Импульсные радиодальномеры

Импульсный метод измерения дальности может быть реализован в двух вариантах – когда объект, дальность до которого подлежит измерению, является пассивным (только отражает распространяющийся в пространстве электромагнитный радиосигнал), и когда объект дальнометрии имеет активный характер (способен излучать собственный электромагнитный радиосигнал). Рассмотрим принципы построения радиодальномеров для обоих случаев.

Первый случай. Объект дальномерии – пассивен.

Данная ситуация представлена на рис. 3.38 Расстояние между самолетом (носителем радиодальномера) и объектом, не известное заранее, измеряется следующим образом. Антенна радиодальномера излучает импульс электромагнитной энергии. Этот импульс распространяется в пространстве, достигает объекта, отражается от него, начиная движение в обратном направлении, после чего принимается антенной радиодальномера. Специальное электронное устройство внутри радиодальномера измеряет временной интервал между моментами излучения импульса и его приема, а затем вычисляет дальность R до объекта по формуле (3.17):

где – скорость распространения электромагнитных волн в пространстве, принимаемая равной 3*10⁸ м/с.

Рис. 3.38. Принцип радиодальнометрии в случае пассивного объекта

Рассмотрим вопрос о нахождении величины максимальной дальности действия радиодальномера.

Пусть мощность радиосигнала, создаваемого радиопередающим устройством, равна . Тогда мощность радиосигнала, излученного антенной радиодальномера, окажется равной , где – коэффициент полезного действия тех волноводно-фидерных каналов, которые соединяют радиопередающее устройство с антенной.

Предположим, что излучение антенны радиодальномера является изотропным (равнонаправленным во все стороны) и осуществляется в идеализированном не создающем для излучения никаких потерь пространстве. В таком случае плотность ; излученной мощности, оказавшаяся в непосредственной близости около объекта, находящегося на расстоянии относительно радиодальномера, будет, равна величине

Учитывая, что излучение антенны на самом деле не является изотропным, а сконцентрировано в определенной области пространства согласно диаграмме направленности излучения, получим, что реальная плотность излученной мощности, оказавшаяся вблизи лоцируемого объекта, будет вычисляться по формуле

Теперь нетрудно рассчитать мощность , отраженную от объекта, как величину

где – геометрическая площадь объекта; – коэффициент, учитывающий потери мощности в объекте (зависит от материала объекта, от степени шероховатости его поверхности и т.д.); – коэффициент, обусловленный пространственными характеристиками объекта (ориентацией его крупноразмерных составляющих, диаграммой обратного рассеяния и т.п.).

Или, в более сокращенной (и употребляющееся значительно чаще) записи

, (3.44)

где коэффициент имеет размерность площади и является обобщенной характеристикой отражающих свойств объекта. Коэффициент называется эффективной площадью рассеяния объекта. Например, для дальнего бомбардировщика составляет 15…20 м², для среднего бомбардировщика равна 7…10 м², для истребителя – 3…5 м², для человека – 0,5…1 м².

Используем далее ход рассуждений, аналогичный предыдущему. А именно – полагая объект излучающим изотропно, получим, что плотность отраженной от объекта мощности в области, непосредственно на расстоянии приемной антенны радиодальномера, будет вычисляться как

а с учетом диаграммы направленности приемной антенны окончательное выражение для итоговой плотности мощности (в той же пространственной области) примет вид

. (3.45)

Тогда мощность , поступившая на вход приемного устройства радиодальномера, запишется в виде следующего выражения:

, (3.46)

где – эффективная (составляющая величину примерно 0,7 от геометрической) площадь приемной антенны; – коэффициент полезного действия волноводно-фидерных трактов, соединяющих приемную антенну с приемным устройством радиодальномера.

В итоге, объединяя соотношение (3.43) – (3.46) в единое уравнение, получи:

или, полагая , (такое допустимо, если для излучения и приема используется одна и та же приемно-передающая антенна), придем к выражению

откуда дальность действия радиодальномера отыщется в виде:

(3.47)

Зависимость дальности действия от угловых координат и связана, как видно из данного алгоритма, с наличием пространственно-ориентированной диаграмма направленности антенны.

Окончательно – максимальная дальность действия радиодальномера может быть найдена из соотношения (3.47), если вместо величины подставить значение чувствительности приемного устройства, т.е. величину ; тогда получим:

(3.48)

Поскольку величина зависит от и , то на практике пользуются значением , соответствующей дальности , измеряемой в направлении максимума главного лепестка диаграммы направленности ; в таком случае в алгоритм (3.48) подставляется не , а .

Напомним еще раз, что алгоритм (3.48) позволяет вычислить максимальную дальность действия радиодальномера лишь при условии наличия идеализированного (в котором не происходит потерь электромагнитной энергии при ее, например, рассеянии на пылевых частицах, гидрометеорах и. т.д.) пространства распространения электромагнитных волн.

Рассмотрим функционирование импульсного радиодальномера. Отметим, что в отличие от радиодальномера, структурная схема которого представлена на рис. 3.15 и который использует в своей работе так называемые простые (с неизменной во времени частотой заполнения) радиоимпульсы, данный радиодальномер, структурная схема которого приведена на рис. 3.39, формирует и излучает в пространство уже не простые, а сложные (в частности, с линейно изменяющейся во времени частотой заполнения) радиоимпульсы.

Рис. 3.39. Структурная схема радиодальномера, использующего ЛЧМ радиоимпульсы: 1 – синхронизатор; 2 – формирователь ЛЧМ радиоимпульса; 3 – импульсный модулятор; 4 – радиопередающее устройство; 5 – антенный переключатель; 6 – устройство защиты; 7 – радиоприемное устройство; 8 – импульсное устройство ФАП; 9 – фильтр сжатия; 10 – амплитудный детектор; 11 – измеритель дальности

Поясним, что в отличие от простых радиоимпульсов, для которых произведение ( – длительность радиоимпульса; – ширина центрального лепестка его спектра), сложными называются такие радиоимпульсы, у которых аналогичное произведение много больше 1 (например 30...80). Другое название сложных радиоимпульсов – энергоемкие. Одним из сложных радиоимпульсов, наиболее часто используемых на практике, являются линейно-частотно-модулированные (ЛЧМ) радиоимпульсы.

Функционирование импульсного радиодальномера, структура которого показана на рис. 3.39, заключается в следующем.

3апускающий импульс синхронизатора 1 поступает на вход формирователя 2, и на его выходе вырабатывается линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) радиоимпульс.

Внешний вид ЛЧМ радиоимпульса приведен на рис. 3.40, а, а закон изменения частоты заполнения данного радиоимпульса изображен на рис. 3.40, б, где – девиация указанной частоты.

Далее сформированный ЛЧМ радиоимпульс попадает сначала на импульсный модулятор 3, а затем – на радиопередающее устройство 4, после чего через антенный переключатель 5 и антенну параболического типа излучаются в пространство.

Отметим, что в радиодальномере, помимо антенного переключателя 5, закрывающего вход радиоприемного устройства 7 на время излучения ЛЧМ радиоимпульса (воизбежание повреждения первых приемных каскадов мощным радиоимпульсом), дополнительно используется ещё и устройство защиты 6.

Отраженный от объекта ЛЧМ радиоимпульс поступает на антенну, выполняющую функции излучения и приема, а затем, после прохождения открытым синхронизатором 1 антенного переключателя 5 и устройства защиты 6, подается на один из входов радиоприемного устройства 7.

Рис. 3.40. Линейно-частотно-модулированный радиоимпульс: а – внешний вид; б – закон изменения частоты заполнения

На второй вход радиоприемного устройства 7 вводится (для обеспечения когерентной работы радиопередающего 4 и радиоприемного 7 устройств) радионапряжение с выхода импульсного устройства фазовой автоподстройки (ФДП) 8. После усиления ЛЧМ радиоимпульс поступает на вход так называемого фильтра сжатия 9.

Название «фильтр сжатия» является в известной степени жаргонным. По сути дела, структура данного фильтра, имея однозначное соответствие (согласованность) со структурой сформированного в радиодальномере ЛЧМ радиоимпульса, является оптимальной с позиции обеспечения максимальной величины выходного (для фильтра сжатия) радиосигнала. При этом длительность указанного выходного радиосигнала оказывается существенно (в несколько десятков раз) меньше, чем длительность ЛЧМ радиоимпульса.

Одновременное наличие данных факторов (увеличение амплитуды выходного радиосигнала и уменьшение длительности того же радиосигнала) дали основание для присвоения рассматриваемому устройству названия «фильтр сжатия».

Структура фильтра сжатия 9 и эпюры радионапряжений в различных точках этого фильтра приведены на рис. 3.41.

Основным элементом фильтра сжатия 9 является ультразвуковая линия задержки (ЛЗ) с неравномерно подключенными отводами. Отмеченная неравномерность подсоединения отводов приводит к тому, что ЛЧМ радиоимпульсы, снимаемые с этих отводов, оказываются сдвинутыми (во времени) на неравные друг относительно друга промежутки. В итоге, суммирование данных неравно-отстоящих друг от друга ЛЧМ радиоимпульсов обеспечивает мощный и короткий выходной радиоимпульс.

Рис. 3.41. Сжатие ЛЧМ радиоимпульса: а – структура фильтра сжатия; б – эпюры напряжений

Поясним эффект сжатия на конкретном примере. Пусть ЛЧМ радиоимпульс имеет длительность =1 мкс и девиацию частоты =50 МГц. Тогда длительность радиоимпульса на выходе фильтра сжатия (отсчитываемая по уровню приблизительно половиной мощности, т.е. на высоте от максимума) будет вычисляться по формуле

(3.49)

и окажется равной 0,02 мкс. Это означает, что разрешающая способность по дальности, найденная по соотношении

, (3.50)

Аналогичному (3.24) для ЛЧМ радиоимпульса составит 3 м, в то время как для простого радиоимпульса той же длительности (1 мкс) она равнялась 150 м.

Иными словами, ЛЧМ радиоимпульс обладает более высокой разрешающей способностью по дальности, нежели простой (с постоянной частотой заполнения) радиоимпульс. Положительный вывод о предпочтительности ЛЧМ радиоимпульса по сравнению с простым радиоимпульсом делается так же с точки зрения амплитудных соотношений. Так в частности, если оба (простой и ЛЧМ) радиоимпульса имеют на входах согласованных с ними фильтров одинаковые амплитуды ( В), то выходные амплитуды будут сильно отличаться: для простого радиоимпульса она составит 1 В, а для ЛЧМ радиоимпульса, будучи рассчитанной по формуле

, (3.51)

получится равной 7 В. Из этого сравнения следует еще один вывод о выгодности использования ЛЧМ радиоимпульсов: при прочих равных (мощность передатчика, антенна, дальность и эффективная площадь рассеяния объекта и т.д.) условиях ЛЧМ радиоимпульс способен, по сравнению с простым радиоимпульсом, обеспечить повышение дальности действия радиодальномера. Оба указанных преимущества (улучшение и повышение ) привели к тому, что в большинстве современных радиодальномеров используются сложные (в частности ЛЧМ) радиоимпульсы.

Продолжим рассмотрение функционирования импульсного радиодальномера. После фильтра сжатия 9 и амплитудного детектирования в блоке 10 происходит измерение дальности до объекта в узле 11. Указанное измерение дальности в современных импульсных радиодальномерах осуществляется в цифровой форме (с тем, чтобы ввести получившийся код дальности в бортовую ЭЦВМ – в электронную цифровую вычислительную машину). Принцип цифрового измерения дальности и структурная схема устройства, реализирующего этот принцип, приведены на рис. 3.42. Поскольку данный измеритель 11 дальности является узлом, включенным в импульсный радиодальномер (его структура изображена на рис. 3.3.2), то нумерация блоков измерителя 11 на рис. 3.42, а продолжает нумерацию рис. 3.39.

Работа рассматриваемого измерителя дальности происходит следующим образом. Генератор 12 синхронизирующих импульсов, которые следуют друг за другом с малым (порядка десятых или сотых долей микросекунды) периодом повторения , работает в так называемом автоколебательном режиме, вырабатывая непрерывную последовательность указанных импульсов. Эти импульсы подаются как на делитель частоты 13, так и на первый вход схемы включения 14. Импульсы с выхода делителя 13 задают период повторения для радиодальномера (с периодом в пространство излучаются ЛЧМ радиоимпульсы), который, как правило, составляет величину несколько миллисекунд.

Каждый импульс с выхода делителя 13, поступивший на первый вход устройства переключения 15 (в качестве которого в простейшем случае может использоваться триггер), приводит к тому, что устройство 15 открывает (по второму входу) схему включения 14 (в простейшем случае она представляет собой схему совпадения или схему ), и синхронизирующие импульсы начинают сквозь схему 14 поступать на суммирующий вход счетчика 16 (перед очередным импульсом с выхода делителя 13 этот счетчик был установлен в нулевое состояние), отчего цифровой код в счетчике 16, начиная с нуля, возрастает.

Увеличение цифрового кода в счетчике 16 происходит до тех пор, пока на выходе амплитудного детектора 10 не появится импульс, соответствующий во времени заднему фронту принятого ЛЧМ радиоимпульса (см. рис. 3.41). Этот отсчетный импульс поступает на второй вход устройства переключения 15, которое закрывает схему включения 14, в результате чего доступ синхронизирующих импульсов в счетчике 16 прекращается.

Рис. 3.42. Структурная схема (а) и эпюры (б) работы измерителя дальности (для случая объекта удаляющегося): 1 – синхронизатор; 11 – измеритель дальности; 12 – генератор синхронизирующих импульсов; 13 – делитель частоты; 14 – схема включения; 15 – устройство переключения; 16 – счетчик; 17 – элемент задержки; 18 – схема передачи числа

Цифровой код, оказавшийся в данный момент в счетчике 16, характеризует время запаздывания принятого ЛЧМ радиоимпульса относительно излученного радиоимпульса, а следовательно, и дальность до объекта. В самом деле, пусть количество синхронизирующих импульсов, оказавшихся между выходными импульсами делителя 13 и амплитудного детектора 10, оказалось равным величине . Тогда время запаздывания может быть вычислено как

а дальность объекта определена по формуле

(3.52)

Если величину представить в двоичной системе счисления, то соответствующее значение [ ] будет назваться цифровым кодом дальности . Если, например, =37, то [ ] =100101. Именно цифровой код [ ] дальности и передается с выхода счетчика 16 через схему 18 передачи числа (с выхода измерителя дальности 11) в бортовую ЭЦВМ для выполнения с этим кодом различных операций (например, для прогнозирования траектории объекта).

Помимо прекращения доступа синхронизирующих импульсов в счетчик 16, импульс с выхода амплитудного детектора еще выполняет роль импульса, пересылающего код [ ] и счетчика 10 в бортовую ЭЦВМ (для этой цели схема 18 открывается на время действия указанного импульса) и импульса, устанавливающего счетчик 16 в нулевое состояние. Для предотвращения возможных сбоев при передаче кода [ ] из счетчика 16 в бортовую ЭЦВМ через схему 18 в измеритель дальности 11 введен элемент задержки во времени 17, благодаря которому обнуление счетчика 16 происходит после пересылки кода [ ].

Так осуществляется измерение дальности до пассивного объекта с помощью бортового импульсного радиодальномера.

Рассмотренный радиодальномер нередко используется для определения высоты полета самолета. В таком случае роль пассивного объекта выполняет земная поверхность, а импульсный радиодальномер называется радиовысотомером больших (свыше 0,5 км) высот.

Приведем в качестве примера основные технические характеристики одного из радиовысотомеров больших высот.

- диапазон измеряемых высот, м 500…30000

- точность измерения высоты 25 м ± 0,15%

От высоты:

- импульсная мощность передатчика, кВт 2

- несущая (центральная внутриимпульсная) частота, МГц 845±3

- длительность излучаемого импульса, мкс 1±0,5

- частота повторения импульсов, Гц 1000±200

Потребляемая мощность:

- от сети ~ 115В, 400 Гц 120 В*А

- от сети + 27В 50 Вт

- объем (без антенн и кабелей), дм³ 15

Отметим, что помимо радиовысотомеров больших высот в авиации используются также и радиовысотомеры малых высот (которые будут рассмотрены далее, в разделе «Радиосистемы навигационно-посадочного комплекса»).

Второй случай. Объект дальнометрии – активен.

Данный случай характерен для радионавигации, когда бортовая радиоаппаратура самолета осуществляет определение местоположения своего собственного летательного аппарата, используя для этого радиосигналы, излучаемые либо наземными, либо бортовыми (самолетными, спутниковыми) радиомаяками. При этом координаты указанных радиомаяков известны на борту. Иными словами, означенные радиомаяки являются своего рода опорными пунктами, относительно которых экипаж (или сопряженное с бортовой ЭЦВМ радиоэлектронное оборудование) самолета вычисляет свое местонахождение. Изложенную ситуацию поясняет рис. 3.43.

На этом рисунке расстояние между самолетом (летальным аппаратом ЛА) и объектом (радиомаяком) измеряется радиодальномером, установленным на борту летательного аппарата. Происходит это путем измерения времени запаздывания между излученным (с борта ЛА) и принятым (на борту ЛА) радиосигналами.

Рис. 3.43. Принцип радиодальнометрии в запасно-ответном режиме (объект – активен)

Указанное время запаздывания слагается из трех компонент:

, (3.53)

где – время распространения запросного радиосигнала (от момента излучения бортовым радиодальномером до момента приема наземным радиомаяком); – длительность задержки радиосигнала в узлах радиомаяка (т.е. интервал времени от момента приема радиомаяком запросного сигнала до момента излучения радиомаяком ответного сигнала); – время распространения ответного радиосигнала (от момента излучения наземным радиомаяком до момента приема бортовым радиодальномером).

На практике величины компонент в соотношении (3.53) оказываются достаточно малыми, так что изменение расстояния между радиодальномером (самолетом) и радиомаяком оказывается незначительным, и времена и полагаются равными:

(3.54)

Тогда из алгоритма (3.3.11), с учетом выражения (3.54), окончательно получим соотношение:

, (3.55)

где – величина, известна заранее и введенная в измерительное устройство радиодальномера.

Рассмотрим вопрос о вычисления максимальной дальности действия радиодальномера в запросно-ответном режиме (случай активного объекта).

Если передатчик бортового радиодальномера вырабатывает мощность , а коэффициент полезного действия волноводно-фидерных каналов, соединяющих передатчик с антенной, равен , то с учетом диаграммы направленности излучения получим, используя рассуждения, аналогичные тем, что употреблялись при выводе соотношения (3.24), что плотность излученной мощности , оказавшаяся в непосредственной близости от приемной антенны радиомаяка, т.е. на расстоянии от радиодальномера, будет вычисляться по формуле:

, (3.56)

где и – углы в горизонтальной и вертикальной плоскостях, под которыми радиомаяк расположен относительно радиодальномера.

Тогда мощность , поступившая на вход приемного устройства радиомаяка, может быть найдена из соотношения:

, (3.57)

где – эффективная площадь приемной антенны радиомаяка; – коэффициент полезного действия волноводно-фидерного канала, соединяющего приемную антенну радиомаяка с его приемным устройством.

Структурная схема радиомаяка приведена на рис. 3.44. Если мощность , поступившая на вход приемника, оказывается равной или больше чувствительности () приемника этого радиомаяка, то радиоприемное устройство 1 вырабатывает импульс, запускающий формирователь ответных импульсов 2 (ответные импульсы обычно образуют кодовую последовательность – чаще всего эта последовательность – чаще всего состоит из двух импульсов, временной интервал между которыми жестко фиксирован для каждого самолета), которые далее подаются на радиопередающее устройство 3, после чего происходит их излучение (в качестве ответного сигнала) в окружающее пространство.

Рис. 3.44. Структурная схема радиомаяка: 1 – радиоприемное устройство; 2 – формирователь ответных импульсов; 3 – радиопередающее устройство.

Используя ту же схему вывода, что употреблялась при получении соотношения (3.56), запишем выражение для нахождения плотности потока мощности, существующей вблизи антенны радиодальномера и обязанной своим происхождением радиомаяка:

, (3.58)

где – коэффициент полезного действия волноводно-фидерного канала, соединяющего передатчик радиомаяка с его излучающей антенной; – мощность, создаваемая передатчиком радиомаяка; – диаграмма направленности излучения в функции от угловых координат (начало данной системы координат совмещено с местом расположения радиомаяка) в горизонтальной и вертикальной плоскостях; – расстояние от радиомаяка до радиодальномера.

Тогда мощность радиоимпульса, поступившего на вход приемного устройства радиодальномера, будет вычисляться по формуле:

, (3.59)

где – эффективная площадь приемной антенны радиодальномера; – коэффициент полезного действия волноводно-фидерного канала, соединяющего антенну радиодальномера с его приемным устройством.

В том случае, когда величина окажется равной или больше, чем чувствительность () приемного устройства, радиодальномер будет работать в нормальном режиме измерения дальности.

Совокупность выражения (3.56) – (3.59) задает алгоритмическую связь между техническими характеристиками радиодальномера и радиомаяка в общем случае.

На практике обычно используют ряд упрощений. А именно, полагают, что во-первых, (т.е. за интервал сигнала в радиомаяке дальность остается практически неизменной), во вторых, (т. е. в радиодальномере и в радиомаяке используются сходные волноводно-фидерные каналы), в-третьих, и (т. е. радиодальномер и радиомаяк используют антенны с достаточно широкими диаграммами направленности). Учитывая это обстоятельство, запишем соотношения для вычисления максимальных дальностей действия радиодальномера в случае, когда объект является активным, в виде:

для линии «радиодальномер-радиомаяк»:

; (3.60)

для линии «радиомаяк – радиодальномер»:

. (3.61)

Оба эти выражения являются исходными для проектирования соответствующей линии. Очевидно, что наиболее целесообразным вариантом окажется случай в алгоритмах (3.60) и (3.61).

Если использовать дополнительное условие, что (как в радиодальномере, так и в радиомаяке используются приемно-передающие антенны, работающие на одной и той же частоте), то, как следует из приравнивания формул (3.3.18) и (3.3.19), наиболее экономный энергетический режим будет осуществляться при соблюдении равенства:

(3.62)

Если же данное равенство не выполняется, то максимальная дальность действия принимается как меньшая из величин, рассчитанных по формулам (3.60) и (3.61).

Теперь обратимся к рассмотрению функционирования радиодальномера, определяющего расстояние до активного объекта. Его упрощенная структурная схема приведена на рис. 3.45.

Запросный сигнал данного радиодальномера состоит из двух радиоимпульсов, смещенных друг относительно друга на небольшую величину задержки во времени и имеющих заранее заданную частоту заполнения .

Во время полета частота может изменяться. При этом ее изменение может происходить как с помощью ручного, так и с помощью автоматического (от бортовой ЭЦВМ) управления. Формирование базовой частоты, из которой в дальнейшем будет образована частота происходит с помощью пульта управления 1, двух генераторов (2 и 3) и смесителя 4.

Первый генератор 2, частота которого является высокостабильной (за счет использования в его схеме кварца), способен вырабатывать напряжение одной частоты из набора возможных частот, которые отделены друг от друга заранее заданным шагом. Этот шаг полагается единичным и составляет например 1 МГц. Второй генератор 2, также имеющий в своем составе кварц, создает напряжение определенной частоты из набора возможных частот, каждая из которых отстоит от соседней на шаг, в несколько (например 10) раз превышающий единичный шаг (в частности, величина данного шага может быть равна 10 МГц). Напряжение обоих частот подаются на входы смесителя 4, осуществляющего суммирование указанных частот, и далее, после селекторного усилителя 5, напряжение суммарной частоты поступает на умножитель частоты 6, формирующий напряжение частоты . Совокупность узлов 1 – 6 называется синтезатором частоты.

Рассмотрим работу радиодальномера в режиме излучения запросного сигнала.

Запускающий импульс с выхода синхронизатор 7 подается на измеритель дальности 8, задавая начало отсчета, и одновременно на шифратор 9, который формирует запросный сигнал (два видеоимпульса с кодовым расстоянием между ними). Этот запросный сигнал поступает на модулятор 10, осуществляющий модулирование как умножителя частоты 6, так предварительного усилителя 11, в результате чего на вход усилителя мощности 12 вводится предназначенный для излучения (обладающий частотой заполнения ) запросный сигнал. Данный запросный сигнал, пройдя через антенный переключатель 13 (кольцевой волноводный мост) и волноводно-фидерный канал 14, излучается через антенну (четвертьволновой вертикальный вибратор, конструктивно выполненный в виде штыря, запрессованного в плоскость с фланцем, который крепится к обшивке фюзеляжа в средней части самолета; диаграмма направленности данной антенны – практически круговая в горизонтальной плоскости; масса антенны – 0,3 кг) в пространство.

Рис. 3.45. Структурная схема радиодальномера, работающего в запросно-ответном режиме: 1 – пульт управления; 2 – первый генератор; 3 – второй генератор; 4 – смеситель; 5 – селекторный усилитель; 6 – умножитель частоты; 7 – синхронизатор; 8 – измеритель дальности; 9 – шифратор; 10 – модулятор; 11 – предварительный усилитель; 12 – усилитель мощности; 13 – антенный переключатель; 14 – волноводно-фидерный канал; 15 – усилитель высокой частоты; 16 – первый смеситель приемника; 17 – усилитель первой промежуточной частоты; 18 – второй смеситель приемника; 19 – местный гетеродин; 20 – усилитель второй промежуточной частоты; 21 – амплитудный детектор и видеоусилитель; 22 – дешифратор; 23 – индикатор дальности.

Рассмотрим работу радиодальномера в режиме приема ответного (сформированного и излученного радиомаяком) сигнала.

Ответный сигнал представляет собой последовательность двух радиоимпульсов (разнесенных, как правило, на интервал 12 или 36 мкс), частота заполнения которых отличается от частоты . Указанное отличие объясняется тем фактом, что электромагнитные радиосигналы, излучаемые наземным радиомаяком, отражаются от окружающих радиомаяк объектов, и если бы частота данных радиосигналов равнялась , то возникла бы возможность ложных срабатываний радиомаяка.

Принятый антенной радиодальномера ответный сигнал проходит через волноводно-фидерный канал 14 и антенный переключатель 13 на вход усилителя 15 высокой частоты, подвергаясь далее стандартным для радиоприемного устройства с двойным гетеродинированием операциям, а именно – переносу частоты заполнения ответного сигнала с высокой сначала на первую промежуточную (путем вычитания в первом смесителе приемника 16 указанной высокой частоты и гетеродинной частоты, поданной на этот смеситель с выхода предварительного усилителя 11) частоту с последующим усилением в усилителе первой промежуточной частоты 17, а затем и на вторую промежуточную частоту (при помощи вычитания первой промежуточной и новой гетеродинной частот во втором смесителе приемника 18, причем новую гетеродинную частоту вырабатывает местный гетеродин 19) с дальнейшим усилением в усилителе второй промежуточной частоты 20 и наконец, амплитудного детектирования и усиления полученных видеоимпульсов в блоке 21. Выполнение этих традиционных для радиоприемника с двойным гетеродинированием операций завершается поступлением двух видеоимпульсов ответного сигнала на дешифратор 22, который вырабатывает отсчетный импульс.

В момент появления отсчетного импульса происходит измерение дальности от самолета до радиомаяка. Это осуществляется путем подачи отсчетного импульса на вход измерителя дальности 8.

Поскольку в подавляющем большинстве современных бортовых радиодальномеров измерение дальности осуществляется в цифровой форме, то структурная схема и принцип функционирования рассматриваемого измерителя дальности (когда объект – активен) полностью совпадают со структурной схемой и принципом функционирования ранее рассмотренного (см. рис. 3.42) измерителя дальности (для случая пассивного объекта). Сформированный код дальности передается от измерителя дальности 8 на индикатор дальности 23.

Одновременно с подачей отсчетного импульса на измеритель дальности 8 дешифратор 22 включает также и динамик, звуковой сигнал которого оповещав' экипаж о наличии радиомаяка в пределах зоны действия радиодальномера.

Так, завершается один цикл работы бортового импульсного радиодальномера в случае, когда объект (радиомаяк) – активен. Отметим, что выходные импульсы синхронизатора 7 поступают на целый ряд блоков данного радиодальномера, однако соединительные шины на рис. 3.3.8. не показаны.

Приведем некоторые основные характеристики одного из вариантов рассмотренного радиодальномера.

Частотный диапазон, МГц:

- передатчика () 1025…1150

- приемника () 962…1213

- число частотных каналов 252

- диапазон измеряемых дальностей, км 0,5…750

Среднеквадратическая ошибка измерения дальности, м:

- в диапазоне дальностей 0,5…20 км 100

- в диапазоне дальностей 20…560 км 200

- потребляемая мощность (от сети 115В, 500 Гц), В*А 190

Масса, кг:

- запросчика (без амортизационной рамы) 10