Файл: Маковецкий П.В. Радиотехнические методы измерения скорости учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 91
Скачиваний: 0
Рис. 29
в низшую, а низшая — в высшую с сохранением центральной ча стоты неизменной (импульс 4). Инверсия .необходима для того, чтобы один и тот же фильтр РСФ, служивший раньше для растя гивания импульса, использовать теперь для сжатия. Заметим, что использование одного и того же фильтра для растягивания и сжатия импульса является удачным способом замены двух раз ных фильтров, изготовить строго сопряженными которые невоз можно. Инвертированный импульс 4 сжимается фильтром, что обеспечивает укорочение отраженного сигнала до нормальных раз меров, увеличение мощности в импульсе (в силу закона сохране ния энергии) и восстановление нормальной разрешающей способ ности по дальности. Средняя частота при прохождении через фильтр получает задержку то. В итоге мы получаем короткий отра женный импульс 5, запаздывающий относительно пускового 1 на время прохождения радиоволны до цели и обратно At и на двой ное время прохождения по фильтру 2то. При измерении дально сти последнее необходимо исключить из рассмотрения.
Рассмотрим теперь работу системы по подвижной цели. В пер вом такте все переключатели стоят в положении /, и работа про исходит так, как описано выше, за исключением того, что наличие допплеровского эффекта сдвигает спектр отраженного сигнала 3 на величину FD (импульс 3' на рис. 29, в, цель приближается).
Инвертор, оставляя неизменной среднюю частоту f0, превращает спектр отраженного импульса 3' в спектр 4, который после за держки на то и сжатия в фильтре превращается в короткий им пульс 5, возникающий на выходе фильтра несколько позже, чем
возник бы импульс от неподвижной цели. |
прямоугольного треуголь |
|
Запаздывание можно вычислить из |
||
ника АВС, где BC=Fd, АС — искомое |
запаздывание tD. Видно, |
|
что |
|
|
В С |
|
|
А С |
|
|
откуда |
|
|
- F r |
(55) |
|
-V |
||
|
Во втором такте все переключатели стоят в положении 2. Ко роткий импульс 1 (рис. 29, г) растягивается фильтром в импульс 2 и теперь перед поступлением в передатчик инвертируется (2'), так что в пространство уходит импульс с обратным законом ча стотной модуляции внутри импульса (сравни с отрезками А я В ломаной на рис. 27). Отраженный импульс 3 в силу того, что цель приближается, имеет тот же положительный допплеровский сдвиг FD (импульс 3'). Отраженный импульс теперь подается на сжи
мающий фильтр без инвертирования (он уже был инвертирован до:
60
излучения) и превращается в импульс 5, несколько опережающий импульс, отраженный от неподвижной цели.
На экране индикатора с линейной разверткой мы увидим по очередно то запаздывающий, то опережающий импульсы (рис. 29, д), расстояние между которыми пропорционально ско рости:
k {v = 2tD= - ^ ~ - . |
(56) |
Средняя точка между импульсами отстоит от нуля дальности (исправленного на 2то) на величину k2r, пропорциональную даль ности цели.
Следует отметить, что метод сжатия импульсов и инвертирова ния спектра разрабатывался для увеличения дальности действия станции, а возможность измерения скорости выявилась как побоч ный результат операций .над импульсами. Поэтому точность изме рения скорости этим методом пока еще невысока. Из формулы (56) следует, что для повышения точности измерения скорости следует увеличивать т и уменьшать А/. Последнее противоречит главной задаче, которую решают сжатием импульсов, так как ко эффициент сжатия равен
\x = z \ f ,
и при уменьшении Af мы будем терять в разрешающей способ ности по дальности. Например, при т= 1000 мксек, Af=l Мгц, а —10 см; п= 300 м/сек мы будем иметь
и. = Ю00; твых = 1 мксек;
Д0 = 6000 г ц ; &,п = 12 мксек,
что удовлетворительно со всех точек зрения, кроме трудностей реализации фильтра.
§ 11. Измерение путевой скорости с помощью эффекта Допплера
Путевой скоростью называют горизонтальную составляющую скорости летательного аппарата относительно земной поверхности. Если известна ее величина и направление, а также начальное ме стоположение летательного аппарата, то, интегрируя путевую ско рость во времени, мы можем определять его текущее местополо жение, а также расстояние, оставшееся до места назначения, и направление к нему.
При наличии на борту измерителя путевой скорости обеспечи вается автономная навигация, т. е. объект для достижения места назначения не нуждается в наземных радиосредствах.
Для непрерывной прокладки курса при автономной навигации необходимо непрерывно иметь сведения о величине и направлении путевой скорости, т. е. о величине вектора vn и угле 0 между
61
меридианом NS и вектором |
vn— путевом угле. Из |
навигацион |
ного треугольника скоростей |
(рис. 30) видно, что |
|
0'=<1> + <р, |
(57) |
где ф — курс самолета — угол между меридианом и вектором воз душной скорости vB (обычно совпадающим с продольной осью самолета);
Ф— угол сноса — угол между векторами воздушной и путевой скорости; ф^О, если линия вектора ветра овт не совпадает с линией вектора воздушной -скорости ив.
Радиолокационная станция не мо жет измерить угол ф. Этот угол изме ряется с помощью компаса. Тогда на долю станции остается измерение угла сноса ф и величины вектора пу тевой скорости ип.
Принцип измерений путевой скоро сти с помощью эффекта Допплера со стоит в следующем. С летательного аппарата на земную поверхность на правлен радиолуч ОА (рис. 31, а), со ставляющий с горизонтальным на правлением угол ф. Пусть для про стоты вектор скорости аппарата на правлен горизонтально (v = vn) и ле жит в одной вертикальной плоскости
с радиолучом. Ьудем сначала полагать диаграмму направленно сти радиолуча бесконечно острой, а излучение передатчика f0 немодулированным.
Облучаемая в данный момент точка А приближается к объекту со скоростью
Vr = VCOSJ . |
(58) |
Поэтому принятый на объекте-сигнал будет отличаться -по ча стоте от посылаемого на допплеровский сдвиг, равный
с* |
2 V f |
* 2 v |
cos Т- |
/ с г \ \ |
Fd ==/o--^— ==/o“ |
(59) |
Если fo и ф известны, то, измерив FD, мы можем определить
скорость и, которая является не радиальной, как это было в пре дыдущих параграфах, а путевой.
• Найдем на земной -поверхности геометрическое место точек, для которых при данных fo и v допплеровский сдвиг будет постоянным.. Очевидно, Fd = const, если
7 = const.
Поворачивая мысленно луч вокруг вектора v, как вокруг осиг мы выдерживаем 7 =const. Луч при этом описывает поверхность
62
конуса, а след, прочерчиваемый лучом на поверхности земли, как результат пересечения конической поверхности плоскостью, па раллельной оси конуса, будет гиперболой, все точки которой дают, одно и то же значение FD. Повторяя эту операцию для различных
значений 7, мы получим на земле семейство гипербол, каждая из. которых характеризуется своим допплеровским сдвигом (отметим,, что в данном случае гиперболы не являются софокусными). На рис. 31, б это семейство построено так, что допплеровский сдвиг
по величине и по знаку пропорционален номеру соответствующей гиперболы (например, для гиперболы № 5 FD = 5AFD) . Нулевая
гипербола соответствует 7 =90°, отрицательные — 7 >90°. Отрица тельный допплеровский сдвиг означает, что от соответствующих точек земли объект удаляется. Важно отметить, что центром се мейства гипербол является точка, над которой пролетает объект (семейство гипербол движется по земной поверхности вместе с объектом), а осью симметрии семейства является проекция век тора скорости на земную поверхность (путевая линия).
Если радиолуч ОА поворачивать вокруг вертикальной оси 00', выдерживая угол падения а постоянным, то он опишет на земле окружность ABCDEA. При этом допплеровский сдвиг будет
63-
меняться, так как отражающая точка смещается с одной гипер болы на другую. Максимальный положительный сдвиг имеет место в точке A (Fd =5&Fd ), максимальный отрицательный (—5AFD) —
в точке С. В произвольной точке Е его можно вычислить или не
посредственно интерполяцией по графику рис. 31 (Fd ~ 2,4AFd), или с помощью формулы
|
2V |
(60) |
|
C O S T cos (P — <p), |
|
где p — угол между |
проекциями продольной оси самолета |
и оси |
радиолуча |
на горизонтальную плоскость. |
|
Максимальный допплеровский сдвиг будет только тогда, когда радиолуч направлен в точку А, лежащую на путевой линии. По этому, поворачивая антенну во круг вертикальной оси до дости жения Fdшахи измеряя угол от клонения антенны от продольной оси самолета FO'A, мы опреде
ляем угол сноса ф.
Метод определения угла сно са по максимуму допплеровско го сдвига неточен: при отклоне нии луча от точки А частота Допплера меняется медленно,так как окружность, по которой сме щается луч, и гипербола в точ ке А параллельны, а в окрестно стях точки А расходятся очень медленно, поэтому потребуется большое отклонение Дф от путе
вой линии, чтобы изменение FD стало заметным. Кроме того, в обе стороны от точки А сдвиг FD убывает, и, следовательно, метод максимума не дает сведений о направлении отклонения антенны от путевой линии, что затрудняет автоматизацию определения угла сноса. Вспомним, что эти же два недостатка присущи методу максимума диаграммы направленности, используемому при опре делении угловых координат.
Наибольшую чувствительность к углу сноса, очевидно, дали бы точки В и D, где окружность и гиперболы пересекаются под пря мым углом. Точки по своим свойствам напоминают известный ме тод минимума при измерении угловых координат. Недостатком метода минимума является превращение сигнала (FD) в этой точке в нуль. Таким образом, радиолуч, падающий на 90° в сторону от путевой линии, дает максимальную точность измерения угла сноса, но не позволяет измерять величину вектора путевой скорости.
Более подходящим для одновременного измерения v и ф яв ляется «равнодопплеровский» (по аналогии с равносигнальным) метод (рис. 32), при котором станция посылает вперед два радио-
64