2.2.8. Методы измерения скорости

Измерение радиальной и путевой скоростей. Измерение радиальной скорости движения объекта сводится к измерению доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала. Пусть, например, приемник неподвижный, а излучатель радиоволн движется и R(t) - расстояние между ними в момент вре­мени t. Радиальная скорость V_R=R(t) есть проекция вектора скорости движения излучателя на направление «приемник — излучатель». Частота f принимаемого сигнала смещена относительно частоты f₀ излучаемого на величину, равную частоте Доплера f_д = -f₀ V_R/. Отсюда радиальная скорость V_R = -cf_д//f₀. Для ее определения нужно измерить доплеровское смещение f_д, а для этого в точках излучения и приема должны быть установлены высокостабильные эталоны частоты.

В однопозиционных РЛС необходимость в указанных эталонах отпадает, так как передатчик и приемник расположены в одном месте, причем в качестве опорного колебания, относительно частоты которого измеряется смещение час­тоты принимаемого сигнала, используется сам излучаемый сигнал. Доплеров­ское смещение частоты удваивается (из-за удвоения пути, проходимого радио­волнами):

,

где V_r = R(t) — радиальная скорость цели; R(t) — наклонная дальность. При уменьшении дальности ее производная V_R < 0 и, следовательно, доплеровское смещение f_д > 0. При удалении цели от РЛС V_R > 0, поэтому f_д < 0. Радиальная скорость

определяется в результате измерения доплеровского смещения часто­ты (рис. 2.72). Генератор высокой частоты ГВЧ формирует непрерывное немодулированное колебание частоты f₀. На смеситель См приемника поступают прямой сигнал и сигнал частоты f₀ ± f_д отраженный от цели (знак f_д определя­ется знаком V_r). В смесителе образуется сигнал биений частоты f_д, который через усилитель доплеровской частоты УДЧ поступает на частотомер Ч, проградуированный в значениях радиальной скорости.

Рис. 2.72. Структурная схема доплеровской РЛС

В соответствии со структурной схемой на рис. 2.72 строят доплеровские РЛС с непрерывным смодулированным излучением. К числу досто­инств таких РЛС относятся их простота и отсутствие ближней «мертвой» зоны, благодаря чему их применяют, в частности, в радиолокационных головках на­ведения снарядов в радиовзрывателях. Важным достоинством доплеровских РЛС является их способность селектировать объекты по скорости путем на­стройки УДЧ на заданную частоту Доплера и, в частности, селектировать сиг­налы движущихся целей на фоне отражений от неподвижных объектов.

На основе схемы на рис. 2.72 строят и ДИСС, определяющие путевую скорость V и угол сноса α ЛА. Для одновременного определения V и α антенная система ДИСС должна формировать как минимум две узкие ДН, обеспечи­вающие наклонное облучение земной поверхности. При этом необходимо по­лучить достаточно большие проекции вектора скорости ЛА на направления об­лучения и то же время сохранить достаточно сильное отражение в направлении на ДИСС. Отраженные сигналы, поступающие по двум лучам, раздельно обра­батываются, измеряются их доплеровские смещения f_д1 и f_д2, однозначно свя­занные с V и α. Наибольшая точность определения путевой скорости и угла сноса обеспечивается в многолучевых ДИСС.

Измерение угловой скорости. Измеряя угловую координату движущего­ся объекта α(t), можно рассчитать его угловую скорость dα(t)/dt ≡ α(t). При неподвижных антеннах угловую скорость измеряют с помощью фазового мето­да пеленгации. Разность фаз сигналов, принятых в точках А и В (см. рис. 2.53),

.

Продифференцировав обе части приближенного равенства, получим

,

где V_RA = R_a(t); V_RB = R_b(t) — радиальные составляющие скорости движения объекта. Согласно V_RA ⁼ λf_дА/2, V_RB ⁼ λf_дB/2, поэтому

.

При малых углах (α(t) ≤ 10°) cos α(t) ≈ 1, и тогда

.

Таким образом, измерение угловой скорости движения объекта сводится к измерению разности доплеровских частот сигналов, принятых двумя разне­сенными антеннами.