9.3.2. Фазовые дальномеры

Схема простейшего фазового дальномера, работающего в непрерывном режиме, приведена на рис.9.20.

На входы фазометра поступает опорный сигнал с выхода генератора 3

(9.1)

и сигнал огибающей с выхода фотоприёмника 6

, (9.2)

где D – измеряемое расстояние, – фазовый

Рис.9.20. 1 – лазер, 2 – модулятор, 3 – генератор синусоидальных колебаний, 4 – передающая оптическая система, 5 – приёмная оптическая система, 6 – фотоприёмник, 7 – усилитель, 8 – фазометр

сдвиг, вносимый измерительной установкой.

Для частот , которым соответствует длина волны модуляции, измеренное значениеза вычетомопределяет расстояниеD. Точность измерения фазы имеет порядок 0,5°, что приводит к большим ошибкам измерения расстояния.

Для повышения точности необходимо увеличивать частоту модуляции, что приводит к уменьшению длины волны модуляции и к необходимости выполнения условия

.

На интервале 2D может укладываться целое число волн модуляции N

, (9.3)

где δ – разность фаз, измеряемая фазометром.

Устранить неоднозначность в этом выражении можно использованием нескольких частот модуляции. Существует три способа:

–Используются две волны модуляции и.

Большая длина волны служит для грубого измерения дальности, меньшая – для точного.

–Выбираются близкие по величине волны модуляции, удовлетворяющие условию

(9.4)

Выберем итакие, что, гдеn – целое число. Тогда для измеряемого расстояния получим

. (9.5)

При использовании более двух частот модуляции для каждой последующей частоты n увеличивается в 10 раз, однако, наиболее короткую длину волны модулирующего напряжения нужно выбирать не менее 0,6 м.

– Третий метод основан на подсчёте числа нулевых значений фазового сдвига на выходе фазометра при изменении частоты модуляции в заданном интервале от f _m1 до f _m2. В этом случае имеет место соотношение

(9.6)

С точностью до целого числа длин волн

(9.7)

Для малых значений m = 1, 2, 3… находят и измеряют значения f _m1 и f _m2, при которых разность фаз равна нулю, дальность определяют по приведённой формуле.

При необходимости получения высокой точности должна учитываться также дробная (не равная 2π) часть разности фаз при фиксированных значениях и. Для этого используется фазовый дальномер с качающейся частотой модуляции, т.е. частотой модуляции автоматически изменяющейся в определённых пределах. В данном измерителе частота модуляции изменяется по линейному закону.

Моменты прохождения в процессе свиппирования через крайние значения частоты f _m1 и f _m2 задают, соответственно, начало и конец стробимпульса, разрешающего счёт нулевых значений сигнала с выхода фазового детектора 7 счётчиком 11.

В схеме использован гелий-неоновый лазер мощностью 50 мВт, средняя частота модуляции 60 МГц, диапазон качания частоты 10 МГц. Длительность строба – 25 мс.

Доплеровское смещение частоты, которое в фазовом измерителе является причиной ошибок при измерении дальности до движущейся цели, может быть исключено путём усреднения значений дальности, получаемых за интервалы времени увеличения частоты модуляции от f _m1 до f _m2 и уменьшения от f _m2 до f _m1.

Рис.9.21. 1 – лазер, 2 – модулятор, 3 – генератор качающейся частоты, 4 – передающая оптическая система (ПД ОС), 5 – приёмная оптическая система (ПМ ОС), 6 – фотоприёмник, 7 – фазовый детектор, 8,9 – кварцевые генераторы, 10 – генератор строба, 11 – счётчик.