9.3. Измерение дальности

Метод измерения дальности до объектов в активном и пассивном режимах различны. Один из методов измерения в активном режиме основан на определении времени запаздывания отражённого сигнала. Посылают меченый световой сигнал и измеряют время возвращения. По времени запаздывания определяют расстояние до объекта.

«Меченый» сигнал может представлять собой импульсы света или световой пучок промодулированный непрерывным сигналом, например синусоидальным. Измеряется фазовое запаздывание модулирующего колебания в отражённом сигнале относительно модулирующего колебания в излучённом сигнале. Эти методы называют фазовыми методами. При использовании импульсной поднесущей их называют импульсно-фазовыми.

Второй метод измерения дальности–интерференционный основан на интерференции излучённого и принятого сигналов.

В этих методах также используется интерференция модулирующих колебаний.

В пассивных методах измеряются энергетические характеристики излучения объекта и выявляются их изменения в отдельных участках спектра при его распространении. Если объект «свой», на нём может быть установлен источник излучения с известными параметрами. При наблюдении «чужих» объектов необходима априорная информация. Можно также использовать пространственно-частотные характеристики изображения объектов. Точность измерения дальности в пассивном режиме существенно ниже, чем в активном.

1. Импульсные дальномеры

Схема импульсного дальномера (9.14) состоит из передающего и приёмного каналов и канала измерения временных интервалов. Лазер 1 излучает мощные короткие световые импульсы, которые через коллиматор 2 направляются на объект. Часть излучения с помощью призмы 3 ответвляют и направляют на фотоприёмник 4, сигнал с которого попадает в импульсный усилитель 5. Видеоимпульс с выхода усилителя 5 подаётся на вход измерителя временных интервалов 9 и служит отметкой начала отсчёта времени распространения излучения к объекту и обратно.

Отражённое объектом излучение после попадания в приёмную оптическую систему 6 поступает на фотоприёмник 7, а сигнал с его выхода – на импульсный усилитель 8 и затем на вход измерителя 9. Этот видеоимпульс прекращает отсчёт времени в измерителе.

Момент начала отсчёта времени зависит от формы импульса, который определяется импульсным усилителем: задается пороговое напряжение U_п, определяющее начало или конец временного интервала (рис.9.15).

Измерение времени производится с помощью цифровой или аналоговой схем.

Схема цифрового вычислителя приведена на рисунке 9.16.

Пусковой а и стоповый б импульсы поступают на бистабильный мультивибратор 1, которым генерируется прямоугольный импульс в, длительность которого τ пропорциональна измеряемому расстоянию. Этот импульс открывает схему совпадения 2, на которую подаются импульсы г от генератора тактовых импульсов 3 с частотой f_c. Импульсы, поступающие от тактового генератора, считаются в течение времени . Разрешающая способность ΔD определяется соотношением . Отсюда приf_c = 30 МГц (обычно f_c < 150 МГц) получаем ΔD = 5 м.

Рис. 9.14. 1 – лазер, 2 – коллиматор, 3 – призма, 4 – фотоприёмник, 5 – усилитель, 6 – приёмная оптическая система, 7 – фотоприёмник, 8 – импульсный усилитель, 9 – измеритель временных интервалов,

Рис. 9.15. U_п – пороговое напряжение, t_{ф ,} - длительность фронта, t₀ -момент времени достижения порогового напряжения,

U_п – пороговое напряжение, определяющее начало или конец временного интервала

Рис.9.16. 1 – бистабильный мультивибратор, 2 – схема совпадения, 3 – генератор тактовых импульсов, 4 – счётчик импульсов, 5 – цифровой индикатор.

Рис. 9.17. а – начало счета, б – окончание счета, в -длительность времени счета импульсов, г – последовательность импульсов, д – сосчитанные импульсы

Серия импульсов, прошедшая через схему совпадения 2, поступает на счётчик импульсов 4. Измеряемая дальность определяется по цифровому индикатору 5.

Аналоговый измеритель приведён на схеме 9.18,

Рис.9.18. 1 – бистабильный мультивибратор, 2 – усилитель c интегрирующей RC-цепью, 3 – усилитель с большим выходным сопротивлением, 4 – стрелочный индикатор

а временные диаграммы импульсов и напряжения приведены на рис.9.19.

Рис. 9.19. а) момент включения источника тока, б) момент выключения источника тока, в) длительность времени заряда конденсатора, г) временная диаграмма напряжения, U_m- максимальное напряжение, – время нарастания напряжения

Пусковой импульс а) включает источник постоянного тока, а стоповый импульс б) выключает его. Ток заряжает конденсатор до напряжения U, пропорционального времени заряда τ. В качестве преобразователя время-напряжение используется усилитель 2 с интегрирующей RC-цепью. Постоянная времени этой цепи велика по сравнению с τ, поэтому напряжение на конденсаторе линейно нарастает со временем. С интегрирующей цепи напряжение подаётся на усилитель 3, а затем на стрелочный индикатор 4.

Перед новой последовательностью пускового и стопового импульсов конденсатор полностью разряжается.

Существуют схемы, использующие спаренные импульсы, позволяющие исключить влияние импульсных помех, а также схемы, позволяющие провести селекцию отдельных целей. Решается задача исключения помехи обратного рассеяния атмосферой, растительностью, проводами, находящимися перед объектом.