Фазовый метод измерения дальности

Измерение дальности фазовым методом сводится к измерению фазового сдвига ∆φ колебаний отраженного сигнала относительно фазы колебаний зондирующего сигнала, возникающего при распространении этого сигнала до цели и обратно за время запаздывания t_D.

Структурная схема фазового дальномера изображена на рис.6.10.

Рис.6.10. Структурная схема РЛС

с фазовым методом измерения дальности.

На фазометр поступают два напряжения:

от генератора масштабной частоты

U₁ = U_m1sin(ω_Mt + φ₁)

и с выхода приемника

U₂ = U_m2sin[ω_M(t – t_D) + φ₁ – φ_d – φ₂],

где: ω_M – частота масштабных колебаний;

φ₁ – начальная фаза масштабных колебаний;

φ_d – фазовый сдвиг в цепях дальномера;

φ₂ – фазовый сдвиг при отражении объектом.

Разность фаз этих напряжений равна:

∆φ = ω_Mt_D + φ_d + φ₂

Данный фазовый сдвиг происходит за время запаздывания отраженного от цели сигнала t_D.

Следовательно:

t_D =

Отсюда, учитывая, что t_D = 2D/c, дальность до цели:

D =

Таким образом, если фазовые сдвиги φ_d и φ₂ известны (например, определены экспериментально), то, измеряя разность фазнапряжений ∆φ, можно определять дальность до цели.

Измерение разности фаз возможно следующими способами:

- на несущей частоте колебаний;

- на частоте модуляции несущей;

- на разностной частоте колебаний двух вспомогательных частот (частоте биений).

Соответственно различают разновидности фазового метода, в которых масштабный генератор является генератором несущей частоты, модулятором или используются два генератора несущих частот.

В любом случае для однозначного измерения фазового сдвига необходимо выполнение условия:

Δ φ ≤ 2π

Так как фазовый сдвиг колебаний отраженного сигнала, возникающий при распространении сигнала за время запаздывания t_D, равен

Δ φ = ωt_D = 2πf = ,

где: f – несущая частота колебаний (частота модуляции несущей или разностная частота колебаний двух вспомогательных частот, т.е. частота биений).

Следовательно, условие однозначного измерения фазового сдвига преобразуется к виду:

≤ 2π

Отсюда условие однозначного измерения дальности:

D_max ≤

Таким образом, при измерении разности фаз на частоте несущей для повышения дальности действия фазовой системы необходимо увеличивать длину волны РЛС.

Однако даже на сверхдлинных волнах условие однозначного измерения дальности ограничивает дальность действия РЛС всего несколькими километрами. Поэтому, как правило, измерение разности фаз в фазовых системах осуществляют на разностной частоте (частоте биений).

Действительно, частоту биений двух вспомогательных частот гораздо проще выбрать так, чтобы она удовлетворяла условию однозначного измерения даже при максимальной дальности, т.е.:

D_max ≤

Структурная схема РЛС с двухчастотным фазовым методом измерения дальности показана на рис.6.11.

Рис.6.11. Структурная схема РЛС

с двухчастотным фазовым методом измерения дальности.

В данном случае на смеситель приемного устройства РЛС поступают зондирующие сигналы от передающих устройств на двух близких несущих частотах f₁ и f₂, и отраженные от цели сигналы на частотах f₁ + F₁ и f₂ + F₂,

где: F₁ = 2V_r/λ₁ = 2V_r/c ∙ f₁,

F₂ = 2V_r/λ₂ = 2V_r/c ∙ f₂ – частоты Доплера.

В смесителе приемного устройства в результате биений возникают колебания двух доплеровских частот F₁ и F₂. На выходе приемника они разделяются с помощью двух полосовых фильтров. Разность фаз колебаний доплеровских частот измеряется фазометром.

Дальность до цели определяется по формуле:

D = = ,

где: ∆φ_V – разность фаз колебаний доплеровских частот;

∆ω_M = ω₁ – ω₂ – разностная частота (частота биений).

В данном случае разностную частоту ∆f_M можно сделать достаточно малой (в отличие от несущих частот f₁ и f₂), а именно такой, чтобы на этой частоте выполнялось условие однозначного измерения дальности.