Доплеровский способ измерения путевой скорости

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн. Технический результат - повышение точности измерения скорости достигается тем, что в способе измерения путевой скорости, при котором СВЧ волны излучают под углом α между направлением движения и поверхностью, принимают отраженные волны, выделяют сигнал разностной частоты на смесителе между частью падающей волны и принятой. Дополнительно СВЧ волны линейно модулируют по частоте, определяют огибающую спектра сигнала разностной частоты до начала движения и в текущий момент, вычисляют между ними взаимно-корреляционную функцию, а путевую скорость определяют по частотному смещению, при котором достигается ее максимум. 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн.

В настоящее время известны и применяются радиоволновые способы измерения путевой скорости, основанные на эффекте Доплера (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 124-132 с.). Обычно они применяются в радиолокации для определения скорости и координат движущихся объектов. Доплеровский способ измерения заключается в зондировании движущихся объектов электромагнитными волнами СВЧ диапазона и выделении частоты смещения рассеянной волны. Если источник излучения с фиксированной частотой ƒ0 расположен спереди транспортного средства, движущегося со скоростью V, и его антенна направлена под углом α между направлением движения и подстилающей поверхностью, то доплеровская частота ƒD определится по формуле:

где - длина волны в среде измерения, а ε - ее диэлектрическая проницаемость, которая для воздуха равна единице, с - скорость света в воздухе. Таким образом, измеряя доплеровскую частоту, можно вычислять скорость по формуле:

Однако данный классический способ обладает существенным недостатком. Поскольку реальная антенна не излучает одну волну прямолинейно, а имеет некоторую диаграмму направленности с шириной главного лепестка , отраженная волна будет выглядеть не одной гармоникой, а суперпозицией волн, падающих и отраженных с разными углами от подстилающей поверхности. В результате получим некоторый спектр доплеровских частот с шириной ΔƒD:

Это приводит к ошибке в измерении доплеровской частоты, а уменьшить ее за счет уменьшения не представляется возможным из-за увеличения габаритов антенного устройства. Чтобы уменьшить влияние этой ошибки, применяют способы с использованием излучения и приема электромагнитных волн из двух антенн под разными углами к поверхности (например, патент РФ №2334995 от 27.09.2008, G01S 13/58). Совместная обработка двух доплеровских сигналов позволяет частично снизить влияние ошибки от наличия ΔƒD. Однако практически кратное увеличение составных компонентов устройства, реализующего данный способ, соответственно увеличивает и ошибки, вызванные с паразитным просачиванием излучений между антеннами, циркуляторами и другими элементами устройства. Кроме этого повышается стоимость устройства.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения путевой скорости (М.И. Финкельштейн. Основы радиолокации. М., Советское радио. 1973, с. 86), принятый за прототип. Согласно этому способу, СВЧ волны с фиксированной частотой излучают под углом α между направлением движения и поверхностью, принимают отраженные волны, выделяют сигнал разностной частоты на смесителе между частью падающей волны и принятой, путевую скорость определяют по частоте этого сигнала.

Недостатком способа-прототипа являются значительные ошибки измерения путевой скорости по доплеровской частоте, обусловленные тем, что при облучении подстилающей поверхности непрерывным гармоническим сигналом, излучаемым антенной, луч которой ориентирован под углом α к направлению движения и имеет ширину главного лепестка диаграммы направленности , отраженный сигнал содержит не одну гармоническую составляющую, смещенную на частоту Доплера относительно частоты излучаемого сигнала, а сплошной спектр шириной ΔƒD, согласно формуле (3).

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения путевой скорости, при котором СВЧ волны излучают под углом α между направлением движения и поверхностью, принимают отраженные волны, выделяют сигнал разностной частоты на смесителе между частью падающей волны и принятой. Дополнительно СВЧ волны линейно модулируют по частоте, определяют огибающую спектра сигнала разностной частоты до начала движения и в текущий момент, вычисляют между ними взаимно-корреляционную функцию, а путевую скорость определяют по частотному смещению, при котором достигается ее максимум.

На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ.

На Фиг. 2 представлены огибающие спектров сигнала разностной частоты при нулевой скорости и при движении со скоростью V - S0(ƒ) и S(ƒ).

На Фиг. 3 изображена функция взаимной корреляции между S0(ƒ) и S(ƒ).

Устройство расположено на транспортном средстве и содержит генератор линейно изменяющегося напряжения 1, генератор СВЧ 2, направленный ответвитель 3, циркулятор 4, антенну 5, смеситель 6 и вычислительный блок 7. Антенна ориентирована под углом α к направлению движения.

Рассмотрим работу устройства сначала при отсутствии движения. Генератор 1 линейно изменяющимся напряжением с периодом Тm модулирует частоту генератора СВЧ 2 в диапазоне Δƒ1221, где ƒ1 и ƒ2 - его начальная и конечная частота. Затем этот СВЧ сигнал поступает через циркулятор на антенну и излучается в сторону подстилающей поверхности 8 под углом α к направлению движения. При этом часть сигнала через направленный ответвитель приходит на первый вход смесителя, а на второй его вход приходит СВЧ сигнал, отраженный от поверхности обратно в антенну и прошедший через циркулятор. Поскольку второй сигнал задержан по отношению к первому на время распространения до поверхности и обратно, его частота будет смещена относительно первого сигнала. В результате на выходе смесителя образуется сигнал разностной частоты или сигнал биений, пропорциональный расстоянию до поверхности

где R - высота расположения антенны устройства над поверхностью.

Далее этот сигнал в вычислительном блоке преобразуется в частотный спектр, синхронно с модулирующим сигналом периодичностью Тm. В идеальном случае это была бы единственная гармоника согласно формуле (4), однако антенна имеет некоторую диаграмму направленности с шириной главного лепестка , поэтому отраженная волна является суперпозицией i волн, падающих и отраженных с разными углами от подстилающей поверхности и, таким образом, прошедших разные расстояния. В результате, спектр сигнала разностной частоты будет состоять из i гармоник. Огибающая кривая этого спектра S0(ƒ), представленная на Фиг. 2 сплошной линией, записывается в память устройства:

При начале движения со скоростью V все частоты этого спектра будут смещаться на доплеровскую частоту ƒD, согласно формуле (1) и с сохранением формы огибающей спектра S(ƒ)=S0(ƒ)+ƒD, поскольку расстояние до подстилающей поверхности и угол α при этом не меняются. Вид обеих графиков приведен на Фиг. 3.

Если вычислить взаимно-корреляционную функцию двух массивов данных огибающих этих спектров S0(ƒ) и S(ƒ), то максимальное значение этой функции будет достигаться при таком сдвиге частоты, когда графики функций совпадут. Очевидно, что этот сдвиг будет соответствовать доплеровской частоте, по которой можно определить скорость в соответствии с формулой (2). График взаимно-корреляционной функции C(ƒ/ƒmax) в относительных единицах, где ƒ - разностная частота, а ƒmах - максимально возможная доплеровская частота при максимально возможной скорости, представлен на фиг. 3.

Таким образом, ошибка, связанная с неточным определением доплеровской частоты из-за наличия в сигнале спектральной полосы устраняется. При этом следует отметить, что на точность устройства не влияет степень линейности модуляции СВЧ генератора, что уменьшает стоимость устройства. Дополнительно способ приобретает новое свойство - позволяет определить направление скорости вперед или назад по знаку частоты сдвига при максимуме взаимно-корреляционной функции.

Способ измерения путевой скорости, при котором СВЧ волны излучают под углом а между направлением движения и подстилающей поверхностью принимают отраженные волны, выделяют сигнал разностной частоты на смесителе между частью падающей волны и принятой волной, отличающийся тем, что СВЧ волны линейно модулируют по частоте, определяют огибающую спектра сигнала разностной частоты до начала движения и в текущий момент, вычисляют между ними взаимно-корреляционную функцию, а путевую скорость определяют по частотному смещению, при котором достигается ее максимум.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн.

Изобретение относится к способам и устройствам обработки радиолокационных (РЛ) сигналов в радиолокационных станциях (РЛС) и может быть использовано для измерения скорости полета воздушного объекта (ВО).

Изобретение относится к области радиолокационного наблюдения траекторий баллистических объектов и может быть использовано в прицельных системах летательных аппаратов.

Изобретение относится к области радиолокационного наблюдения траекторий баллистических объектов. Достигаемый технический результат - расширение информативности.

Изобретение относится к радиолокации. Технический результат изобретения - повышение точности определения модуля скорости баллистического объекта (БО) в наземных радиолокационных станциях (РЛС) с грубыми измерениями угла места, азимута и дальности.

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для обнаружения когерентно-импульсных неэквидистантных радиосигналов и измерения радиальной скорости движущегося объекта; может быть использовано в радиолокационных системах управления воздушным движением для обнаружения и измерения скорости летательных аппаратов.

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 визировании объекта к его курсу под углами больше нуля и меньше 90°.

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.

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.

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.

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для вычисления на основе корреляционного принципа радиальной скорости движущегося объекта; может использоваться в автоматизированных системах управления воздушным движением для обнаружения и измерения скорости летательных аппаратов. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения скорости за счет меньшего числа функциональных преобразований и расширение диапазона однозначно измеряемой радиальной скорости при сохранении однозначного измерения дальности. Указанный результат достигается за счет того, что вычислитель радиальной скорости движущегося объекта содержит блок задержки, блок комплексного сопряжения, блок комплексного умножения, блок усреднения, блок вычисления фазы, блок коррекции пределов измерения, умножитель, ключ, блок вычисления модуля, первый блок памяти, блок управления, пороговый блок, второй блок памяти, синхрогенератор, первый и второй двухканальные ключи, дополнительный блок усреднения, дополнительный блок задержки, дополнительный блок комплексного сопряжения и дополнительный блок комплексного умножения, соединенные определенным образом и осуществляющие межпериодную корреляционную обработку исходных отсчетов. 11 ил.

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемый технический результат изобретения - повышение вероятности обнаружения маневра баллистической ракеты. Указанный результат достигается за счет того, что решение об обнаружении маневра принимают, если отношение разности между оценками второго приращения квадрата дальности, вычисляемыми в «скользящем окне» по двум выборкам квадратов дальности, при этом выборка меньшего объема входит в состав выборки большего объема, а ее начало и конец удалены от начала и конца выборки большего объема на равное число обзоров, к среднеквадратической ошибке (СКО) определения этой разности становится больше порога. Обнаружитель маневра содержит последовательно соединенные умножитель входных измеренных сигналов дальности, цифровой нерекурсивный фильтр из запоминающего устройства, блока умножителей и сумматора, делитель и пороговое устройство, а также вычислитель СКО, подключенный к второму входу делителя. 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) для обнаружения маневра баллистических объектов (БО). Достигаемый технический результат - повышение вероятности обнаружения маневра БО как на активном, так и на пассивном участках траектории их полета. Для достижения указанного результата измеряют дальность БО в цифровом виде и через интервалы времени Т0 определяют квадраты дальности, при автосопровождении БО в «скользящем окне», содержащем выборку из N квадратов дальности длительностью (N-1)Т0, определяют оценку второго приращения квадрата дальности путем оптимального взвешенного суммирования N квадратов дальности и вычисляют среднеквадратичное отклонение (СКО) этой оценки, сигнал об обнаружении маневра выдают, если отношение инвертированной оценки второго приращения квадрата дальности к СКО оценки становится больше порога, соответствующего заданной вероятности обнаружения маневра. Далее путем оптимального взвешенного суммирования N квадратов дальности в «скользящем окне» определяют абсолютную разность между оценкой второго приращения по выборке длительностью (N-1)T0 и оценкой второго приращения по выборке длительностью (N-2m-1)Т0, где mT0 - удаление по времени начала и конца этой выборки от начала и конца «скользящего окна», вычисляют СКО оценки второго приращения квадрата дальности по этой выборке и отношение абсолютной разности к СКО оценки. Сигнал об обнаружении маневра выдают, если отношение абсолютной разности между оценками к СКО оценки становится больше порога, а решение об обнаружении маневра принимают, если одно из пороговых устройств или оба пороговые устройства выдали сигнал об обнаружении маневра.Устройство для реализации способа состоит из умножителя входных сигналов дальности, цифрового нерекурсивного фильтра в составе запоминающего устройства, первого и второго блоков умножителей, первого и второго сумматоров, а также из первого и второго делителей, первого и второго пороговых устройств, вычислителя СКО, инвертора и сумматора сигналов пороговых устройств, соединенных определенным образом. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к активным импульсным радиолокационным системам обнаружения и наблюдения воздушно-космических целей и предназначено для надежного обнаружения движущихся целей с различением их скоростных и маневренных характеристик, позволяющим осуществлять своевременную перенастройки системы вторичной обработки радиолокационного сигнала на работу по маневрирующей цели. Достигаемый технический результат - повышение достоверности обнаружения маневрирующей воздушно-космической цели с различением скоростных и маневренных характеристик в условиях наблюдения быстро маневрирующих целей при разрушении когерентности принимаемого сигнала. Указанный результат достигается тем, что в системе первичной обработки радиолокационного сигнала производится одновременно межпериодное когерентное накопление результатов обработки одиночного импульса в виде модуля суммы корреляций межпериодной выборки этих результатов и опорных сигналов по узлам сетки возможных значений частот Доплера и их производных и некогерентное накопление межпериодной выборки. Факт наличия быстро маневрирующей цели определяется превышением уровня сигнала после некогерентного накопления над уровнем сигнала когерентного накопления, а различение маневренных и скоростных характеристик определяется максимумом результата когерентного накопления по узлам сетки доплеровских частот и их производных. Полученные данные могут использоваться на этапе вторичной обработки для выбора адекватного поведения цели алгоритма сопровождения и, как следствие, повышают точностные характеристики координатных и траекторных измерений параметров движения цели. 1 ил.

Изобретение относится к области радиолокации. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения курса неманеврирующей аэродинамической цели. Указанный результат достигается за счет использования фиксированной выборки квадратов дальности и уменьшения влияния ошибок измерения азимута. Указанный результат достигается за счет того, что определяют путевую скорость путем взвешенного суммирования выборки квадратов дальности, радиальную скорость путем взвешенного суммирования измерений дальности и вычисляют курсовой угол в середине интервала наблюдения Курс вычисляют по формуле , где - азимут, устраняют неоднозначность определения курса, вычисляют ошибки определения курса, потребителям выдают значение курса с меньшей ошибкой. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способу детектирования колеса (1). Техническим результатом является повышение надежности детектирования и эффективности процесса оценки сигнала. Детектирование осуществляется посредством испускания электромагнитного измерительного луча (6), регистрации частот отраженного измерительного луча (6) по времени в качестве принимаемого сигнала (Е) и детектирования изменений (10, 11, F) определенного типа в принимаемом сигнале (Е) как колеса (1), при котором на транспортном средстве (2) устанавливается бортовое устройство (15), в котором хранится информация (D), определяющая, по меньшей мере, косвенно длину (L) данного транспортного средства; при этом данный способ предусматривает считывание указанной информации (D) из бортового устройства (15) посредством радиосвязи (23) и с помощью измерения скорости (v) транспортного средства (2); вычисление продолжительности (ТF) прохождения транспортного средства (2) мимо детекторного блока (5) на основе вышеуказанной информации (D) и скорости (v); определение временного интервала (W) в принимаемом сигнале (Е), демонстрирующем приблизительно постоянное изменение (9) в течение вышеуказанной продолжительности (TF); определение паразитной составляющей (27) сигнала в сегменте (25) принимаемого сигнала (Е), непосредственно предшествующем данному временному интервалу (W); и компенсацию принимаемого сигнала (Е) во временном интервале (W) на величину паразитной составляющей (27) сигнала. 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемым техническим результатом является устранение неоднозначности распознавания неманеврирующей баллистической цели (БЦ). Указанный результат достигается за счет совместного использования обнаружителя маневра на пассивном участке баллистической траектории (ПУТ) и обнаружителя маневра на линейной траектории по выборкам квадратов дальности. Решение об отнесении сопровождаемой цели к классу неманеврирующих БЦ принимают, если обнаружитель маневра на ПУТ выдал сообщение об отсутствии маневра, а обнаружитель маневра на линейной траектории - о наличии маневра. Устройство распознавания содержит цифровой нерекурсивный фильтр, состоящий из запоминающего устройства, двух блоков умножителей квадратов дальности на весовые коэффициенты и двух сумматоров, а также содержит два пороговых устройства, три схемы совпадения и вычислитель среднеквадратической ошибки, определенным образом соединенные между собой. 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения путевой скорости и угла сноса летательного аппарата в автономных навигационных системах с использованием электромагнитных волн. Достигаемый технический результат - увеличение точности измерений. Указанный результат достигается тем, что в способе измерения путевой скорости и угла сноса летательного аппарата, заключающемся в облучении радиоволнами подстилающей поверхности двумя антенными системами, каждая из которых ориентирована под углом θ с каждой из сторон от его оси в горизонтальной плоскости и под углом β0 в вертикальной, приеме отраженных волн, смешивании с частью излучаемой волны и выделении двух сигналов разностной частоты, частоту радиоволн модулируют по симметричному линейному закону, по каждому из двух сигналов разностной частоты вычисляют пары спектров на растущем и падающем по частоте участках модуляции, соответственно S11, S12 и S21, S22, затем определяют частотные сдвиги, соответствующие максимумам взаимно-корреляционной функции для первой и второй пары спектров - ƒD1 и ƒD2, определяют частотный сдвиг dƒ максимума взаимно-корреляционной функции между суммами спектров S11 и S12, сдвинутых по частотной шкале на fD1 в сторону увеличения и уменьшения соответственно и вычисленных через промежуток времени dt, по величинам ƒD1, ƒD2 и dƒ вычисляют путевую скорость W и угол сноса ϕ. 6 ил.

Изобретение относится к области испытания боеприпасов. Способ определения глубины проникания бронебойных цельнокорпусных калиберных и подкалиберных снарядов в толстостенную преграду включает выстрел снарядом по преграде и последующее определение его скорости доплеровским локатором до и после поражения преграды. Ось диаграммы направленности антенны локатора ориентируется под максимально малым углом к завершающей части траектории движения снаряда. Скорость снаряда определяется по сигналу, отраженному от его донной хвостовой части. Глубина проникания определяется путем интегрирования полученной по результатам измерений зависимости скорости движения снаряда от начала торможения до нулевого значения. Способ позволяет повысить точность измерения скорости снаряда, получить более достоверную информацию при оценке пробивного действия снарядов. 2 ил.

Изобретение относится к способу детектирования вращающегося колеса транспортного средства. Предложен способ детектирования вращающегося колеса (1) транспортного средства (2), характеризующийся тем, что детектируют колесо (1) путем оценки допплеровского сдвига частоты отраженного колесом (1) и возвращенного с допплеровским сдвигом измерительного луча (6), испускаемого детекторным блоком (5), мимо которого проходит указанное транспортное средство (2). В относительном положении (R), относительно колеса (1), транспортное средство (2) содержит бортовое устройство (15), способное устанавливать радиосвязь (23) с приемопередатчиком (24), установленным в известном положении (L) в детекторном блоке. Способ включает: измерение направления (δ) и расстояния (z) до бортового устройства (15) от приемопередатчика (24) посредством радиосвязи (23) между указанными устройствами и управление направлением излучения (δ, β, γ) или положением (A) излучения измерительного луча (6) в соответствии с измеренными направлением (δ) и расстоянием (z) и с учетом вышеуказанных относительного положения (R) и положения (L). Относительное положение (R) сохраняют в бортовом устройстве (15) и считывают из бортового устройства (15) с помощью радиосвязи (23) для учета при вышеуказанном управлении. Достигается создание усовершенствованного способа детектирования колес, основанного на допплеровских измерениях. 14 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн. Технический результат - повышение точности измерения скорости достигается тем, что в способе измерения путевой скорости, при котором СВЧ волны излучают под углом α между направлением движения и поверхностью, принимают отраженные волны, выделяют сигнал разностной частоты на смесителе между частью падающей волны и принятой. Дополнительно СВЧ волны линейно модулируют по частоте, определяют огибающую спектра сигнала разностной частоты до начала движения и в текущий момент, вычисляют между ними взаимно-корреляционную функцию, а путевую скорость определяют по частотному смещению, при котором достигается ее максимум. 3 ил.

Наверх