Файл: Маковецкий П.В. Радиотехнические методы измерения скорости учебное пособие.pdf

недостаток можно преодолеть переключением масштаба скорости:

становится вдвое больше, что должно быть учтено в вычислитель­ ном устройстве. Такое же увеличение точности можно получить и при 7’„ = 47’о, если в вычислительном устройстве предусмотреть схему, вычисляющую среднее арифметическое из двух последова­ тельных показаний счетчика № 2.

Некоторое неудобство представляет тот факт, что показания измерителя обратно пропорциональны скорости. Это неудобно для

ляется строго монохроматическим. Спектральная линия Fd всегда несколько размыта. Особенно она размыта в системах измерения путевой скорости. Кроме того, допплеровский сигнал всегда сопро­ вождается шумами. Последнее особенно существенно при боль­ ших дальностях цели, когда сигнал очень мал и соизмерим с флюктуациями. Все это вносит погрешности в измерение скоро­ сти. На рис. 45,1 показан спектр, поступающий на вход измери­ теля. Он состоит из равномерного спектра шумов и размытой доп­ плеровской спектральной линии. От шумов, .не совпадающих по частоте с допплеровской линией, можно было бы избавиться с по­ мощью острого избирательного' фильтра, настроенного на FD, Однако, с другой стороны, полоса пропускания фильтра должна быть достаточно большой, чтобы охватить весь диапазон возмож­ ных радиальных скоростей объекта (от К0тах до Коттна рисунке).

При этом в полосу пропускания пройдут и все флюктуации в ее пределах. В результате входной сигнал измерительной схемы (рис. 45, 2) будет сильно отличаться от синусоидального, что вне­ сет погрешность как в методе дискриминатора, так и в методе счета нулей. Как видно из рисунка, нули и полученные из них им­ пульсы 3 «а оси времени располагаются неравномерно, и числе

82

импульсов, попадающих в измерительный интервал Т„, будет ме­ няться от одного измерения к другому. Правда, относительная по­ грешность тем меньше, чем больше измерительный интервал. Кроме того, ее можно уменьшить усреднением результатов счета по .нескольким интервалам, однако все это ведет к замедлению работы схемы, более редкой выдаче данных и к усреднению ско­ рости по времени.

Указанное выше противоречие между необходимостью широ­ кой полосы для работы в широком диапазоне скоростей и узкополосностыо допплеровского спектра в каждый данный момент можно устранить с помощью следящего узкополосного фильтра, перестраивающегося вслед за изменением допплеровской частоты. Поскольку перестраивать непосредственно фильтр в широком диа­ пазоне трудно, то обычно слежение за частотой ведется с помощью перестраиваемого гетеродина, сдвигающего частоту Допплера так, чтобы она все время оставалась в узкой полосе фильтра, имею­ щего фиксированную настройку. При этом шумы, не совпадающие по спектру с сигналом, не проходят сквозь фильтр. Мерилом же скорости может служить частота перестраиваемого гетеродина, ко­ лебания которого оказываются монохроматическими.

На рис. 46 показана одна из возможных схем частотомеров следящего типа. Пусть скорость цели постоянна. На вход схемы поступает спектр 1 со средней допплеровской частотой FD и с по­

лосой шумов fB, определяемой полосой пропускания предшест­ вующего усилителя низкой частоты. В модуляторе М этот спектр модулирует по амплитуде частоту гетеродина Fr, в результате на

вход узкополосного фильтра Ф поступает спектр 3, содержащий частоту гетеродина Fг в качестве несущей, и спектр 1 в качестве двух боковых полос. Частота гетеродина, как мы увидим, автома­ тически поддерживается такой, что верхняя полоса спектра Доп­ плера FT+ F Da проходит через фильтр, а основная часть спектра

флюктуаций отсеивается. Спектр 4 поступает на частотный дискри­ минатор ЧД, настроенный на ту же частоту /о, на которую на­ строен фильтр. Если спектр 4 несимметричен относительно харак­ теристики дискриминатора 5, то возникает напряжение сигнала ошибки AU, по величине и знаку пропорциональное рассогласо­ ванию между частотами / 0 и Fr -}- Ддо,

Ш = к х (Дг + Ддо - / о ) .

Сигнал ошибки AU подается на интегратор И, подобный инте­ гратору системы АСД. На выходе интегратора напряжение

t

о

с течением времени нарастает (или уменьшается, если At/<0), пока AU не обратится в нуль. Напряжение U2 подается на

реактивную лампу РЛ, которая в соответствии с напряжением воз­ действует на частоту гетеродина так, чтобы свести ошибку AU к нулю, т. е. понизить Fr +FM до /0. Это понижение происходит постепенно в соответствии с постоянной времени интегратора т0. Между частотой гетеродина Fr и напряжением U2 существует однозначная связь

84

т. е. установившееся значение напряжения U2 пропорционально скорости цели и может быть подано в вычислительное устройство

т. е. при стабилизированной частоте настройки дискриминатора fo установившееся значение частоты гетеродина однозначно связано со скоростью, уменьшаясь, когда скорость возрастает. Если сле­ жение осуществить за частотой Fr —iFd0, то Fro растет вместе с Fd• Этот выход схемы удобен для связи с вычислительной маши­ ной дискретного действия.

Интегратор обладает сглаживающим действием по отношению к поступающим на его вход остаточным флюктуациям. Поэтому частота гетеродина 2 в отличие от входного спектра 1 практически монохроматична, и измерение ее с помощью счетчиков дает хоро­ шие входные данные для вычислительной машины.

Сглаживающее действие тем лучше, чем больше постоянная времени интегратора то. Но при слишком большом То система ста­ новится инерционной и начинает сглаживать изменения скорости, вызванные ускорением цели. При измерении путевой скорости са­ молета То выбирают порядка 1 сек [12].

Рассмотренный вариант обладает тем недостатком, что точ­ ность измерений падает с увеличением скорости. Это объясняется тем, 'что с увеличением FD расширяется допплеровский спектр

AFо, так как согласно (74)

Д/щ= const.

F D0

Этот недостаток несколько меньше у второго варианта схемы

ностный спектр 3 оказывается периодически смещающимся отно­ сительно центральной разностной частоты fro— FDo. Этот спектр поступает на вход узкополосного фильтра, частотная характери­ стика которого показана кривой 3'. Пусть с помощью некоторой схемы поиска частота гетеродина установлена так, что оба спек­ тра 3 частично совпадают с полосой пропускания 3' фильтра. Тогда на выход фильтра 4 будут проходить колебания то из од­ ного, то из другого спектров 3. Если спектры 3 несимметричны

.относительно частоты настройки фильтра fо, то амплитуда колеба­ ний на выходе фильтра будет то больше, то меньше (см. спектры 4 и временную диаграмму 4'). Возникает модуляция тем более глу­ бокая, чем больше рассогласование А/, равное

Д / = / о - ( / г о - / Гц 0).

85

3‘

86

Детектор Д выделяет огибающую 5, которая после усиления поступает на фазовый различитель ФР, где сравнивается по фазе с опорным напряжением 6, вырабатываемым в генераторе опор­ ных импульсов ГОИ. В случае совпадения (несовпадения) поляр­ ностей импульсов 5 и 6 различитель вырабатывает положительное (отрицательное) напряжение At/, тем большее, чем больше ампли­ туда импульсов 5, т. е. чем больше рассогласование А/. Это напря­ жение AU (сигнал ошибки) подается на интегратор И, выходное напряжение которого U2 нарастает (снижается) и заставляет на­ растать (снижаться) среднюю частоту гетеродина f го, благодаря чему спектры 3 сдвигаются вправо (влево), симметрируясь отно­ сительно полосы пропускания фильтра Ф. По мере симметрирова­ ния спектры 4 выравниваются, глубина модуляции уменьшается, сигнал ошибки стремится к нулю, напряжение U2 стремится к уста­ новившемуся значению Uv, которое, как нетрудно видеть, пропор­ ционально скорости.

Для того, чтобы точность измерения меньше зависела от ско­ рости, величина скачка частоты гетеродина f rB— frHсделана нара­ стающей при увеличении скорости.

При большой скорости спектр 1 (и 3) расширяется, и при по­ стоянной величине frB—f™ спектры 3 перекрывались бы слишком сильно (точка пересечения огибающих спектров 3 была бы слиш­ ком близка к вершине и далека от участка крутого спада), что привело бы к уменьшению глубины модуляции и чувствительно­ сти следящей системы. Чтобы этого избежать, необходимо при увеличении скорости величину frB—fra сделать нарастающей. Это достигается тем, что амплитуда опорных импульсов 6, управляю­ щих величиной скачка частоты и смешиваемых в сумматоре (+ ) с напряжением интегратора, модулируется по амплитуде в моду­ ляторе М напряжением интегратора, которое пропорционально скорости.

Система автоматического слежения за частотой может быть построена также на принципе автокоррелятора [12], т. е. вычисли­ тельного устройства, вычисляющего функцию автокорреляции для колебания допплеровской частоты,

т

(84)

о

Автокоррелятор АК (рис. 48) состоит из линии задержки, за­ держивающей входной сигнал 1 на время То, т. е. создающей из функции UBX(t) функцию UBX(t— То), схемы умножения задер­ жанного и незадержанного сигналов и интегратора.

Пусть входная функция является чисто синусоидальной

87