Спосіб j-кореляційного вимірювання далекості по максимуму і пристрій для його здійснення

1.Спосіб J-кореляційного вимірювання далекості по максимуму, що включає формування сигналу, модульованого по частоті гармонійним коливанням частотою 1 , розгалуження цього сигналу на дві частини, одна з яких випромінюється в простір, інша затримується на регульовану калібровану часову затримку і зміщується по частоті на WГ , після чого перемножується з однією із частин відбитого сигналу, який одержав часову затримку в просторі, пройшов перетворення по частоті і був розгалужений на дві рівні частини, з результату перемножування на частоті WГ виділяється сигнал взаємно кореляційної згортки, який також ділиться на дві рівні частини, одна з яких затримується на сталу часу 3 , після чого перемножується з другою частиною цього сигналу, із результату перемножування виділяється гармонійний сигнал з частотою 1 , рівень якого визначається різнице 2 (19) 1 3 75343 4 амплітудний детектори і блок вирахувань, причому блока вирахувань, гетеродинний вхід синхронного вихід лінійного тракту приймача з'єднаний з блодетектора з'єднаний з гетеродином через другу ком цифрової обробки через послідовно ввімкнені лінію затримки, а другий вхід другого перемножусигнальний вхід першого перетворювача частоти, вача з'єднаний з виходом лінійного тракта прийгетеродинний вхід якого з'єднаний з гетеродином, мача, другий вхід блока вирахувань з'єднаний з першу лінію затримки, перший вхід другого перевиходом другого вузькосмугового фільтра через множувача, перший вузькосмуговий фільтр, сигнаамплітудний детектор. льний вхід синхронного детектора і перший вхід Винахід відноситься до галузі радіотехніки і може бути використаний у системах вимірювання далекості і висотомірах. Відомий фазовий спосіб вимірювання далекості [1. Радиотехнические системы. / Ю.М. Казаринов, Ю.А. Коломенский и др.; под ред. Ю.М. Казаринова.-М.: Сов. радио, 1968г. стр.30]. Недоліком даного способу являється відсутність роздільної здатності далекості, тому що відбиті сигнали від двох і більшого числа об'єктів, накладаючись, утворюють на виході приймача складний результуючий сигнал, з якого не можна виділити сигнали, які відповідають окремим об'єктам. Найбільш близьким до запропонованого способу і пристрою являється спосіб J-кореляційного вимірювання далекості [Заявка N2002010718 від 29 січня 2002р.], який містить сигнал, модульований по частоті гармонійним коливанням частотою , розгалуження цього сигналу на дві частини, одна з яких випромінюється в простір, друга затримується на регульовану калібровану часову затримку і вміщується по частоті на WГ після чого перемножується з відбитим сигналом, який одержав в просторі часову затримку , із результату перемножування на частоті WГ виділяється сигнал взаємно кореляційної згортки, який ділиться на дві рівні частини, одна з яких затримується на сталу часу 1, після чого перемножується з другою частиною сигналу, з результату перемножування виділяється гармонійний сигнал з частотою , рівень якого визначається різницевою часовою затримкою ( - ),при встановленні значення регульованої затримки = О= рівень вихідного сигналу перетворюється з нуль, при цьому по значенню каліброваної затримки знаходять далекість розташування об'єкта, як D=0,5С О. Пристрій J-кореляційного вимірювання далекості містить в собі передавач, який складається з послідовно ввімкнених генератора низької частоти, частотного модулятора, лінійного тракту передавача, і антени передавальної, антену приймальну, приймач, який складається з лінійного тракту приймача, регульованої каліброваної лінії затримки, перетворювача частоти, гетеродина, першого перемножувача, смугового фільтра, лінії затримки, другого перемножувача, вузькосмугового фільтра і блока цифрової обробки, причому антена приймальна з'єднана з блоком цифрової обробки через послідовно ввімкнені лінійний тракт приймача, перший вхід першого, перемножувача, смуговий фільтр, перший вхід другого перемножувача і вузькосмуговий фільтр, вихід частотного модулятора передавача з'єднаний з другим входом першого перемножувача через послідовно ввімкнені регул регульовану калібровану лінію затримки і сигнальний вхід перетворювача частоти, гетеродинний вхід якого з'єднаний з гетеродином, вихід смугового фільтра через лінію затримки з'єднаний з другим входом першого перемножувача, вхід керування регул регульованої каліброваної лінії затримки з'єднаний з блоком-цифрової обробки. Недоліком даного способу є те, що при встановленні значення каліброваної затримки рівної = О і рівної затримки сигналу в просторі вихідний сигнал зникає. В основу винаходу покладена задача створення способу і пристрою вимірювання далекості, у якого при наближенні до екстремальної точки рівень вихідного сигналу зростає і при = О= досягає максимального рівня. Вказаний технічний результат досягається тим, що приймальний сигнал з часовою затримкою в просторі після перетворення по частоті підлягає додатковій обробці для цього він ділиться на дві рівні частини, одна з яких зміщуються по частоті на WГ, затримується на сталу часу t1 після чого перемножується з другою частиною: сигналу, з результату перемножування на частоті WГ виділяється сигнал автокореляційної згортки, який підлягає синхронному детектуванню, при цьому гетеродинним сигналом служить сигнал з частотою WГ, затриманий на сталу часу 2,з рівня виділеного сигналу вираховується сигнал основного каналу, який пройшов амплітудне детектування. Введення в спосіб нових послідовностей дій дозволяє при наближенні до екстремальної точки формувати зростання вихідної напруги і при встановленні затримки в регульованій каліброваній лінії рівної затримці в просторі одержати максимальний рівень вихідного сигналу. Запропонований спосіб відрізняється новою послідовністю дій над матеріальним об'єктом сигналом, що дозволяє знаходить далекість до об'єкта відбиття по максимальному рівню вихідного сигналу, пристрій відрізняється наявністю нових функціональних вузлів і зв'язками між ними, тобто додатково введені перший 4.3 перетворювач частоти, перша 4.7 та друга 4.10 лінії затримки, другий 4.9 перемножувач, перший 4.11 вузькосмуговий фільтр, синхронний детектор 4,14, амлітудний детектор 4.16 і блок вирахування 4.17. Таким чином, запропонований спосіб і пристрій відповідають критерію на винахід "Новизна". Проведений аналіз технічних рішень показав, що спосіб і пристрій зі схожими сукупностями 5 75343 6 ознак відсутні, таким чином, запропонований Jреалізує. кореляційний спосіб вимірювання далекості і приВ модуляторі 2.2 передавача 2 на частоті WC стрій, який його реалізує, відповідають критерію формується сигнал, модульований по частоті гар"Винахідницький рівень". монійним коливанням з частотою і індексом моНа Фіг.1 приведена структурна схема запроподуляції в, тобто нованого пристрою, де (1) U(t)=UCos[WСt+ Sin( t+ )] 1 - антена передавальна; де U - амплітуда модулюючого сигналу; 2 - передавач в складі: - початкова фаза модулюючого сигналу. 2.1 - лінійний тракт передавача; Сформований ЧМ сигнал (1) з виходу модуля2.2 - частотний модулятор; тора 2.2 розгалужують на дві частини, одна з яких 2.3 - генератор низької частоти; в лінійному тракті 2.1 передавача 2 перетворюєть3 - антена приймальна; ся по частоті, підсилюється за потужністю і випро4 - приймач в складі: мінюється антеною передавальною 1 в простір. 4.1 - лінійний тракт приймача; Відбитий або перевипромінений від об'єкта сигнал 4.2 - гетеродин; з часовою затримкою в просторі поступає через 4.3 - перший перетворювач частоти; антену приймальну 3 на вхід приймача 4, в ліній4.4 - регульована калібрована лінія затримки; ному тракті 4.1 якого проводиться його підсилення, 4.5- другий перетворювач частоти; обернене перетворення, в результаті такої оброб4.6 - перший перемножувач; ки вихідний сигнал лінійного тракту приймача 4.1 4.7 - перша лінія затримки; буде містить сигнал UC(t- ), який запишеться у 4.8 - другий перемножувач; вигляді 4.9 - смуговий фільтр; (2) S(t)=UС(t- )=UССоs[WС(t- )+WДt+ Sin( (t4.10 - друга лінія затримки; )+ )] 4.11 - перший вузькосмуговий фільтр; де UC - амплітуда сигналу; 4.12 - третя лінія затримки; WД - частота доплерівського зсуву (для рухо4.13 - третій перемножувач частоти; мого об'єкта). 4.14 - синхронний детектор; Друга частина сигналу (1) після затримки в 4.15 - другий вузькосмуговий фільтр; РЛЗ 4.4 на час і зміщення по частоті на WГ в дру4.16 - амплітудний детектор; гом перетворювачі 4.5 буде описуватись виразом 4.17 - блок вирахування; (3) U(t- )=UCos[(WC-WГ)(t- )+ Sin( (t- ))+ )] 5 - блок цифрової обробки. дe WГ - Частота гетеродина 4.2. На Фіг.2 приведена структурна схема прототиСигнал (3) перемножується з однією з частин пу, де відбитого сигналу (2) (який до цього був розгалу1 - антена передавальна; жений на дві рівні частини S'(t)=S"(t)=0,5S(t)), пер2 - передавач в складі: шим перемножувачем 4.6, з результату перемно2.1 - лінійний тракт передавача; жування на його виході з допомогою смугового 2.2 - частотний модулятор; фільтра 4.9 виділяється сигнал 2.3 - генератор низької частоти; S1(t)-S'(t)*U(t- )3 - антена приймальна; U1Cos[WГt+WДt+ '+2 Sin[0,5 ( - )]*Cos[ [t4 - приймач в складі: 0,5( + )+ ]] 4.1 - лінійний тракт приймача; де U1 - амплітуда сигналу; 4.2 - регульована калібрована лінія затримки; '=WC( - )-WГ . 4.3 - перетворювач частоти; Виділений сигнал S1(t),B свою чергу, розгалу4.4 - перший перемножувач; жується на дві рівні частини S1'(t)=S1"(t)=0,5S'(t), 4.5 - гетеродин; одна з яких затримується третьою лінією затримки 4.6 - смуговий фільтр; 4.12 на сталу часу 3 (значення якої визначається 4.7 - лінія затримки; інтервалом кореляції вхідного шумового сигналу). 4.8 - другий перемножувач; Спектри сигналів S1*(t) и S1"(t), виражені у ви4.9 - вузькосмуговий смуговий фільтр; гляді ряду суми гармонійних складових, коефіцієн5 - блок цифрової, обробки. ти розкладу яких - функції Бесселя, визначаться Розглянемо принцип обробки сигналу в. занаступними виразами пропонованому J-кореляційному способі вимірювання далекості по максимуму і пристрій, який його S1' t 0,5U1 n Jn ' Cos WГ WД t n S1" t 0,5U1 n Jn ' Cos WГ WД t t 0,5 3 де Jn( ) - функція Бесселя n порядку від аргумента . Ці сигнали знаходяться на несучій частоті n t n 3 0,5 (4) n (5) WГ+WД і містять спектральні складові, кратні частоті , рівень яких 0,5U1Jn( ') визначається знову сформованим індексом модуляції ' 7 75343 8 '=2 Sin[0,5 ( - )], множування на частоті другим вузькосмуговим значення якого залежить від різниці часової фільтром 4.15 виділяється сигнал, який описується виразом затримки РЛЗ 4.4 і затримки в просторі . Спектри сигналів (4) і (5) перемножуються в третьому перемножувачі 4.13, з результату пере SCC t SC ' t SC " t U2 J n 1 ' J4 ' Cos t (6) 11 n де U2 - амплітуда сигналу;11=-0,5 ( + )-0,5n 3+ ; Сигнал SCC(t) являє собою гармонійний сигнал з частотою рівною модулюючому сигналу передавального пристрою. Рівень цього сигналу залежить від різницевої часової затримки ( - ).При встановленні в регульованій каліброваній лінії затримки 4.4 часової затримки = О, рівної затримці в просторі, тобто О= , рівень вихідного сигналу перетворюється в нуль. Виділений другим вузькосмуговим фільтром 4.15 сигнал SCC(t) детектується по амплітуді. Вихідний сигнал амплітудного детектора 4.16 описується виразом Sад t U2 J n 1 ' Jn ' (7) n В допоміжному каналі (який складається із першого перетворювача частоти. 4.3, першої 4.7 та другої 4.10 ліній затримки, другого 4.9 перемножувача, першого вузькосмугового фільтра 4.11 і синхронного детектора 4.14) друга частина вихідного сигналу лінійного тракту приймача S"(t), в свою чергу, розгалужується на дві рівні частини S2'(t)=S2''(t)=0,5S"(t)=0,25UC(t- ), одна з яких S2'(t) зміщується першим 4.3 перетворювачем по частоті на частоту WГ сигналу гетеродина 4.2 і затримується першою 4.7 лінією затримки на сталу - часу 1 (значення якої визначається рівністю 1=2 / , що більш інтервала кореляції вхідного шумового сигналу). Таким чином маємо S2'(t- 1)=0,25UC(t- - 1)=0,25UCCos[(WC+WДWГ)(t- 1)-WC + Sin( (t- - 1)+ )]; S2'(t)=0,25UC(t- )=0,25UCCos[(WC+WД)tWC + Sin( (t- )+ )]; Сигнали S2'(t- 1) и S2"(t) перемножуються дру гим 4.8 перемножувачем. Із результату перемножування першим смуговим фільтром 4.11 виділяється сигнал автокореляційної згортки, який описується виразом S3(t)=U3Cos[WRt+ 1Cos[ t-0,5 (2 + 1)]+ 23] де U3 - амплітуда сигналу; 12=(WC+WД-WГ) 1. так як 1=2 Sin[0,5 1+ '] (знов сформований індекс модуляції) при 1=2 / має значення рівне нулю, тоді можна вважати S3(t)=U3Cos[WГt+ 12] Одержаний сигнал детектується синхронним детектором 4.14, за гетеродинний сигнал використовується сигнал гетеродина 4.2 частотою WГ, затриманим другою 4.10 лінією затримки на сталу часу 2, яка знаходиться з умови 12=WГ 2. Вихідний сигнал синхронного детектора 4.14 описується виразом SСД(t)=U3 Одержаний сигнал поступає на перший вхід блока вирахування 4.17, на другий вхід якого поступає сигнал основного каналу, тобто з виходу амплітудного детектора 4.16. В результаті на виході блока вирахування утворюється сигнал вигляду SCB U3 U2 J n 1 ' Jn ' n для якого при встановленні значення каліброваної затримки , рівної = Ο і рівної затримці сигналу в просторі, другий доданок перетворюється в нуль, тоді як перший доданок має максимальне значення, яке визначається рівнем прийнятого сигналу. 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 75343 Підписне 10 Тираж 26 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