Изобретение относится к области техники радиотехнических средств определения координат объектов и может быть использовано, например, для управления движением подвижных объектов.
Известны амплитудные способы измерения дальности (см., например, кн. Справочник по основам радиолокационной техники / под ред. В. В. Дружинина. - М.: Воен. Издат, 1967.) Однако амплитудные способы измерения дальности имеют большую погрешность.
Наиболее близкими по технической сущности к предполагаемому изобретению являются способы измерения дальности, описанные в патенте России № 2584972, МПК G01S 13/32, опубликованном 20.05.2016, бюллетень № 14 и патенте России № 2665034, МПК G01S 13/32, опубликованном 27.08.2018, бюллетень № 24.
По этим способам измерения расстояния от измерительной станции до транспондера(ов), включающему первичное излучение, первичный прием, сдвиг частоты исходных высокочастотных колебаний, усиление высокочастотных колебаний, вторичное излучение, вторичный прием высокочастотных колебаний, первоначально в измерительной станции и в ретрансляторе(ах) двумя генераторами одновременно генерируют непрерывные низкочастотные высокостабильные колебания с максимально близкими частотами
Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции измерительной станции при обеспечении обработки сигналов нескольких транспондеров системы при одновременном с этим повышении достоверности сопоставления результатов измерений разности фаз низкочастотных сигналов, получаемых в измерительной станции путем преобразования сигналов, поступающих от нескольких транспондеров, имеющих различные частотные сдвиги излучаемых измерительной станцией высокочастотных колебаний.
Поставленная цель достигается тем, что по способу определения расстояний от измерительной станции до нескольких транспондеров, характеризующимся тем, что в измерительной станции генерируют непрерывные высокочастотные колебания с частотой
причем передающую и приемную антенны измерительной станции незначительно разносят в пространстве, а расстояния
Указанный способ определения расстояний от измерительной станции до нескольких транспондеров можно реализовать с помощью устройства, показанного на Фиг. 1.
Устройство определения расстояний от измерительной станции до нескольких транспондеров состоит из измерительной станции и нескольких транспондеров.
Измерительная станция состоит из генератора непрерывных высокочастотных колебаний 1, направленного ответвителя 2, высокочастотного смесителя 5, передающей антенны измерительной станции 3, приемной антенны измерительной станции 4, широкополосного усилителя 6, низкочастотного смесителя 7, высокостабильного низкочастотного гетеродина 8, узкополосного усилителя-ограничителя 9, измерителя разности фаз 10, опорного высокостабильного низкочастотного генератора 11. Каждый транспондер состоит из антенны транспондера 12 (16, 20), управляемого двунаправленного фазовращателя 13 (17, 21), однопортового усилителя высокочастотных колебаний 14 (18, 22), низкочастотного высокостабильного генератора транспондера 15 (19, 23).
Выход генератора высокочастотных колебаний 1 соединен с входом направленного ответвителя 2, при этом первый выход направленного ответвителя 2 соединены с входом передающей антенны 3 измерительной станции, при этом второй выход направленного ответвителя 2 соединен с первым входом высокочастотного смесителя 5, а выход приемной антенны 4 измерительной станции соединен со вторым входом высокочастотного смесителя 5, причем выход высокочастотного смесителя 5 соединен с входом широкополосного усилителя 6, выход которого соединен с первым входом низкочастотного смесителя 7, второй вход которого соединен с выходом высокостабильного низкочастотного гетеродина 8, при этом выход низкочастотного смесителя 7 соединен с входом узкополосного усилителя-ограничителя 9, причем выход узкополосного усилителя-ограничителя 9 соединен с первым входом измерителя разности фаз 10, второй вход которого соединен с выходом опорного высокостабильного низкочастотного генератора 11, при этом антенна транспондера 12 (16, 20) соединена с первым выводом управляемого двунаправленного фазовращателя 13 (17, 21), второй вывод которого соединен с выводом однопортового усилителя высокочастотных колебаний 14 (18, 22), при этом вход управления управляемого двунаправленного фазовращателя 13 (17, 21) соединен с выходом низкочастотного высокостабильного генератора транспондера 15 (19, 23).
Работает устройство, реализующее заявляемый способ определения расстояний от измерительной станции до нескольких транспондеров следующим образом.
В измерительной станции опорный высокостабильный низкочастотный генератор 11 генерирует непрерывные низкочастотные высокостабильные колебания, описываемые следующим выражением
где
Дополнительно сначала в измерительной станции с помощью низкочастотного высокостабильного гетеродина генерируют опорные колебания вида
где
При этом в транспондерах также генерируют низкочастотные колебания. Для начала рассмотрим только первый транспондер. В нем генерируют колебания с частотой
где
С помощью генератора высокочастотных колебаний 1 измерительной станции первоначально генерируют непрерывные высокочастотные колебания с частотой
Здесь и далее значение амплитуд сигналов не имеют принципиального значения, поэтому они могут совпадать.
Эти колебания через направленный ответвитель 2 с незначительными потерями энергии подают на передающую антенну 3 измерительной станции и излучают в направлении антенн 12 (16, 20) транспондеров. Высокочастотные колебания с частотой
где
Поскольку описываемая система является фазовой радиотехнической системой, то, не нарушая общности суждения, примем амплитудный множитель
Этот сигнал подают на первый вывод управляемого двунаправленного фазовращателя 13 (17, 21). Высокочастотный сигнал со второго вывода управляемого двунаправленного фазовращателя 13 (17, 21) подают далее на однопортовый усилитель высокочастотных колебаний 14 (18, 22). Далее усиленные высокочастотные колебания повторно подают на второй вывод управляемого двунаправленного фазовращателя 13 (17, 21), где в эти непрерывные высокочастотные колебания под действием сигналов управления от низкочастотного высокостабильного генератора транспондера 15 (19, 23) вводят монотонно нарастающий фазовый сдвиг. Если за время периода низкочастотного сигнала управления
где
После этого с первого вывода управляемого двунаправленного фазовращателя 13 (17, 21) трансформированные по частоте и фазе высокочастотные колебания подают на антенну 12 (16, 20) транспондера и переизлучают в направлении антенны 4 измерительной станции.
Проходя расстояние
Очевидно, что расстояния
Кроме того, частоту
Таким образом, принятые приемной антенной 4 измерительной станции высокочастотные колебания можно описать следующим выражением
Выходной мощностью генератора 1, усилением передающей и приемной антенн 3 и 4 измерительной станции, усилением антенны 12 (16, 20) транспондера, а также усилением однопортового усилителя высокочастотных колебаний 14 (18, 22) обеспечивают требуемую энергетику линий связи.
Принятые вторично антенной 4 измерительной станции, трансформированные по частоте и фазе, непрерывные высокочастотные колебания подают на второй вход высокочастотного смесителя 5, на первый вход которого подают часть энергии исходных непрерывных высокочастотных колебаний со второго выхода направленного ответвителя 2.
На выходе высокочастотного смесителя 5 присутствуют комбинационные составляющие разности исходных непрерывных высокочастотных колебаний и трансформированных по частоте непрерывных высокочастотных колебаний. Количество комбинационных низкочастотных составляющих определяется числом транспондеров, находящихся в радиусе действия системы. От первого транспондера появляется составляющая с частотой
Комбинационная низкочастотная составляющая от сигнала первого транспондера выглядит как
Видно, что в результате гомодинного преобразования сигналов в высокочастотном смесителе частота
В измерительной станции с помощью широкополосного усилителя 6 усиливаются все низкочастотные комбинационные составляющие, определяемые сигналами всех транспондеров, и имеющие частоты
Далее весь набор низкочастотных комбинационных составляющих подают на первый вход низкочастотного смесителя 7. На второй вход которого подают сигнал с выхода высокостабильного низкочастотного гетеродина 8, имеющего частоту
С помощью узкополосного усилителя-ограничителя 9 выделяют комбинационную низкочастотную составляющую разности с частотой
Далее этот низкочастотный сигнал подают на первый вход измерителя разности фаз 10, на второй вход которого подают сигнал опорного высокостабильного низкочастотного генератора 11. В результате на выходе измерителя разности фаз 10 получают
где
Нет необходимости устремлять величину
Таким образом, если время производства измерений относительно мало и разница частот высокостабильных низкочастотных генераторов также пренебрежительно мала, то членом
где
Надо понимать, что величина
Далее с помощью генератора высокочастотных колебаний 1 измерительной станции генерируют непрерывные высокочастотные колебания с частотой
где
После этого определяют величину
Откуда расстояние между антеннами измерительной станции и антенной первого транспондера определяют как
После этого изменяют частоту высокостабильного низкочастотного гетеродина 8 измерительной станции, делая ее равной
по которому определяют расстояние между антеннами измерительной станции и антенной второго транспондера
Далее повторяют всю описанную выше процедуру до тех пор, пока не определят расстояния до всех транспондеров, находящихся в радиусе действия системы. При этом изменяют только значение частоты гетеродина измерительной станции, настраивая ее на соответствующий транспондер
Народнохозяйственный эффект от использования предполагаемого изобретения связан с возможностью определения расстояний от антенн измерительной станции до антенн всех транспондеров, находящихся в радиусе действия системы. Этот эффект связан с известным упрощением конструкции системы, полученным за счет использования только одного канала усиления и измерения разности фаз низкочастотных сигналов, вне зависимости от числа используемых транспондеров.
Другой аспект повышения эффективности предполагаемого изобретения связан с тем, что производство измерений разности фаз на одной и той же частоте снимает вопрос о сопоставимости измеренных значений разностей фаз, полученных, например, средствами микроконтроллеров с использованием их модулей захвата и сравнения.
Изобретение относится к области техники радиотехнических средств позиционирования и может быть использовано, например, для управления движением подвижных объектов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции измерительной станции при обеспечении обработки сигналов нескольких транспондеров системы. В заявленном способе осуществляют генерирование в измерительной станции двух непрерывных высокостабильных низкочастотных колебаний, одного с неизменной частотой, другого с изменяемой частотой, с помощью которой осуществляют настройку измерительной станции на прием сигналов требуемого транспондера. При этом в измерительной станции генерируют высокочастотные колебания, частота которых известна, и ее значение изменяют дискретно во времени. При этом производят излучение высокочастотных колебаний через передающую антенну измерительной станции. Далее осуществляют прием этих колебаний во всех транспондерах системы и производят сдвиг частоты принятых высокочастотных колебаний на известную низкую частоту, которая у каждого транспондера своя. После чего осуществляют переизлучение, вторичный прием в измерительной станции и выделение комбинационных составляющих разности, с последующим измерением разности фаз этих комбинационных составляющих и сигналами местных низкочастотных генераторов. В результате получают требуемое количество разностей фаз, с помощью которых определяют расстояния от антенн измерительной станции до антенн каждого транспондера, находящегося в радиусе действия системы. 1 ил.
Способ определения расстояний от измерительной станции до нескольких транспондеров, характеризующийся тем, что в измерительной станции генерируют непрерывные высокочастотные колебания с частотой
причем передающую и приемную антенны измерительной станции незначительно разносят в пространстве, а расстояния
Способ определения четырех расстояний от каждой из двух измерительных станций до каждого из двух транспондеров | 2017 |
|
RU2665034C1 |
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ОТ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ ДО РЕТРАНСЛЯТОРА | 2016 |
|
RU2584972C1 |
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ОТ ИЗЛУЧАТЕЛЯ ДО КОНТРОЛИРУЕМОЙ СРЕДЫ | 2010 |
|
RU2436117C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ДАЛЬНОСТЕЙ ОТ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ | 2020 |
|
RU2742925C1 |
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ (ВАРИАНТЫ) | 2002 |
|
RU2234108C1 |
РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДВИЖУЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА | 2012 |
|
RU2510663C2 |
WO 2010076037 A1, 08.07.2010 | |||
JP 2011145196 A, 28.07.2011 | |||
WO 2007029519 A1, 15.03.2007. |
Авторы
Даты
2022-04-04—Публикация
2021-05-08—Подача