Способ определения радиальной скорости объекта

 

Использование: измерение скорости объекта. Сущность изобретения: излучают сигнал с периодом Т0, принимают отраженный сигнал, измеряют промежутки времени П между началом сканирования луча антенны на прием по закону tnp(0) и окончанием действия i-ro принятого отраженного импульса , определяют радиальную скорость Vp по приведенной формуле. 4 ил.

С Ol(! 1 «11111CКИХ

СОЦИАЧИ ГИ 11< кых

PF СFTYF)11ÈV

Fsi1s G 01 S 1/14, 1/54

POÑÓÄÀP CTHE HHOE ПАТГ Н ТНОР

ВЕДОМСТВО СССР (f OCF1 ATE H T CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4920368/09 (22) 19.03.91 (46) 15.04,93, Б1ол. N 14 (72) Ю.С.Расщепляев и К.А.Часнык (56) Гинзбург В,M. Формирование и обработка изображений в реальном времени, Методы быстрого сканирования. М: Радио и связь,1986, с, 34, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЛЬНОЙ

СКОРОСТИ ОБЬЕКТА

Изобретение относится к радиолокации и радионавигации и может быть использовано для измерения радиальной скорости объекта в системах со сверхсканированием, Известен частотный способ измерения радиальной скорости объекта, заключающийся в сравнении частот принятого и излученного сигнала, разность которых прямо пропорциональна радиальной скорости объекта..Однако данный способ имеет низкую точность при излучении и приеме импульсных сигналов, так как при отражении от движущегося объекта смещение частоты приобретает каждая гармоническая составляющая спектра.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является способ измерения радиальной скорости объекта, заключающийся в излучении пачки импульсов с периодом Т0, приеме отраженных импульсов, измерении периода следования отраженных импульсов Т и формировании сигнала, прдпорционального величине радиальной скорости объекта Vp, в соответствии с выражением

„„SU„„1809399 А1 (57) Использование: измерение скорости объекта. Сущность изобретения: излучают сигнал с периодом Т,, принимают отраженный сигнал, измеряют промежутки времени между началом сканирования луча антенны на прием по закону tpp((3) и окончанием действия i-го принятого отраженного импульса, определяют радиальную скорость

V по приведенной формуле. 4 ил.

Чр = — (То - Tv)/То . с

2 (1)

Однако данный способ имеет низкую точность измерения радиальной скорости обьекта в случае сверхбыстрого сканирования луча антенны из-за неучета тангенциальной составляющей полного вектора скорости объекта.

Целью изобретения является повышение точности измерения радиальной скорости объекта в случае сверхбыстрого сканирования луча антенны за счет учета тангенциальной составляющей скорости объекта, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения радиальной скорости объекта, заключающемся в излучении импульсов с периодом Т, и приеме отраженных импульсов, дополнительно измеряют промежутки времени т между началом сканирования луча антенны на прием по закону Ohp(t) (или t>p((3)) и окончанием действия 1-ro принимаемого отраженного импульса и формируют сигнал, пропорциональный величине радиальной скорости объекта Vp, в соответствии с выражением

1809399 д tI+з rpp(О} FBI+ç гил((А}+зз (О(уз )

Р 1 о — тизл + тизл Т (2) "! +1

8 = C4p (rI ) О=% (Q)-Нь (5) = Р Чл " % (6) tpp(O}+C4)=ri, =1,2,..., (4) где тизл((4) = tnp(C4) = 0

tnp(C4+ 6Ьбз) = rnp тизл(:4 + еобз) = тимп

40 с

{7) с 1пр (Оз ) — пр (лпз }

2 То

55 (- .Ъ = Й(+ х Й-,, (10) где C4sn{t) (или trna@(Q) закон сканирования луча антенны при излучении импульса; 5 б — ширина луча (диаграммы направленности (ДН) антенны.

Сущность способа заключается в следующем, Луч антенны сканирует по закону C4> (t) 10 и эа время длительности излучаемого импульса % мг {длительность импульса передатчика) поворачивается в секторе (C4, 8 + 8 6 ) {фиг. 1). Через определенный промежуток времени rпп в том же секторе начи- 15 нает сканировать луч антенны по закону (3hp(t) для приема отраженного от объекта сигнала. За время rnp разворота луча антен- . ны при приеме (фиг. 2) луч поворачивается с направления Qi до направлени {04+ C463), Во время этогб поворота с направления

0> принимается отраженный от объекта импульс, длительность которого Определяется как временем разворота луча (ДН) ан нны относительно этого O} направления на угол, равный ширине ДН антенны С4

re = tnp(O} + Ро)" 1пр(О1), (3) так и положением цели внутри образован- 30 ного "слоя видимости". Из фиг. 1, 2 видно, что момент окончания приема сигнала с наПРаВЛЕНИЯ Q (МОМЕ> т ОКОНЧаНИЯ ДЕйСтВИЯ

t-го принимаемого отраженного импульса) равен где О,! = 1,2 рассчитывается согласно (5).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения ра- 50 диальной скорости объекта в сравнении с прототипом (1) на величину (CM. Приложение) (1 Tv Зи +лО! } 1изл ф}) лп}

Тогда направление на цель О определяется выражением

Далее измеряют промежуток времени т1 между началом сканирования луча антенны на прием и окончанием действия первого принимаемого отраженного импульса.

После окончания сканирования луча ан?ЕННЫ На ПРИЕМ (tnp(% -. C46s) = Гпр) ЧЕРЕЗ ойределенное время rn луч антенны начинает сканировать по закону 64эл(с) для излучения импульса передатчика. За время, равное длительности %мп импульса передатчика, луч антенны разворачивается в секторе обзора (C4, C4+ (=4бэ). Через время rnn после окончания излучения (тиэл(64+

+(4бз) = олимп) (фИГ, ) В ЭТОМ ЖЕ СЕКТОре начинает сканировать луч антенны по закону епр(т) для приема отраженного от объекта, находящегося в направлении Oz. си1нала. В общем случае

ez О (Oi +» O} ),таккэкмодульполного вектора сКорости объект " .имеет помимо радиальной Vp и тэнгенциальную V< составляющую:

Измеряется промежуток времени т (ф .r, 2) между началом сканирования на прием и окончанием действия второго принимаемого отраженного импульса.

На основе измерен -. ых значений rq и т2 и известного периода То формируют сигнал, пропорциональный ве ичине радиальной скорости объекта, в соответствии с выражением (см. приложение) где То и Т вЂ” периоды следования соответственно излучаемых и отраженных импульсов в прототипе.

Пример, Пусть законы сканирования при излучении t»<(g и при приеме tnp((3) сигнала совпадают и равномерны

t»n((3) = ьр(Я) = t (6 =- r Mn H/646,, (9) углы О1 и Я связаны соотношением

1809399 где х — та доля ширины ДН, на величину которой смещается объект в промежуток времени между двумя излучаемыми импульсами, а период следования Т0 излучаемых импульсов кратен длительности импульса

Химп ПЕрЕдатЧИКа:

То = N Химп. (1+ Т

Л Vp - С

То

1+

То

Р

v, То

1 ——

"о (12) Для случая C4/C4eз = 0,1, N = 100, х = 0,1 относительное повышение точности в сравнение с прототипом равно т.е. а выражение (7) с учетом обозначений фиг, 2, 3 примет вид

То 2 То что полностью совпадает с формулой (1) для прототипа.

В случае, когда Vt = 0 (объект движетс вдоль направления О, к измерителю V= Vр);

91 =6 а выражение (7) снова вырождается в формулу (1) для прототипа.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения радиальной скорости объекта за счет учета тангенциальной составляющей скорости объекта, т.е. достигается поставленная цель изобретения. На фиг. 4 представлена система, реализующая способ измерения радиальной скорости объекта.

Тогда выражение (8) примет вид

ЬЧ х Ob c

В случае, когда луч антенны не сканирует тпр(Я = тизл(9 = Химп, V с z> х2 с Т вЂ” Т

Система, реализующая предлагаемый способ измерения радиальной скорости объекта, состоит из антенны 1, системы управления антенной 2 (СУА), антенного переключателя 3 (АП), передатчика 4, приемника

5, устройства формирования импульса окон-. чания счета 6 (УФИОС), триггеров 7, 8, измерителей временного интервала 9, 10 (ИВИ), микропроцессора 11, счетчиков-делителей на 2 12, 13 (С Г), сумматора по модулю 2 14 (SM) и синхрогенератора 15, причем информационный вход антенны 1 подключен к выходу АП 3, первый вход АП 3 соединен со входом приемника 5, выход приемника 5 подключен к УФИОС 6, выход УФИОС 6 соединен со входами установки в нулевое состояние триггеров 7 и 8, выходы триггеров

7 и 8 подключены к входам ИВИ соответственно 9 и 10, выходы ИВИ 9 и 10 соединены соответственно с первым и вторым входами микропроцессора 11, выход микропроцессора 11 является выходом системы, пусковой вход системы соединен со входами начальной установки триггеров 7 и 8 и-входом запуска синхрогенератора 15, выход синхрогенератора 15 подключен к синхровходам АП 3, СУА 2 и передатчика 4 и к входу

СТ 12, выход СТ 12 подключен к первому входу SM 14 и через СТ 13 ко второму входу

SM 14 и входу установки в единичное состояние триггера 7, выход SM 14 подключен ко входу установки в единичное состояние триггера 8, выход передатчика 4 соединен со вторым входом АП 3, выход СУА 2 соединен с управляющим входом антенны 1.

Система, реализующая предлагаемый способ, работает следующим образом.

Пусковой импульс на пусковом входе системы переводит триггеры 7 и 8 в началь ное (нулевое) состояние и запускает синхрогенератор 15. По первому импульс с синхрогенератора 15 АП 3 подключает вь,— ход передатчика 4 ко входу антенны 1, передатчик начинает генерировать импульс длительностью химп, а СУА 2 пРи этом обеспечивает сканирование луча антенны 1

За ВрЕМя Хи - В ЗадаННОМ СЕКтарЕ Обэсра (Яи, C4 + Ибз) по закону C4>n(t) (или тип(6 ). Этот же первый импульс с выхода синхрогенератора 15 поступает на вход С

12. По окончанию действия импульса передатчика 4 СУА 2 переводит луч антенны 1 в начальное направление 64..

По второму импульсу синхрогенератора

15 АП 3 подключает выход антенны 1 ко входу приемника 5, а СУА 2 обеспечивает сканиРование лУча антенны 1 за вРемЯ хпр (фиг. 2) в секторе обзора (C4, A + ИЬьэ) по закону Cbp(t) (или напр(Я), По окончанию дей1809399

20

О = C4р (ti )—

C4,l

= 1,2.

ЛVp— с

То ствия второго импульса синхрогенераторэ

15 СУА 2 переводит луч антенны 1 в начальное направление 64.

Этот же второй импульс с выхода синхрогенератора 15 поступает на вход СТ 12, на выходе которого появляется единичный сигнал, который подается на первый вход SM

14 и на вход СТ 13. Так как на второй вход

SM 14 поступает нулевой сигнал с выхода

СТ 13, то на выходе $М 14 появится единичный сигнал, который поступит на вход установки в единичное состояние триггера 8. В .результате чего на выходе триггера 8 появится высокий потенциал, который поступит на вход ИВИ 10. ИВИ 10. работающий, например по методу счетных импульсов, начинает измерение. Отраженный от цели радиосигнал принимается антенной 1 и через АП 3 поступает на вход приемника 5. С выхода приемника 5 видеоимпульс поступает на вход УФИОС 6. УФИОС 6 (например, .одновибратор) формирует импульс в момент спада поступающего на его вход видеоимпульса. Импульс с выхода УФИОС 6 поступает на вход установки в нулевое со- 25 стояние триггеров 7 и 8. Так как триггер 7 находился до этого в нулевом (начальном) состоянии, то его состояние не изменится.

А на выходе триггера 8 появится нулевой потенциал, который поступает на вход

ИВИ 10. Момент появления нулевого потенци ала на входе ИВИ 10 соответствует моменту окончания измерения. Результат измерения (например, код) t> с выхода ИВИ

10 поступает на первый вход микропроцессора 11, По третьему импульсу с синхрогенератора 15 АП 3 подключает выход передатчика .4 ко входу антенны 1, передатчик начинает генерировать импульс длительностью ти»»п (фиг. 2), а СУА 2 при этом обеспечивает сканирование луча антенны 1 за время % »» в секторе обзора (C4, 04 + 8h6s) по закону 64зл(т) (или 1иэл(6 ). Этот же импульс с выхода синхрогенератора 15 поступает на вход СТ 12, По окончанию действия импульса передатчика 4 СУА 2 переводит луч антенны 1 в начальное направление О».

По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения радиальной скорости Vp объекта на величину

llo четвертому импульсу синхрогенератора 15 АП 3 подключает выход антенны 1 ко входу приемника 5, а СУА 2 обеспечивает сканирование луча антенны 1 за время t»»p в секторе обзора (04, 04 + C46>) по закону

64р(с) (или тпр(Щ). По окончанию действия четвертого импульса с выхода синхрогенератора 15 СУА 2 переводит луч антенны 1 в начальное направление 64. Этот же четвертый импульс с выхода синхрогенератора 15 поступает на вход.СТ 12, на выходе которого появится единичный сигнал, который подается на первый вход SM 14 и на вход СТ 13. Этот единичный сигнал с выхода СТ 12 появится на выходе СТ 13, поэтому на обоих входах $М 14 появятся единичные сигналы, в результате чего на выходе SM 14 будет нулевой потенциал.

Нулевой. потенциал на выходе SM 14 не изменит нулевого состояния триггера 8.

На. вход установки в единичное состояние триггера 7 поступает единичный сигнал с выхода СТ 13, что вызовет появление высокого потенциала на выходе триггера 7. Высокий потенциал с выхода триггера 7 подается на вход ИВИ 9, который начинает измерение. Отраженный от цели радиосигнал принимается антенной 1 и через

АП 3 поступает на вход приемника 5.

С выхода приемника 5 видеоимпульс поступит на вход УФИОС 6, который формирует импульс в момент спада поступающего на его вход видеоимпульса, Импульс с выхода УФИОС 6 поступает на вход установки в нулевое состояние триггеров 7 и 8, В результате этого триггер 7 перейдет из единичного в нулевое состояние, Нулевой потенциал поступит на вход

ИВИ 9, который в момент появленйя нулевого потенциала прекратит измерения, Результат измерения tz (например, код) с выхода ИВИ 9 поступит на второй вход микропроцессора 11, В результате подачи, например, кодов ti u tz на оба входа микропроцессора 11, на его выходе будет сформирован сигнал (например, код), пропорциональный величине радиальной скорости Vp объекта, в соответствии с выражением х (1+

О = ebp (т» ) — (=.4, i = 1,2, 1809399

Формула изобретения

Ч

rye @ C4p(rj) - Q„J - i, I + 1, 1= 1.2.3..., 15 64 — ширина главного лепестка диагтЩ Q>n(t) — закон сканирования раммы направленности антенны; луча антенны на излучение; с — скорость распространения радиоволн.

Способ определения радиальной скорости объекта, включающий излучение сигна.лов с периодом То и прием отраженных сигналов при сверхбыстром сканировании луча антенны в секторе 84es за время имп длительности импульса и определение радиальной скорости по результатам обработки принятых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения радиальной скорости. измеряют промежутки времени д между началом скани5 рования луча антенны на прием по закону . Tnp((3) и окончанием действия 1-го принятого отраженного импульса, а радиальную скорость Чр объекта определяют по формуле

3809399

1809399

1809399

Составитель Е. Погиблова

Редактор B. Трубченко Техред М.Моргентал Корректор И, Шмакова

Заказ 1284 Тираж Подписное

ВНИИПИ Госудаоственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". r Ужгород, ул.Гагарина. 101