Файл: Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник].pdf

3,

146

Рис. 77. Характеристика режекторного фильтра

Рис. 78. Спектр принятого сигнала на второй промежуточной ча­ стоте

Спектральное изображение излученного сигнала, при­ нятого сигнала, сигнала местного гетеродина и сигнала промежуточной частоты дается на рис. 74—78.

Измерение скорости

В спектрах сигналов, изображенных на рис. 75 и 77, гармонические боковые полосы смещены на частоту Допплера fR, обусловленную движением объекта. Кроме того, они не являются дискретными частотами, а имеют конечную ширину, шумовую структуру и почти гауссову огибающую, что сзязано с конечной шириной луча ан­ тенны и природой рассеяния радиоволн.

Важно также указать, что для вертолетных систем, в которых должны с высокой точностью измеряться от­ рицательные скорости, необходимо преобразовывать при­

сигнала в промежуточную частоту fn,^, чтобы не поте­ рять чувствительность к направлению движения.

Для измерения скорости необходимо отфильтровать желаемую боковую полосу по частоте fm + nFM, где п — порядок боковой полосы, или по второй промежуточной частоте fU42 + nFM и подать результирующий сигнал на цепь слежения за частотой, которая будет измерять сред­ нее смещение или положение центра спектра fn относи­ тельно опорной частоты. Это смещение средней доппле­ ровской частоты / д будет мерой составляющей скорости объекта по направлению луча антенны на основании из­ вестного допплеровского равенства

где V—скорость объекта;

%— длина волны;

у— угол между вектором скорости и направле­

нием оси луча антенны.

Если использовать антенну, формирующую три луча,

то три ортогональные составляющие скорости (VU — ско­ рость направления, Vq — боковую скорость и УЬ — верти­ кальную скорость) можно получить простым алгебраиче­

длины волны излученного сигнала и взаимного положе­ ния лучей. В частности,

(наименьший угол между проекциями про­ дольной оси самолета и луча антенны на гори­ зонтальную плоскость).

148

Измерение высоты

Из формул (137) видно, что фаза боковых полос по­ лученного спектра является функцией времени задерж­ ки т и, следовательно, расстояния до земной поверхно­ сти. В частности, фаза каждой из принятых боковых

полос составляет , где п — порядок боковой по­ лосы. Таким образом, можно выбрать одну из боковых полос и сравнить ее фазу с' фазой модулирующего сиг­ нала генератора передатчика. Такое сравнение позволит

определить угол, эквивалентный Тогда наклонная

тс

дальность до земли равна г и = — . где с — скорость света. Абсолютная высота равна произведению наклонной

Однако боковые полосы принятого сигнала расположе­ ны не на частотах F M , 2FU и т. д., а смещены относитель­ но их на величину / д из-за движения объекта. Матема­ тически это показывается в формулах (137) членами

sin2jt[/n4 — fn+FK(t — и т. д., а графически — изобра­

жением спектра на рис. 77 и 78.

Чтобы сместить сигналы в область частот nF^, при­ менен так называемый способ свертывания спектра, устраняющий одновременно влияние шума на информа­ цию о высоте, который возникает вследствие «размы­ тия» составляющей боковой полосы допплеровским спектром, имеющим шумовую природу. При этом исполь­ зуются обе полосы частот любого выбранного порядка. В прежних допплеровских системах измерения скорости такое свертывание недопустимо, так как оно приводит к резкому снижению чувствительности.

Подробный анализ процесса свертывания спектра вы­ ходит за рамки данной книги.

Выбор параметров системы

М о ж н о показать, что отношение сигнал/шум при работе радио­ локатора по протяженной цели (заполняющей все сечение луча

149