Метод измерения дальности с фазокодовой манипуляцией

В этом случае передатчик РЛС генерирует непрерывные колебания постоянной частоты, которые излучаются в направлении цели. Начальная фаза этих колебаний изменяется по определенному, как правило, двоичному коду. При этом значение кода «0» соответствует сохранению начальной фазы, а значение «1» - изменению начальной фазы на 180⁰ (рис.6.12).

Период повторения модулирующего кода T_K определяется максимальной дальностью действия РЛС по формуле:

T_K = 2D_max/c

Рис.6.12. Метод измерения дальности с фазокодовой манипуляцией:

а – модулирующий код; б – фазокодоманипулированный сигнал.

Длительность кодового интервала τ_K выбирается из соображений необходимой потенциальной разрешающей способности РЛС по дальности, которая определяется по известной формуле:

δD_p = τ_Kc/2

Отраженный от цели фазокодоманипулированный сигнал повторяет код излучаемого сигнала, но по сравнению с ним является задержанным на время запаздывания t_D. Вместе с излучаемым сигналом он поступает на смеситель приемного устройства РЛС.

Излучаемый сигнал играет роль опорного сигнала и задерживается по времени линией задержки. Меняя задержку опорного сигнала, совмещают коды излучаемого и отраженного сигналов. В результате фазовая манипуляция сигналов компенсируется и на выходе смесителя выделяется немодулированный сигнал. При этом установленное время задержки опорного сигнала равно времени запаздывания отраженного сигнала t_D и соответствует измеряемой дальности.

Достоинства метода:

1. Обеспечивает высокую помехозащищенность РЛС;

2. Позволяет осуществить селекцию целей по скорости;

3. Позволяет осуществить селекцию целей по дальности;

4. По сравнению с импульсным методом с внутриимпульсной фазовой манипуляцией позволяет получить большую дальность действия РЛС при одинаковой мощности излучения, т.к. использует непрерывный сигнал.

Контрольные вопросы.

Вопрос 1. В РЛС применяется импульсный метод измерения дальности. Длительность зондирующего импульса τ_I = 1 мкс.

Определить:

а). Потенциальную разрешающую способность РЛС по дальности δD_p;

б). Какую длительность должен иметь зондирующий импульс, чтобы при тех же условиях РЛС имела разрешающую способность δD_p = 1,5 м.

Решение:

а). Потенциальная разрешающая способность РЛС по дальности

δD_p = τ_Iс/2 = 150 м.

б). Длительность зондирующего импульса

τ_I = 2δD_p/c = 10 ^{­ 8} с. = 0, 01 мкс.

Вопрос 2. В РЛС применяется импульсный метод измерения дальности с внутриимпульсной частотной модуляцией.

Определить:

Потенциальную разрешающую способность РЛС по дальности δD_p, если девиация частоты зондирующего сигнала равна:

а). W = 150 мГц;

б). W = 250 мГц;

с). W = 1000 мГц.

Решение:

Длительность импульса на выходе сжимающего фильтра:

τ_IS = 1/W

Отсюда, потенциальная разрешающая способность РЛС по дальности:

δD_p = τ_ISс/2 = c/2W

а). δD_p = 1 м;

б). δD_p = 0,6 м;

с). δD_p = 0,15 м.

Вопрос 3. В РЛС с непрерывным зондирующим сигналом применяется частотный метод измерения дальности. Для измерения разностной частоты используется счетчик числа биений.

Определить:

Потенциальную разрешающую способность частотного метода измерения дальности и сравнить с разрешающей способностью при использовании импульсного метода с внутриимпульсной частотной модуляцией.

Девиация частоты зондирующего сигнала равна:

а). W = 150 мГц;

б). W = 250 мГц;

с). W = 1000 мГц.

Решение:

В данном случае разрешающая способность РЛС по дальности определяется дискретностью счетчика:

ΔD = c/4W

а). ΔD = 0,5 м;

б). ΔD = 0,3 м;

с). ΔD = 0,075 м.

Вывод. Разрешающая способность частотного метода измерения дальности в 2 раза выше, чем при использовании импульсного метода с внутриимпульсной частотной модуляцией.

Вопрос 4. В РЛС с непрерывным зондирующим сигналом применяется частотный метод измерения дальности.

Для измерения частоты биений используется анализатор частоты, который должен обеспечить потенциальную разрешающую способность РЛС по дальности δD_p = 200 м.

Диапазон измеряемой дальности D = 2 ÷ 30 км.

Девиация частоты зондирующего сигнала W = 30 мГц.

Период модуляции зондирующего сигнала T_M = 10 мс.

Определить:

Количество узкополосных фильтров и полосу пропускания одного фильтра анализатора частоты, необходимые для обеспечения заданной разрешающей способности РЛС по дальности.

Решение:

а). Количество узкополосных фильтров

N = = = 140

б). При частотном методе дальность до цели равна:

D =

Отсюда разрешающая способность РЛС по дальности

δD_p = ,

где: δF_B – разрешающая способность по частоте.

Следовательно, полоса пропускания фильтра

ΔF = = = 8000 Гц = 8 кГц.

Вопрос 5. В РЛС применяется фазовый метод измерения дальности.

Фазометр имеет абсолютная погрешность измерений разности фаз

δφ = 0,5⁰ = 0,0087 рад.

Определить:

Точность измерения дальности фазовой системой и максимальную дальность D_max, при которой выполняется условие однозначности измерений, если измерение дальности производится:

а). На несущей частоте f₀ = 3000 мГц;

б). На частоте модуляции f_M = 10 кГц;

в). На разностной частоте биений двух вспомогательных частот

Δf = 3 кГц.

Решение:

а). При фазовом методе дальность до цели:

D =

Отсюда точность измерения дальности

ΔD =

Условие однозначного измерения дальности

D_max ≤ λ/2

Следовательно,

а). ΔD = = ≈ 7·10^-5 м.

D_max = λ/2 = c/2f₀ = = 0,05 м.

б). ΔD = = ≈ 21 м.

D_max = c/2f_M = = 1,5·10⁴ м = 15 км.

с). ΔD = = ≈ 7·10^-5 м.

D_max = c/2Δf = = 0,5·10⁵ м = 50 км.

Вывод:

Наибольшая точность измерений достигается при измерении разности фаз на разностной частоте биений двух вспомогательных частот. При этом условие однозначного измерения дальности выполняется для максимальной дальности.