Фазовый метод измерения дальности

Как следует из названия, суть данного метода заключается в том, что каждому значению дальности соответствует одно и только одно значение фазы , поступающее на устройство измерения дальности.

Фазовый метод измерения дальности обладает наивысшей (по сравнению; с временным и частотным методами дальнометрии) точностью измерения расстояния.

Специфика фазового метода дальнометрии связана с использованием его лишь в диапазоне фазовой однозначности, т.е. значение фазы должно находится в пределах от 0 до 360º. Выполнение этого требования обеспечивает правильность отсчета дальности . Если же величина фазы окажется равной, например 394º, то в этом случае устройство измерения дальности выработает оценку расстояния, соответствующего фазе =34º.

Указанная особенность применительно к авиационным радиосистемам, излучающим сверхвысокочастотные (30 МГц...300 ГГц) колебания, означает, что требования фазовой однозначности выполняется в данном случае лишь на весьма малых (10 м...1 мм) расстояниях, которые очевидно не соответствуют значениям реальных дальностей R воздушных или наземных объектов.

Поэтому для измерения расстояний фазовым методом используется не фаза сверхвысокочастотного радиоколебания (3.1)

а иная фаза , диапазон однозначности которой соответствует заданному интервалу измеряемых дальностей.

Такой фазой в рассматриваемом методе является фаза изменения пареметра излучаемого колебания. При этом подразумевается, что в целях измерения любого значения из диапазона данный параметр будет принудительно изменяться по непрерывному и гармоническому закону.

Наиболее простые технические решения получаются, когда в качестве указанного параметра используется амплитуда излучаемого колебания (1.1.1). Отметим, что измерение дальности фазовым методом осуществляется при непрерывном режиме излучения радиосистемы.

На рис. 3.23 показаны эпюры напряжений излучаемого и принятого радиоколебаний. При этом амплитуда излучаемого на частоте радиоколебания изменяется с частотой . Если объект находится на расстоянии от измерительной радиосистемы, то отраженное от объекта и далее принятое радиосистемой колебание будет задержано (относительно излученного) на величину . Это означает, что фаза амплитудной модуляции принятого радиоколебания окажется сдвинутой относительно фазы амплитудной модуляции излученного радиоколебания на величину . Отсюда получим, что алгоритм работы устройства измерения дальности будет иметь вид:

, (3.30)

где

Рис. 3.23. Излучаемое (а) и принятое (б) радиоколебания в фазовом методе измерения дальности

Упрощенная структурная схема фазового дальномера представлена на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Упрощенная структурная схема фазового радиодальномера: 1- генератор низкой частоты ; 2 – генератор радиочастоты ; 3 – измеритель разности фаз (фазы ); 4 – радиопередающая антенна; 5 – радиоприемная антенна; 6 – радиоприемное устройство; 7 – устройство индикации дальности

Радиоколебание низкой частоты , вырабатываемое генератором 1, подается как на генератор высокой частоты 2, так и на измеритель разности фаз 3. Генератор 2 вырабатывает радиоколебание частоты , амплитуда которого изменяется с частотой . Это радиоколебание поступает на радиопередающую антенну 4 и далее излучается в пространство. Отраженное от объекта радиоколебание (на частоте ) принимается антенной 5 и проходит через радиоприемное устройство 6, на выходе которого формируется напряжение частоты , соответствующее характеру амплитудной модуляции принятого радиоколебания. В измерителе разности фаз 3 происходит сравнение двух колебаний частоты , в результате чего на выходе измерителя 3 вырабатывается напряжение пропорциональное величине . Данное напряжение воздействует на устройство измерения дальности 7, которое, в соответствии с соотношением (3.30), формирует сигнал соответствующей дальности. Для уменьшения просачивания излучаемого антенной 4 радиосигнала в приемную антенну 5 принимаются специальные меры (улучшают направленные свойства антенн, разносят антенны друг от друга и т. д.).

Отметим, что выбор модулирующей частоты , где – длина, волны модулирующего колебания, осуществляется с позиции обеспечения фазовой однозначности ( <360º). Это означает, что заданная величина максимальной дальности определяет интервал возможных длин волн модулирующего колебания:

откуда или (3.31)

В практике авиационных радиосистем фазовые радиодальномеры обычно используются для измерения малых расстояний – там, где не могут быть применены импульсные радиодальномеры.