СПОСОБ АКТИВНОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ ФАЗОВОЙ РАДИОДАЛЬНОМЕТРИИ Российский патент 2018 года по МПК G01S13/32 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам нелинейной радиодальнометрии источников радиоизлучения (ИРИ). Может использоваться для обнаружения и измерения расстояния до излучающих объектов с нелинейными электрическими свойствами, в частности радиопередатчиков.

Известен способ (аналог) измерения дальности до объекта с нелинейными электрическими свойствами [Панычев С.Н., Поддужный В.И., Хакимов Н.Т. Активный фазовый однопозиционный радиодальномер для измерения расстояния до объектов с нелинейными рассеивателями. Радиотехника, 2002. №12. С.65-67], заключающийся в определении дальности до объекта по измеренной разности фаз принимаемого фронта сферической волны в центре и на краях раскрыва измерительной апертурной антенны.

Недостаток способа заключается в низкой точности измерения дальности до объекта с нелинейными электрическими свойствами при его нахождении на дальностях, превышающих размер ближней зоны (зоны дифракции Френеля) измерительной антенны.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ линейной фазовой радиодальнометрии (прототип) [Кривицкий Б.Х. Справочник по радиоэлектронным системам. М.: Энергия, 1979. Т. 2. С.106], основанный на излучении непрерывных немодулированных высокочастотных колебаний, приеме отраженного от объекта сигнала с последующим определением по разности фаз излучаемых и принятых колебаний дальности до объекта.

Недостатком способа является большая погрешность измерения дальности до объекта вследствие малого диапазона однозначного измерения дальности, определяемого половиной длины волны излучаемого колебания.

Технический результат данного изобретения состоит в уменьшении погрешности измерения дальности до ИРИ с нелинейными электрическими свойствами за счет расширения диапазона однозначного измерения дальности.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в излучении непрерывных немодулированных высокочастотных колебаний, приеме отраженного от объекта сигнала, с последующим определением по разности фаз опорного излучаемого и принятого колебаний дальности до объекта, согласно изобретению излучают высокочастотное колебание на частоте, близкой к частоте сигнала источника радиоизлучения, но не равной ей, а принимают отраженный от источника радиоизлучения сигнал на частоте, равной разности частот между излучаемым высокочастотным колебанием и сигналом источника радиоизлучения, при этом частоту опорного колебания устанавливают равной разности частот излучаемого сигнала и сигнала источника радиоизлучения.

Сущность способа состоит в следующем. Источник радиоизлучения с нелинейными электрическими свойствами, дальность до которого необходимо измерить, облучают внешним электромагнитным полем с частотой f₀, незначительно отличающейся от частоты колебаний f_и ИРИ. Вследствие наличия у ИРИ нелинейных электрических свойств в спектре отраженного от него сигнала появляются интермодуляционные колебания с частотами f_к=nf₀±mf_и, где n и m - натуральные числа. Измеряя разность фаз между принятым колебанием, например, первой комбинационной составляющей с частотой f_к1=f₀-f_и и опорным колебанием той же частоты f_к1, формируемым в радиодальномере путем умножения принятого сигнала ИРИ и излучаемого радиодальномером сигнала с последующим выделением их разностной частоты, определяют дальность до ИРИ аналогично тому, как это делается в прототипе. Учитывая, что длина волны принятого колебания первой комбинационной составляющей превышает длину волны облучающего колебания, как правило, на несколько порядков (f_к1<<f₀), то диапазон однозначного измерения дальности до ИРИ существенно увеличивается по сравнению с обычным фазовым методом линейной дальнометрии при одинаковой частоте облучения, что приводит к уменьшению погрешности измерения дальности. Причем, управляя значением f₀, можно изменять ширину диапазона однозначного измерения дальности. А проводя несколько замеров с различными f₀ можно обеспечить определение дальности до ИРИ в пределах максимально возможной дальности обнаружения с учетом ограниченной ширины диапазона однозначного измерения дальности аналогично тому, как это делается в импульсно-доплеровских РЛС с высокой и средней частотой повторения импульсов [Дудник П.И. Многофункциональные радиолокационные системы. М.: Дрофа, 2007. С.108-109].

На фигуре представлена структурная схема устройства для осуществления способа активной нелинейной фазовой радиодальнометрии.

Устройство состоит из перестраиваемого приемника прямого усиления 1, фазового детектора 2, индикатора дальности 3, приемника прямого усиления 4, смесителя 5, фильтра низкой частоты 6, перестраиваемого генератора высокой частоты 7, передающего устройства 8 и анализатора спектра 9. Согласно структурной схеме, изображенной на фигуре, устройство, реализующее предложенный способ, содержит последовательно соединенные перестраиваемый приемник прямого усиления 1, фазовый детектор 2 и индикатор дальности 3, а также последовательно соединенные приемник прямого усиления 4, смеситель 5 и фильтр низкой частоты 6. Кроме того, выход фильтра низкой частоты 6 соединен со вторым входом фазового детектора 2, выход перестраиваемого генератора высокой частоты 7 соединен одновременно со входом передающего устройства 8 и вторым входом смесителя 5, а вход анализатора спектра 9 соединен с выходом приемника прямого усиления 4.

Назначения элементов ясны из их названий.

Работа устройства, реализующего способ, не отличается от работы прототипа за исключением следующего. Сигнал ИРИ с частотой f_и принимается приемником прямого усиления 4. Определив по анализатору спектра 9 частоту сигнала ИРИ, оператор настраивает перестраиваемый генератор высокой частоты 7 на частоту f₀, близкую к f_и, а перестраиваемый приемник прямого усиления 1 на частоту первой комбинационной составляющей f_к1=f₀-f_и. Непрерывный немодулированный сигнал на частоте f₀ с выхода перестраиваемого генератора высокой частоты 7 излучается с помощью передающего устройства 8 в сторону ИРИ. Кроме того, этот же сигнал одновременно поступает на второй вход смесителя 5, на выходе которого после фильтрации фильтром низкой частоты 6 формируется опорный сигнал с частотой f₀-f_и. В результате эффекта интермодуляции, обусловленной нелинейными эффектами, возникающими при облучении ИРИ внешним полем, в спектре отраженного от него сигнала появляются интермодуляционные колебания с частотами комбинационных составляющих f_к=nf₀±mf_и. Сигнал первой комбинационной составляющей фиксируется настроенным на данную частоту перестраиваемым приемником прямого усиления 1 и подается на фазовый детектор 2, на второй вход которого поступает сформированный опорный сигнал. Набег фаз принятого от ИРИ приемником прямого усиления 1 сигнала пропорционален сумме времени распространения сигнала от радиодальномера до ИРИ и времени распространения отраженного сигнала на комбинационной частоте от ИРИ до радиодальномера. Поэтому на выходе фазового детектора 2 формируется напряжение, пропорциональное разности фаз Δϕ принятого комбинационного и опорного сигнала, которое подается на индикатор дальности 3. Индикатор дальности 3 осуществляет пересчет значения Δϕ к дальности до ИРИ по формуле , где с - скорость света, с последующим отображением вычисленного значения.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам нелинейной радиодальнометрии источников радиоизлучения, и может использоваться для обнаружения и измерения расстояния до излучающих объектов с нелинейными электрическими свойствами, в частности радиопередатчиков. Достигаемый технический результат - уменьшение погрешности измерения дальности до источника радиоизлучения с нелинейными электрическими свойствами за счет расширения диапазона однозначного измерения дальности. Указанный результат достигается тем, что источник радиоизлучения с нелинейными электрическими свойствами, дальность до которого необходимо измерить, облучают внешним электромагнитным полем, частота которого незначительно отличается от частоты колебаний источника радиоизлучения, измеряя разность фаз между принятым колебанием первой комбинационной составляющей и опорным колебанием той же частоты, формируемым в радиодальномере путем умножения принятого сигнала источника радиоизлучения и излучаемого радиодальномером сигнала с последующим выделением их разностной частоты, определяют дальность до источника радиоизлучения. Учитывая, что длина волны принятого колебания первой комбинационной составляющей превышает длину волны облучающего колебания, как правило, на несколько порядков, то диапазон однозначного измерения дальности существенно увеличивается по сравнению с обычным фазовым методом линейной дальнометрии при одинаковой частоте облучения, что приводит к уменьшению погрешности измерения дальности. 1 ил.

Способ активной нелинейной фазовой радиодальнометрии, заключающийся в излучении непрерывных смодулированных высокочастотных колебаний, приеме отраженного от объекта сигнала с последующим определением по разности фаз опорного излучаемого и принятого колебаний дальности до объекта, отличающийся тем, что излучают высокочастотное колебание на частоте, близкой к частоте сигнала источника радиоизлучения, но не равной ей, а принимают отраженный от источника радиоизлучения сигнал на частоте, равной разности частот между излучаемым высокочастотным колебанием и сигналом источника радиоизлучения, при этом частоту опорного колебания устанавливают равной разности частот излучаемого сигнала и сигнала источника радиоизлучения.