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

больше, чем предыдущему. Тогда в случае движения цели изме­ ряемая нами частота Допплера будет равна числу эллипсоидов, пересекаемых целью в секунду [4]. В самом деле, дифференцируя выражение (31) по t, имеем

где n3 — число эллипсоидов в секунду.

Итак, в суммарно-дальномерной системе допплеровская частота определяет, не радиальную скорость, а число эллипсоидов, пере­ секаемых целью в единицу

времени.

Аналогично в разностнодальномерной системе (которуют можно получить из схе­ мы рис. 7, если приемник В заменить ретранслятором, а объект С снабдить приемни­ ком, принимающим ведущий Л и ведомый В сигналы) доппле­ ровская частота определяет число гиперболоидов пг, пере­ секаемых объектом в единицу времени [4]. Семейство гипер­ бол ортогонально семейству эллипсов. Числа пэ и пг опре­ деляют две ортогональные компоненты скорости цели

в криволинейной системе координат, подобные радиальной и тан­ генциальной составляющим скорости в полярной системе коор­ динат.

допплеровская частота, определяющая тангенциальную (и угло­ вую) скорость (сравнить с § 3).

В частном и весьма распространенном случае передатчик А и приемник В совмещены в одной точке. Тогда г0 = 0, и следова­ тельно,

г х= г., = г .

20

При этом эллипсы также вырождаются в концентрические окруж­ ности, а гиперболы —в прямые, исходящие из приемо-передающей антенны. Тогда формула- (32) приобретает вид

слителе, вытекающим из того, что ,в данном случае при движении цели скорость изменения полного пути сигнала туда и обратно вдвое больше, чем скорость из­ менения пути в одну сторону в случае измерений по объекту с независимым передатчиком.

При работе по отраженному сигналу нет необходимости в вы­ сокой долговременной стабиль­ ности частоты передатчика, не требуется и эталонный генератор опорной частоты в приемнике: роль опорного напряжения вы­ полняет сам сигнал передатчика,

что неизмеримо точнее, чем частота опорного напряжения, созда­ ваемого независимым эталонным генератором. От передатчика тре­ буется только высокая кратковременная стабильность: уход его частоты за время прохождения сигнала до цели и обратно должен быть мал по сравнению с допплеровским сдвигом. Поддерживать стабильность частоты в течение тысячных долей секунды на-многе легче, чем такую же стабильность в течение часов, как это требо­ валось в случае с независимым передатчиком.

При работе непрерывными колебаниями полоса пропускания определяется диапазоном допплеровских частот, т. е. измеряется килогерцами. А если в приемнике предусмотреть схему автомати­ ческого слежения за допплеровской частотой (см. § 13), то полоса пропускания будет определяться только диапазоном ожидаемых радиальных ускорений и будет измеряться единицами герц.

Если есть возможность установить на объекте ретранслятор, то дальность действия системы можно существенно повысить. На рис. 8 показана система с ретрансляцией. Сигнал частоты /у излу­ чается антенной А и принимается антенной Л2 «а объекте и после усиления излучается антенной Аъ. Для того чтобы усиленный сиг­ нал с антенны А3 не поступал на антенну Л2 и не приводил к самовозбуждению ретранслятора, передача должна вестись на ча­ стоте, отличной от принимаемой. При этом должна сохраниться полная когерентность колебаний: преобразование частоты не должно вносить нестабильности частоты. Простейший способ изме­ нения частоты с сохранением когерентности — удвоение (утроение)

21

частоты путем ограничения принятого колебания и выделения второй (третьей) гармоники. Относительная стабильность удвоен­ ной частоты в точности равна стабильности первоначальной.

Обычно частоту умножают в дробно-кратном отношении ~ , что

антенной А 4 и смешивается с умноженной опорной частотой f u в результате чего выделяется допплеровская частота

т р __ 2 f tv r т

пи с п

Увеличивая мощность ретранслятора, можно получить почти не­ ограниченный радиус действия системы.

§ 6. Допплеровские спектры

Как известно, спектр бесконечной последовательности прямо­ угольных видеоимпульсов, имеющих длительность т и частоту по­ вторения F (период повторения Т) , имеет вид, показанный на рис. 9, а, а амплитуда п-й гармоники равна

Частота первой гармоники равна частоте повторения F, вто­ рой— 2F и т. д. Частота первой нулевой гармоники, т. е. та ча­

стоту повторения F (рис. 9,6), сохраняя длительность импульса т, то гармоники спектра становятся более частыми, а общая ширина

В пределе для одиночного импульса (Е—>0-; Т-^со) мы имеем сплошной спектр (рис. 9, в, масштаб по оси 'Ординат .произволь­ ный). Если, сохраняя частоту повторения F, уменьшать длитель­ ность импульса х (сравни рис. 9, а и г), то первая, нулевая гармо­

расширяется. В пределе для бесконечно короткого импульса мы

22

r

'•N\

23

получаем бесконечно широкий спектр, линейчатый, если импульс периодически повторяется (;рис. 9,6), и сплошной, если .импульс одиночный (рис. 9, е).

Радиоимпульсы получаются путем модуляции несущей ча­ стоты f0 видеоимпульсами. Спектр периодической последовательно­

казан на рис. 9,з. Он представляет собой сплошной спектр, кото­

побочными максимумами, величина которых мала.

В радиолокации бесконечная последовательность отраженных импульсов существует лишь как некоторая идеализация. Даже если антенна непрерывно направлена на данную цель (режим сопровождения), последовательность импульсов имеет начало и конец — включение и выключение радиолокационной станции.. В режиме обзора отраженные от данной цели сигналы имеют вид. периодически повторяющейся пачки, длительность которой 0 равна

(рис. 9, и). Такую последовательность импульсов можно рассмат­ ривать как результат модуляции непрерывной последовательности импульсов с параметрами т и Т другой непрерывной последова­

дуляции получит верхнюю и нижнюю боковые полосы (рис. 9,к„ увеличенный масштаб оси частот). В боковых полосах гармоники

отстоят одна от другой нгГвеличину — , а первая нулевая гармо-

1

ника отстоит от соответствующей «несущей» на величину -у .

Здесь для упрощения не принимается во внимание, что из-за от­ сутствия жесткой связи между частотами повторения импульсов и пачки положение импульсов внутри пачки оказывается случай­ ным относительно ее начала.

Бели будет принята одна единственная пачка, то по аналогии с предыдущим ее можно рассматривать как предельный случай периодической последовательности .пачек, когда период rj—>со„

импульсов оказываются размытыми, причем ширина спектральной линии тем больше, чем короче пачка.

24

Рассмотрим теперь те изменения, которые вносит в спектр от­ раженного сигнала движущейся цели эффект Допплера.

Строго говоря, поскольку допплеровский сдвиг каждой спектраль­ ной линии пропорционален частоте самой спектральной линии, то для различных спектральных линий допплеровский сдвиг разли­ чен (см. формулы 16). Но обычно ширина спектра модулирующей функции (например, 1 Мгц) мала .по сравнению с частотой несу­ щей (например, 10 000 Мгц), поэтому различие в допплеровских сдвигах для разных составляющих спектра ничтожно мало. Мщ будем полагать, что все спектральные линии отраженного сигнала (рис. 10, а) сдвинуты относительно соответствующих линий'зонди­ рующего (рис. 10, в) на одну и ту же величину FD.

Сам по себе допплеровский сдвиг FD мал по сравнению с не­ сущей, и непосредственно по спектру рис. 10,6 или 10, г мы не могли бы установить ни скорости цели, ни даже самого факта ее движения. Допплеровский сдвиг можно выявить только путем сравнения частоты отраженного сигнала с частотой посланного. В станции с непрерывным излучением это можно сделать путем смешения излучаемого (а) и принимаемого (6) колебаний и выде­ ления разностной частоты'(рис. 10,6).

В станции с импульсным излучением нет возможности отра­ женный сигнал сравнить с зондирующим, так как они не совпа­ дают во времени и не могут вступить в биения. И здесь отражен­ ный сигнал должен сравниваться с непрерывным опорным колеба­ нием, частота которого fo равна несущей частоте зондирующего импульса. Обычно это непрерывное колебание создается специаль­ ным гетеродином, называемым когерентным, возбуждаемым зон­ дирующим импульсом.

ровский видеоспектр (рис. 10, е). Первая спектральная линия Fp получается как результат биений fo со сдвинутой эффектом

25