1.2. Доплеровские измерители с непрерывным излучением частотно-модулированных сигналов

Применение ДИСС с частотной модуляцией непрерывно из­лучаемых колебаний позволяет уменьшить влияние просочивше­гося сигнала передатчика на чувствительность приемника и сни­зить требования к величине развязки между датчиком и прием­ником.

Возможность выделения доплеровской частоты при частотной модуляции по линейному закону иллюстрируется рис. 4. На этом рисунке ω_изл представляет собой частоту излучаемого сиг­нала. Она равна:

ω_изл = ω_о [1 + K_ω τ₃ / ω_о]

где K_ω =d_ω / dt — крутизна изменения частоты.

Отраженный сигнал запаздывает на время τ ₃, необходимое для распространения радиоволн до отражающей поверхности и обратно. Частота его ω_отр. Поскольку ЛА с ДИСС движется, то отраженный сигнал сдвинут по частоте относительно излучае­мого (пунктирная линия на рис. 4) еще и на доплеровскую частоту ω_д. Частота биений ω_р излучаемого и отраженного сиг­налов равна:

ω_р = K_ω τ₃ + ω_д

Если известна величина K_ω τ₃, то, зная частоту ω_р, можно определить значение ω_д

Рис. 4

Сигнал передатчика, просочившийся на вход приемника, практически совпадает по фазе и частоте с излучаемым сигна­лом, поскольку время его запаздывания пренебрежимо мало по сравнению с τ₃. Шумовые составляющие за счет вибрации, из­менения питающего напряжения генератора СВЧ и т. д. распо­ложены в основном в области низких частот. Полезный же сиг­нал на частоте ω_р соответствующим выбором K_ω может быть от­несен достаточно далеко от этой области. На практике модуля­ция по частоте не может быть обеспечена достаточно линейной на большом участке и часто используется частотная модуляция по гармоническому закону. При этом в качестве частоты, кото­рая используется для выделения доплеровского смещения в преобразованном сигнале, применяется одна из гармоник модули­рующей частоты (чаще всего 3-я), чем и обеспечивается необхо­димая степень подавления просочившегося паразитного сигнала.

На рис. 5 приведена типовая структурная схема самолетно­го ДИСС с частотной модуляцией излучаемых колебаний, при­меняемая в ДИСС-013 [19]. Неподвижные передающая и приемная антенны формируют три луча с λ-образным расположением. Лучи антенн коммутируются с частотой 3 Гц. Частота сигнала клистронного генератора в передатчике модулируется по сину­соидальному закону с частотой F_м. Отраженный сигнал, прини­маемый в каждый момент времени по одному из лучей приемной антенны, поступает на балансный смеситель в приемник, гете­родинный сигнал на который подается непосредственно с СВЧ генератора передатчика.

Рис. 5

Преобразованный отраженный сигнал поступает далее на полосовой усилитель УПЧ, средняя частота которого равна вы­бранной рабочей гармонике nF_м частоты модуляции. Для ДИСС-013 n = 3. После усиления сигнал подается на синхрон­ный детектор, в качестве опорного сигнала для него используется сигнал частоты nF_м, формируемый из сигнала модулятора. Да­лее сигнал доплеровской частоты поступает на УНЧ, а затем на схему узкополосной фильтрации (УПФ) в измерителе частоты. Схема УПФ работает также в режиме коммутации синхронно с коммутацией лучей антенны и выдает непрерывно в вычислитель три средние доплеровские частоты F_{д1, 2, 3}, по которым вычисляет­ся путевая скорость и угол сноса. Для исключения влияния «сле­пых» высот, присущих системам с периодическим законом изме­нения частоты модуляции, в измерителе применен вобулятор. Вобулятор изменяет (вобулирует) частоту модуляции F_м, равную 1 МГц, в пределах ±(150—200) кГц синхронно с коммутацией лучей антенны. Это приводит к изменению положения «слепых» высот.

Преимущества ДИСС с частотной модуляцией непрерывно из­лучаемых колебаний состоит в том, что в них:

1. Удается уменьшить влияние прямого просочившегося сиг­нала передатчика в приемник. Это позволяет снизить необходи­мый уровень развязки приемного и передающего трактов.

К недостаткам ДИСС с частотной модуляцией непрерывно излучаемых колебаний относится то, что:

1. С точки зрения энергетики данные ДИСС уступают ДИСС с непрерывным излучением немодулированных колебаний, так как в них используются не все составляющие спектра отражен­ного сигнала, а только те, которые попадают в полосовой фильтр УПЧ.

2. Применение периодического закона изменения частотной модуляции приводит к появлению «слепых» высот. Исключение их влияния требует введения вобуляции (изменения) частоты модуляции, что приводит к усложнению аппаратуры.