Фазовые радиодальномеры

Напомним некоторые основные положения. Первое – фазовый радиодальномер работает в режиме непрерывного излучения. Второе – измерение дальности до объекта основано на измерении разности фаз между не излученным и принятым высокочастотными колебаниями, а соответствующими низкочастотными гармониками, которые задают закон амплитудной модуляции указанных высокочастотных колебаний (см. рис. 3.23).

Принцип функционирования фазового радиодальномера пояснялся ранее структурной схемой, представленной на рис. 3.24. Что касается практических реализаций, используемых в авиационной практике, то целесообразно рассмотреть два случая.

Случай первый. Объект дальнометрии – пассивен.

Внешняя ситуация изображена на рис. 3.38. Вычисление дальности при неподвижном объекте производится в данном случае по формуле:

,

где – циклическая (круговая) частота гармоники, которая выполняет амплитудную модуляцию излучаемого высокочастотного колебания; – измеренная разность фаз между амплитудно-модулирующими гармониками излученного и принятого высокочастотных колебаний.

Если же происходит взаимное перемещение пассивного объекта и самолета (носителя фазового радиодальномера), то приходится учитывать эффект Доплера. Это означает, что если прежде (при неподвижном объекте, находящемся на расстоянии ) текущая (мгновенная) фаза огибающей принятого сигнала записывалась как

,

то при взаимном перемещении пассивного объекта (с результирующей радиальной скорость – см. рис. 3.34) и носителя фазового радиодальномера та же текущая (мгновенная) фаза будет записываться как

, (3.63)

где – круговая частота Доплера, выраженная через циклическую частоту Доплера .

Для нахождения полной частоты модуляции принятого сигнала продифференцируем выражение (3.63) по времени ; в результате получим формулу.

. (3.64)

Таким образом, можно сделать вывод о том, что при наличии радиальной скорости V_R измеренная разность фаз будет иметь вид:

. (3.65)

Уравнение (3.65) содержит два неизвестных ( и или, что то же, и ) и, следовательно, имеет бесконечное множество решений. Чтобы устранить данную неопределенность, следует вести еще одно соотношение с теми же неизвестными. Таким соотношением может стать, в частности, уравнение аналогичное (3.65), но с другими величинами частоты модуляции (например, со значениями ) и, соответственно, измеренной разности фаз ().

На практике это означает, что высокочастотное колебание, излучаемое фазовым радиодальномером, следует промодулировать не одной, как прежде, частотой , а двумя – и , причем обе эти частоты должны быть достаточно близки, т.е. прощенная структурная схема фазового радиодальномера для этого случая приведена на рис. 3.46.

Рис. 3.46. Упрощенная структурная схема фазового радиодальномера (объект – пассивен): 1 – генератор синусоидального напряжения частоты ; 2 – генератор синусоидального напряжения частоты ; 3 – радиопередающее устройство; 4 – первый смеситель; 5 – радиоприемное устройство; 6 – фильтр, настроенный на частоту ; 7 – фильтр, настроенный на частоту ; 8 – второй смеситель; 9 – фазометр; 10 – индикатор дальности.

Работа этой схемы происходит следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает синусоидальное колебание частоты , а генератор 2 – синусоидальное колебание частоты . Оба эти колебания подаются вход радиопередающего устройства 3 для амплитудной модуляции высокочастотного напряжения, вырабатываемого в данном радиопередающем устройстве. Сформированный таким образом сигнал излучается передающей антенной в пространство. Одновременно с подачей на вход радиопередающего устройства указанные колебания и поступают на вход первого смесителя.

Сигнал, отраженный от пассивного объекта, поступает на приемную антенну и далее на вход радиоприемного устройства 5. В радиоприемном устройстве данный сигнал усиливается, переносится на промежуточную частоту, детектируется, после чего подается на входы двух фильтров – настроенного на частоту (фильтр 6) и настроенного на частоту (фильтр 7). Напряжения частот и с выходов указанных фильтров поступают на входы второго смесителя 8.

Наконец, напряжения с выходов обеих смесителей 4 и 8 вводятся на входы фазометра 9, а индикатор дальности 10 формирует измеренное значение дальности .

Случай второй. Объект дальнометрии – активен.

Внешняя ситуация изображена на рис. 3.43. Для вычисления дальности используется алгоритм (3.66)

, (3.66)

где – круговая (циклическая) частота гармоники, амплитудно-модулирующей излучаемое высокочастотное колебание; – измеренная разность фаз между гармониками, амплитудно-модулирующими излученное и принятое колебание.

Упрощенная структурная схема фазового радиодальномера приведена на рис. 3.24. Принцип работы этого радиодальномера описывался ранее. Единственная особенность, отличающая данный фазовый радиодальномер от прежнего, состоит в том, что запросное радиоколебание излучается на высокой частоте , а ответное радиоколебание, поступающее на приемную антенну рассматриваемого фазового радиодальномера, имеет иную несущую частоту .

В соответствии с этим, радиомаяк осуществляет прием запросного радиосигнала на частоте , а излучение ответного радиосигнала – на несущей частоте .

Данный разнос несущих частот обеспечивает хорошую развязку приемной и передающей антенн фазового радиодальномера, а запросно-ответный режим работы – возможность использования низкоэнергетического излучения.

Структурная схема радиомаяка приведена на рис. 3.47. Запросный радиосигнал (на несущей частоте ) поступает на приемную антенну и далее на вход радиоприемного устройства 1. После выполнения традиционных (описанных ранее) операций с этим радиосигналом радиоприемное устройство подает его на преобразователь частоты 2, а затем радиопередающее устройство 3 формирует ответный радиосигнал на несущей частоте , который через передающую антенну излучается в пространство и спустя некоторое время поступает на приемную антенну фазового радиодальномера.

Рис. 3.47. Структурная схема радиомаяка при запросно-ответной фазовой радиодальнометрии: 1 – радиоприемное устройство; 2 – преобразователь частоты; 3 – радиопередающее устройство.