Спосіб вимірювання дальності

Спосіб вимірювання дальності, що включає первинне випромінювання, первинний прийом, вторинне випромінювання, вторинний прийом високочастотних коливань, який відрізняється тим, що спочатку генерують два безперервні високочастотні коливання з відомими частотами f1 і f2 , та через суматор, через один циркулятор і через одну спільну антену вимірювальної станції ці безперервні високочастотні коливання первинно випромінюють у напрямі антени ретранслятора, при цьому частку енергії спочатку згенерованих двох високочастотних коливань подають на два змішувачі для кожного каналу, безперервні високочастотні коливання, що при цьому випромінюють, первинно приймають та через циркулятор подають на підсилювач, де їх підсилюють, і далі подають на керований фазообертач, де в обидва безперервні високочастотні коливання вводять монотонно наростаючий фазовий зсув під дією керуючого сигналу від низькочастотного генератора, причому трансформовані таким чином за частотою безперервні високочастотні коливання з частотами 3 випромінюванні ретранслятором трансформованих коливань і вторинному прийомі вимірювальною станцією трансформованих високочастотних коливань з подальшим вимірюванням різниці фаз трансформованих високочастотних випромінюваних коливань, і повторно прийнятих, і подальшим обчисленням відстані між вимірювальною станцією і ретранслятором (див., наприклад, Пестряков В.Б. Фазовые радиотехнические системы. - М.: Сов. радио, 1968. - С. 22-23). При такому способі вимірювання дальності передавач вимірювальної станції випромінює коливання на частоті f1, які приймають приймачем ретранслятора. Потім коливання трансформують по частоті у відношенні m /n (де m і n - цілі числа) і коливання з частотою m f2=f1 /n випромінюють передавачем ретранслятора. Прийняті вимірювальним приймачем коливання подають на помножувач частоти, що проводить множення частоти прийнятих коливань на n, і далі на вимірник різниці фаз, куди, окрім цього, подають початкові коливання передавача вимірювальної станції, що пройшли також через інший помножувач частоти, що проводить множення частоти f1 коливань передавача вимірювальної станції на m. На входах вимірника різниці фаз мають, таким чином, два коливання з частотами f3=mf1. На виході вимірника отримують напругу, пропорційну різниці фаз цих високочастотних коливань, яка, у свою чергу, визначає відстань між вимірювальною станцією і ретранслятором. Реалізація вказаного способу вимірювання дальності передбачає включення до складу вимірювальної апаратури помножувачів і дільників частоти високочастотних коливань. Відомо, що зсув фази коливань, що вноситься помножувачем частоти, залежить від режиму роботи нелінійних елементів, що входять до складу помножувача, тобто з'являється відповідна складова похибки фазових вимірів, залежна до того ж від температури, режимів роботи, яка змінюється в часі через старіння нелінійних елементів. Крім того, на помножувач частоти необхідно подавати коливання з достатнім рівнем потужності, що вимагає від приймачів, що входять у вимірювальну систему, високого коефіцієнта підсилення. Дільник частоти, необхідний для трансформації частоти в ретрансляторі, сам по собі пристрій не складний і працює без істотних фазових зсувів, але лише на низьких частотах. На вищих частотах (сотні мегагерц) фазові зсуви частоти, що вносяться дільником, важко оцінити і передбачити. Дільник же частоти для ще вищих частот вимагає для своєї реалізації введення перетворювачів частоти і кілець фазового автопідстроювання частоти, що також збільшує відповідну складову похибку фазових вимірювань дальності. Задачею заявленого винаходу є збільшення точності вимірювання дальності. Поставлена задача вирішується тим, що за цим способом вимірювання дальності від вимірювальної станції до ретранслятора, що включає первинне випромінювання, первинний прийом, вторинне випромінювання, вторинний прийом високочастотних коливань, спочатку генерують два безперервні високочастотні коливання з відомими 94529 4 частотами f1 і f2, і через суматор, через один циркулятор і через одну спільну антену вимірювальної станції ці безперервні високочастотні коливання первинно випромінюють у напрямі антени ретранслятора, при цьому частку енергії спочатку згенерованих двох високочастотних коливань подають на два змішувачі, для кожного каналу на свій, безперервні високочастотні коливання, що при цьому випромінюють, первинно приймають і через циркулятор подають на підсилювач, де їх підсилюють, і далі підсилені коливання подають на керований фазообертач, де в обидва ці високочастотні коливання вводять монотонно наростаючий фазовий зсув під дією керуючого сигналу від низькочастотного генератора, причому трансформовані таким чином по частоті безперервні високочастотні коли' ' вання з частотами f1  f1  F і f 2  f 2  F подають через циркулятор на антену ретранслятора і перевипромінюють у напрямі антени вимірювальної станції, де ці обидва коливання антенної вимірювальної станції, які повторно випромінюють, повторно приймають і через циркулятор подають на змішувачі, де обидва повторно прийнятих високочастотних коливання змішують з початковими безперервними високочастотними коливаннями, в кожному каналі зі своїм, і на виходах змішувачів виділяють комбінаційні низькочастотні різниці початкових безперервних високочастотних коливань і повторно прийнятих трансформованих по частоті висхідних безперервних високочастотних коливань, причому на виході змішувача того каналу, де генерують коливання з частотою f1, виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою ' F  f1  f1 , а на виході змішувача того каналу, де генерують коливання з частотою f2, виділяють комбінаційну низькочастотну складову з тією ж ' частотою F  f 2  f 2 , після чого вимірюють різницю фаз  між цими двома комбінаційними низькочастотними складовими з частотами F, при цьому дальність від антени вимірювальної станції до антени ретранслятора визначають по формулі:   c D , 4 f1  f 2  де с - швидкість світла. Порівняння винаходу зі вже відомими способами і прототипом показує, що спосіб, що заявляється, виявляє нові технічні властивості, що полягають в підвищенні точності вимірювання дальності. Ці властивості винаходу є новими, оскільки в способі-прототипі через властиві йому недоліки, що полягають у багаторазовому множенні і діленні частоти високочастотних коливань, що, крім того, вимагає від підсилювальних трактів великого і нормованого коефіцієнта підсилення, вимірювання дальності виконується з великою похибкою. Вказаний спосіб вимірювання дальності можна реалізувати за допомогою пристрою, приведеного на кресленні. Пристрій вимірювання дальності складається з генераторів безперервних високочастотних коливань 1 і 2, спрямованих відгалужувачів 3 і 4, сума 5 тора сигналів 5, Y-циркулятора вимірювальної станції 6, антени вимірювальної станції 7, змішувачів 8 і 9, вузькосмугових підсилювачівобмежувачів 10 і 11, вимірника різниці фаз 12, антени ретранслятора 13, Y-циркулятора ретранслятора 14, підсилювача високочастотних коливань 15, керованого фазообертача 16, низькочастотного генератора 17. Вихід генератора високочастотних коливань 1 з'єднаний зі входом спрямованого відгалужувача 3, перший вихід якого з'єднаний із першим входом суматора сигналів 5, вихід якого з'єднаний із першим виводом Y-циркулятора вимірювальної станції 6, другий вивід якого з'єднаний з антеною вимірювальної станції 7, а третій вивід Y-циркулятора вимірювальної станції 6 з'єднаний із першими входами змішувачів 8 і 9, причому вихід змішувача 8 з'єднаний зі входом вузькосмугового підсилювачаобмежувача 10, а вихід змішувача 9 з'єднаний зі входом вузькосмугового підсилювача-обмежувача 11, причому вихід вузькосмугового підсилювачаобмежувача 10 з'єднаний з першим входом вимірника різниці фаз 12, причому вихід вузькосмугового підсилювача-обмежувача 11 з'єднаний з другим входом вимірника різниці фаз 12, причому вихід генератора високочастотних коливань 2 з'єднаний зі входом спрямованого відгалужувача 4, перший вихід якого з'єднаний із другим входом суматора сигналів 5, при цьому другий вихід спрямованого відгалужувача 3 з'єднаний з другим входом змішувача 8, а другий вихід спрямованого відгалужувача 4 з'єднаний із другим входом змішувача 9, при цьому антена ретранслятора 13 з'єднана з першим виводом Y-циркулятора ретранслятора 14, другий вивід якого з'єднаний зі входом підсилювача високочастотних коливань 15, вихід якого з'єднаний із сигнальним входом керованого фазообертача 16, вхід керування якого з'єднаний з виходом низькочастотного генератора 17, при цьому вихід керованого фазообертача з'єднаний із третім виводом Y-циркулятора ретранслятора 14. Працює пристрій, що реалізовує спосіб вимірювання дальності, що заявляється, таким чином. Генератори високочастотних коливань 1 і 2 спочатку генерують два безперервні високочастотні коливання з відомими частотами f1 і f2, які через спрямовані відгалужувачі 3 і 4 з незначними втратами енергії подають на суматор сигналів 5. Після цього суму сигналів подають на Yциркулятор вимірювальної станції 6 і далі, за допомогою антени вимірювальної станції 7, випромінюють у напрямі антени ретранслятора 13. Високочастотні коливання з частотою f1, при поширенні на відстань D від антени вимірювальної станції 7 до антени ретранслятора 13, отримують набіг фа2f1 D , де с - швидкість світла. зи 1  c Високочастотні коливання з частотою f2 отри2f 2 D . Прийняті антеною мують набіг фази  2  c ретранслятора 13 високочастотні коливання подають на Y-циркулятор ретранслятора 14 і далі на підсилювач високочастотних коливань 15. 94529 6 Далі обидва посилені високочастотні коливання подають на сигнальний вхід керованого фазообертача 16, де в ці обидва безперервні високочастотні коливання під дією сигналу керування від низькочастотного генератора 17 вводять монотонно наростаючий фазовий зсув. Якщо за час періоду низькочастотного сигналу керування Т у високочастотні коливання монотонно вводиться фазовий зсув =2, то можна говорити, що обидва 1 ці коливання зміщують на одну і ту ж частоту F= /T, що можна інтерпретувати з допплерівським зсувом частоти. Трансформовані таким чином коливання ' ' з частотами f1  f1  F і f 2  f 2  F перевипромінюють через антену ретранслятора 13 у напрямку антени вимірювальної станції 7. Підсиленням антен вимірювальної станції 7 і ретранслятора 13, а також підсиленням підсилювача високочастотних сигналів 15 забезпечують необхідну енергетику лінії зв'язку. Проходячи цю ж відстань D між антенами 7 і 13, трансформовані по частоті високочастотні коливання отримують додаткові фазові набіги ' ' 2f 2 2f1 ' 1  D i '2  D. c c Частоту F вибирають багато менше f1 і f2, тому ' ' можна говорити, що f1  f1 і f 2  f 2 при цьому ' 1  1 , і  '2   2 . Результуючий набіг фази при поширенні на подвійну відстань D коливань з частотою f1 буде рівний 4f1 1  D. c Набіг фази коливань з частотою f2 буде рівний 4 f 2  2  D. c Прийняті повторно антеною вимірювальної станції 7 трансформовані по частоті безперервні високочастотні коливання через Y-циркулятор вимірювальної станції 6 подають на перші входи обох змішувачів 8 і 9, на другі входи яких подають частку енергії вихідних безперервних високочастотних коливань, причому на другий вхід змішувача 8 сигнал подають з другого виходу спрямованого відгалужувача 3, а на другий вхід змішувача 9 сигнал подають з другого входу спрямованого відгалужувача 4. На виходах змішувачів 8 і 9 присутні комбінаційні різниці початкових безперервних високочастотних коливань і трансформованих по частоті безперервних вихідних високочастотних коливань. За допомогою вузькосмугових підсилювачівобмежувачів 10 і 11 виділяють комбінаційні низькочастотні різниці початкових високочастотних коливань, з частотами f1 і f2 і трансформованих по ' ' частоті коливань з частотами f1 і f 2 , причому на виході вузькосмугового підсилювача-обмежувача 10 отримують низькочастотну комбінаційну скла' дову різниці з частотою F  f1  f1 , а на виході вузькосмугового підсилювача-обмежувача 11 отримують комбінаційну низькочастотну складову 7 94529 ' різниці з тією ж частотою F  f 2  f 2 . Після цього у вимірнику різниці фаз 12 вимірюють різницю фаз  цих безперервних низькочастотних коливань з однаковими частотами F. Ця різниця фаз  дорівнює різниці набігів фаз двох відмінних по частоті високочастотних коливань, що виникають в результаті поширення радіохвиль на одну і ту ж відстань D:   1  2 . Звідси   c D . 4 f1  f 2  Таким чином, показання вимірника різниці фаз прямо пропорційні відстані між антеною вимірювальної станції 7 і антеною ретранслятора 13. Народногосподарський ефект від використання винаходу, що заявляється, пов'язаний із збіль Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 шенням точності вимірювання дальності, що відбувається за рахунок виключення з трактів обробки і передачі високочастотних коливань помножувачів і дільників частоти, а також можливих кілець фазового автопідстроювання частоти, що вносять відповідні похибки фазових вимірювань дальності. При цьому рівні сигналів, що приймаються як ретранслятором, так і вимірювальною станцією, можуть бути довільними. Інший аспект підвищення ефективності від використання винаходу пов'язаний з можливістю вимірювання дальності до рухомих об'єктів. Додатковий допплерівський зсув частоти природного походження, що виникає при цьому, однаковий на ' ' обох частотах f1 і f 2 і не впливає, таким чином, на точність фазових вимірювань дальності. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601