Файл: Супряга Н.П. Радиолокационные средства непрерывного излучения.pdf

Рис. 16. График изменения частоты преобразованного сигнала и формы напряжения биений (Ue) при

/д > / р

ауклонения средней частоты от среднего значения

Из этих соотношений можно сделать вывод, что при большой скорости объекта ( / д > / р ) частота преобразо­ ванного сигнала изменяется через каждую половину пе­ риода модуляции частоты передатчика, причем среднее

41

ее значение (постоянная составляющая) равно flb т. е. пропорционально составляющей скорости объекта, а пе­ риод модуляции (переменная составляющая) равен 2fp, т. е. пропорционален дальности объекта. Следовательно, как и в первом случае, имеется возможность одновре­ менного измерения скорости объекта и его дальности. Но во втором случае скорость и дальность поменялись местами (скорость измеряется по постоянной составляю­ щей, а дальность — по переменной).

Таким образом, чтобы с помощью частотно-модули­ рованного радиолокатора можно было одновременно оп­ ределять скорость движущегося объекта н его дальность, нужно заранее знать, что больше: / р или flv В противном случае можно перепутать показания дальности с показа­ ниями скорости, так как в момент перехода от малого

Скорость, при которой [ д = [ р , называют критической. Наличие этой скорости вынуждает применять более сложные схемы, например, с многократным гетеродинированием, с двойной частотной модуляцией и др.

Внекоторых случаях, подбирая /с , AfM и FM, можно вывести критическую скорость за пределы рабочего диа­ пазона измеряемых скоростей и тем самым устранить не­ однозначность отсчета, что позволит применить простей­ шую схему радиолокационной станции.

3.ДОППЛЕРОВСКИЕ СИСТЕМЫ

Впоследние годы в связи с появлением летательных аппаратов с большими скоростями движения (сверхзву­

ковых самолетов, искусственных спутников земли — ИСЗ, ракет) особое внимание уделяется вопросам точ­ ного измерения скорости. В связи с этим большое зна­ чение придается допплеровским системам, предназначен­ ным прежде всего для измерения скорости.

Эффект Допплера заключается, как известно, в том, что при взаимном перемещении источника колебаний и приемника частота колебаний, воспринимаемая приемни­ ком, отличается от частоты, излучаемой источником, на величину /д, получившую название частоты Допплера. Величина этого изменения частоты зависит от скорости

42

и направления перемещения, а также от длины волны излучаемых колебаний.

Зависимость частоты Допплера от скорости перемещения объек­

Тогда фаза отраженных колебаний в точке приема, совпадающей с точкой излучения, будет

случаев частота Допплера лежит в пределах звуковых частот.

На рис. 17 представлена структурная схема простей­ шей допплеровской радиолокационной станции. Передат­ чик излучает незатухающие колебания частотой f0. Отра­ женные от цели сигналы улавливаются приемной антен­ ной. Их частота отличается от частоты передатчика на частоту Допплера / д и равна /oTp=fo+fflКроме того, на приемную антенну попадает часть прямого сигнала пере­ датчика частотой /о- В результате биений этих двух сиг­ налов на выходе смесителя получается напряжение от допплеровской частоты.

43

После усиления преобразованный сигнал поступает на индикатор для определения скорости и координат цели. Скорость цели определяется по частоте Допплера, угло­ вые координаты измеряются любым из известных мето­ дов по изменению интенсивности выделенного сигнала при перемещении радиолуча антенны. При этом следует

иметь в виду, что в случае использования метода равносигнальной зоны частота сканирования (коммутации) луча должна быть намного меньше частоты Допплера.

Она позволяет работать при весьма малой полосе про­ пускания, определяемой в основном шириной спектра допплеровских частот, что позволяет осуществить селек­ цию целей по скорости путем настройки узкополосного фильтра усилителя допплеровской частоты на заданное значение fR. Кроме того, такая радиолокационная стан­ ция не критична к медленным-уходам частоты передат­ чика, так как в ней в качестве когерентного гетеродина используются колебания передатчика.

Кроме скорости перемещения объекта по величине частоты Допплера (допплеровскому сдвигу частоты) можно определять и расстояние до этого объекта. Для

44

\

этого устройство должно иметь два передатчика, рабо­ тающих на разных частотах и /2 , и два приемника. На вход первого приемника поступят сигналы: прямой с ча­ стотой /) и отраженный, отличающийся от прямого на частоту Допплера |дь На вход второго приемника посту­ пят сигналы: прямой с частотой /2 и отраженный, отли­ чающийся от прямого на частоту Допплера /д2 .

Если с выходов приемников колебания подвести к фазометру, то можно измерить разность фаз двух доппле-

Мгновенные значения фазы колебаний допплеровских частот, которые выделяются в результате биений, будут следующие:

Таким образом, доказано, что разность фаз доппле­ ровских колебаний зависит от дальности до объекта и разноса частот передатчиков. Так как разнос частот из­ вестен, то фазометр можно градуировать непосредствен­ но в единицах дальности.

45

Для обеспечения однозначности могут применяться многочастотные системы. При этом измеряется разность фаз между допплеровскими биениями, которая также ли­ нейно зависит от расстояния.

В зависимости от режима работы все допплеровские системы можно разделить на две группы: когерентно-им­ пульсные и работающие в непрерывном режиме. Послед­ ние в свою очередь делятся на частотно-модулированные и без модуляции.

Допплеровские частотно-модулированные системы по­ зволяют кроме скорости определять и расстояние (вы­ соту) .

Достоинством когерентно-импульсных систем являет­ ся то, что они обеспечивают одновременное определение расстояния и скорости движения объекта. Кроме того, вследствие временного разделения сигналов в этих си­

решения проблемы неоднозначности в измерении скоро­ сти, а также обеспечения когерентности колебаний пря­ мого и отраженного сигналов. В этих системах трудно обеспечить большую дальность действия, так как величи­ на импульсной мощности ограничивается пробоями в фидерном тракте. Увеличение же средней мощности за счет удлинения импульсов в конечном итоге приводит, к непрерывному режиму. Вместе с тем для повышения чувствительности приемника требуется сужать его по­ лосу пропускания, для чего также необходим переход к непрерывным и квазинепрерывным режимам работы. Это привело к тому, что в настоящее время начали все шире использоваться допплеровские системы с не­ прерывным излучением.

В зависимости от назначения допплеровские системы с непрерывным излучением могут быть выполнены в трех вариантах: беззапросные с автономным источником колебаний, установленным на движущемся объекте; за­ просные с ретранслятором на борту движущегося объ­ екта; системы, работающие по отраженным от движу­ щегося объекта сигналам.

Беззапросные системы строятся по следующему прин­ ципу. На борту движущегося объекта установлен пере-

46