОСТИИСКОРОСТИ3.1.1.П ринципы изм ерения дальности и ради альн ой скоростиВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЯХИзмерение дальности радиотехническими методами основанона постоянстве скорости Со»3108 м /с и прямолинейности распространения радиоволн. Процедура измерения дальности Д сводитсяк фиксации моментов излучения зондирующего сигнала и приемаотраженного сигнала и измерению временного интервала (задержки) т 3 = 2Д / с 0 между этими моментами. Наиболее просто«фиксация временных моментов» осуществляется при использовании импульсного сигнала, поэтому такие сигналы получили наибольшее распространение в бортовых радиолокационных измерителях дальности (дальномерах).Излучаемый радиоимпульс описывается соотношением8иМ = U A M c o s f o o t + <ри) ,где UH- амплитуда импульса; со0 - несущая частота; фи - начальная фаза; f H(t) - функция, определяющая форму импульса длительностью ти.Сигнал, отраженный от неподвижной цели и поступающий навход приемника, имеет существенно меньшую амплитуду XJ0, чтообусловлено затуханием в канале распространения и ослаблениемпри отражении, временной сдвиг т 3 = 2 Д / с 0 и сдвиг фазы ф,вызванный неоднородностями в канале распространения и изменением фазы при отражении от цели.
Поэтому принятый сигналзаписывается в видеф ) = U A (t - T3)cos((00(t - т3) + ф).Из приведенного выражения видно, что информацию о задержкесигнала можно извлекать из огибающей и фазы сигнала. Принципы построения таких систем известны [67]. Однако в радиолокационных системах этот подход не получил до настоящего временисущественного развития.
Поэтому в дальнейшем будем рассматривать радиолокационные измерители, в которых информация овременной задержке извлекается только из запаздывания огибающей. При этом фазовый набег соотз можно отнести к ф и представить принимаемый импульс в видеs(t) = U0fH(t - Ta)cos(a>0t + <р).В целях непрерывного (в течении длительного интервала времени) измерения дальности до цели излучается последовательность импульсов, т.е. для излучаемого сигнала имеем8и(*) = ииЧ*)СО8(<00* + <Ри)*(8.1.1)h(t)= S f^t- nT,,);(3.1.2)гдеn =0Тп - период повторения импульсов.Соотношение (3.1.1) предполагает, что начальная фаза фи=фо увсей последовательности импульсов «одинакова».
Такой сигналполучается «нарезанием» импульсов из одной непрерывной синусоиды со стабильной фазой. Однако высокую стабильность фазына значительных временных интервала получить затруднительно.Поэтому часто используют импульсный пачечный сигнал, в котором начальная фаза одинакова для пачки из N импульсов на временном интервале T=NTn, а от пачки к пачке она меняется.
Такойсигнал иногда называют когерентной пачкой радиоимпульсов.Сигнал (3.1.1), отраженный от неподвижной цели и поступающий на вход приемника определяется выражениемф) = и0 £ f„(t - пТп - x3)cos(co0t + <рп),(3.1.3)п=0где фп - начальная фаза n-го принятого радиоимпульса.Если на приемной стороне cpn=(p=const и известна, то говорят оприеме сигнала с известной начальной фазой или когерентномприеме. При неизвестной случайной фазе и (pn=const имеет местонекогерентный прием когерентной последовательности импульсов.Если начальные фазы каждого принимаемого радиоимпульса случайны и независимы, то имеем некогерентный прием некогерентной последовательности импульсов.
При приеме определенноговыше пачечного сигнала, у которого начальная фаза случайна для147всей пачки и независима от пачки к пачке, но внутри пачки начальная фаза каждого импульса меняется по известному закону,следует говорить о некогерентном приеме когерентных пачек.Корректное описание фаз принятых сигналов играет существенную роль при построении радиолокационных измерителей.Излучение последовательности импульсов приводит к ограничениям, связанным с однозначностью измерения дальности. Еслицикл излучения радиоимпульса и приема отраженного сигнала заканчивается до начала излучения следующего импульса, то дальность определяется однозначно. Другими словами, для однозначного измерения дальности максимальное время запаздывания x3mftIотраженного сигнала не должно превышать периода следованияимпульсов Тп, т.е._ ^Дтпах .
гпз max^(3.1.4)С0гДе Дшах - максимальная дальность цели (дальность действиядальномера). Так, например, при Дтахв 90 км имеем Тп>0,6 мс.Если период повторения импульсов меньше этой величины, топервый отраженный импульс принимается после излучения второго зондирующего импульса, и возникает неоднозначность: относительно какого зондирующего импульса (первого или второго) определять задержку принятого сигнала.
Возникающая проблеманеоднозначности может быть решена, если несколько изменитьодин из параметров зондирующего импульса (частоту повторения,длительность, фазу, амплитуду, поляризацию, несущую частоту).Наибольшее распространение получил способ изменения частотыповторения импульсов [3].В основе измерения радиальной скорости сближения, которая,по существу, является производной дальности по времени, лежитэффект Доплера, возникающий при взаимном перемещении источника и приемника колебаний. Пусть РЛС, находящаяся на удалении Д от цели, излучает синусоидальное колебание частоты ю0 сначальной фазой фо- Тогда текущее значение фазы принимаемогосигналаЗначение мгновенной частоты сигнала получается дифференцированием текущей фазы по времени©(t) = ©о - e>0 — = <*>0 + <*>д•c0(3.1.5)Текущая частота принимаемого сигнала отличается от частоты излученного сигнала на величину шд доплеровского смещения, знаккоторого определяется фактом сближения или удаления объектов.В соответствии с (3.1.5) измерение радиальной скорости сводитсяк измерению доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала.В простейших доплеровских измерителях, например для измерения.
путевой скорости самолета, используется непрерывноеизлучение. В более сложных авиационных системах используетсямодулированное излучение. Наиболее широкое распространениеполучили импульсно-доплеровские РЛС, в которых используетсяимпульсный сигнал с достаточно высокой частотой' повторенияимпульсов (ВЧПИ). Использование ВЧПИ обусловлено необходимостью устранения неоднозначности измерения радиальной скорости. Модулированные сигналы, в отличие от чисто гармоническогосигнала, имеют несколько гармонических составляющих, и допле2Дровское смещение F_ = —(где f0=®n/2iz) возникает для каждойсогармонической составляющей.
Поэтому при определенных соотношениях частот возникает проблема отождествления принятойгармоники сигнала с той или иной излученной гармоникой. Поясним это на примере когерентного импульсного сигнала. Известно,что спектр излучаемого на частоте f 0 когерентного импульсногосигнала состоит из дискретных линий на частотах fo±iFn, где Fn частота повторения импульсов. Рассмотрим, например, две частотных составляющих f 0 и fo+Fn. Пусть F ^ ^ - максимально возможный сдвиг доплеровской частоты. Тогда соответствующие составляющие у принятого сигнала равны Гердтах и ^О+^п^дтахДля того, чтобы эти частоты можно было надежно отнести к соответствующим излученным частотам необходимо, чтобы минимальная частота повторения импульсов Fum^n удовлетворяла условиюFnfflln^ W = ^ ™ f o .(3.1.6)соУсловия однозначного измерения дальности (3.1.4) и радиальной скорости (3.1.6) по разному зависят от частоты повторенияимпульсов сигнала.
Если необходимо измерять только дальностьдо дели, то следует выбирать импульсный сигнал с низкой частотой повторения импульсов (НЧПИ) F„»10 3 Гц. При измерениитолько радиальной скорости целесообразно использовать непрерывный сигнал. В случае измерения и дальности и радиальнойскорости применяют импульсные сигналы средней частоты повторения импульсов (СЧПН) Fn«10...30 кГц или ВЧПИ Fn»30...300кГц.
Использование сигналов с СЧПИ и ВЧПИ предполагает разработку дополнительных мер по устранению неоднозначности измерения дальности и радиальной скорости, наиболее употребительные из которых будут рассмотрены в четвёртой главе.3.1.2. П ринципыпостроениядальностии класси ф и кац и я измерителейи скоростиЗадачей радиолокационных измерителей дальности и скоростиявляется формирование оценок дальности, скорости и её производных.
Радиолокационные измерители дальности и скоростипредставляют собой достаточно сложные устройства, которые могут быть классифицированы по разным признакам. В настоящеевремя различают две большие группы радиолокационных измерителей.К первой группе относятся, так называемые прямоотсчётныеизмерители, в которых в качестве оценки дальности используютсяотмаспггабированные измерения времени запаздыванияД = Дн = с0т3/ 2 ,а в качестве оценки скорости - отмаспггабированные измерениядоплеровской частотыV = V„ = ХГд /2 ,где А, - длина волны излученного сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
