ФАЗОВЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТЕЙ ДВУХ ВОЗДУШНЫХ ЦЕЛЕЙ Российский патент 1994 года по МПК G01S13/08 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в РЛС сопровождения и наведения для измерения дальностей двух целей (например, самолета-нарушителя и наводимой на него ракеты). Оно позволяет повысить точность измерений и улучшить разрешающую способность по дальности при использовании зондирующих радиоимпульсов большой длительности.

Целью изобретения является улучшение разрешающей способности и повышение точности измерения дальностей двух целей (например, самолета-нарушителя и наводимой на него ракеты) при использовании в фазовом дальномере зондирующих радиоимпульсов сравнительно большой длительности.

На чертеже представлена упрощенная структурная схема реализующего способ фазового дальномера, а также схематически показаны две цели и их наклонные дальности R₁, R₂.

Фазовый дальномер содержит следующие элементы: приемно-передающую антенну 1, антенный переключатель 2, приемник 3, генератор 4 высокой частоты передатчика, генератор 5 модулирующего напряжения, модулятор 6 передатчика, два амплитудных ограничителя 7, 8, два узкополосных фильтра 9, 10, фазометр 11, вычислитель 12 дальности целей R₁, R₂.

В общем случае фаза гармонического напряжения частоты F на выходе узкополосного фильтра 10 зависит от времени запаздывания t_з1,t_з2эхо-сигналов двух целей и амплитуд этих эхо-сигналов. Однако, если выравнять видеосигналы двух целей по амплитуде с помощью ограничителя 8, то фаза напряжения будет зависеть от времени запаздывания t_з1,t_з2эхо-сигналов этих целей, т.е. фаза будет содержать однозначную информацию о дальностях целей R₁, R₂. При этом для определения двух неизвестных дальностей R₁,R₂ не достаточно только одного измерения фазы. Поэтому предлагается для определения дальностей двух целей R₁, R₂ кроме измерения сдвига фаз Δ ϕ напряжений , на выходах фильтров 9, 10, дополнительно использовать также измерение отношения амплитуд U/U_o этих напряжений. Амплитуда гармонического напряжения U_o частоты F, выделенного фильтром 9 из протяженной периодической последовательности прямоугольных импульсов генератора модулирующего напряжения 5, определяется известным соотношением
U₀= sinΠFτ , (1) где A - амплитуда импульса, равная порогу ограничения амплитудных ограничителей 7, 8;
F - частота следования модулирующих импульсов генератора 5;
τ- длительность модулирующего импульса.

Когда эхо-сигналы двух целей разрешаются по дальности, сдвиг фаз Δ ϕгармонических напряжений , на выходах фильтров 9, 10 будет
Δ ϕ=π F(t_з1+t_з2), (2)
а гармоническое напряжение U на выходе фильтра 10 равно
U = sin(ΠFτ)cos2ΠFt-t+ cos2ΠFt-t, (3) где t_з1,t_з2 - время запаздывания эхо-сигналов первой и второй цели соответственно;
t - текущее время.

При этом отношение амплитуд напряжений U/U_o на выходах фильтров 10, 9 будет
= 2 cos 2ΠFtt. (4)
Находя из системы двух уравнений (2) и (4) время запаздывания t_з1,t_з2 и соответствующие дальности целей R₁, R₂, получим формулы для определения дальностей целей в случае, когда эхо-сигналы двух целей разрешаются по дальности.

В случае, когда эхо-сигналы двух целей по дальности не разрешаются, видеоимпульсы эхо-сигналов двух целей на выходе приемника 3 сливаются и длительность результирующего импульса τ_Σбудет
τ_Σ=τ+(t_з2-t_з1)/2 (5)
При этом сдвиг фаз Δ ϕи отношение амплитуд U/U_o гармонических напряжений на выходах фильтров 9, 10 будут
Δ ϕ=2 π F t_з1, (6)
= (7)
Находя из системы двух уравнений (6) и (7) время запаздывания t_з1,t_з2 и соответствующие дальности целей R₁, R₂, получим формулы для определения дальностей в случае, когда цели не разрешаются по дальности.

Таким образом, предложенный способ может быть практически реализован, а отмеченные отличительные признаки являются существенными и принципиально необходимы.

Частоту следования F зондирующих импульсов выбирают из тех же соображений, что и в обычном импульсном дальномере. Длительность импульса τменьше периода следования импульсов, но может быть выбрана значительно больше, чем в обычном импульсном дальномере. Использование длинных импульсов целесообразно для ослабления вредного влияния искажений фронтов импульса на точность измерения дальности. Использование длинных импульсов в предложенном способе позволяет повысить точность измерения дальностей в отличие от обычного импульсного способа дальнометрии, в котором использование длинных импульсов снижает разрешающую способность и точность дальномера. Кроме того, использование длинных импульсов дополнительно позволяет снизить необходимую импульсную мощность передатчика и упростить конструкцию фидерной системы импульсного дальномера.

Устройство работает следующим образом.

Передатчик с приемно-передающей антенной 1 излучают зондирующий сигнал в виде периодической последовательности прямоугольных радиоимпульсов. Приемник 2 принимает эхо-сигналы двух воздушных целей. Амплитудный ограничитель 8 на выходе приемника 3 ограничивает амплитуды видеоимпульсов принимаемых эхо-сигналов целей до одинакового уровня. Узкополосный фильтр 10 выделяет из принятого сигнала гармоническое напряжение на частоте следования F зондирующих импульсов. Амплитудный ограничитель 7 ограничивает амплитуды импульсов генератора модулирующего напряжения 5 до того же уровня, что и ограничитель 8. Узкополосный фильтр 9 выделяет из ограниченного по амплитуде модулирующего сигнала гармоническое напряжение на частоте следования импульсов F. Фазометр 11 измеряет сдвиг фаз Δ ϕгармонических напряжений ,. Вычислитель 12 определяет по результатам измерения сдвига фаз Δ ϕи отношению амплитуд напряжений U/U_o дальности двух целей R₁, R₂.

Использование: в РЛС сопровождения и наведения для измерения дальностей двух целей. Сущность изобретения: устройство для осуществления способа содержит приемно - передающую антенну 1, антенный переключатель 2, приемник 3, генератор 4 высокой частоты, генератор 5 модулирующего напряжения, модулятор 6, амплитудные ограничители 7, 8, узкополосные фильтры 9, 10, фазометр 11, вычислитель 12 дальности целей. За счет увеличения длительности импульсов улучшается разрешающая способность. Повышается точность измерения дальностей двух целей за счет ослабления влияния искажений фронтов импульсов. 1 ил.

ФАЗОВЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТЕЙ ДВУХ ВОЗДУШНЫХ ЦЕЛЕЙ, заключающийся в том, что излучают зондирующий сигнал в виде прямоугольных радиоимпульсов длительности τ , где τ < T, T - период следования прямоугольных радиоимпульсов, τ - длительность радиоимпульсов зондирующего сигнала, принимают эхо-сигналы целей, выделяют видеосигналы принятых эхо-сигналов, целей, выделяют гармонические составляющие на частоте F из модулирующего импульсного сигнала передатчика и видеосигналов целей, измеряют сдвиг фаз Δ ϕ этих составляющих, отличающийся тем, что видеосигналы и модулирующий импульсный сигнал ограничивают по амплитуде до одинакового уровня, измеряют отношение амплитуд выделенных гармонических составляющих, а дальности до целей R₁, R₂ определяют по формулам
R₁= - arccos ;
R₂= - arccos ,
когда цели разрешаются по дальности, и по формулам
R₁= ,
R₂= R₁-Cτ + arcsinsinπF,
когда цели по дальности не разрешаются,
где C - скорость света;
U, U₀ - амплитуды гармонических составляющих сигналов частоты F, выделенных из видеосигналов целей и модулирующего импульсного сигнала соответственно.