УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G01S5/12 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения дальности до источника без изменения и с гармоническим законом изменения мощности при неизвестной начальной фазе излучения по результатам измерений.

Известно устройство определения расстояния до источника излучения (см. патент СССР 1820941, кл. G 01 S 5/12, опубл. 1993 г.), принцип действия которого состоит в совместной обработке измерений напряженности электромагнитного поля в двух точках пространства с привлечением показаний датчика скорости объекта. Дальность до объекта определяется в блоке 5 согласно соотношению

где ΔR - половина расстояния, проходимого приемником за интервал времени между измерениями напряженности поля E₁ и E₂, которое определяется с выхода интегратора - блок 9, вход которого подключен к выходу датчика скорости - блок 7.

Относительная ошибка определения расстояния определяется соотношением

где δE - относительная ошибка определения амплитуды поля приемником;
R - расстояние до источника излучения.

Недостатком данного устройства является низкая точность при определении расстояния до источника с изменяющейся мощностью излучения. Относительная ошибка определения расстояния в этом случае вычисляется по формуле

где δP - относительное изменение амплитуды поля за интервал времени между измерениями.

Целью изобретения является повышение точности и расширение возможностей измерения дальности на случай наблюдения источника с гармоническим законом изменения мощности излучения. При этом предполагается, что частота гармонической составляющей известна.

Известно, что плотность потока мощности на входе приемника определятся выражением
(1)
где E₀ - мощность, излучаемая в единицу телесного угла в направлении приемника;
R(t) - относительная дальность между источником и приемником;
ψ(t) - закон изменения мощности.

Дифференцирование соотношения (1) по времени позволяет разделить координатную и некоординатную составляющие изменения плотности потока мощности у приемника

Пусть закон изменения мощности излучения имеет вид
ψ(t) = 2+cos(ωt+ϕ₀),
где ω - известная круговая частота изменения фазы излучения;
ϕ₀ - неизвестная начальная фаза.

Сущность изобретения - устройство определения дальности до неподвижного источника с неизвестной начальной фазой гармонического закона изменения мощности излучения.

На фиг. 1 обозначены относительные дальности между источником (И) и приемником (П) в четыре последовательных момента времени t₁,t₁+ε,t₂,t₂+ε. При этом существует зависимость

Функциональная схема устройства представлена на фиг. 2. Устройство содержит приемник 1, квадратор 2, блок памяти 3, разностной блок 4, умножитель 5, делитель 6, блок памяти 7, устройство 8 вычисления дальности, блок 9 синхронизации, датчик 10 скорости. Блок 9 синхронизации выполнен в виде таймера 11, связанного прямой и обратной связью с интегратором 12.

Вход приемника 1 (его антенна) - вход устройства, первый выход приемника 1 соединен с первым входом таймера, а второй выход - с входом квадратора 2, первый выход которого соединен с входом блока памяти 3. Первый выход блока памяти 3 соединен с первым входом разностного блока 4, второй вход которого соединен со вторым выходом квадратора. Второй выход блока памяти 3 соединен с входом умножителя 5, выход которого соединен с первым входом делителя 6, второй вход которого соединен с выходом разностного блока 4. Выход делителя 6 соединен с первым входом блока памяти 7, выход которого соединен с первым входом устройства 8 вычисления дальности. Выход устройства 8 вычисления дальности является выходом устройства.

Выходы таймера 11 соединены с управляющими входами приемника 1, блока 3 памяти, разностного блока 4, умножителя 5, делителя 6, блока памяти 7, датчика скорости 10. Таймер 11 соединен также прямой и обратной связью с интегратором 12. Первый выход датчика 10 скорости перемещения объекта подключен к второму входу интегратора 12, выход которого соединен со вторым входом устройства 8 вычисления дальности, а второй выход датчика скорости - ко второму входу блока памяти 7, выход которого соединен с первым входом устройства 8 вычисления дальности.

Устройство работает следующим образом. По сигналу в момент времени t₁ с выхода приемника 1, поступающему на вход блока 9 синхронизации, включается таймер 11 и интегратор 12. На управляющие входы приемника 1 и блока памяти 3 от таймера 8 поступают управляющие сигналы, по которым в блоке памяти 3 запоминается значение сигнала, пропорциональное плотности потока мощности. Обозначим его W(t₁). В момент времени t₁+ε под управлением таймера 11 по сигналам с выхода разностного блока 4 [W(t₁+ε)-W(t₁)] и умножителя 5 [-2W(t₁)ε] в делителе 6 определяется отношение [W(t₁+ε)-W(t₁)]/[-2W(t₁)ε], которое запоминается в блоке памяти 7. В момент времени t₂+ε, задаваемый таймером (t₂ выбирается в зависимости от требуемой точности определения дальности), аналогичным образом в блок памяти 7 поступает значение [W(t₂+ε)-W(t₂)]/[-2W(t₂)ε], при этом ε ≪ t₂-t₁. В блоке 7 памяти в моменты времени t₁ и t₂ под управлением таймера 11 запоминаются значения V(t₁) и V(t₂) датчика 10 скорости. С выхода интегратора 12 под управлением таймера 11 в момент времени t₂ на второй вход устройства 8 вычисления дальности поступает сигнал В блоке 8 вычисляется дальность R(t₁), используя данные из блока 7 памяти, в результате решения нелинейной системы двух уравнений, каждое из которых составлено на основании выражения (2):

Для решения нелинейной системы уравнений (3) начальное условие по относительной дальности задается априорно, а значение начальной фазы выбирается любым из диапазона [0,2π] рад.

Пример. Предположим, что закон изменения дальности (в км) имеет вид R(t)=180-0,5t, а закон изменения мощности (в Вт) - ψ(t) = 2+cos(0,063t+π/6). Пусть E₀= 1 МВт, начальные приближения по относительной дальности и фазе соответственно равны 250 км и π/2 рад. Для t₁=0, t₂=190 c, ε = 1 c и нормального закона распределения ошибок измерений с нулевым математическим ожиданием и средним квадратическим отклонением, соответствующим относительной ошибке измерения плотности потока мощности 0,0001, оценка относительной дальности при обработке 20 реализацией методами математической статистики имеет характеристики: математическое ожидание - 180,3 км; среднее квадратичное отклонение - 13,8 км.

Описанное устройство может использоваться при определении дальности до источника с постоянной мощностью при задании ω ≫ 2π/(t₂-t₁). Характеристики оценок не отличаются от приведенных выше.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения дальности как до источника с постоянной мощностью, так и с гармоническим законом изменения мощности при неизвестной начальной фазе излучения по результатам измерений. Устройство содержит приемник, квадратор, блок памяти, разностный блок, умножитель, делитель, блок памяти, устройство вычисления дальности, блок синхронизации, датчик скорости. Блок синхронизации выполнен в виде таймера, связанного прямой и обратной связью с интегратором. При появлении сигнала на входе приемника начинается работа устройства под управлением таймера. Управляющие сигналы приемнику, блокам памяти, разностному блоку, умножителю, делителю, датчику скорости формируются в зависимости от требуемой точности измерения дальности по сигналу с выхода интегратора, связанного с датчиком скорости. Вычисление дальности производится по сигналам, пропорциональным плотности мощности излучения на выходе квадратора, преобразуемым разностным блоком, умножителем и делителем, а также данным от интегратора, датчика скорости и преобразованием гармонического изменения мощности с неизвестной фазой излучения на основе решения системы нелинейных уравнений второго порядка. Технический результат заключается в повышении точности и расширении возможностей применения в случае источников с гармоническим законом изменения мощности при известной начальной фазе излучения. 2 ил.

Устройство для определения расстояния до источника излучения, содержащее приемник, первый выход которого соединен с первым входом таймера, блок памяти, умножитель, делитель, датчик скорости, блок синхронизации, состоящий из последовательно соединенных таймера и интегратора, второй вход которого соединен с первым выходом датчика скорости, а первый выход - с вторым входом таймера, второй и третий выходы которого соединены с управляющими входами приемника и блока памяти, отличающееся тем, что введены квадратор, вход которого связан с вторым выходом приемника, разностный блок, второй вход которого связан с вторым выходом квадратора, а первый вход - с первым выходом блока памяти, вход которого связан с первым выходом квадратора, а второй выход - с входом умножителя, выход которого связан с первым входом делителя, второй вход которого связан с выходом разностного блока, дополнительный блок памяти, первый вход которого связан с выходом делителя, а второй вход - с вторым выходом датчика скорости, управляющий вход которого соединен с восьмым выходом таймера, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены с управляющими входами разностного блока, умножителя, делителя и дополнительного блока памяти, устройство вычисления дальности, первый вход которого соединен с выходом дополнительного блока памяти, второй вход - с вторым выходом интегратора, а выход является выходом устройства.