Спосіб визначення дальності

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для определения дальности малоподвижных объектов путем измерения времени запаздывания между излученными и принятыми зондирующими импульсными сигналами. Известен компенсационный способ с переменной частотой следования радиоимпульсов, основанный на излучении в сторону контролируемого объекта исходной последовательности зондирующих радиоимпульсов, приеме отраженных радиоимпульсов, сравнении их с излученными, по времени следования, изменении частоты следования радиоимпульсов исходной последовательности до получения периода следования, равного интервалу времени между моментом передачи очередного исходного радиоимпульса и моментом приема отраженного предшествующего радиоимпульса, и определении дальности по формуле v v R = Tп = , 2 2fп где R - дальность контролируемого объекта до приемо-излучающей антенны; v - скорость распространения радиоволн в атмосфере; Тп и fn - соответственно период и частота следования радиоимпульсов в момент совпадения. Если расстояние до контролируемого объекта заранее не известно хотя бы приблизительно, то возможна ситуация, при которой отраженный зондирующий импульс при изменении частоты следования импульсов совпадет не с предшествующим исходным импульсом, а с более поздним. В этом случае действительное запаздывание сигнала до объекта. tз.д. = nТ, где n - количество излученных импульсов между исходным зондирующим и совпадающим по времени отраженным импульсом. В результате неопределенности в количестве импульсов, между которыми фиксируется совпадение, возникает большая ошибка в определении дальности. При больших расстояниях из-за влияния помех наблюдается нестабильность в индикации совпадения импульсов по времени, которую можно устранить повышением частоты следования зондирующих сигналов. Однако это может привести к еще большей неоднозначности измерений. В основу настоящего изобретения положена задача разработать способ определения дальности, в котором устранялась бы неоднозначность в измерении частоты совпадающих радиоимпульсов при высокой частоте их следования, что позволит повысить точность определения дальности до удаленных малоподвижных объектов. Поставленная задача достигается тем, что в способ определения дальности, основанный на излучении в сторону контролируемого объекта исходной последовательности зондирующих радиоимпульсов, приеме отраженных радиоимпульсов, сравнении с излученными по времени их следования, изменении частоты следования зондирующи х радиоимпульсов исходной последовательности, определении момента совпадения во времени отраженных радиоимпульсов с последующими излученными исходными зондирующими радиоимпульсами, измерении частоты следования совпадающих радиоимпульсов и определении дальности, согласно изобретению, при излучении зондирующи х радиоимпульсов: увеличивают частоту следования исходных зондирующи х радиоимпульсов до значения f1, при котором достигается стабильность результатов сравнения принятых и излученных радиоимпульсов, затем изменяют частоту следования радиоимпульсов до достижения совпадения принятых радиоимпульсов с ближайшими исходными зондирующими радиоимпульсами, измеряют частоту f2 следования совпадающих радиоимлульсов, определяют период Т2 следования этих радиоимпульсов, задерживают принятые зондирующие радиоимпульсы на время Dt o , меньшее величины T2 ), уменьшают частоту следования исходных радиоимпульсов 2 до момента совпадения дополнительно задержанных принятых радиоимпульсов с радиоимпульсами исходной зондирующей последовательности, измеряют значение соответствующей частоты f3, дальность определяют из выражений: f × Dt o R1 + R2 = 3 × v, f2 - f3 полупериода следования радиоимпульсов (D to < f3 × Dt o × v, 2(f2 - f3 ) где R1 и R2 - соответственно дальность объекта до передающего и приемного пунктов при разнесенных излучающей и приемной антеннах, R - дальность объекта при совмещении передающей и приемной антенн, v скорость распространения радиоволн в атмосфере. На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ определения дальности, на фиг.2 - эпюры исходных зондирующи х и отраженных зондирующих импульсов, поясняющие способ. Устройство содержит СВЧ генератор 1, соединенный с импульсным модулятором 2, управляющий вход которого подключен к импульсному генератору 3 регулируемой частоты и цифровому частотомеру 4. Выход модулятора через усилитель 5 мощности и делитель мощности 6 соединен с передающей антенной 7. Приемная антенна 8 через полосовой фильтр 9 и усилитель мощности 10 соединена с СВЧ детектором 11, выход которого через формирователь импульсов 12 и регулируемую линию задержки 13 соединен с одним входом цифрового измерителя временных интервалов (ИВИ) 14. Второй выход делителя 6 мощности через СВЧ детектор 15 и формирователь импульсов 16 соединен со вторым входом ИВИ 14. Определение дальности до малоподвижного объекта производится в следующей последовательности. Сверхвысокочастотные колебания (СВЧ) генератора 1 подвергаются импульсной модуляции в модуляторе 2, на управляющий вход которого поступают короткие импульсы, от генератора 3, частота следования которых измеряется частотомером 4. Последовательность радиоимпульсов с частотой f следования усиливается R= усилителем 5 мощности и излучается передающей антенной 7 в направлении контролируемого объекта (на фиг. 1 не показан) в качестве зондирующего сигнала. Принятые антенной 8 отраженные от объекта радиоимпульсы проходят через полосовой фильтр 9, усиливаются по мощности усилителем 10 и детектируются СВЧ детектором II. Короткие импульсы с формирователя 12 с частотой f следования поступают на один вход измерителя временных интервалов (ИВИ) 14. На другой вход ИВИ поступают опорные импульсы с выхода формирователя 16, полученные из исходных зондирующи х радиоимпульсов, которые поступают на СВЧ детектор 15 со второго выхода делителя мощности 6. Вначале устанавливают на выходе генератора 3 частоту f1 следования импульсов такой, чтобы нестабильность показаний по цифровому индикатору ИВИ 14 не превышала единицу младшего разряда. Последнее достигается постепенным увеличением частоты следования импульсов генератора 3. При установленной частоте f1 передающей антенной 7 излучается последовательность исходных радиоимпульсов К, К+1, K+2,..., К+n , К+n+1 (фиг. 2,а), которые одновременно в виде опорных импульсов поступают на один из входов ИВИ 14. Отраженные зондирующие радиоимпульсы К, К+1, К+2,.., (фиг. 2,б), запаздывающие на время tз, поступают на другой вход ИВИ 14. Если приемная и передающая антенны разнесены в пространстве, то время запаздывания tз, отраженного сигнала относительно зондирующего определяется соотношением tз = (R1 + R2 ) × v, (1) где R1 и R2 - соответственно расстояния от объекта до передающего и приемного пунктов; v - скорость распространения радиоволн в атмосфере. При совмещении передающей и приемной антенн время запаздывания отраженного сигнала 2R tз = . ( 2) v Сравнивают с помощью ИВИ 14 временное положение импульсов, фиксируя временной интервал между ближайшими по времени импульсами. Так, временной интервал между принятым К импульсом (фиг. 2,б) и ближайшим по времени исходным импульсом К+n (фиг. 2,а) определяется выражением Dt1 = t з - nTn, (3) где Tn - период следования радиоимпульсов; n - количество излученных импульсов между моментом приема отраженного и предшествующим моментом излучения этого же импульса. Затем плавно изменяют частоту следования радиоимпульсов до значения f2, при котором наблюдается совпадение ближайших отраженных и исходных импульсов (фи г. 2,в) n tз = nT2 = ( 4) f2 Измеряют частоту f 2 следования импульсов частотомером 4 и определяют период следования импульсов T2=I/f2 . Дополнительно задерживают принятые импульсы с помощью линии задержки 13 на время, которое превышает порог чувстви тельности ИВИ, но меньше полупериода следования импульсов (фиг. 2,г) T Dt 2 = t з + Dt o - nT2 >Tn, повышает точность определения дальности за счет повышения частоты следования зондирующих импульсов, когда не известно даже приблизительно расстояние до контролируемого объекта. Возможности предлагаемого способа иллюстрируются следующим расчетом дальности по результатам измерений. При определении дальности до объекта, находящегося на расстоянии до 2-3 тыс. км, частоту следования радиоимпульсов с мощностью в импульсе 1000 кВт для обеспечения соотношения сигнал/шум больше единицы следует выбирать в диапазоне 100-1000 Гц, когда обеспечивается стабильная работа цифрового измерителя временных интервалов. Если первоначальную частоту следования радиоимпульсов выбрать f1 = 1000 Гц, то отраженный радиоимпульс, из соотношения (2), запаздывает на время 2R tз = v при дальности 2 тыс. км t¢ = з 2,2 × 103 3 ×105 = 13,3 × 10-3 c, 2 × 2,5 × 103 = 16,6 × 10- 3 c, 3 × 105 что близко к совпадению с 13 или 17 импульсами. Если объект находится на расстоянии 2200 км, то время запаздывания равно при дальности 2,5 тыс. км t¢¢ = з 2 × 2,2 × 103 = 14,66 × 10- 3 c. 3 × 105 Изменением частоты следования радиоимпульсов добиваются совпадения отраженного радиоимпульса с ближайшим 15 импульсом. Тогда частота следования f2 будет равна n 15 f2 = = = 1023 Гц. tз 14,66 × 10-3 Дополнительно задерживаем привитые радиоимпульсы на время, равное полупериоду следования радиоимпульсов I 1 Dt o = = = 0,488 × 10-3 c. 2f2 2 × 1023 Для восстановления совпадения радиоимпульсов частоту следования радиоимпульсов уменьшают до значения f2 1023 f3 = = = 990 Гц. D to 10332 , I+ tз Подставлял значение частоты следования f2 и f3 в формулу (II), получим дальность до объекта tз = f3 × Dt o 990 × 0,488 × 10-3 × 3 × 108 v= = 2196км 2( f2 - f3 ) 2(1023 - 990) Если, изменяя частоту следования радиоимпульсов, добиваются совпадения отраженного радиоимпульса с 14 импульсом, то: 14 f2 = = 995Гц. 14,66 × 10-3 1 Dt o = = 0,523 × 10-3 c. 1910 995 f3 = = 922Гц 1,0356 и дальность до объекта R= 922 × 0,523 × 10-3 × 3 × 10 8 = 2191км 66 Относительная сшибка определения дальности до удаленного объекта не превышает 0,2-0,3 % в условиях действия помех, Таким образом, возможность выбора начальной частоты следования зондирующих сигналов в присутствии помех по критерию достижения стабильной работы измерителя временных интервалов, т.е. достижения отношения сигнал/шум, больше единицы и последующая избыточность в измерении частоты следования зондирующи х сигналов за счет дополнительной задержки принятых сигналов позволяет полностью исключить неоднозначность отсчетов и тем самым существенно повысить точность определения дальности до удаленных объектов. R=