Многолучевый доплеровский измеритель скорости

Примером многолучевого доплеровского измерителя скорости может служить, в частности, трехлучевой измеритель, устанавливаемый на борту вертолета. Этот измеритель в комплексе с бортовыми курсовой системой и гировертикалью предназначен для непрерывного измерения составляющих вектора скорости и индикации этих составляющих, в результате чего осуществляется выведение вертолета в точку с заданными координатами, зависание и посадка вертолета при отсутствии как информации о силе ветра, так и визуальной видимости.

Основные технические характеристики указанного измерителя:

- вид излучения – непрерывные электромагнитные колебания сверхвысоких частот;

- мощность излучаемых (в одном луче) электромагнитных колебаний не менее 0,7 Вт;

- диапазон измеряемых доплеровских частот – 5...4000 Гц;

- мощность, потребляемая от источника питания 27 В – не более 240 Вт.

Рассмотрим принципиальную сторону работы более сложного (четырехлучевого) доплеровского бортового измерителя скорости. Расположение (вид сверху) диаграмм направленности этого измерителя показано на рис. 3.36.

Рис. 3.36. Расположение диаграмм направленности в четырехлучевом доплеровском измерителе скорости (вид сверху)

Радиопередающее устройство данного измерителя работает в непрерывном режиме, излучая гармонический радиосигнал частоты . Этот радиосигнал распространяется в пространстве, достигает земной поверхности, отражается от нее и далее поступает на вход радиоприемного устройства. Тогда с учетом эффекта доплера частоты указанного радиосигнала, поступающего по каждому из лучей, в общем случае будут иметь следующие значения:

(3.42)

Для случая горизонтального полета величины доплеровских частот будут вычисляться согласно выражениям:

(3.43)

из совместного решения которых находятся значения и .

В случае произвольного полета величины частот будут отличными друг от друга и по их значениям вычисляются составляющие вектора скорости . Эти составляющие являются проекциями полного вектора скорости на оси прямоугольной системы координат , начало которой совмещено с центром массы самолета или вертолета.

Упрощенная структурная схема четырехлучевого доплеровского измерителя скорости представлена на рис. 3.37. Работа данного измерителя осуществляется следующим образом.

Рис. 3.37. Упрощенная структурная схема бортового четырехлучевого доплеровского измерителя скорости: 1, 2, 3, 4 – радиопередающие антенны; 11, 21, 31, 41 – радиоприемные антенны; 5 – антенный ферритовый коммутатор; 6 – генератор радиосигнала; 7 – аттенюатор; 8, 9 – сместители; 10, 11 – частотомеры; 12 – вычислитель; 13 – генератор частоты коммутации

Генератор 6 радиосигнала непрерывно вырабатывает гармоническое напряжение частоты . Это напряжение поступает на антенный ферритовый коммутатор 5, к которому поочередно подключаются пары радиопередающих антенн (радиосигнал попеременно излучается то с антенн 1, 3 то с антенн 2, 4) и одновременно с этим – пары радиоприемных антенн (соответственно – либо 1¹, 3¹, либо 2¹, 4¹). Переключением антенн управляет генератор частоты коммутации 13. Радионапряжение частоты подается, кроме антенного ферритового коммутатора, также на аттенюатор 7, который уменьшает (в предохранительных целях) амплитуду этого радионапряжения, а далее – на вторые входы смесителей 8 и 9. На первые входы данных смесителей поступают радиосигналы с выходов радиоприемных антенн. В смесителях выполняется частотное вычитание (образуется разность излученной и принятой частот), в результате чего на выходах сместителей формируется радионапряжение то или иной доплеровской частоты. Эти радионапряжения, полученные за один полупериод коммутации, подаются на частотомеры 10 и 11, которые формируют отсчеты соответствующих (за тот же полупериод коммутации) доплеровских частот. Показания этих частотомеров далее поступают в вычислитель 12. Работу частотомеров и вычислителя синхронизует генератор частоты коммутации.

Выходной информацией вычислителя является составляющие скорости самолета. Далее эти составляющие подаются на индикаторные устройства для их считывания и последующего управления полетом.