Файл: Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.07.2024
Просмотров: 151
Скачиваний: 0
Таким образом, для поддержания fp постоянным не обходимо, чтобы Af или FM (если то и другое, то их про изведение) изменялось в процессе регулирования обрат но пропорционально дальности D. Для этого необходимо напряжение частотой / р (допустим, с выхода счетчика частоты) подать на специальный блок управления, ко торый должен вырабатывать напряжение управления частотой и амплитудой модуляции передатчика.
В случае механической модуляции передатчика вы ходное напряжение блока управления может управлять скоростью вращения электродвигателя, определяющего частоту модуляции FM.
Основной элемент схемы автосопровождения — узко полосный фильтр низкой частоты, в пределах полосы ко торого удерживается измеряемая частота fp. Наличие та кого фильтра повышает помехоустойчивость и избира тельность системы.
На малых высотах, когда отраженный сигнал велик, схема автосопровождения по расстоянию не включается и усилитель низкой частоты работает в режиме широко полосного усиления. Как только расстояние (высота) до стигнет заранее заданного Д ; р , включается схема авто сопровождения.
На рис. 58 показаны зависимости выходных напря жений счетчика Uc4 и блока управления 1/ъу от fv. Как видно из рисунка, выходное напряжение блока управле
ния |
однозначно связано с |
зеличиной / р — fp. кр, поэтому |
оно |
может использоваться |
для определения расстояния |
после достижения fp критического значения.
Схема с автоподстройкой низкочастотного следящего гетеродина. Эта схема может применяться в допплеровских измерителях скорости для автосопровождения
по |
скорости (рис. |
59). Полезный сигнал допплеровской |
|
(или дальномерной) частоты после |
усиления поступает |
||
на |
смеситель, куда |
также подводится |
напряжение от сле |
дящего гетеродина, промодулированное низкой частотой. С выхода смесителя сигнал подается на фильтр, на строенный на фиксированную частоту /ф0 , близкую к раз ности между средней частотой гетеродина fr c и замеряе мой частотой /д . Поэтому выходное напряжение фильтра может содержать либо только постоянную составляю щую, если эта разность частот равна резонансной ча стоте фильтра /фо, либо переменную составляющую (ча-
109
Усилитель |
Сшипшь |
Фильтр |
Ампли - |
Фазовый |
|
низкой |
тудный |
||||
|
детектор] |
||||
частоты |
|
|
детектор |
||
|
|
|
Интегра
тор
Следящий \ |
= t F b T |
Модулятор |
гетеродин] |
|
|
Сумматор
Рис. 59. Структурная схема с автоподстропкон низкочастотного следящего гетеродина
ПО
стотой модуляции гетеродина), если разность указанных частот не равна /ф0 . Фаза этих низкочастотных колеба ний будет различная в зависимости от того, в какую сторону уклоняется неравенство fr c — !ЛФ /ФО-
Для использования указанной информации выходное напряжение фильтра вначале детектируется амплитуд ным, а затем фазовым детекторами. На последний в ка честве опорного подается сфазироваиный сигнал моду лятора. Выходное напряжение фазового детектора пос ле сглаживания в интеграторе и суммирования в кас каде суммирования с сигналом модулятора подается на следящий гетеродин, который подстраивается до тех пор, пока разность частоты гетеродина и полезного сиг нала не станет равна резонансной частоте фильтра /фо.
Из описания принципа работы очевидно, что выход ное напряжение интегратора однозначно определяет среднюю частоту гетеродина, поэтому оно может быть использовано в измерительных или управляющих цепях системы в качестве аналога измеряемой частоты полез ного сигнала.
Г л а в а 4
П Р И М Е РЫ ПОСТРОЕНИЯ НЕКОТОРЫХ Р А Д И О Л О К А Ц И О Н Н Ы Х СИСТЕМ Н Е П Р Е Р Ы В Н О Г О
ИЗЛУЧЕНИЯ
1. РАДИОВЫСОТОМЕРЫ
Особенность работы радиовысотомера заключается в том, что для него «целью» является поверхность Земли. Поэтому для измерения высоты полета используется дальномерный спектр сигнала, отраженного от этой по верхности. В то же время условия формирования такого спектра существенно отличаются от условий формирова ния сигналов при отражении от «точечных» целей, что накладывает определенный отпечаток на используемую для его обработки аппаратуру.
Известно, что характер отражений электромагнитной энергии от поверхности большой протяженности зависит от неровностей, которые имеются на этой поверхности, а точнее, от соотношения между длиной волны и разме рами этих неровностей.
Если максимальные размеры неровностей намного меньше длины волны, то эта поверхность для данного излучения является гладкой («зеркальной») и отраже ние от нее происходит по законам геометрической опти ки. Если размеры неровностей сравнимы с длиной волны, то поверхность считается шероховатой и отражение от нее происходит диффузно, т. е. во всех направлениях. И, наконец, если неровности намного больше длины вол ны, то каждый из участков этих неровностей представ ляет собой самостоятельное «зеркало», а так как таких
П 2
участков много и они произвольно расположены, то по верхность в целом будет характеризоваться весьма слож ной многолепестковой диаграммой рассеяния электро магнитной энергии.
Практически поверхность Земли представляет собой шероховатый рельеф с отдельными гладкими и точеч ными участками. Вследствие этого диаграмма рассеяния энергии земной поверхностью имеет сложную многоле пестковую форму с размытыми лепестками и небольшой глубиной провалов.
Опыт показывает, что рассеивающая способность зем ной поверхности почти не зависит от угла падения волн. Исключение составляет водная поверхность. Здесь с уве личением угла падения энергия, отраженная к облуча телю, уменьшается и тем резче, чем спокойнее поверх ность воды.
Различием отражающих способностей суши и воды можно объяснить получение четкого изображения гра ниц земной и водной поверхности на экранах самолет ных панорамных радиолокационных станций. Особенно это заметно, когда облучение происходит под некоторым углом. Поэтому для панорамных радиолокационных станций нормальное облучение поверхности менее вы годно.
Для радиовысотомеров, наоборот, валено добиваться равномерного отражения от всей облученной площади; в противном случае трудно усреднять результаты изме рений, так как дальномериый спектр сигнала расши ряется.
На рис. 60 показан случай облучения земной поверх ности электромагнитной энергией лучом шириной Ау. При этом различные участки облученной площади нахо дятся на разных расстояниях от радиолокационной стан ции. Линии равных расстояний показаны в виде концен трических окружностей. Отраженные от этих участков сигналы характеризуются разными значениями дальномерной частоты. Следовательно, каждому значению вы соты объекта соответствует некоторый спектр дальномерных частот.
Естественно, что, чем шире спектр дальномерных ча стот, тем труднее усреднять результаты измерений и тем меньше точность измерений. Поэтому надо стремить-
3 Н. П. Супряга |
и з |
|
ся к максимальному сужению спектра отраженного сиг нала.
В работе [2] показано, что относительная ширина дальномерного спектра зависит только от раствора диа граммы направленности антенны. Для предельного
Рис. 60. Линии равных расстоянии при облучении земной поверхности лучом шириной Дч
уменьшения ширины дальномерного спектра при задан ном растворе диаграммы направленности антенны необ ходимо, чтобы угол облучения максимально приближал ся к 90°. При этом также обеспечиваются наиболее выгодные энергетические соотношения при отражении от земной и морской поверхностей. Этим и объясняется то, что в частотно-модулированных высотомерах применя ются однолучевые антенные системы с вертикальным направлением оси диаграммы направленности.
Характерно, что величина дальномерного спектра ча-
114
ctot не йчень сильно увеличивается при расширении диаграммы направленности станции.
Эта особенность в значительной мере облегчила кон струкции высотомеров, так как использование широких диаграмм направленности позволяет простыми средства ми обеспечить работу радиовысотомера при кренах само лета, не прибегая к стабилизации антенной системы. Жестко закрепленная антенна с раствором диаграммы направленности, равным 60—70°, обеспечивает правиль ные показания высотомера при кренах до 60°.
Однако значительно увеличивать раствор диаграммы направленности нецелесообразно по следующим причи нам.
Во-первых, при кренах высотомер измеряет некоторое усредненное значение высоты по всей облучаемой пло щадке, которое при очень большой ширине диаграммы направленности и при полете над пересеченной местно стью может сильно отличаться от истинной высоты.
Во-вторых, увеличение раствора диаграммы направ ленности ведет к уменьшению усиления антенны, что ухудшает энергетические характеристики, и к расшире нию дальномерного спектра, а следовательно, к увели чению погрешностей измерения. Кроме того, при боль шом растворе диаграммы направленности ухудшается помехоустойчивость радиовысотомера,
В связи с этим целесообразно выбирать компромисное значение ширины диаграммы направленности исхо дя из требуемых точностей измерения высоты, предель ных кренов самолета и других факторов.
Особенности конструкции антенных систем в радио высотомерах обусловливаются трудностями использова ния в радиолокаторах непрерывного излучения одной общей антенны для приема и передачи энергии. Прямое попадание излучаемого сигнала в приемную антенну рав носильно отражению от неподвижного объекта, находя щегося на близком расстоянии от радиолокационной станции. Сильная связь между приемной и передающей антеннами вызовет перегрузку приемника, будет маски ровать слабые сигналы, отраженные от удаленных це лей.
В зарубежной печати указывается, что для удовлет ворительной работы радиолокационной станции прямой
сигнал, проникающий |
в приемную антенну при отсутст- |
8* |
115 |
вии целей, должен быть ослаблен не менее чем на 70 |
дб. |
В связи с этим в самолетных радиовысотомерах |
для |
лучшей развязки передающая и приемная антенны обыч но монтируются в крыльях самолета на расстоянии не скольких метров одна от другой.
|
В самолетных радиовысотомерах могут применяться |
|||||
различные |
типы |
антенн (щелевые, |
рупорные и др.). |
|||
В |
радиовысотомерах, |
работающих |
на частоте около |
|||
450 Мгц, обычно |
применяются полуволновые |
вибраторы |
||||
с |
низким |
волновым |
сопротивлением |
[15]. В |
самолетах |
|
с высоким и средним расположением крыльев диполи размещаются под крыльями так, чтобы нижняя поверх ность крыла служила рефлектором, а фюзеляж играл роль экрана. В самолетах с низким расположением крыльев диполи должны располагаться так, чтобы каж дая антенна была в нулевой зоне диаграммы направ ленности другой антенны (чтобы оси антенны были на одной линии).
В радиовысотомерах малых высот при работе на две антенны очень важно учесть такие факторы, влияющие на точность измерения высоты, как многократное отра жение радиоволн, а также ошибки, связанные с конеч ным временем прохождения сигналов по фидерам.
За счет многократного отражения радиоволн могут быть получены завышенные ложные отсчеты высоты. Эти погрешности можно устранить подбором наклона и раствора диаграммы направленности антенн, а также рациональным размещением антенн относительно отра жающих элементов самолета.
Для устранения погрешностей в измерении высоты, которые могут вноситься за счет конечного времени рас пространения энергии по фидерам, следует измерять электрические длины фидеров и заранее вводить поправ ку при первоначальной регулировке высотомера.
Существенным требованием к антеннам радиовысото меров является их широкополосность, так как радиовы сотомеры работают с частотно-модулированными сигна лами, причем модуляция частоты возможна в значи тельных пределах.
Особенности конструкции приемопередатчиков радио высотомеров, работающих в режиме непрерывного излу чения частотно-модулированных колебаний, определяют ся в основном тремя факторами:
116