Радиотехнический измеритель радиальной скорости объекта



Радиотехнический измеритель радиальной скорости объекта

 


Владельцы патента RU 2576654:

Валеев Георгий Галиуллович (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах ближней радиолокации. Достигаемый технический результат - увеличение точности измерения скорости объекта за счет измерения набега фазы. Указанный результат достигается за счет того, что измеритель содержит генератор прямоугольного импульса высокой частоты, приемную и передающую антенны, фазовый детектор, ключ, два смесителя, гетеродин, индикатор набега фазы, соединенные между собой определенным образом. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах ближней радиолокации для измерения радиальной скорости объектов.

Известно устройство для измерения скорости (Авт. св. №590687, МПК G01S 13/58, 1976 г.). Устройство содержит приемную антенну и последовательно соединенные генератор высокой частоты (ВЧ), фазовый детектор, усилитель постоянного тока и блок управления частотой, выход которого соединен с входом генератора ВЧ, который вторым выходом соединен с передающей антенной. Выход усилителя постоянного тока соединен с входом блока измерения частоты, частотно-сдвигающий блок, датчик величины опорной частоты и блок вычитания, при этом частотно-сдвигающий блок включен между выходом приемной антенны и вторым входом фазового детектора, а выход датчика величины опорной частоты соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока измерения частоты.

Недостатками аналога являются недостаточная точность измерения скорости из-за сложного преобразования ВЧ сигнала в сигнал доплеровской частоты.

Общими признаками аналога и изобретения являются генератор высокой частоты, приемная и передающая антенны и фазовый детектор.

Наиболее близким аналогом-прототипом изобретения является способ измерения радиальной скорости объекта и устройство для его осуществления (Патент РФ №2535487, МПК G01S 13/58, 2013 г.). Это устройство содержит генератор одиночного прямоугольного импульса высокой частоты (ВЧ), передающую и приемную антенны, выключатель принимаемого радиосигнала, таймер и измеритель фазы - фазовый детектор. Выход генератора ВЧ соединен с входом передающей антенны и входом опорного радиосигнала измерителя фазы. Выход приемной антенны соединен с входом выключателя принимаемого радиосигнала, а его выход соединен с сигнальным входом фазового детектра. Выход таймера соединен с входом управляющего сигнала выключателя принимаемого радиосигнала.

Общими признаками прототипа и изобретения являются генератор высокой частоты, приемная и передающая антенны, фазовый детектор.

Недостатками прототипа являются недостаточная точность измерения набега фазы из-за его дискретного измерения с шагом 2π.

Технический результат изобретения - устранение недостатка прототипа, а именно увеличение точности измерения набега фазы, а следовательно, и скорости измеряемого объекта, которая достигается за счет непрерывного измерения набега фазы за один ВЧ импульс в интервале фазы 0 до 2π (от +π до -π).

Изобретение поясняется структурной схемой измерителя радиальной скорости, представленной на фиг. 1, на которой ведены обозначения: 1 - ключ; 2 - генератор одиночного ВЧ импульса; 3 - передающая антенна; 4 - объект измерения; 5 - приемная антенна; 6 - первый смеситель; 7 - второй смеситель; 8 - гетеродин; 9 - фазовый детектор; 10 - индикатор фазы.

Предпосылки изобретения.

На сегодняшний день неразрешимой проблемой является невозможность ответить на вопрос: если в данный момент времени t1 имеется величина А=sin(ωt10) гармонического колебания, то чему равна полная фаза этого колебания - или sin(ωt10), или sin(ωt10+2π), или sin(ωt10+4π) и т.д. Это означает, что точная величина полной фазы может быть определена лишь в пределах от 0 до 2π. Поскольку строгое решение данной проблемы отсутствует как в теории, так и измерительной области, поэтому необходимо перейти к изучению интервала фазовой однозначности, а именно - рассматривать величину полной фазы лишь в диапазоне значений от 0 до 2 π.[1]

За время измерения скорости объекта, набег фазы ВЧ колебаний, даже при малой скорости движения объекта, составляет несколько π. Прототип же измеряет набег фазы равный целому числу, кратному 2π (см. фиг. 1 описания прототипа). Покажем, что измеритель по изобретению измеряет набег фазы в интервале от 0 до 2π.

При движении объекта со скоростью много меньше скорости света, когда доплеровской частотой можно пренебречь по сравнению с частотой ВЧ сигнала, набег фазы Фвч ВЧ сигнала (туда и обратно) за длительность ВЧ импульса равен

где L - расстояние, пройденное объектом за время длительности ВЧ импульса;

λ - длина волны излучаемого ВЧ импульса, соответствующая его ВЧ частоте f=с/λ, где с - скорость света.

Известно, что длина пути L, пройденная объектом со средней скоростью V за время t, равна

t - длительность ВЧ импульса.

После алгебраических преобразований формул (1) и (2) и решения полученной формулы относительно V получим

Запишем аналогичную формулу для V, измеренную на длине волны Λ, соответствующую промежуточной частоте F=с/Λ радиосигнала

где Фпр - набег фазы на промежуточной частоте F радиосигнала, которая много меньше f.

Прировняем правые части уравнений (3) и (4), после алгебраических преобразований получим формулу для определения Фпр, выраженную через набег фазы ВЧ импульса Фвч и отношение частот f/F

Известно, что промежуточная частота F составляет десятки МГц, в то время как высокая частота f десятки ГГц, поэтому их отношение равно малому значению - порядка одной тысячной. Выбрав соответствующее отношение частот F/f, при скорости объекта V много меньше скорости света, изменение Фпр, однозначного укладывается в пределах интервала измерения фазы от 0 до 2π.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что радиотехнический измеритель радиальной скорости объекта содержит: 1 - ключ; 2 - генератор высокой частоты (ВЧ); 3 - передающую антенну; 5 - приемную антенну; 6 - первый смеситель; 7 - второй смеситель; 8 - гетеродин; 9 - фазовый детектор; 10 - индикатор набега фазы.

Возможное выполнение элементов схемы измерителя скорости.

Ключ 1 может быть выполнен в виде тумблера.

Генератор сигнала 2 высокой частоты (ВЧ) выполнен в виде генератора одиночного прямоугольного ВЧ импульса.

Передающая 3 и приемная 5 антенны могут быть выполнены в виде волноводного рупора.

Первый 6 и второй 7 смесители, гетеродин 8 и балансный фазовый детектор 9 могут быть выполнены по известным схемам этих элементов [1].

Индикатор набега фазы 10 может быть выполнен в виде конденсатора с параллельно включенным вольтметром. Конденсатор индикатора заряжается от напряжения Uфд на выходе фазового детектора, которое определяется по формуле

Соединение элементов схемы измерителя скорости.

Ключ 1, генератор 2 ВЧ сигнала и передающая антенна 3 соединены последовательно. Выход гетеродина 8 соединен с гетеродинным входом первого и второго смесителей 6 и 7. Сигнальный вход второго смесителя 7 соединен со вторым выходом генератора 2 ВЧ сигнала, выход приемной антенны соединен с сигнальным входом первого смесителя 6. Выходы смесителей 6 и 7 соединены с разными входами фазового детектора 9, выход которого соединен с входом индикатора 10.

Радиотехнический измеритель радиальной скорости работает следующим образом. Ключом 1 включают генератор 2, который, через передающую антенну 3, излучает ВЧ импульс. После отражения ВЧ импульса от поверхности объекта 4, скорость движения которого измеряется, он принимается приемной антенной 5, получает относительно фазы излученного ВЧ импульса сдвиг фазы Фвч. Отраженный ВЧ импульс с выхода приемной антенны 5 поступает на сигнальный вход первого смесителя 6, на выходе которого образуется сигнал промежуточной частоты, как разность частоты отраженного ВЧ импульса и частоты гетеродина 8, этот сигнал поступает на один вход фазового детектора 9. На второй вход фазового детектора 9 поступает сигнал промежуточной частоты со второго смесителя 7, который является сигналом опорной фазы. С выхода фазового детектора 9 сигнал постоянного тока заряжает конденсатор индикатор набега фазы 10 и регистрируется его вольтметром, шкала которого проградуирована в значениях скорости объекта. Ноль на середине шкалы означает нулевую скорость объекта, плюс объект удаляется, минус - приближается. Технический результат изобретения достигнут - набег фазы измеряется в интервале фазы от +π до -π.

Отличительные признаки изобретения.

Введены ключ, два смесителя, гетеродин, индикатор набега фазы. Ключ, сигнальный выход генератор прямоугольного импульса высокой частоты и передающая антенна соединены последовательно. Выход гетеродина соединен с гетеродинными входами первого и второго смесителей.

Сигнальный вход второго смесителя соединен со вторым выходом сигнала генератора прямоугольного импульса высокой частоты.

Выход приемной антенны соединен с сигнальным входом первого смесителя.

Выходы смесителей соответственно соединены с первым и вторым входами фазового детектора, выход которого соединен с входом индикатора набега фазы.

1. А.С. Карташкин. Радио-наблюдение воздушных объектов. М.: РадиоСофт, 2014.

Радиотехнический измеритель радиальной скорости объекта, содержащий генератор прямоугольного импульса высокой частоты, приемную и передающую антенны и фазовый детектор, отличающийся тем, что введены ключ, два смесителя, гетеродин, индикатор набега фазы, причем ключ, сигнальный выход генератора прямоугольного импульса высокой частоты и передающая антенна соединены последовательно, кроме того, выход гетеродина соединен с гетеродинными входами первого и второго смесителей, сигнальный вход второго смесителя соединен со вторым выходом сигнала генератора прямоугольного импульса высокой частоты, выход приемной антенны соединен с сигнальным входом первого смесителя, причем выходы смесителей соответственно соединены с первым и вторым входами фазового детектора, выход которого соединен с входом индикатора набега фазы, шкала которого проградуирована в значениях скорости объекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях обнаружения и целеуказания, а также в радиолокационных станциях (РЛС) сопровождения для измерения истинного значения радиальной скорости цели.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обработки сигналов двухдиапазонных радиолокационных систем. Достигаемый технический результат - повышение быстродействия и точности идентификации измерений, приходящих от двухдиапазонных радиолокационных систем.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обработки сигналов двухдиапазонных радиолокационных систем. Достигаемый технический результат - повышение точности обработки измерений дальности до цели и скорости сближения с целью.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при обработке информации, получаемой радиолокаторами с синтезированной апертурой для измерения скорости и азимутальной координаты надводных кораблей.

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для вычисления на основе корреляционного принципа скорости движущегося объекта; может использоваться в автоматизированных системах управления воздушным движением для обнаружения и измерения скорости летательных аппаратов.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) с грубыми измерениями азимута и угла места. Достигаемый технический результат - повышение точности определения модуля скорости аэродинамической цели (АЦ).

Группа изобретений относится к средствам защиты летательных аппаратов. Беспилотный летательный аппарат (БЛА) содержит две радиолокационные станции (РЛС), миниатюрный парашют с пускателем, телескопическую антенну с взрывателем заряда, соединенные определенным образом.

Группа изобретений относится к области траекторных измерений с использованием станции слежения (СС) за полетом космического аппарата (КА). При обмене информацией с КА по радиоканалу СС производит измерение дальности до КА и скорости ее изменения.
Изобретение относится к области обработки радиосигналов и может быть использовано в радиолокационной технике. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности измерения радиальной скорости движущегося объекта при сохранении возможности измерения дальности до объекта.

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для обнаружения когерентно-импульсных неэквидистантных радиосигналов и измерения радиальной скорости движущегося объекта.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в системах безопасности для обнаружения и измерения в режиме реального времени параметров траекторий движущихся объектов при контроле больших по площади территорий, акваторий и воздушного пространства. Достигаемый технический результат - создание цифровой радиолокационной системы с более широким сектором наблюдения (до 360 градусов) за счет наличия нескольких радиолокационных модулей с набором приемопередающих антенн, расположенных в разных плоскостях; с повышенной степенью защищенности от внешних активных помех за счет того, что каждый из радиолокационных модулей системы выполнен с возможностью кодирования начальной фазы каждого зондирующего импульса по случайному закону с образованием уникального фазового ключа для когерентной последовательности импульсов, который используют для последующей согласованной фильтрации "своих" эхо-сигналов с компенсацией случайной фазы, при этом эхо-сигналы от соседних "чужих" радиолокационных систем, а также внешние гармонические (квазигармонические) активные помехи подвергаются разрушению в цифровом приемном тракте радиолокационного модуля в результате их модуляции по фазе; с увеличенной дальностью обнаружения за счет компенсации ослабления мощности эхо-сигналов в коммутаторе, входящем в состав радиолокационного модуля. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах ближней радиолокации для измерения курсовой скорости объекта. Достигаемый технический результат - измерение курсовой скорости объекта при угле визирования к курсу больше нуля. Указанный результат достигается за счет того, что в способе измерения курсовой скорости объекта из точки пространства, вынесенной с курса объекта, производят измерение радиальной скорости объекта Vr1 и расстояния а от вынесенной точки до объекта, через промежуток времени t больше двух секунд производят второе измерение радиальной скорости объекта Vr2 и расстояния от вынесенной точки до объекта b, после чего определяют расстояние с, пройденное объектом по курсу за время между первым и вторым измерениями, по формуле: c=t·(Vr1+Vr2)/2, определяют полупериметр p треугольника abc, который равен 0,5(a+b+c), далее по формуле: определяют tgA/2=r/(р-а), где r=√(p-a)·(p-b)·(р-c)/р, определяют значение тупого угла А треугольника abc, которое равно 2arctg[r/(p-а)]}, затем курсовую скорость объекта рассчитывают по формуле: V=Vr2/cos(π-А) = Vr2/cos{π-2arctg[r/(p-а)]}. 1 ил.
Наверх