3.3. Імпульсні когерентні доплерівські вимірювачі

Імпульсні когерентні вимірювачі можна розглядати як вимірювачі безперервного випромінення з “вирізками” сигналу. Такий режим роботи відповідає режиму квазінеперервного випромінення сигналів. Основною особливістю цього режиму є мала шпаруватість імпульсів. Його застосування, як і режиму безперервного випромінення, дозволяє ефективно використовувати потужність і одночасно забезпечити можливість роботи на одну антену. На рис.10 наведена структурна схема імпульсного когерентного ДВШЗ (для одного променя).

Генератор безперервних коливань (ГБК) формує гармонічний сигнал частоти . За допомогою модулятора (М) формуються прямокутні імпульси тривалістю і частотою повторення , які модулюють коливання генератора у ПВЧ.

АП

ПВЧ

ГБК

ППЧ2

ЗМ АПЧ

М

Г

ЧД

ЗМ1

ППЧ1

ЗМ2

ПНЧ

Рис.10. Структурна схема імпульсного когерентного ДВШЗ

Ці коливання випромінюються антеною в напрямку земної поверхні. На годину випромінення зондуючого імпульсу приймач закривається, і таким чином зменшується шкідливий вплив шумів сигналу, що проходити з передавача. Відбиті імпульсні сигнали, прийняті, наприклад, по передньому променю приймальної антени з частотою , надходять до змішувача (ЗМ1). З його виходу сигнал частоти , що являє собою результат биттів прийнятого сигналу і сигналу гетеродина (Г) частоти , підсилюється в ППЧ1. Для жорсткої прив'язки частоти гетеродина до частоти випромінення використовується система АПЧ, що містить змішувач АПЧ (ЗМ); коливання різних комбінаційних частот, у тому числі і доплерівських , надходять на смуговий фільтр ПНЧ, який призначений для виділення спектра корисного доплерівського сигналу.

Переважеля імпульсного ДВШЗ:

1. забезпечується краща розв'язка приймача від прямих сигналів передавача за рахунок можливості закривання на годину випромінення сигналу;

2. забезпечується випромінювання та прийом за допомогою однієї антени;

3. імпульсні когерентні ДВШЗ працюють з малою шпаруватістю . Тому, незважаючи на неповне використання потужності, смороду мають добрі енергетичні характеристики.

Недоліки імпульсного ДВШЗ:

1. можливість неоднозначного вимірювання , а отже, і шляхової швидкості. Тому має виконуватись співвідношення ;

2. можливість появи “сліпих” висот, на яких вимірювання неможливе;

3. високі вимоги до стабільності частоти передавача;

4. погана робота вимірювача на малих висотах. Для роботи на дуже малих висотах потрібно зменшити тривалість імпульсів та збільшити частоту їх повторення, при цьому параметри ДВШЗ різко погіршуються.

3.4.Особливості роботи двшз над водною (морською) поверхнею

Точність вимірювання швидкості літального апарата за допомогою ДВШЗ значною мірою залежить від стану водної поверхні.

Причина виникнення помилок у визначенні швидкості при польоті над морем полягає в тому, що коефіцієнт зворотного розсіювання радіохвиль К_зр залежить від кута падіння радіохвиль на поверхню відбиття (рис. 11), у тої година як при відбитті від суші ця залежність виражена дуже слабко. Під коефіцієнтом зворотного розсіювання розуміють відношення потоку енергії, розсіяної деяким елементом, що відображає, у зворотному напрямку падіння електромагнітної хвилі, до щільності потоку енергії, розсіяної в зазначеному напрямку напівсферичним ізотропним елементом.

Рис. 11. Залежність розсіювання радіохвиль від кута їх падіння на поверхню відбиття

На рис.12 наведені криві залежності коефіцієнта зворотного розсіювання Кз._р від кута ψ = 90 − γ для різних хвилювань моря, оцінюваних у балах за вітровою шкалою Бофорта: а) при хвилюванні моря (2—3 бали); б) при легені хвилюванні (1 бал); в) при майже гладкій поверхні (до 1 балу).

Рис.12. Залежність коефіцієнта зворотного розсіювання для різних хвилювань моря

Припустимо, що промінь антени ДВШЗ має скінченну ширину. При відбитті від суші максимум обвідної спектра доплерівського сигналу, який відповідає куту γ₀, збігається із частотою − середньою частотою спектра (рис.13.- суцільна крива).

Алі при відбитті випромінених коливань від морської поверхні в межах опромінюваної поверхні змінюються коефіцієнти зворотного розсіювання елементарних відбивачів морської поверхні, тому що шкірному і-му відбивачу відповідає свій кут γ_і, а отже, і кут падіння ψ = 90° − γ_і . Це приводити до того, що при кутах γ_і > γ_зв потужність відбитих від морської поверхні сигналів стає більшою, ніж відбитих під кутом γ₀, а при γ_і < γ_зв — меншою. Тому максимум обвідної спектра доплерівських частот зсувається в бік менших частот (рис.13 пунктирна крива) і йому відповідає частота _.

Рис.13. Залежність коефіцієнта зворотного розсіювання для елементарних відбивачів морської поверхні

Отже, якщо не вживати заходів, те в результаті зсуву середньої частоти спектра доплерівського сигналу при польоті над морем повна (або шляхова) швидкість літального апарата буде виміряна з помилкою. Величина цієї помилки може досягати 1 % від вимірюваного значення швидкості й залежить від стану моря й параметрів ДВШЗ − ширини й форми променів антени, кута нахилу променів γ_0. Звуження променів і зменшення γ₀ приводять до зменшення помилок.

Для усунення цих помилок у результати вимірювання шляхової або повної швидкості в найпростішому випадку потрібно вводити виправлення на характер відбиваючої поверхні (ХВП). Алі в польоті, як правило, стан морської поверхні невідомий. Точно визначити величину необхідної виправлення неможливо. Тому вводять виправлення середньої величини, розраховуючи на деякі середні умови відбиття радіохвиль від морської поверхні. Для цього у ДВШЗ передбачають установлення перемикача ,,суша—море”, за допомогою якого оператор при зміні характеру відбиваючої поверхні (суша—море) може змінювати помилку вимірювальних кіл і таким чином компенсувати основну частину розглянутої помилки. Після введення виправлення залишкова помилка виявляється досить малою.

Крім розглянутих помилок, при роботі ДВШЗ над водною поверхнею виникають додаткові помилки, обумовлені впливом переміщення всієї маси води через морські течії й переміщення під дією вітру елементів, що розсіюються морською поверхнею (краплі води, гребенів хвиль і т.п.). У середньому помилка, обумовлена морськими течіями, дорівнює приблизно 2 км/рік., а помилка, обумовлена впливом вітру на елементи, що розсіюються водною поверхнею і рухаються зі швидкістю, яка приблизно дорівнює 20 % від швидкості вітру біля води, лежить у межах від 2 до 11 км/рік.