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: 143

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

648,55 км/ч,

длина волны

2,26 см (f 0 = 13,325 Ггц),

угол y=Ti°,

угол

•ф = 20°, при

умеренных

значениях вертикальной

скорости

и углов

крена и тангажа стабилизированной антенной системы частота мо­ дуляции Fu принимается равной 21 кгц. Это соответствует условиям уравнений (162) и (165).

Выбор индекса модуляции передатчика Р в первую очередь влияет на результирующее отношение сигнал/шум на различных высотах. Если необходимо, чтобы наибольшая величина этого отно­

шения была на максимальной дальности /'маис, то требуемый

индекс

модуляции р д о л ж е н определяться из уравнения

(149),

так

как

максимальная величина для выбранного порядка функции

Бесселя

зависит

от аргумента М. Если подставить

 

значения

FN

и ги

в вы­

ражение

(149), то его можно переписать так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(166)

Д а л е е

из

выражений

(146)

 

и

(147) .видно, что отношение

сиг­

нал/шум

является функцией Jn(M).

 

Таким

образом,

если

необходимо

самое высокое отношение сигнал/шум на

 

максимальной

 

рассчитан­

ной дальности

Гмпис,

то

выражение

(166)

примет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М =

2?.

 

 

 

 

 

 

 

(167)

Из

таблицы

функций

Бесселя

 

видно,

что величина Jt(M)

мак­

симальна для М =

1,8.

Как следует

 

из

выражения (167),

индекс мо­

дуляции

передатчика

р д о л ж е н

быть

0,9,

для того

чтобы

получить

максимальный

сигнал

 

на

максимальной дальности.

Такая

величи­

на р и была

выбрана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор несущей частоты излучения. В

 

рассматриваемой

системе

несущая

частота

равна

13,325

Ггц

 

(точнее

находится в

диапазоне

от 13,25

до

13,4 Ггц).

Такая высокая

частота позволяет

работать с

узкой диаграммой

направленности

при сравнительно

малом

раскрыве

антенны. При узкой диаграмме направленности улучшается

точность

измерения

высоты

над водой,

меньше

сказывается

проблема

«лож­

ной цели», которая

имеет

место

 

в ЧМ радиовысотомерах

с непрерыв­

ным излучением и широкой диаграммой

 

направленности

антенн.

Последнее очень важно при посадке самолета с таким

радиовысо­

томером

на палубу

авианосца.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При несущей частоте 13,325 Ггц в значительной степени улуч­

шаются

характеристики

системы

при работе

над льдом и снегом.

Выбор типа передатчика. Генератором передатчика может слу­

жить маломощный клистрон, но лучше использовать

варакторный

умножитель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Достоинства

варакторных

умножителей

заключаются

в том, что

они позволяют создать всю систему на полупроводниковых

прибо­

рах, имеют высокую надежность, хорошую стабильность

 

частоты,

малую спектральную мощность шума п не требуют

высоковольтных

источников

питания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая высокую эффективность сигнала описываемой

Р Л С ,

можно

считать достаточной мощность передатчика 100 мет.

 

Тип

стабилизации

антенны. Известно,

что в допплеровских

Р Л С

влияние

крена и тангажа

самолета

может

 

быть устранено либо пу­

тем стабилизации

 

антенны в пространстве,

либо за

счет

так

назы-

11*

155


ваемой «стабилизации данных», т. е. коррекции результатов радио­

локационных

измерений

в соответствии с измеренными значениями

углов крена

и тангажа.

Д л я

обеспечения высокой точности измере­

ния скорости

при работе

над

водной поверхностью целесообразнее

применять стабилизированную антенну, так как интенсивность рас­

сеянных водой сигналов

сильно зависит от угла падения

луча. Это

не только значительно

ослабляет сигнал, выдаваемый

стабилизи­

рованной системой антенн в условиях крена и тангажа н а д гладкой водной поверхностью, но и снижает также их точность в связи с различным смещением калибровки для каждой антенны над водной поверхностью.

Характеристики высотомера со стабилизированной антенной лучше, чем высотомера с корректировкой данных. Стабилизирован­ ная антенна также устраняет влияние несимметричности располо­ жения лучей антенны. По этим соображениям для рассматриваемой системы была выбрана стабилизированная антенна.

Структурная схема РЛС

Структурная схема ЧМ РЛС непрерывного излуче­ ния, предназначенной для измерения скорости и высоты, приведена на рис. 83. Варакторный умножитель частоты (или клистронный генератор) модулируется по частоте сигналом частотой 21 или 126 кгц. Выбор одной из двух частот производится логической схемой в зависи­ мости от диапазона высоты, иа которой летит самолет в данное время.

Варакторный умножитель состоит из кварцевого ге­ нератора с частотой 92,5 Мгц, усилителя и цепочки ум­ ножения на варакторах, которые умножают частоту до величины 13,32 Ггц. Напряжение с частотой модуляции подается на задающий генератор с частотой 92,5 Мгц (если используется отражательный клистрон в качестве

высокочастотного источника

генерации, то напряжение

с частотой модуляции подзодится к

отражателю кли­

строна) .

 

 

ЧМ сигнал поступает на

антенную

систему. Идеаль­

ная антенна для этой системы представляет собой ан­ тенну в виде плоской решетки с щелевыми излучателя­ ми, которая при надлежащем фазировании может после­ довательно излучать несколько лучей при одном и том же раскрыве антенны. Этот тип антенны имеет неболь­ шую высоту, что является ценным качеством с точки зрения размещения такой антенны на самолете. Другой наиболее удобной антенной для этой системы является пучок параболических отражателей. Одним из основных

156


Генератор ВЦ колебаний

Коммута­

тор

Генератор

опорных

сигналов

Направленный]

Удвоитель

 

 

Антенный

 

ртветвитель

 

 

Антенная система

 

—*~коммутатор

смеситель

 

полосы

 

 

коммутатор

Модулятор

 

 

 

 

боковой г

Балансный

 

 

Антенный

 

 

 

 

 

Логическая

 

 

 

 

 

схема

 

 

Предварительный]

 

Полосовой

УЛЧ

 

усилитель

 

 

фильтр

пч1=30Мги,

 

Г=30Мги,

 

 

f = 30№u,

Генератор

 

 

 

 

 

f=30Mzu,

 

 

 

 

 

 

Смеситель

 

 

Управляющий

 

 

 

сигнал

 

 

 

 

 

 

Генератор

 

 

 

Управляющий,

 

 

 

сигнал

 

\г=гз,748мгц

 

 

 

 

 

[Модулятор

 

 

 

Двигатель

Усилитель

f= 2/ кгц

 

 

 

 

 

 

 

 

Модулятор

Удвоитель

 

 

Фазовращатель

 

мгвкги,

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройство

измерения

фазы

^Данные

о высоте

 

 

Смеситель-] усилитель

Смеситель-] усилитель

Режекторный

фильтр

Преобразова­

тель

Фазовый

детектор

Рис. 83. Структурная схема бортовой радиолокационной системы измерения скорости и


преимуществ этого типа антенны является его дешевиз­ на. Антенна последовательно излучает три луча с ча­ стотой переключения, регулируемой логической схемой.

Сигнал, отраженный от земли, принимается той же самой антенной и подается через антенные переключа­ тели и дуплексер на балансный кристаллический сме­ ситель. Небольшая часть мощности сигнала передатчика через направленный ответвитель подается на модулятор

одной

боковой

полосы,

на

который

поступает

также

сигнал частотой

30 Мгц

от специального генератора. На

выходе модулятора одной боковой полосы

образуется

ЧМ сигнал, средняя частота спектра

которого

распо­

ложена на одной из боковых полос на

частоте

30

Мгц.

Этот

сигнал

используется в_ качестве сигнала местного

гетеродина

для

балансного

смесителя.

На

выходе

ба­

лансного смесителя образуется сигнал с промежуточной частотой 30 Мгц, который усиливается в предваритель­ ном усилителе. Так как излучаемый сигнал и, следова­

тельно,

прямой

сигнал

и сигнал

местного

гетеродина

имеют;

частоту

30

Мгц,

то предварительный

усилитель

перегружается

на

частоте 30 Мгц.

Чтобы избежать пере­

грузки последующего усилителя, сигнал с предваритель­ ного усилителя подается на полосовой фильтр, настроен­ ный на частоту 30 Мгц.

На выходе следующего УПЧ сигнал разделяется па

каналы

измерения

скорости

и

высоты

соответственно.

Далее

происходит

понижение

промежуточной

частоты

с 30 Мгц до второй

промежуточной

частоты / п ч 2

= 252

кгц

путем

смешивания

сигнала

30

Мгц

с

сигналом

в

29,748 Мгц, вырабатываемым

специальным

генератором.

Полученный сигнал усиливается и подается на режекторный фильтр. Фильтр выполняет две функции: он, вопервых, эффективно пропускает только одну боковую по­ лосу, более низкую, чем J\, как это схематично показы­ вается на рис. 78, во-вторых, подавляет все прямые сигналы, точно совпадающие с частотой Ju но не сме­ щенные на частоту Допплера.

Метод уничтожения прямых сигналов сводится к пре­ образованию их в постоянный ток и повторной модуля­ ции сигналов, сдвинутых по фазе на 90° в двух каналах.

Следует указать, что при определенном подборе па­ раметров ширина полосы режекторного фильтра может быть сделана настолько малой, что будет обеспечена

158


работа системы во время зависания. На выходе фильтра

образуется

допплеровскнй

спектр

сигнала,

смещенный

на частоту

модуляции (21

кгц), в

котором

содержится

информация о положительных и отрицательных состав­ ляющих скорости для каждого из трех лучей антенны. Задачей частотной следящей системы является определе­ ние единственной частоты, которая представляет собой центр тяжести этого спектра для каждого луча. В дан­ ном случае используется так называемая синус-косинус­ ная система слежения. Она представляет собой дискри­ минатор с замкнутой петлей обратной связи, который последовательно управляет тремя местными генератора­ ми, частоты которых соответствуют трем допплеровским

сдвигам лучей fR\,

/ Д 2 , /д з- Чтобы получить три ортого­

нальные составляющие скорости цели VH,

Кб и Кв , три

сдвига

допплеровских лучей суммируются

в соответст­

вии с

выражениями

(139), (140) и (141).

Такое преоб­

разование делает точность измерения скорости не зави­ сящей от погрешностей стабилизации крена и тангажа. Эта операция осуществляется в блоке преобразователя допплеровских данных.

Три местных генератора, упомянутых выше, работа­ ют на смещенной частоте для того, чтобы измерить отри­ цательные скорости и определить направление движе­ ния.

Для получения конечного результата — составляющих скорости — три частоты преобразуются в постоянные то­ ки, которые вычитаются или складываются в так назы­ ваемых счетных устройствах с замкнутой' петлей.

Простое аналоговое решающее устройство вычисляет

путевую скорость

относительно

земли

Уд и угол сноса б.

Если необходимо

получить

цифровые

значения Vu, V5 и

VB, это легко сделать, так

как

три

частоты /д 1 , /д 2 , / д 3

можно преобразовать в серии импульсов, а затем в дво­ ичный код, который позволяет достаточно просто произ­ водить сложение и вычитание.

Чтобы получить информацию о высоте, сигнал с вы­ хода УПЧ подается на смеситель-усилитель 2, где он сме­ шивается с сигналом частотой 30 Мгц. Выходной сигнал этого смесителя-усилителя имеет вид, показанный на

рис. 84. Затем сигнал подается на режекторный

фильтр,

аналогичный используемому

в допплеровской

канале.

В этом случае управляющие

сигналы имеют частоту F M ,

159