Фазовый способ измерения дальности

 

Использование: для измерения дальности фазовым методом. Сущность изобретения: для измерения дальности фазовым способом регенерируют гармоническое колебание, манипулируют его по фазе на 180, формируя тем самым фазоманипулированный (ФМ) сигнал, излучают зондирующий ФМ сигнал, принимают отраженный ФМ сигнал, преобразуют его по частоте, выделяют напряжение промежуточной частоты, перемножают его с зондирующим ФМ сигналом, из полученного колебания выделяют гармоническое напряжение и измеряют сдвиг между гармоническим напряжением и напряжением гетеродина, одновременно производят корреляционную обработку зондирующего и отраженного фазоманипулированного сигналов и по максимальному значению корреляционной функции определяют время задержки между отраженным и зондирующим сигналами, что позволяет повысить точность и устранить неоднозначность измерения дальности. 1 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для измерения дальности фазовым методом.

Известны способы измерения дальности (авт. св. N 792183, 885946, 1108375. Основы радионавигационных измерений, МО СССР, 1987, с. 225 и др. ).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является фазовый способ измерения дальности (Основы радионавигационных измерений, МО СССР, 1987, с. 225), который заключается в генерировании гармонического колебания, излучении зондирующего сигнала, приеме отраженного сигнала и измерении фазового сдвига между зондирующим и отраженным сигналами. Однако для указанного способа характерны такие недостатки, как низкая точность и неоднозначность измерения дальности.

Целью изобретения является повышение точности и устранение неоднозначности измерения дальности.

Поставленная цель достигается тем, что гармоническое колебание перед излучением манипулируют по фазе на 180^о в соответствии с модулирующим кодом, формируя тем самым фазоманипулированный сигнал, отраженный фазоманипулированный сигнал преобразуют по частоте, выделяют напряжение промежуточной частоты, перемножают его с зондирующим фазоманипулированным сигналом, из полученного колебания выделяют гармоническое напряжение и измеряют фазовый сдвиг между гармоническим напряжением и напряжением гетеродина, одновременно производят корреляционную обработку зондирующего и отраженного фазоманипулированных сигналов и по максимальному значению корреляционной функции определяют время задержки между отраженным и зондирующим сигналами.

На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит высокочастотный генератор 1, генератор 2 модулирующего кода, фазовый манипулятор 3, передатчик 4 с антенной, приемник 5 с антенной, гетеродин 6, смеситель 7, усилитель 8 промежуточной частоты, перемножитель 9, узкополосный фильтр 10, фазометр 11, многоканальный коррелятор 12, многоотводную линию задержки 13 i, многоканальный перемножитель 14 i, фильтр 15 i нижних частот и компаратор 16 i (i = 1, 2, . . . , n).

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотный генератор 1 формирует гармоническое колебание U_c(t), которое поступает на первый вход фазового манипулятора 3, на второй вход которого с выхода генератора 2 подается модулирующий код М(t). На выходе фазового манипулятора 3 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал U₁(t), который излучается передатчиком 4. Отраженный ФМн сигнал U₂(t) с выхода приемника 5 поступает на первый вход смесителя 7, на второй вход которого подается напряжение U_г(t) с выхода гетеродина 6. На выходе смесителя 7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 8 выделяется только напряжение промежуточной (разностной) частоты U_пр(t), которое поступает на первый вход перемножителя 9, на второй вход которого подается ФМн сигнал U₁(t) с выхода фазового манипулятора 3. На выходе перемножителя 9 образуется результирующее колебание U_Σ (t), из которого узкополосным фильтром 10 выделяется гармоническое напряжение U₃(t). Это напряжение поступает на первый вход фазометра 11, на второй вход которого подается напряжение U_г(t) гетеродина 6. Фазометр 11 измеряет фазовый сдвиг Δ ϕ, по которому определяется дальность до объекта облучения. Так формируется фазовая шкала измерений, которая является точной, но неоднозначной.

Одновременно напряжения U₁(t) и U₂(t) с выходов фазового манипулятора 3 и приемника 5 поступают на два входа многоканального коррелятора 12, состоящего из многоотводной линии задержки 13 i, многоканального перемножителя 14 i и фильтра 15 i нижних частот. (i = 1, 2, . . . , n). На выходах многоканального перемножителя образуются напряжения суммарной и разностной частот. На выходе i-го элемента перемножителя 14 i образуется напряжение, которое будет иметь максимальное значение при условии τ_i = τ_o, где τ_i - время задержки i-го элемента многоотводной линии задержки 13 i. Фильтром 15 i нижних частот выделяются напряжения разностной частоты, пропорциональные корреляционной функции R (τ). Причем напряжения будут максимальными только при τ_i = τ_o [R (τ_o)] , где τ_о - задержка, пропорциональная истинной дальности R_o.

С выхода коррелятора 12 напряжения с выходов соответствующих каналов поступают одновременно на входы элементов аналогового компаратора 16 i. Каждый элемент этого компаратора представляет собой аналоговый элемент сравнения, в котором сравниваются два напряжения - входное U_вх и опорное U_оп. В случае превышения входного напряжения над опорным (U_вх > >U_оп) на выходе i-го элемента компаратора 16 i фоpмируется напряжение, соответствующее логической "1".

Следует отметить, что напряжения с выходов коррелятора 12 подаются на компаратор 16 i так, что на два соседних элемента компаратора подается одно и то же напряжение. Причем на один из элементов компаратора в качестве входного напряжения U_вх, а на другой - опорного U_оп. Таким образом, на выходах элементов этого компаратора образуется параллельный двоичный код, в котором "1" соответствует превышению напряжения в (i+1)-ом канале коррелятора 12 над напряжением в i-ом канале. Последовательность единиц двоичного кода соответствует возрастанию корреляционной функции R(τ), а последовательность нулей соответствует спаду корреляционной функции R(τ). Следовательно, последняя единица в двоичном коде будет соответствовать пику корреляционной функции R(τ_o). Подсчитав количество двоичного кода, можно определить номер канала, в котором τ_i= τ_o, а следовательно, и значение τ_о. Так формируется временная шкала измерений, которая является грубой, но однозначной.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с базовым объектом обеспечивает повышение точности и устранение неоднозначности измерения дальности. Это достигается использованием двух шкал: фазовой шкалы измерений, которая является точной, но неоднозначной, и временной шкалы измерений, которая является грубой, но однозначной, а также корреляционной обработкой зондирующего и отраженного ФМн сигналов. Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить чувствительность измерения дальности при низком отношении сигнал/шум. Это достигается сверткой спектра широкополосного ФМн сигнала, который преобразуется в узкополосное гармоническое напряжение, что позволяет выделить его с помощью узкополосного фильтра, отфильтровав при этом значительную часть шума и помех, т. е. повысить реальную чувствительность измерителя при низком отношении сигнал/шум.

Представление результатов измерения в цифровом коде обеспечивает возможность их длительного хранения, передачи на большие расстояния по каналам связи и сопряжение измерителя с вычислительной техникой. (56) Основы радионавигационных измерений, МО СССР, 1987, с. 225.

Формула изобретения

ФАЗОВЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ , заключающийся в том, что генеpиpуют гаpмонический сигнал, излучают его, пpинимают отpаженный сигнал, измеpяют фазовый сдвиг Δϕ₁ между излученным зондиpующим сигналом и отpаженным сигналом, отличающийся тем, что пеpед излучением фоpмиpуют фазоманипулиpованный сигнал U₁ (t) путем сдвига по фазе на 180^o гаpмонического сигнала в соответствии с модулиpующим кодом, отpаженный сигнал U₂ (t) пpеобpазуют по частоте, выделяют сигнал пpомежуточной частоты U_пp (t), пеpемножают его с зондиpующим фазоманипулиpованным сигналом U₁ (t), из полученного сигнала U_Σ(t) выделяют гаpмонический сигнал U₃ (t) и измеpяют фазовый сдвиг Δϕ₂ между гаpмоническим сигналом U₃ (t) и гетеpодинным U_г (t), одновpеменно зондиpующий фазоманипулиpованный сигнал U₁ (t) задеpживают по вpемени, задеpжанные сигналы U₁ (i) (t), где i = 1, 2, . . . n, пеpемножают с отpаженным фазоманипулиpованным сигналом U₂ (t), выделяют сигнал pазностной частоты U_p (t), пpопоpциональный коppеляционной функции R(τ) , где τ - вpемя задеpжки между зондиpующим U₁ (t) и отpаженным U₂ (t) сигналами, по pезультатам измеpения фоpмиpуют фазовую и вpеменную шкалы измеpения дальности, согласовывают их так, чтобы удвоенная максимальная ошибка измеpения дальности по гpубой вpеменной шкале была меньше, чем интеpвал однозначного измеpения дальности по точной фазовой шкале, опpеделяют целое число пеpиодов полной pазности фаз N по фазовой шкале, сpавнивают измеpения фазовой и вpеменной шкал и однозначно опpеделяют дальность.

РИСУНКИ

Рисунок 1