Спосіб вимірювання флуктуацій набігання фази і кутів приходу радіохвиль

Спосіб вимірювання флуктуацій набігання фази і визначення кута приходу радіохвиль, що включає випромінювання неперервних високочастотних коливань і двоканальний прийом високочастотних коливань на дві рознесені в просторі антени, який відрізняється тим, що у кожному каналі інтерферометра окремо, спочатку в двох незалежних каналах, генерують неперервні високочастотні коливання з двома різними частотами fi і f2, які мало відрізняються один від одного, і через дві рознесені в просторі антени ці неперервні високочастотні коливання первинно випромінюють у напрямку третьої антени, при цьому в МІСЦІ розташування антен первинного випромінювання генерують окремі опорні низькочастотні коливання з частотою F і початковою фазою еро , які подають на модулятор передавача і на частоті передавача f3 через його антену випромінюють у напрямку третьої антени, причому в МІСЦІ розташування третьої антени модульовані сигнали частотою f3 через антену приймача приймають і демодулюють, одержуючи тим самим місцеві опорні низькочастотні коливання з частотою F і початковою фазою Фо , при цьому неперервні високочастотні коливання з частотами fi і f2, третьою антеною первинно приймають і вводять у них монотонно наростаюче фазове зрушення, причому сам процес Винахід відноситься до області техніки електричних вимірів і може бути використаний при вивчення поширення радіохвиль на відкритих трасах ВІДОМІ способи виміру флуктуацій амплітуди радіохвиль (див , наприклад, кн Б А Введенський Поширення ультракоротких хвиль - М Наука, зміни фази високочастотних коливань синхронізують з місцевими опорними низькочастотними коливаннями з частотою F і початковою фазою фо , причому трансформовані таким чином по частоті неперервні високочастотні коливання з / частотами f -j' = f • + F ] і рf2 = ^2 + F перевипромінюють у напрямку рознесених у просторі антен первинного випромінювання, де обидві вторинно випроменені коливання антенами первинного випромінювання повторно приймають, змішують з вихідними неперервними високочастотними коливаннями і виділяють комбінаційні низькочастотні складові різниці вихідних неперервних високочастотних коливань і вторинно прийнятих трансформованих по частоті неперервних високочастотних коливань в тому каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою f-i, виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F = f| -f-|, а в тому каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою f2 виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F = f2 — f2 . після чого вимірюють різниці фаз між генерованими опорними низькочастотними коливаннями і комбінаційними низькочастотними коливаннями в обох каналах вторинного прийому окремо, оцінюючи тим самим флуктуації набігу фази в обох каналах інтерферометра окремо при поширенні радіохвиль від однієї точки вимірювальної траси в іншу, а кут приходу радіохвиль визначають відомою формулою, обчислюючи різницю фаз від обмірюваних різниць фаз низькочастотних коливань в обох каналах інтерферометра 1973 -408с) Однак вимір флуктуацій набігу фази також має особливий інтерес при вивченні поширення радіохвиль Найбільш близькими по технічній суті до передбачуваного винаходу є спосіб визначення кута приходу радіохвиль, заснований на вимірі різниці фаз між сигналами в двох рознесених точках про 00 00 ю 58814 стору (АС №1718149 (СРСР), од у БВ №9 07 03 1992 G01R 29/08) По цьому способі визначення кута приходу радіохвиль спочатку в двох незалежних каналах генерують неперервні високочастотні коливання з двома різними частотами fi і f2, що мало відрізняються один від одного Через дві рознесені в просторі антени ці неперервні високочастотні коливання первинно випромінюють у напрямку третьої антени, де обоє ці неперервні високочастотні коливання первинно приймають і вводять у них монотонно наростаюче фазове зрушення Трансформовані таким чином по частоті неперервні високочастотні коливання з частотами fj=f., + F і f'2 = f2 + F перевипромінюють у напрямку рознесених у просторі антен первинного випромінювання, де ці удруге випроменені коливання антенами первинного випромінювання повторно приймають, змішують з вихідними неперервними високочастотними коливаннями і виділяють комбінаційні низькочастотні складові різниці вихідних неперервних високочастотних коливань і повторно прийнятих трансформованих по частоті неперервних високочастотних коливань У тім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою fi, виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F = f / - f 1 , а втім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою f2, виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F = f2 — f2 . П | С Л Я ч о г о вимірюють різницю фаз між цими двома комбінаційними низькочастотними складовими На основі виміру різниці фаз і відомої відстані між антенами розраховують кут приходу радіохвиль по формулі а = arcsml Дф-Я, 2-7i-d де Дф - вимірювана різниця фаз, X - довжина хвилі випромінювання, d - відстань між прийомними антенами (база інтерферометра) На практиці кути приходу радіохвиль малі, тому для збільшення точності визначення кута приходу необхідно збільшувати базу інтерферометра Просторове рознесення між первинно випромінюючими антенами можна вільно змінювати в залежності від проведених вимірів, тому що антени первинного випромінювання не зв'язані між собою фазостабільними фідерами Однак приведений спосіб виміру кутів приходу радіохвиль не дає повного представлення про процеси, що відбуваються в каналі зв'язку Зокрема, при ЗМІНІ показника переломлення середовища, флуктуації набігу фаз при поширенні радіохвиль від однієї точки вимірювальної траси до іншої можуть досягати значних величин, у той час, як кут приходу радіохвиль може змінюватися незначно, а при визначеній орієнтації бази інтерферометра фазометр узагалі може не показати зміни різниці фаз В основу винаходу поставлена задача досягнення вимірів флуктуацій набігу фаз у кожнім каналі інтерферометра окремо при поширенні радіохвиль від однієї точки вимірювальної траси до іншої Вона вирішується завдяки тому, що спочатку в двох незалежних каналах генерують неперервні високочастотні коливання з двома різними частотами fi і f2, що мало відрізняються один від одного і через дві рознесені в просторі антени ці неперервні високочастотні коливання первинно випромінюють у напрямку третьої антени, при цьому в МІСЦІ розташування антен первинного випромінювання генерують окремі опорні низькочастотні коливання з частотою F і початковою фазою Фо, що подають на модулятор передавача і на частоті передавача f3 через його антену випромінюють у напрямку третьої антени, причому в МІСЦІ розташування третьої антени, модульовані сигнали частотою f3 через антену приймача приймають і демодулюють, одержуючи тим самим місцеві опорні низькочастотні коливання з частотою F і початковою фазою фо, при цьому неперервні високочастотні коливання з частотами fi і f2 третьою антеною первинне приймають і вводять у них монотонно наростаюче фазове зрушення, причому сам процес зміни фази високочастотних коливань синхронізують з місцевими опорними низькочастотними коливаннями з частотою F і початковою фазою фо, причому трансформовані таким чином по частоті неперервні високочастотні коливання з частотами f j = f, + F і f2 = f2 + F перевипромінюють у напрямку рознесених у просторі антен первинного випромінювання, де обоє ці вторинно випроменені коливання антенами первинного випромінювання вторинне приймають, змішують з вихідними неперервними високочастотними коливаннями і виділяють комбінаційні низькочастотні складові різниці вихідних неперервних високочастотних коливань і вторинно прийнятих трансформованих по частоті неперервних високочастотних коливань, причому в тім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою fi, виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F = f / - f 1 , а втім каналі, де генерують високочастотні коливання з частотою f2, виділяють комбінаційну низькочастотну складову з частотою F = f2 — f2 . П | С Л Я ч о г о вимірюють різниці фаз між генерованими опорними низькочастотними коливаннями, і комбінаційними низькочастотними коливаннями в обох каналах вторинного прийому окремо, оцінюючи тим самим флуктуації набігу фази в обох каналах інтерферометра окремо при поширенні радіохвиль від однієї точки вимірювальної траси в іншу, кут приходу радіохвиль визначають при цьому відомою формулою, обчислюючи різницю фаз від обмірюваних різниць фаз низькочастотних коливань в обох каналах інтерферометра Порівняння передбачуваного винаходу з уже відомими способами і прототипом показує, що спосіб, який заявляється, виявляє нові технічні властивості, що полягають у можливості крім визначення кута приходу радіохвиль вимірювати флуктуації набігу фази радіохвиль у кожнім каналі інтерферометра окремо Ці властивості передбачуваного винаходу є новими, тому що в способі-прототипі через недоліки, що полягають у несинхронізованому процесі 58814 керування фазою первинне прийнятих високочастотних коливань, можливий тільки вимір різниці фаз між комбінаційними низькочастотними складовими в обох каналах інтерферометра одночасно і, ВІДПОВІДНО визначення тільки кута приходу радіохвиль У запропонованому способі виміру флуктуацій набігу фаз і визначення кута приходу радіохвиль, у первинно прийняті неперервні високочастотні коливання з частотами fi і f2 від двох незалежних високочастотних генераторів, випроменені через дві незалежні, рознесені в просторі антени первинного випромінювання, уводять синхронізоване з первинно генерованими низькочастотними коливаннями частотою F і початковою фазою е о монотонно наростаюче фазове зрушенр ня, уводячи тим самим у ВИХІДНІ неперервні високочастотні коливання однаковий доплеровський зсув частоти fj=f., + F і f2 = f2 + F з однаковою початковою фазою е о На іншому КІНЦІ траси втор ринно прийняті, трансформовані по частоті, неперервні високочастотні коливання змішують з вихідними і виділяють в обох каналах комбінаційні низькочастотні складові з однаковими частотами Доплера, причому втім каналі, де генерують коливання з частотою fi, виділяють складову f| + F-f-| = F , а втім каналі, де генерують коливання з частотою f2 виділяють складову f/ + p _ f 2 = p Після ЦЬОГО вимірюють різниці фаз між первинно генерованими низькочастотними коливаннями частотою F, і цими двома комбінаційними складовими з однаковими частотами F, вимірюючи тим самим флуктуації набігу фази при поширенні радіохвиль Додатково обчислюють при цьому куг приходу радіохвиль Зазначений спосіб виміру флуктуацій набігу фази і визначення кута приходу радіохвиль можна реалізувати за допомогою пристрою приведеного на фіг 1 Пристрій для виміру флуктуацій набігу фази і визначення кута приходу радіохвиль МІСІТЬ генератори високочастотних коливань 1 і 2, Yциркулятори 3 і 4, антени первинного випромінювання і вторинного прийому 5 і 6, змішувачі 7 і 8, фазометри 9 і 10, генератор низькочастотних коливань 11, передавач 12, антену первинного прийому і вторинною випромінювання ІЗ, керований фазообертач 14, приймач 15 Вихід генератора високочастотних коливань 1 з'єднаний з першим виводом Y-циркулятора З, другий вивід якого з'єднаний з антеною первинного випромінювання і вторинного прийому 5 а третій вивід Y-циркулятора З з'єднаний із входом змішувача 7, вихід якого з'єднаний з одним із входів першого фазометра 9, інший вхід першого фазометра 9 з'єднаний з виходом генератора низькочастотних коливань 11, причому вихід генератора високочастотних коливань 2 з'єднаний і першим виводом Y-циркулятора 4, другий вивід якого з'єднаний з антеною первинного випромінювання і вторинного прийому 6, а третій вивід Yциркулятора 4 з'єднаний із входом змішувача 8, вихід якого з'єднаний з одним входом другого фазометра 10, інший вхід другого фазометра 10 з'єднаний з виходом генератора низькочастотних ко ливань 11, при цьому вихід низькочастотного генератора з'єднаний із входом передавача, при цьому антена первинного прийому і вторинного випромінювання 13 з'єднана із сигнальним виводом керованого фазообертача 14, вхід керування якого з'єднаний з виходом приймача 15 Працює пристрій, що реалізує спосіб виміру флуктуацій набігу фази і визначення кута приходу радіохвиль, у такий спосіб Високочастотні коливання з початковою амплітудою Uoi, частотою fi і початковою фазою ері U1=Uo1-ej27lf>t+c» с виходу генератора високочастотних коливань 1 через Y-циркулятор З надходять в антену первинного випромінювання 5 При цьому в напрямку антени первинного прийому 13 випромінюють електромагнітну хвилю Паралельно високочастотні коливання з початковою амплітудою Uo2, частотою f21 початковою фазою ф2 с виходу генератора високочастотних коливань 2 через Y-циркулятор 4 надходять в антену первинного випромінювання 6 При цьому також у напрямку антени первинного прийому 13 випромінюють електромагнітну хвилю Паралельно з цим процесом у МІСЦІ розташування антен первинного випромінювання 5 і 6 генерують генератором 11 окремі опорні низькочастотні коливання з частотою F і початковою фазою еро, що подають на модулятор передавача 12 і на частоті передавача f3 через його антену випромінюють у напрямку антени первинного прийому 13, причому в МІСЦІ розташування антени первинного прийому 13, модульовані сигнали частотою f3 через антену приймача 15 приймають і демодулюють, одержуючи тим самим місцеві опорні низькочастотні коливання з частотою F і початкової фазою е о Частота коливань f3 вибирається невир сокою в порівнянні з частотами fi і f2, тому фазова нестабільність каналу не позначається на частоті коливань f3 До того ж коливання частотою f3 використовуються в якості несучої, котра при демодуляції зникає Реально необхідно оцінювати фазову нестабільність вимірювальної траси для низькочастотних коливань частотою F Для частот в одиниці кілогерців і довжині траси біля кілометра, говорити про фазову нестабільність каналу зв'язку взагалі не має змісту Антеною первинного прийому 13 обидві високочастотні електромагнітні хвилі уловлюють і далі високочастотні коливання з частотами fi і f2 подають на керований фазообертач 14 Керований фазообертач 14 являє собою фазообертач відбивного типу, якій реалізує монотонну зміну фази високочастотних коливань При цьому, якщо за період Т низькочастотного керуючого сигналу, що надходить із приймача 15, реалізується в керованому фазообертачі 14 зрушення фаз від 0 до 2ті, то можна говорити про зсув спектра обох високочастотних коливань на так звану частоту Доплера 2-ті = 2-TI-F Q= Т Трансформовані по частоті високочастотні коливання, що надходять на антену вторинного випро 58814 мінювання 13 мають вид \\i-\\L -j[2 1 ~~ О1 и и де кі, ,/_2-7i-(f2+F) е - хвильові числа 2-tt-f1 _2-7l-f 2 к xi X2 - відстані між антенами 5-13, 6-13 ВІДПОВІДНО, ф - початкова фаза опорних коливань на вио ході низькочастотного генератора 11 і на виході приймача 15, u L і і)!02 - амплітуди високочастотних коливань з урахуванням загасання на трасі поширення радіохвиль Антеною вторинного випромінювання 13 (вона ж антена первинного прийому) ці трансформовані високочастотні коливання випромінюють у напрямку антен вторинного прийому 5 і 6 (вони ж антени первинного випромінювання) При цьому прийняті трансформовані високочастотні коливання через треті виводи Y-циркуляторів З і 4 надходять у змішувачі 7 і 8 де виділяють комбінаційні низькочастотні складові різниці вихідних неперервних високочастотних коливань і трансформованих по частоті неперервних високочастотних коливань При цьому в тім каналі, де були генеровані високочастотні коливання з частотою fi, виділяють комбінаційну низькочастотну складову різниці трансформованих по частоті неперервних високочастотних коливань з частотою fj=f., + F і вихідних з частотою fi В іншому каналі також виділяють комбінаційну низькочастотну складову різниці трансформованих по частоті неперервних високочастотних коливань з частотою f^ = f2 + F і вихідних, з частотою f2 f 2 — f 2 = f 2 + F — f2 = F Таким чином, на виході змішувачів 7 і 8 будемо мати два низькочастотних коливання з однаковими частотами F і повними фазами, обумовленими наступними співвідношеннями Ф і 1 = 2 • т і • F • t + к | • х 8 | + Ф О + к { • х | ф22 = 2-л -F -t + І