Способ приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антенными решетками

 

Изобретение относится к области распространения радиосигналов в широком диапазоне частот, включая лазерное излучение, и может быть использовано в метеорологических радиолокационных системах . Цель изобретения - уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок.

СОЮЗ СОВ ГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 S 13/95

ГОС

ВЕД (ГО

НОЕ ПАТЕНТНОЕ .

CCP

CP) О (21) (22) (46) (75) (56) сеян дах.

N 11 с ан

1973

К BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

477743/63

5.07.88

7.02.93, Бюл. N 5 .Ф.Королев . Исимару А., Распространение и расе волн в случайно-неоднородных сре.: Мир, т,2, 1981, . Авторское свидетельство СССР

41434, кл. G 08 С 19/28, 1984. . Пахольчик А. Радиоастрофизика. / Пер. л.под ред. В.В.Виткевича, .М„Мир, с.35 — 36.

„„5U„„1793398 Al (54) СПОСОБ ПРИЕМА (ПЕРЕДАЧИ) СИГНАЛА ОТ ОБЪЕКТА (К ОБЪЕКТУ) ДВУМЯ

АНТЕННЫМИ РЕШЕТКАМИ (57) Изобретение относится к области распространения радиосигналов в широком диапазоне частот, включая лазерное излучение, и может быть использовано в метеорологических радиолокационных системах, Цель изобретения — уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок.

1793398

35

Способ приема (передачи) сигнала от объекта (к обьекту) двумя антенными решетками заключается в измерении разности фаз принятых сигналов между соответствующими элементами антенных решеток, измерении автокорреляционных функций электрического сигнала, характеризующего разность фаз для каждой пары соответствующих элементов антенных решеток и определении интервалов корреляции i (i номер пары) автокорреляционных функций и использовании для приема (передачи) сигнала k-ой пары элементов антенной решетки; для которой выполняется условие С>

>up/L>1, где L — расстояние до объекта, С— скорость распространения сигнала.

Изобретение относится к области распространения радиосигналов в широком диапазоне частот, включая лазерное излучение, например, в метеорологических радиолокационных системах, . Известны способы приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антен-. ными решетками. Однако, эти способы не обеспечивают оптимальной точности изме- рения (установки) разностй фаз при приеме (передаче) сигналов от объекта (к объекту) двумя антенными решетками из-за влияния случайных турбулентных атмосферных флуктуационных (тропосферных и ионосферных) ошибок.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ приема (передачи) сигнала от обьекта (к объекту) двумя антенными решетками, включающий прием сигнала элементом каждой антенной решетки и измерение разности фаз принятых сигналов ме>кду соответствующими элементами антенных решеток. Однако, этот способ (прототип) также не обеспечивает оптимальной точности измерения (установки) разности фаз при приеме (передаче) сигналов от объекта (к объекту) двумя антенными решетками из-за влияния случайных турбулентных атмосфер н ых флуктуационн ых (тропосферн ых и ионосфернйх) фазовых ошибок.

Поэтому целью изобретения является уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок.

Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению предложенный способ приема (передач ф сигнала от объекта (к объекту) двумя антейными решетками, включающий прием сигнала элементом каждой антенной решетки и измерение разности фаз принятых сигналов между соответствуУстроиство содержит две аналогичные антенные решетки 1 и 2, приемные фазометры 3, 4, корреляторы 5, 6, многоканальный самописец 7 (или цифропечатающее устройство) для регистрации функции автокорреляции фазовых флуктуаций принимаемых (передаваемых) от объекта (к объекту) 8 сигналов, коммутатор 9, блок 10 передатчиков, Уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок происходит за счет уменьшения времени(длины трассы) распространения или увеличения базы разнесения между элементами антенных решеток 1 и 2, 1 ил. ющими элементами антенных решеток отличается тем, что измеряют автокорреляционные функции электрического сигнала, характеризующего разность фаз каждой пары соответствующих элементов антенных решеток и определяют интервалы корреляции t (i — номер пары) автокорреляционных функций и для приема (передачи) сигнала используют k-ю пару элементов антенной решетки, для которой выполняется условие

С Ti<

) 1, где: — расстояние до объекта, а

С вЂ” скорость распространения сигнала

Предложенный способ приема (передачи) сигнала от объекта (к обьекту) двумя антенными решетками обеспечивает уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок и повышение точности измерения (установки) разности фаз при приеме (передаче) сигналов от обьекта (к объекту) двумя антенными решетками, На чертеже дана функциональная схема интерферометрической системы (с двумя антенными решетками), реализующей предложенный способ приема (передачи) сигнала от обьекта (к объекту) двумя антенными решетками, Интерферометрическая система (фиг. 1) состоит, например, из двух аналогичных антенных решеток 1 и 2, каждая из которых имеет одинаковое число (и+1) элементов (О, 1, 2,...,i,..., К..., n), При этом соответствующие, например, i-тые, k-тые и т.д. пары элементов антенных решеток 1 и 2 обьединены, образуя по отдельности I-тый, k-тый и т.д. интерферометр с соответствующей базой разнесения этих парных элементов. Между элементами каждой, например, i-той, k-той и т.д. пары включен приемный фазометр 3, 1793398 и т.д. с подключенным к выходу соответстующим коррелятором 5, 6 и т.д, Выходы орреляторов 5, 6 и т,д. подсоединены к оответствующим входам многоканального амописца (или цифропечатающего устрой- 5 тва) 7 для регистрации функции автокорреяции фазовых флуктуаций, принимаемых игналов от объекта (цели) 8. Для передачи игналов к обьекту 8 каждая пара элементов

I тая, k-тая и т.д. через коммутатор 9 может 10

< одключаться к блоку передатчиков 10.

Согласно изобретению предложенный пособ приема (передачи) сигнала от обьека 8 (к объекту 8) двумя антенными решеткаи 1 и 2, включающий прием сигнала 15 лементом каждой антенной решетки и изерение разности фаз (с помощью приемых фазометров 3, 4 и т,д.) принятых игналов между соответствующими элеменами антенных решеток 1 и 2 отличается 20 ем, что измеряют (с помощью ксррелятоов 5, 6 и т,д.) автокорреляционные функции . лектрического сигнала, характеризующего. азность фаз для каждой пары, например, ! той, k-той и т.д, соответствующих элемен- 25 ов антенных решеток 1 и 2.

Измеряемые автокорреляционные ункции атмосферных фазовых флуктуаий с помощью приемных фазометров 3, 4 т. д. и корреляторов 5, 6 и т.д. определя- 30 т в виде корреляционных характеристик

+ —

1 2

pp(r) = — T f T Ap(t)h,p(t — r)dt

35 . е; Л р (t) и Л<р (t — r) — реализации (вреенные функции атмосферных фазовых луктуаций — измеряемых разностей фаз с омощью приемных фаэометров 3, 4 и т.д.);

1 — длительность реализаций (или интервал ,среднения (интегрирования) фазовых луктуаций), т — временной сдвиг между. еализациями при их корреляционной об, аботке с помощью корреляторов 5, 6 и т.д, При г = 0 согласно (1) определяют велиину дисперсии атмосферных фазовых луктуаций ф, т.е.

+—

Т

1 с+= — f т Лp(t)Л<Р(t)dt,(2)

2 оторая служит для определения величины реднеквадратичной фазовой ошибки ор ляющейся универсальной характеристий статистических ошибок и представляю- 55 ей собой результат статистического реднения (интегрирования) согласно (1), ) за длительность Т реализаций фазовых луктуаций, Однако, эта универсальная характеристика не определяет фазовую ошибку за время распространения Тр принимаемых (передаваемых) от объекта (к объекту) 8 сигналов, значительно меньшее длительности реализации Т и меньшее интервала корреляции 7 атмосферных фазовых флуктуаций, при котором соблюдается условие

"замороженности" атмосферы, т.е. Тр. ат к, Как известно, для колмогоровской модели флуктуаций показателя преломления турбулентной атмосферы дисперсия атмосферных фазовых флуктуаций определяется как гф=<г С2П k2 (= 85 (3) при этом полагают, что В= Lo — база разнесения между соответствующими элементами пар антенных решеток 1 и 2;Lо — внешний масштаб неоднородностей турбулентной атмосферы, а — коэффициент, зависящий от размера первой зо .ы Френеля, равногоЧХ L; при этом g = 0,7817 — в ближней зоне — зоне Френеля (области геометриче2 ской оптики), т.е, при 1 « - -, а = 0,391— о . в дальней зоне — зоне Фраунгофера (облаlo, 2 сти L» -,). В дифракционной (промежуточной) области коэффициент, а очевидно, меняется в пределах 0,391 — 0,7817 Cn— структурная постоянная турбулентной атмосферы, типовое значение которой в оптическом и радиодиапазоне находится в пределах от 10 до 10 м; k = — —— волновое число; А — длина волны принимаемого(передаваемого) от объекта (к объекту)

8 излучения сигнала;! — расстояние (дистанция) до обьекта 8 (или длина трассы распространения); 4 — внутренний масштаб неоднородностей турбулентной атмосферы, Обычно В «(.

Интервал корреляции фазовых флуктуаций оценивается величиной х = (4)

В

Ра где U t — поперечная составляющая скорости дрейфа (ветра) неоднородностей турбулентной атмосферы;

Среднеквадратичная фаэовая ошибка рр по определению является среднестатйстической амплитудой флуктуационного процесса за время усреднения (интегрирования), равного длительноСти реализации Т, а величина rg дает представление о том, на каком интервале времени в среднем имеет место коррелировэнность между значениями (флуктуэциями фаз) вслучайном процессе изменения случайной величины (флуктуации фазы) в интервале на1793398

Определение интервалов корреляции

Ti(I — номер пары) производят по данным

40 измерений автокорреляционных функций, выведенных на многоканальный самописец (или цифропечатающее устройство) 7, И затем для приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) 8 используют каждую пару элементов антенных решеток 1 и 2, для ко45

С 7 торых выполняется условие . > 1. При этом для передачи сигнала к объекту 8 каждую пару элементов антенных решеток 1 и

Crk

50 2, для которых выполняется условие >

1 подключают к блоку 10 передатчиков с помощью соответствующих элементов коммутатора 9.

Введенный по предложенному способу пространственно-временной режим работы двух антеиных решеток йнтерферометрической системы (фиг. 1) обеспечиваетдостижение поставленной в изобретении цели: блюдения равного длительности реализации

T. Поэтому среднестатистическая скорость изменения фазовой ошибки определится как частное от деления среднеквадратичной ошибки /7оф на. величину интервала корреляции 5 т флуктуаций фазовой ошибки; т,е.

Ug a — 2- Р— = a<1, = (BP (0 ) (5) где;ор — дисперсия (в степени 1/2) дифференцированного случайного процесса — атмосферных фазовых флуктуаций, полученная за время усреднения (интегрирования) равное длительности реализации

Т; Вр (О) — значейие второй производнои 15

17 от функции корреляции Bp(т) при i = О.

Значение фазовой ошибки за время распространения Tp = L/С

1 оф.o. = Г2op (6). 20

Подставляя (3) и (4) в (6) и возводя в квадрат, получаем выражение для квадрата атмосферной фазовой ошибки о о = 2 д С . р2 . С2 . к2 . Я . -3 . В-1/3 {7) или заменив в (7) Тр на с учетом скорости распространения С, имеем

С

Q.о. =2aP — k Я.1 В " (8)

С

С учетом только {6) и (4) выражения (7) и (8) можно представить в более простой форме

2 2 -Т2

Q.о. =2 ор =2 op Uf P 2 (9)

И .Таким образом, согласно (7) и (8) устаноалейа, что квадрат среднеквадратичной фазовой ошибки о .о. пропорционален кубу . времени (длины трассы) распространения и обратно йропорционален корню кубическому от величины "В" базы разнесения между соответствующим:, элементами антенных решеток в диапазоне времени (длин трасс) распространения сигналов от объекта (к объекту) 8, меньших интервала пространственно-временной корреляции атмосферных . фазовых флуктуаций (ошибок), т.е.

L — C(7 или 1 >1 °

С г

Кроме того, согласно (9) установлено, что квадрат среднеквадратичной фазовой ошибки сф.о. (без учета изменения дисперсии ф фазовой ошибки) пропорционален квадрату времени (длины трассы) распространения и обратно пропорционален квадрату величины "В" базы разнесения между соответствующими элементами антенных решеток в диапазоне времен (длин трасс) распространения сигналов от объекта (к

8 объекту> д, меньших интервала пространственно-временной корреляции атмосферных фазовых флуктуаций (ошибок), т,е, L Сrq

С 1

Следовательно, согласно полученных результатов квадрат атмосферных фазовых ошибок сф:о возрастает нелинейно с увеличением времен (длин трасс) распространения и уменьшается нелинейно с увеличением баз раэнесения соответствующих элементов антенных решеток в определенном диапазоне их пространствейно-временных параметров, Таким образом, доказано, что в диапазоне пространственно-временных параметCik ров > 1-элементов антенных решеток интерферометрйческой системы (фиг, 1) наблюдается уменьшение атмосферных фазовых ошибок пропорционально базе разнесейия между соответствующими элементами антенных решеток, Поэтому по измерениям автокорреляционных функций электрического сйгнала, характеризующего разность фаз для каждойпары, например, i-ой, k-ой и т.д. соответствующих элементов антенных решеток 1 и 2, определяют интервалы корреляции 7l (i - номер пары) автокорреляционных функций и для приема (передачи) сигнала используют к-ю пару элементов антенной решетки, для

С т которой выполняется. условие > 1, где L — расстояние до объекта, а С вЂ” скорость распространения сигнала.

1793398 о тр д ув ву и ра ус (в м ук м

Формула изобретения

Составитель А. Шефер

Техред М.Моргентал

Корректор О Кравцова

Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ка то ра от

LU

У о еньшение влияния атмосферных фазовых ибок, с уменьшением времени (длины ссы) распространения при приеме(перее) сигналов от объекта (к объекту) 8 и с личением баз "В" разнесения соответстщих элементов антенных решеток 1 и 2 ерферометрической системы (фиг,1) при зличных изменениях метеорологических овий, например, скорости U> дрейфа тра) неоднородностей турбулентной атсферы, а следовательно позволяет при занном выборе пространственно-вренных параметров антенных решеток инСпособ приема (передачи) сигнала от екта (к объекту) двумя антенными решети, включающий прием сигнала элеменкаждой антенной решетки и измерение зности фэз принятых сигналов между соетствующими элементами антенных реток, отличающийся т м, что, с целью еньшения влияния атмосферных фазовых ибок, измеряют автокорреляционные терферометрической системы достичь близкий к оптимальному уровень атмосферных фазовых ошибок и близкую к оптимальной точность измерения (установки) разности

5 фаз при приеме (передаче) сигналов от объекта (к объекту) 8 антенными решетками;

Предложенный способ применим в различного рода антенных системах с одной, 10 двумя и многими антенйыми решетками в широком диапазоне частот, включая лазерное излучение, при различных изменениях метеорологических условий. функции электрического сигнала, характеризующего разность фаз каждой пары соответствующих элементов антенных решеток, и определяют интервалы корреляции r (i — номер пары) автокорреляционных функций и для приема (передачи) сигнала используют

k-тую пару элементов антенной решетки, для

С тк которой выполняется условие > 1, где L — расстояние до объекта, С вЂ” скорость распространения сигнала.