книги из ГПНТБ / Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник]

а не f O T 2 — /'м, как в случае допплёровскбгй канала. В ка­ нале высотомера особенно важно ослабить любой пря­ мой сигнал на боковой полосе первого порядка / ь так как он будет складываться с принятым сигналом, внося добавочный угол фазы, и в конечном счете вызовет по­ грешность в измерении высоты.

f Zfj, частота

Рис. 84. Выходной сигнал смесителя канала определения высоты

Удвоитель с квадратичной характеристикой из двух спектров восстанавливает несущую на частоте 2FM, как описывалось раньше. Фаза этого сигнала сравнивается с фазой сигнала удвоенной частоты модуляции в устрой­ стве измерения фазы. В этом устройстве измерения фазы эталонный сигнал сдвигается по фазе (в следящем фа­

ный, усиливается и подается на двигатель, управляющий фазовращателем, настроенным так, чтобы напряжение на выходе фазового детектора было равно нулю. Поло­ жение фазовращателя, которое с помощью решающего устройства отображается на приборе, показывает высоту полета над земной поверхностью, усредненную по дан­ ным всех трех лучей.

6. ДОППЛЕРОВСКАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ ОБЗОРА С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Особенность описываемой системы [36] состоит в том, что дальность до цели определяется по фазе или разно­ сти частот принимаемого сигнала и передатчика. Кроме того, станция позволяет определять направление полета цели.

160

Переключатель Z

Усилитель

Рис. 85. Структурная схема допплеровской радиолокационной стан­ ции обзора с частотной модуляцией

Для ЭТОГО предусмотрено два отдельных измерительных канала для приближающихся и удаляющихся целей. Один канал содержит простой частотный фильтр, подав­ ляющий частоту от неподвижных целей и допплеровских частот, лежащих выше промежуточной частоты, а дру­ гой — содержит простой частотный фильтр, подавляю­ щий частоты от неподвижных целей и допплеровских частот, лежащих ниже промежуточной частоты.

161

В каждом измерительном канале предусматривается прибор для измерения девиации частоты или фазометр для измерения величины фазы между частотой прини­ маемого сигнала и несущей частотой передатчика. Спе­ циальное устройство периодически опрашивает каналы о наличии или отсутствии подвижных целей. С выходов этих каналов сигналы подводятся к трубке визуальной индикации индикатора кругового обзора для измерения дальности, луч индикатора которой управляется этим же устройством.

На рис. 85 показана структурная схема этой РЛС. Высокочастотный генератор генерирует колебания часто­ той около 9600 Мгц, которые модулируются по частоте колебаниями синусоидальной формы частотой 60 гц с де­

405Мгц).

Впреобразователе 1 колебания высокочастотного и задающего генераторов смешиваются. В результате ко­

лебания несущей частоты 10 005 Мгц с девиацией ±10 кгц после прохождения фильтра 1 поступают в ан­ тенну и излучаются.

Частота задающего генератора одновременно умно­ жается в каскаде умножения 2 на 80 (увеличивается до

используется в качестве гетеродинного. Он подается на смеситель, куда также поступает сигнал от приемной ан­

зависящий от расстояния до цели. Он определяет откло­ нение частоты, получающееся после прохождения каска­ дов в приемнике. Со смесителя сигнал разветвляется на

162

Измерительный канал К\ содержит допплеровский частотный фильтр 1, который прозрачен для допплеров­

включен фильтр 2, который прозрачен для допплеров­

жению от местных предметов, подавляется.

После допплеровских частотных фильтров в каждом канале имеются приборы для измерения сдвига частоты (фазометры) и индикаторная трубка кругового обзора с отклоняющей катушкой, вращающейся синхронно с ан­ тенной системой. Вслед за фильтрами включены два де­ тектора, которые детектируют сигнал при наличии по­ движной цели. Этот сигнал подводится к переключа­ телю /, управляемому датчиком тактовых импульсов. Пе­ реключатель / периодически опрашивает оба измеритель­ ных канала о наличии или отсутствии подвижных целей.

С появлением сигнала от подвижных целей электрон­ но-лучевая трубка отпирается н таким образом происходит простое считывание (типа «да—нет») подвижных целей.

Точное определение дальности неподвижных целей осуществляется приборами для измерения девиации ча­ стоты и фазометрами, которые «опрашиваются» с по­ мощью переключателя 2, управляемого тем же датчиком тактовых импульсов. При этом сигналы, усиливаясь в усилителе, подводятся к вращающейся отклоняющей ка­ тушке индикаторной трубки, так что ее луч отклоняется в направлении антенны на угол, пропорциональный уда­ лению от цели.

Чтобы достичь хорошей развязки, передающая ан­ тенна отделена от приемной антенны, но вращаются они одновременно вокруг общей оси.

7. РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗНЫМ УСТРОЙСТВОМ АВТОМАШИНЫ

Американская фирма «ВегиЛеу» разработала радиоло­ кационную систему управления тормозным устройством автомашины [22]. Как показали испытания, эта система

163

обладает хорошими эксплуатационными свойствами, она проста в изготовлении. Основой системы является допплеровская РЛС, выполненная на интегральных схемах.

В отличие от прежних систем предупреждения столк­ новений, работавших на принципе определения дально­ сти до цели, для успешного управления системой тормо­ жения с помощью нового устройства достаточно опре­ делять скорость сближения с препятствием или движущимся встречным транспортом. При этом нет не­ обходимости использования специальной схемы стробирования по дальности. Система управления позволяет останавливать автомашину на расстоянии 2,4—Злют пре­ пятствия и поддерживать расстояние от впереди идущей машины равным нескольким длинам корпуса машины.

Основными элементами системы являются: микровол­ новый генератор на лавинно-пролетном диоде (ЛПД) с выходной мощностью 100 мет, работающий на частоте 10, 525 Ггц, две рупорно-линзовые антенны, а также уст­ ройство обработки радиолокационной информации, вклю­ чающее делитель частоты и схему накопления.

Структурная схема системы управления торможением показана на рис. 86.

Генератор на Л П Д работает в режиме непрерывных колебаний. Энергия генератора поступает в передающую рупорную антенну и через направленный ответвитель (в качестве гетеродинной мощности) в схему смеситель— детектор.

Отраженные от цели сигналы из приемной антенны передаются в фазочувствительный детектор.

Усиленный выходной сигнал поступает в схему рас­ познавания целей для запуска импульсного генератора. Длительность импульсов, вырабатываемых генератором, пропорциональна скорости сближения с препятствием. Импульсы управления подаются в систему торможения и сцепления. Повышение скорости сближения соответ­ ствует увеличению длительности импульсов. Это приво­ дит к более продолжительному воздействию на систему торможения и более резкому торможению, чем в случае малой скорости сближения.

В системе предусмотрены два режима работы: «Заго­ родный», соответствующий включению торможения на расстоянии 46 м от препятствия при высокой скорости сближения, и «Городской», при котором торможение

164

Г л а в а 5

З А Р У Б Е Ж Н Ы Е Л О К А Ц И О Н Н Ы Е СИСТЕМЫ ОПТИЧЕСКОГО Д И А П А З О Н А

Локационные системы оптического диапазона [37—41] по сравнению с системами СВЧ обладают оп­ ределенными преимуществами: высокой точностью, отно­ сительно большой дальностью действия при малой мощ­ ности, малыми габаритами и весом.

Сравнение лазерной и СВЧ аппаратуры показывает, что при одинаковой мощности излучения и времени из­ мерения лазерная система имеет значительно более вы­ сокую точность.

Лазерная аппаратура имеет огромные преимущества в энергетическом отношении, так как она способна сфор­ мировать гораздо более узкий луч, нежели СВЧ аппа­ ратура. Если цель имеет небольшие размеры, располо­ жена на большом расстоянии и, таким образом, едва «перекрывает» луч лазера, то мощность излучения ла­ зерной аппаратуры для допплеровского измерения ско­ рости этой цели при условии, что обеспечивается ее точное сопровождение, будет в 3 - Ю 6 раз меньше, чем мощность СВЧ системы аналогичного назначения.

По мнению зарубежных специалистов, для лазерных средств космической навигации перспективным является создание устройств, работающих на волне 10,6 мкм. Это объясняется тем, что по состоянию на середину 1969 г.

чувствительные приемники, основанные на использова­ нии метода когерентного гетеродинирования.

166

Вместе с тем системы оптического диапазона имеют существенный недостаток: зависимость интенсивности сигнала от атмосферных условий. Выход, по мнению за­ рубежных специалистов, состоит в переходе к исполь­ зованию волн в дальней инфракрасной (ИК) области, в частности, волн длиной 40 и 350 мкм, для которых ха­ рактерно наличие окон прозрачности в атмосфере.

Практическое освоение дальней ИК области в на­ стоящее время затрудняется из-за отсутствия соответ­ ствующих генераторов. Попытки «достичь» этот диапа­ зон со стороны СВЧ после нескольких лет работы осо­ бых успехов не принесли. Появление газовых лазеров, работающих на длине волны 75 мкм, позволяет надеять­ ся, по мнению зарубежных специалистов, что в бли­ жайшее время такие генераторы будут созданы.

1. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ЛОКАТОРОВ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

По данным зарубежной печати, при разработке лока­ торов оптического диапазона возникает ряд проблем, связанных с их особенностями и отличиями от СВЧ ап­ паратуры: выбор оптимальной длины волны лазера и его режима излучения, выбор методов и средств смеше­ ния и детектирования сигналов оптического диапазона, выполнение требований относительно стабилизации ча­ стоты лазера, амортизации его конструкции и охлаж­ дения в условиях работы на борту самолета.

Рабочая длина волны. По мнению зарубежных спе­ циалистов, наиболее оптимальным диапазоном волн для допплеровского измерителя скорости на лазере, пред­ назначенного для работы по земной и водной поверх­

на волнах указанного диапазона когерентное детекти­ рование позволяет получить весьма высокую чувстви­

ном режиме они могут развивать мощность порядка не­ скольких киловатт при к. п. д. около 20%. Таким обра-

167

зом, можно считать, что наличие отработанной аппара­ туры, низкий уровень потерь на прохождение сигнала в атмосфере, возможность получения мощного непрерыв­

использование лазеров иа СОг в локационных системах.

Выбор режима излучения и метода обработки при­ нятого сигнала. Зарубежные специалисты считают, что

Этот режим по сравнению с режимом детектирования по огибающей обеспечивает существенное увеличение чув­ ствительности приемника при сохранении фазовой и час­ тотной информации.

Высказывалось опасение, что при отражении луча от диффузной поверхности, например от Земли, будет по­ теряна когерентность несущей частоты оптического диа­ пазона, а в связи с этим снизится работоспособность системы, использующей метод гетеродинного детекти­ рования принятого сигнала. Однако, как показали тео­ ретические и экспериментальные исследования за рубе­ жом, эти опасения не подтверждаются: никакого ухуд­ шения, кроме потерь в мощности, в сигнале, отраженном от диффузной поверхности, не наблюдается.

Метод гетеродинной обработки в оптическом диапа­ зоне позволяет перевести частоту сигналов, несущих допплеровскую информацию, в более низкочастотный диапазон, где можно использовать имеющиеся усили­ тели, фильтры и детекторы.

По мнению .специалистов, гетеродинный приемник оптического диапазона обладает тремя важными пре­ имуществами:

—обеспечивает усиление, достаточное для того, что­ бы выходной сигнал имел мощность, необходимую для преодоления эффектов тепловых шумов и шумов детек­ тора;

—позволяет легко выделять полезный сигнал из раз­ личных фоновых излучений, поскольку сигнал гетеро­

дина, как правило, превышает суммарное излучение фона;

— сохраняет информацию о частоте и фазе сигнала при работе в режиме с соответствующей модуляцией.

Установлено, что оптимальное детектирование в обла-

168

сти инфракрасных частот достигается при использова­ нии фоторезисторов и фотодиодов. Выбор детектора того или иного типа зависит от особенностей конкретного применения.

Обеспечение стабильности частоты. Основным усло­ вием успешной реализации метода гетеродинного детек­

зарубежных специалистов, обеспечение краткопериодной стабильности частоты в лазерных генераторах. Для этого применяются различные устройства механической стабилизации. Причем использование этих устройств в системах с лазерами на С 0 2 требует решения ряда слож­ ных инженерных задач, которые обусловлены особен­

Особую важность в случае самолетного допплеровского локатора Приобретает проблема стабилизации ча­ стоты гетеродина. Примером такого решения может слу­ жить схема активной стабилизации частоты лазера на