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

между 'Импульсами. То же можно сказать и о спектре отраженных импульсов. И это не просто математическая абстракция, а физи­ ческая реальность, в чем можно убедиться с помощью анализа­ торов спектра. Несмотря на несовпадение во времени самих импульсов, их спектры существуют одновременно и могут всту­ пить в биения. Каждая спектральная линия зондирующего сигнала, вступая в биения с соответствующей спектральной линией отра­ женного сигнала, должна дать разностную частоту FD. Например,

Тем не менее на выходе смесителя сигнал не возникает. Можно показать, что это происходит потому, что разностные колеба­ ния Fd, полученные в каждом из элементарных смешений А, Б, В ..., имеют .различные фазы, причем такие, что амплитуда результирующего разностного колебания оказывается равной нулю. То же можно сказать и о результатах биений любых иных комбинаций частот.

§ 7. Неоднозначности измерений, слепые дальности, скорости и ускорения

Рассмотрим поведение допплеровских спектров в зависимости от скорости цели. В случае непрерывных колебаний частота отра­ женного сигнала fo+ FD (рис. 10,6) при увеличении скорости (приближения) монотонно растет, поэтому разностная частота оказывается пропорциональной скорости при любой практически возможной величине последней. Итак, любая величина скорости может быть измерена по допплеровскому спектру однозначно, если допплеровский спектр состоит из одной единственной спектраль­ ной линии. Аналогично, если излучаемый сигнал состоит из одного единственного импульса, дальность до цели измеряется одно­ значно.

Иначе обстоит дело в случае периодической последовательно­ сти импульсов. В этом случае имеет место неоднозначность как в определении скорости, так и в определении дальности. Рассмот­ рение удобно начать с дальности. Пусть период повторения импульсов

у __ 2/~тах

с

На рис. И, а и б соответственно показаны последовательности зондирующих и отраженных импульсов. Наблюдаемое время за­ паздывания отраженного сигнала tBнеоднозначно: у нас нет осно­ ваний считать, что т = п, т. е., что отраженный импульс т является

27

следствием зондирующего импульса п. С -равным основанием мы можем полагать, что импульс т является следствием, любого пре­ дыдущего зондирующего импульса п — 1, п — 2, п — 3 и т. д. То­ же можно сказать о любом другом отраженном импульсе. В част­ ности, по отраженным импульсам рис. 11, в, совпадающим с зон­ дирующими, мы можем сказать только, что дальность до цели равна какому-то из значений

f — 0, Лпах 1 2/Упах > 3Гшах. . . ,

но -не можем сказать, какому именно.

Дальности /"шах, 2/"тах. которые радиолокатор не может отличить от нуля, называют слепыми дальностями. Они равны

где п= 1, 2, 3 ...

На рис. 12 показана зависимость наблюдаемого запаздыва­ ния tH (дальности г„) от истинного запаздывания tr (дальности г). Наблюдаемой величине г„ соответствует одна из дальностей

Г\ = Ли

О — гя гтах,

^"з гк -)- 2гтах,

Оги-)- 3/"тах,

28

Если бы импульс был единственным, то наблюдаемое запазды­ вание всегда было бы однозначным (пунктир гн = г на рис. 12). Разрешение этой неоднозначности на практике осуществляется косвенным путем: на основе такого выбора Т, при котором суще­ ствование цели на дальности г > ггаах либо физически невозможно,

либо не может быть обнаружено из-за энергетических ограничений. Однако эти косвенные признаки не всегда защищают нас от ошибки. Кроме того, не всегда можно выбрать Т так, чтобы оно превосходило запаздывание сигнала от самой далекой цели. Тогда для устранения неоднозначности приходится прибегать либо к пе-

Рис. 13

ременной частоте повторения зондирующих импульсов, либо ,к со­ вместной работе двух передатчиков с различными частотами повторения. В первом случае зондирующие импульсы (рис. 13, а) имеют период повторения попеременно то Ть то Т2. На рис. 13)(5 показаны отраженные импульсы, запаздывающие на время ^ > Г Ь

29

совпадений, мы получаем импульсы (рис. 13, с?), следующие с пе­ риодом повторения

T = T l + T2> t r = ^ -

и позволяющие однозначно измерить запаздывание tr относительно отселектированных зондирующих (рис. 13,г).

Во втором случае (рис. 14) два передатчика работают с раз­ личными периодами повторения Д и Т2, находящимися в соотно­ шении

■ (/г+ 1) Тх=.пТ2— Т,

где Т — общий период повторения системы.

Рис. 14

Такие же соотношения будут и между отраженными сигналами

импульсы с периодом повторения Т, которые и позволяют одно­ значно измерить дальность.

Измерение скорости в случае периодической последовательно­ сти импульсов также оказывается многозначным. Поскольку спектр отраженного сигнала (рис. 11,(3) состоит из множества спектральных линий, то наблюдаемый сдвиг F„ принимаемой ча­ стоты относительно передаваемой неоднозначен: у нас нет осно­ ваний считать, что m= n, т. е. что спектральная линия fo+ mF+F/y является сдвинутой эффектом Допплера спектральной линией fo+nF. С равным основанием мы можем полагать, что линия m является следствием любой иной спектральной линии зондирую­ щего импульса п — 1, п — 2, п — 3 и т. д., а также п+Л, п + 2, п + 3 и т. д. (поскольку скорость в отличие от дальности может быть и отрицательной). В частности, если спектр отраженного сигнала

30

имеет вид .рис. 11, е, совпадающий со спектром зондирующего, томы можем сказать только, что допплеровский сдвиг -равен ка­ кому-то из значений

где п = ± (1, 2, 3 ...).

Как видим, - явления неоднозначности дальности и скорости очень похожи. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, мы разме­ стили иллюстрации обоих явлений на одном рисунке (рис. 11) и списывали оба явления в одинаковых выражениях. Единственное существенное различие состоит в том, что дальность описывается временными, а скорость — спектральными понятиями.

Чтобы завершить аналогию, следует для скорости построить график, аналогичный графику рис. 12 для дальности, т. е. изобра­ жающий наблюдаемую разностную частоту F H (наблюдаемую ско­ рость ин) как функцию истинной допплеровской частоты Fв> (истинной скорости v). Для этого рассмотрим поведение доппле­ ровского видеоспектра при изменении скорости. На рис. 15, а по­ казан видеоспектр импульсов неподвижной цели, а на рис. 15,6, е, г, д и е — спектры движущейся цели с поетепенньгм увеличением скорости от рисунка к рисунку. С увеличением скорости доппле­ ровская частота пропорционально увеличивается (для наглядности на рйс. 15 спектральная линия истинной допплеровской частоты помечена точкой), но наблюдать это в спектре .можно только до тех нор, пока

р

Если Fd > - у , то она перестает быть самой низкочастотной ком­

31