2. Краткие теоретические сведения о методах измерения дальности

2.1. Частотный метод

Частотный метод измерения дальности основан на использовании частотной модуляции излучаемых непрерывных сигналов.

В данном методе за период излучается частота, меняющаяся по линейному закону от до . Т.е. за один период зависимость частоты излучаемого сигнала от времени:

(2.1)

В то время как отраженный сигнал придет промодулированным линейно в момент времени предшествующий настоящему на время задержки . Т.о. частота отраженного сигнала, принятого на РЛС, будет зависеть от времени следующим образом:

(2.2)

Вычитая из (2.1) (2.2), получим выражение для разностной частоты :

(2.3)

Выражая отсюда , и подставляя в формулу , найдем зависимость дальности от разностной частоты:



_о

(2.4)

Р ис. 2.1

Из графиков видно как определить время запаздывания – по резкой перемене в частоте разностного сигнала. Очевидно также, что в формулу (2.4) надо подставлять значение разностной частоты, полученное на промежутке времени (t_R ; T_П ).

Достоинства частотного метода измерения дальности:

• позволяет измерять очень малые дальности;

• используется маломощный передатчик;

Недостатки:

• необходимо использование двух антенн;

• ухудшение чувствительности приемника вследствие просачивания в приемный тракт через антенну излучения передатчика, подверженного случайным изменениям;

• высокие требования к линейности изменения частоты.

2.2. Фазовый метод

Фазовый метод измерения дальности основан на измерении разности фаз излученных и принятых радиосигналов.

Генератор ВЧ создает колебания, которые через передающую антенну излучаются во внешнее пространство с соответствующей фазой:

(2.5)

где - начальное значение фазы.

На приемную антенну поступает отраженный сигнал со значением фазы:

(2.6)

где - фазовый сдвиг при отражении, - фазовый сдвиг в цепях РЛС, - эта величина постоянна, и ее можно посчитать экспериментально.

Принятый сигнал усиливается и его фаза вместе с фазой первоначального сигнала, детектируемой на фазовом детекторе, поступает на измеритель выходного напряжения.

Т.е. на измеритель выходного напряжения придет сигнал с разностной фазой, полученной при вычитании из (2.5) (2.6):

(2.7)

Учтем, что . Тогда согласно выражению и (2.7) запишется в виде:

(2.8)

Большой недостаток в том, что здесь неизвестен фазовый сдвиг отраженного сигнала, который может меняться как угодно, причем существенным способом.

Поскольку , то из (2.8) следует однозначный диапазон измерения дальности:

(2.9)

Т.к. используются ультракороткие волны, то однозначный диапазон измерения дальности порядка единиц метра.

Поэтому на практике используют более сложные схемы, в которых присутствует две и больше частот.

Приведем пример двухчастотного фазового дальномера.

Здесь частота  определяет фазовые сдвиги, а играет роль переносчика информации.

На модуляторе формируется напряжение:

(2.10)

которое подается на генератор ВЧ, т.о. что напряжение на выходе генератора:

(2.11)

где - коэффициент модуляции.

Принятые сигналы после усиления детектируются, выделяется их огибающая, фаза которой сравнивается с фазой колебаний модулятора.

(2.12)

(2.13)

откуда получаем зависимость дальности от разности фаз:

(2.14)

Теперь при  = 1000 с^-1, км.

Достоинства фазового метода измерения дальности:

• маломощное излучение, т.к. генерируются незатухающие колебания;

• точность не зависит от доплеровского сдвига частоты отражения;

• достаточно простое устройство

Недостатки:

• отсутствие разрешения по дальности

• ухудшение чувствительности приемника вследствие просачивания в приемный тракт через антенну излучения передатчика, подверженного случайным изменениям.