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: 79
Скачиваний: 0
Подставляя формулу (95) в (94), получаем |
|
Wr = i f h r c{n* - n ')- |
(96) |
Точность измерения ускорения, как и измерения |
скорости, |
определяется тем, что счетчик считает целое число импульсов. Поэтому абсолютная точность не зависит от величины ускорения, а относительная точность тем выше, чем больше ускорение. Сле дует заметить, что точность измерения ускорения хуже точности
измерения скорости: погрешность в один импульс — малая |
доля |
от числа п — обычно составляет значительный процент от |
разно |
сти п2— щ.
Максимальную погрешность ускорения можно определить ис ходя из того, что числа п2 и П\ измерены с максимальными по
грешностями противоположных знаков |
|
|
|
|
||||
|
Д«! = |
— 1 |
и Дга2= 1 • |
|
|
|
||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
w T + |
Дw r = |
4 /о тэГс («2 - |
я, + 2), |
|
|
|||
откуда относительная |
погрешность |
|
|
|
|
|||
|
Awr |
|
2 |
|
|
|
(97) |
|
|
wt |
п„ — Пу |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
Уменьшить погрешность |
можно, сравнивая не п2 и пи |
разне |
||||||
сенные на интервал |
Тс, а |
пп+1 |
и пи |
разнесенные |
на интервал |
|||
тТс. Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
ДwT |
|
2 ^ |
2 |
|
|
|
(98) |
|
|
|
«1 |
|
т( п2— щ) |
|
|||
|
|
|
|
|
||||
При этом ускорение усредняется по |
большему интервалу |
|||||||
тТс и выдается в конце этого интервала, |
т. е. данные об уско |
|||||||
рении запаздывают на |
|
■ Ритм |
выдачи |
данных |
может |
быть |
||
сохранен равным Тс, если сравнивать попарно |
|
|
||||||
|
n m + 1 |
И П 1, |
|
|
|
|
||
|
n m ^1 |
и. «2. |
|
|
|
|
||
|
n m + 3 |
И «3 |
|
|
|
|
||
Если допплеровское колебание |
управляет длительностью из |
|||||||
мерительного интервала |
|
|
|
|
|
|
|
|
7'и=р7’о = |
|
|
рс |
|
|
(99) |
||
|
2/ 0vr |
’ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
92
а счету подвергаются импульсы генератора эталонной частоты / э (рис. 44), то
|
|
п —fjv i — / эРС |
|
( 100) |
||
|
|
|
2 |
/ 0 vr |
|
|
или |
|
|
ср/э |
|
|
|
|
|
V, |
' |
|
|
|
|
|
У ф |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Ускорение |
|
|
J/ |
|
|
|
т2 |
1 _ |
с р / э |
М |
л,и2 |
( 101) |
|
= ----ту— |
= |
2/оГ, \ |
/г3 |
я , / |
|
где
л _ СД/э
2 /07 у
Максимальная погрешность определяется из выражения
геу -f- Диу = |
Л ( я , + |
1 ) — |
( я а — 1 )л пх— ло - г 2 |
( 102) |
|
(И, -Ь 1)(«2-- 1) |
|
||
ПОСКОЛЬКУ И, + 1 ~ « Ь |
«2 — |
1 ~ « 2 - |
|
|
Относительная погрешность |
|
|
||
|
Аиуг _ |
2 |
(103) |
|
|
|
л , |
— п-> |
|
|
|
|
определяется таким же выражением, как и ранее [см. формулу (97)], но поскольку сейчас число подсчитываемых импульсов зна чительно выше, то и погрешность меньше.
Если допплеровская частота измеряется одним из методов ав томатического слежения за частотой, то ускорение можно найти путем дифференцирования напряжения Uv или, что то же самое, путем измерения сигнала ошибки на входе интегратора. Однако поскольку в силу самого принципа слежения система устроена так, чтобы сигнал ошибки свести к нулю, то точность измерения будет в этом случае невысока. Ускорение можно измерить намного точ нее, если в системе слежения за частотой применить два интегра тора. Тогда ошибка слежения будет пропорциональна производ ной от ускорения, а с выхода первого интегратора можно снять напряжение ускорения Uw и с выхода второго — напряжение ско рости Uv.
§ 16. Измерение путевой скорости корреляционным методом
Недавно предложен метод измерения путевой скорости, осно ванный на измерении взаимной корреляции между огибающими отраженных от земли сигналов, принятых двумя антеннами, раз несенными вдоль продольной оси движущегося объекта [18].
Пусть передатчик и два приемника расположены на прямой, совпадающей с направлением вектора путевой скорости vn
93
(рис. 50). Приемники расположены симметрично относительно пе редатчика на расстоянии I. Передатчик излучает в сторону зем ной поверхности непрерывные «смодулированные колебания «а волне, дающей диффузный характер отражения от местности. Все три антенны имеют одинаковые и достаточно широкие диаграммы направленности. В передний приемник поступают сигналы, отра женные от всех точек земли, находящихся в пределах совмест ного действия антенн А0и А\.
Длина путей А0ВАи А0САХи т. д. различна и из-за неровностей рельефа случайна, поэтому сигналы в приемнике от всех точек складываются со случайны
ми фазами.
Если объект неподвижен, то все пути постоянны, фазо вые отношения постоянны, суммарный сигнал в прием нике имеет случайную, но постоянную величину. Отме тим, что эта величина будет точно такой же, если пере датчик и приемник поменять местами, так как длина всех путей останется той же.
Если объект несколько сместится, то все пути изме нятся, фазовые соотношения станут иными (причем, чем короче волна, тем сильнее изменяются фазовые соот ношения при данном смеще нии). В результате получаем новое соотношение фаз, тем меньше связанное с преды дущим, чем больше сме стился объект.
При непрерывном движении объекта амплитуда результирую щего сигнала будет непрерывно принимать все новые значения. Огибающая Ui (после детектора) будет некоторой случайной функцией, определяемой рельефом местности. Не нужно думать, однако,- что отдельные выбросы огибающей изображают собой от дельные детали местности: диаграмма направленности весьма ши рокая и отдельные детали не могут быть разрешены. Каждый вы брос есть результат случайного совпадения фаз сигналов от многих отражателей, находящихся в пределах диаграммы направленно сти, каждый провал — результат случайного вычитания многих противофазных сигналов.
Точно такая же огибающая была бы и в случае, если бы пере датчик и приемник поменялись местами. Именно это и произойдет
94
через отрезок времени тз, за который объект сместится вперед на путь I: тогда передатчик займет место ЛРМи а ПРМ2— место пе редатчика. В этот момент на выходе ПРМ2 будет сигнал U2, мгно венное значение которого равно мгновенному значению сигнала Uu имевшему место т3 секунд назад на выходе ПРМХ. Это верно для любого момента, и таким образом форма сигнала U2 с запозда нием т3 в точности повторяет форму сигнала Их. Остается изме рить это запоздание и вычислить путевую скорость по формуле
|
v n= -!r- |
004) |
|
Очевидно, что если ввести в |
|
||
первый канал задержку т3, то |
|
||
огибающие обоих каналов |
будут |
|
|
в точности совпадать, т. е. взаим |
|
||
ная корреляция между ними |
|
|
|
|
т |
|
|
Ж - з И т f Ul ^ ~ Тз) U'-W dt <105) |
|
||
будет |
максимальной. Вычисли- |
Вис. |
|
тельное устройство, осуществляю |
(105), называется кор |
||
щее |
математические операции выражения |
релометром. Оно состоит из задерживающего элемента, умножаю щего и интегрирующего устройств (рис. 51).
Наблюдая за £?(т3) и поддерживая ее максимальной путем воздействия на величину т3, мы этим самым определяли бы т3.
.а следовательно, и &„• Однако метод максимума корреляции, как и любой метод мак
симума, обладает одним существенным недостатком: при откло нении наблюдаемой величины от максимальной нам не известен
знак отклонения.
Очевидно, для автоматизации измерения т3 следует вместо ме тода максимума применить аналог равносигнального метода — метод «равнокорреляционный». На рис. 52 показана функциональ ная схема, способная автоматизировать измерение путевой скоро сти по этому методу. На вращающемся магнитном барабане МБ записывающая головка Го записывает сигнал Ux (t) с выхода пер вого приемника. С выхода читающих головок Л и Г2 сигнал сни мается с задержками t3i —Ат и т31+ Дт, определяемыми скоро стью вращения барабана и окружными расстояниями Г0Г1 и Г2Г2. Эти две схемы задержки входят в состав двух различных коррело метров. Верхний из них вычисляет функцию
|
т |
R\ — |
Ux\t (т3, Дт)] U2(t) dt, |
|
о |
95
нижний — функцию
т
^ 2 = 4 ^ j и \ \ t — ( Т31 + Дт)] u 2{t)dt.
о
Обе вычисленные величины поступают на схему вычитания, выделяющую сигнал ошибки. Если R i = R2, то сигнал ошибки ра вен нулю, на выходе интегратора И напряжение имеет постоян ную величину, и мотор М вращает барабан с постоянной скоро стью, соответствующей пра вильной средней задержке Тз1 между записью и чте
нием, т. е. Тз1=тз. Следовательно, скорость
вращения барабана пропор циональна путевой скорости.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_L= A . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t/ц |
V, ’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где 1\ — расстояние от запи |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сывающей |
головки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
до средины |
между |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
читающими; |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Vi — линейная скорость записи.. |
|||
|
|
|
|
и |
|
|
|
Таким образом, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_■ |
Л |
Д |
|
v„ |
к- |
|
( 106) |
|
у Г |
I |
1 |
.1 |
|
|
|
|
|||
У |
* |
д Т Ж |
1 1 |
\ |
г |
|
|
|
|
||
^ |
J- |
|
е т 1 ~ | |
\ |
и мы можем тахогенератор |
ТГ, свя |
|||||
|
I—1—*-------- —--- fr. |
||||||||||
|
|
-ьгс |
х 31 |
+АГ |
|
занный с мотором и барабаном,гра |
|||||
|
|
|
Рис. |
52 |
|
|
дуировать в единицах путевой ско |
||||
Если |
скорость объекта |
|
рости. |
|
|
|
|||||
возрастет, то т3 уменьшится ( t 3 < t 3 i ) . |
|||||||||||
Тогда R'2<R^v |
и на |
вых°Де схемы вычитания появляется |
сигнал |
||||||||
ошибки |
А |
определенного |
знака, который заставит |
мотор вра |
щаться быстрее, пока вновь не будет достигнуто равенство задер жек и сигнал ошибки не обратится в нуль. Если скорость объекта уменьшится, то сигнал ошибки будет иметь противоположный знак. Г3— стирающая головка, подготовляющая барабан к за писи продолжения кривой U\{t).
При выборе величины Ат следует помнить, что наибольшую чувствительность к рассогласованию имеет участок корреляцион
ной кривой, где крутизна максимальна. |
Но надо также иметь |
|
ввиду, что спектр огибающих |
U2(t) |
и, следовательно, острота |
корреляционной кривой определяется не только скоростью объекта» но и шириной диаграммы направленности, высотой полета, дли-
96
ной волны, а также зависит от характера местности, над которой пролетает объект.
Полная система измерения путевой скорости и угла сноса при корреляционном методе предполагает наличие четырех приемных антенн, расположенных на общей платформе. Две следящих си стемы обеспечивают регулировку задержки времени (измерение скорости) и ориентацию антенной платформы в азимутальной пло скости (измерение угла сноса).
Корреляционный метод обладает некоторыми преимуществами перед допплеровским.
1. Некритичность ширины диаграмм направленности позволяет уменьшить габариты антенн.
2. Метод не чувствителен к продольным и поперечным, кренам, поскольку угол наклона антенн не имеет значения.
3. Система одинаково хорошо работает над сушей и морем, не требуя изменения калибровки.
То, что поверхность моря неспокойна, не влияет на функцию взаимной корреляции, так как в течение времени Тз, измеряемого миллисекундами, поверхность моря можно считать неизменной, «застывшей».
Стоит отметить, что в основе корреляционного метода измерения скорости также по существу лежит эффект Допплера: флюктуации отраженного сигнала являются результатом биений друг с другом сигналов, отраженных от точек, расстояния которых от объекта меняются неодинаково. Это так называемый вторичный эффект Допплера.
§ 17. Акустические методы измерения скорости
Если объект, наблюдатель и вся трасса сигнала находятся в акустической среде, т. е. среде, способной переносить звуковые коле бания, то для измерения скорости могут быть использованы акусти ческие методы. Последние также основаны на эффекте Допплера. В принципе все рассмотренные выше методы могут быть перенесены и в акустику. Например, возможно создание импульсного звуко локатора, измерителя путевой скорости и т. д. Поэтому во избе жание повторений здесь мы рассмотрим только отличия акустиче ских методов от радиотехнических.
Первое, принципиальное отличие состоит в том, что в акустике допплеровский сдвиг определяется не относительной скоростью приемника и передатчика, а скоростью того и другого относительно акустической среды, причем зависимости для передатчика и прием ника различны. Если приемник неподвижен, а передатчик движется относительно среды (с радиальной скоростью vT относительно той точки среды, в которой находится приемник), то
V* (107>
I T T
7 Зак. 3/715 |
9 7' |