Радиолокационный измеритель характеристик каналов распространения радиоволн Советский патент 1985 года по МПК G01S13/34 

тон и, вторые входы iкоторых соединен с выходом генератора стробов дальности, выход первого элемента И подключей к тактовым входам измерителя временных интервалов, измерителя амплитуды видеоимпульсов и фазометра а также входу элемента задержки и входу Сброс двоичного реверсивного счетчика, выход генератора запускающих импульсов подключен к запускающему входу измерителя временных интервалов, выход видеосигнала прием ника подключен к информационным входам измерителя временных интервалов и измерителя амплитуды видеоимпульсо выходы которых соответственно подключены к первому и второму входам регистрирующего блока, третий, инфор мационный, вход которого соединен с выходом двоичного реверсивного счетчика, вход управления записью, вход сложения и вход вычитания которого соединены соответственно с выходами элемента задержки и четвертого и пятого элементов И, выход RS-триггер подключен к первому входу четвертого элемента И, входу генератора импульсов , выход которого подключен к первому входу пятого элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом четвертого элемента И и соединен с выходом генератора счетных импульсов, а на ответной станции дополнительно введены счетный триггер, три элемента И, второй и третий, элемент задержки, двоичный реверсивный счетчик, генератор счетных импульсов, счетный триггер, когерентный гетеродин. фазометр, аттенюатор и элемент ИЛИ, при этом выход порогового блока подключен к входу счетного триггера, прямой и инверный выходы которого подключены .соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, выход первого элемента И подключен к взсоду второго элемента задержки, тактовому входу фазометра и первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а выход элемента ИЛИ подключен к входу передатчика, выход которого через аттенюатор подключен к первому информационному входу фазометра, второй информационный вход которого соединен с выходом когерентного гетеродина, вход которого соединен с радиочастотным выходом приемника, выход двоичного реверсивного счетчика подключен к входу третьего элемента задержки и к прямому входу RS-триггера, инверсный вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, вход предустановки разрядов, вход управления записью и вход вычитания двоичного -реверсивного счетчика соединены соответственно с выходом фазометра , вы ходом второго элемента задержки и выходом третьего элемента И.

1

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для измерения затухания, фазового сдай- . га и времени распространения радиоимпульсного сигнала, зондирующего канал распространения радиоволн.

Цель изобретения - повьшение точности измерения путем учета фазового сдвига сигнала.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема радиолокацион кого измерителя осаоактеристик канала распространения радиоволн; на фиг. 2 - эпюры напряжений Ла выходах отдельных элементов схемы, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из запросной станции 1 и ответной станции 2, при этом запросная станция 1 содержит антенну 3, антенный переключатель 4, передачик 5, приемник 6, пороговый элемент 7, аттенюатор 8, когег рентный гетеродин 9, фазометр 10, генератор запускающих импульсов I1, 3 генератор стробов дальности 12, элемент ИЛИ 13, счетный триггер 14, элемент задержки 15, двоичный реверсивный счетчик 16, пять элементов И 17-21, измеритель 22 временных интервалов, измеритель 23 амплитуды видеоимпульсов, регистрирующий блок 24, RS-триггер 25, генератор 26 счетных импульсов, генератор импуль,сов 27, а ответная станция 2 содержит антенну 28, антенный переключатель 29, передатчик 30, приемник 31 пороговый блок 32, три элемента задержки 33-35, счетный триггер 36, три элемента И 37-39, RS-триггер 40 генератор 41 счетных импульсов, дво ичный реверсивный счетчик 42, когерентный гетеродин 43, фазометр 44, аттенюатор 45 и элемент ИЛИ 46. Устройство работает следуюпщм образом. Измерение характеристик канала распространения радиоволн устройством осуществляется периодически с периодон равным двум периодам(первый и второй ) повторения излучаемых запросной станцией 1 радиоимпульсов В первом периоде повторения в за- . просной станции 1 по принятому от ответной станции 2 радиоимпульсу измеряются затухание в обратном канале и суммарное время распространения радиоимпульса в прямом и обратном каналах. В первом же периоде повторе ния в запросной станции 1 и ответной станции 2 в моменты приема радиоимпульсов измеряются и запоминаются разности фаз между принимаемым и излучаемым радиоимпульсами. Во втором периоде повторения после приема радиоимпульса от запросной станции 1 значение измеренной в ответной станции. 2 разности фаз передается в запросную станцию 1 путем дополнительной временной задержки ( времяимпульс ной модуляции ) излучаемого ответного радиоимпульса,Б запросной станции 1 ;дополнительная временная задержка : принятого ответного радиоимпульса преобразуется в значение измеренной в ответной станции 2 разности фаз, которая суммируется с разностью фаз измеренной в запросной станции 1. Результатом суммирования является фазовый сдвиг, вносимый прямым и об ратным каналами распростране 774В синхронном режиме .работы запросной 1 и ответной 2 станций ус.тройство работает следующим образом. Генератор запускающих импульсов 11 формирует периодическую последовательность импульсов, период повторения которой больше удвоенного времени распространения сигнала от запросной 1 до ответной 2 станции (фиг. 2 а ). Генератор стробов дальности 12 из поступающей на его вход последовательности запускающих импульсов формирует последовательность стробов дальности - импульсов дли.тельности Т, временное положение которых соответствует ожидаемому мо- менту приема ответных радиоимпульсов без времяимпульсной модуляции (фиг, 26). В первом периоде повторения передатчик 5 запросной станции 1 в момент прихода на его вход импульса с выхода генератора 11 запускающих импульсов генерирует радиоимпульс со случайной начальной фазой ф на несущей частоте tOp длительное стью и, который через антенный переключатель 4 поступает в антенну 3 и излучается в направлении на ответную станцию 2. Длительность Т излучаемого радиоимпульса выбирается много большей ожидаемого размаха флуктуации группового времени запаздывания в исследуемом радиоканапе. Одновременно с излучением радиоимпульс с выхода передатчика 5 запросной станции 1 через аттенюатор 8 поступает на вход когерентного гетеродина 9, который запоминает начальную фазу излучаемого рйдиоимпульса. В момент излучения выходной импульс генератора 1 1 запускакгщим импульсов поступает через элемент ИЛИ 13 на вход счетного триггера 14 и переключает его в единичное состояние : на прямом выходе счетного триггера 14 устанавливается высокий потенциал (фиг.. 2 в), а на инверсном - низкий (фиг. 2 г). Излученный запросной станцией 1 радиоимпульс проходит прямой канал распространения, принимается антенной 28 ответной станции.2 и через антенный переключатель 29 поступает на вход приемника 31. С радиочастотного выхода приемника 31 принятый радиоимпульс подается на вход когерентного, гетеродина 43, который запоминает его начальную фазу, равную, с учетом фазового сдвига Л%, полученного при распространении в прямом канале, (, . Импульс с видеовыхода приемника 31 формируется пороговым элементом 32 по амплитуде (фиг. 2- д ), поступает на вход счетного триггера 36 и переключает его в единичное состояние: на прямом выходе триггера 36 устанавливается высокий (фиг. 2 е), а на инверсном - низкий (фиг. 2 ж) потенциал. При этом первый элемент И 37, подключенный к прямому выходу счетного триггера 36, будет открыт и выходной импульс порогового элемента 32, задержанный на время t в первом элементе задержки 33, поступает через первый элемент И 37 (фиг. 2 з) и элемент ИЛИ 46 (фиг. 2 и) на вход передатчика 30.

Задержка t (l-2)ti необходима для исключения перекрытия во времени принимаемого и излучаемого ответной станцией 2 радиоимпульсов. Передатчик 30 ответной станции 2 в момент прихода на его вход импульса с выхода элемента R)IH 46 генерирует радиоимпульс со случайной начальной фазой 2 на несущей частоте ы длительности который через антенный переключатель 29 поступает в антенну 28 и излучается в направлении на запросную станцию 1. Одновременно с излучением радиоимпульс с выхода передатчика 30 поуступает через аттенюатор 45 на вход фазометра 44. Запускаемый поступающим на его вход (тактовый) импульсом с выхода первого элемента И 37(фиг. 2 з фазометр 44 измеряет разность фаз Ч , между колебаниями когерентного гетеродина 43 и излучаемым радиоимпульсом Ч -, + 44 - (г. Значение измеренной разности фаз V, с выходов разрядов, фазометра 44 в параллельном двоичном коде, соответствующем десятичному числу m ( )-(), где N - число выходньпс разрядов фазометра 44, поступает на входы предустановки N разрядов двоичного реверси-, ного счетчика 42. Запись кода в-двоичный реверсивный счетчик 42 .происхо дит в момент поступления на вход . управления записью импульса с выхода второго элемента задержки 34, вход которого подключен к выходу первого элемента И 37. Величина задержки во втором элементе задержки 34 равна

времени измерения разности фаз фазометром 44.

Излученный ответной станцией 2 радиоимпульс проходит обратный канал распространения, принимается антенн 3 запросной станции. 1 и через антенный переключатель 4 поступает на вход приемника 6. Так как счетный триггер 14 в этом.периоде.повторения находится в единичном состоянии (фиг. 2 в,г), то строб дальности (фиг. 2 б) с выхода генератора 12 стробов дальности поступает первый через элемент И 17 (фиг. 2 к) на тактовые входы измерителя 22 временных интервалов, измерителя 23 амплитуды видеоимпульсов и фазометра 10. Измеритель 22 временных интервалов, представляющий собой преобразователь время - код, в момент прихода на его такзайый вход строба дальности формирует двоичный код пропорциональный временному интервалу между импульсом, поступающим на запускающий вход измерителя 22 временных интервалов с выхода генератора запускающих импульсов 11, и импульсом с видеовыхода приемника 6, поступающим на информационный вход измерителя временных интервалов. Сформированный двоичный код с учето задержки , вводимой первым элементом задержки 33 в ответной станции 2, определяет время распространения радиоимпульса в прямом и обратном каналах. Измеритель 23 амплитуды видеоимпульсов, представляюйдай собо пиковый детектор и преобразователь напряжение - код, формирует двоичный код, пропорциональный амплитуде импульса с видеовыхода приемника 6. Измеренная амплитуда видеоимпульса определяет при известной мощности излучаемого ответной станцией 2 радиоимпульса затухание сигнала в обратном канале. С выходов разрядов измерителя 22 временных интервалов и измерителя 23 амплитуды видеоимпульсов двоичные коды поступают в регистрирующий блок 24..Фазометр 10 запросной станции 1 в момент прихода на его тактовый вход строба дальности измеряет разность фаз / между принимаемыми ответным радиоимпульсом, начальная фаза которого с учетом фазового сдвига /ЛЧ полученного при распространении в обратном канале, -равна Ч и коебаниями когерентного гетеродина

9: /2 2 2 Разность фаз

/2 в параллельном двоичном коде, j соответствующем десятичному числу п () (), где N - число выходных разрядов фазометра 10, поступает на входы предустановки разрядов двоичного реверсивного счетчи- 10 ка 16.

Запись двоичного кода в двоичный реверсивный счетчик 16 происходит в момент поступления на его вход управления строба дальности с выхода 15 элемента задержки 15. Величина заержки в элементе задержки 15 равна времени измерения разности фаз фазометра 10. Перед записью кода в двочный реверсивный счетчик 16 послед- 20 ИИ предварительно обнуляется поступающим на вход Сброс стробом дальности с выхода первого элемента И 17.

Во втором периоде повторения в момент излучения радиоимпульса запросной станцией 1 счетный триггер 14 импульсом, поступающим на его вход через элемент ИЛИ 13 с выхода генератора 11 запускающих импульсов, переключается в нулевое состояние (фиг. 2 в, г). Счетный триггер 36 в момент приема ответной станцией 2 радиоимпульса, излученного запросной станцией 1,импульсом с выходапорого-г 35 вого блока 32 (фиг. 2 д/ также переключается в нулевое состояние (фиг. 2 е, ж). При этом открытым оказываетсявторой элемент И 38 и импульс с выхода первого элемента- задержки 33 поступает через второй элемент И 38 (фиг. 2 л) на вход установки в единицу RS-триггера 40. Третий элемент И 39, вход которого подключен к выходу RS-триггера 40, открыва ется и- выходные импульсы генератора 41 счетных импульсов поступают на вход вычитания двоичного реверсивного счетчика 42. При равенстве числа счетных импульсов, поступающих 50 на вход вычитания двоичного реверсивного счетчика 42, числу т, записанному в-нем в предыдущем периоде повторения, на выходе переноса при вычитании двоичного реверсивного счетчи-55 ка 42 появляется импульс переноса, который, поступая на вход установки . в нуль RS-триггера 40, переводит его

в нулевое состояние, и третий элемен И 39 закрывается.

Временная задержка Сф. импульса с выхода переноса при вычитании двоичного реверсивного счетчика 42 относительно импульса с выхода первого элемента задержки 33 равна bif m х

1, где Т с-ц - период повторения счетных импульсов генератора 41 счетных импульсов. Импульс переноса при вычитании поступает через третий элемент задержки 35 и элемент ИЛИ 46 (фиг. 2 и ) на вход передатчика 30, и ответная станция 2 излучает в направлении на запросную станцию 1 радиоимпульс. Таким образом, излучаемый во втором периоде повторения ответной станцией 2 радиоимпульс име по сравнению с радиоимпульсом, излучаемым в первом периоде повторения, дополнительную временную задержку t fi + t (фиг. 2 п) , определяемую значением измеренной в первом периоде повторения разности фаз 7;:- / тТ сч ( Y, /360) ( )Тсч и фиксированной задержкой t, вводимой третьим элементом задержки 35.

Задержка t (l-2)f необходима для выделения при приеме в запросной станции 1 ответных радиоимпульсов второго периода повторения от ответных радиоимпульсов первого периода повторения в том случае, когда измеренной разности фаз соответствует нулевая временная задержка. Максимальная величина задержки С, выбирается из условияс1 , где период повторения излучаемых запросной станцией 1 радиоимпульсов, Тт) - задержка строба дальности относительно запускающего импульса. Период следования счетных импульсов генератора 41 счетных импульсов определяется величиной и числом выходных разрядов фазометра 44:

.Тсч , (2- -1 ).

При приеме во втором периоде повторения ответного радиоимпульса заг просной станцией 1 счетный триггер 14 находится в нулевом состоянии (фиг. 2 в ) и строб дальности с генератора 12 стробов дальности поступает на подключенные к выходу второго элемента И 18 (фиг. 2м/ вход третьего элемента И 19 и выход установки в единицу RS-триггера 25.

; Так как поступающий на другой вход третьего элемента И 19 импульс с выхода порогового блока 7 (фиг. 2 н имеет относительно строба дальности (фиг. 2 м)задержку , то импульс на выходе третьего элемента И 19 отсутствует. RS.-триггер 25, на вход установки в нуль которого поступает импульс с выхода порогового блока 7 (фиг-. 2 формирует импульс, длительность которого равна временной задержке t ( принимаемого ответного радиоимпульса относительно строба дальности. Сформированный импульс поступает на вход четвертого элемента И 20, другой вхо которого подключен к выходу генерато ра 26 счетных импульсов. Период следования счетных импульсов генератора 26 счетных импульсов равен периоду следования счетных импульсов генератора 41 счетных импульсов, число импульсов, поступающих с выхода четвертого элемента И 20 на вход сложения двоичного реверсивного счетчика 16, будет равно k ч/Тсч + t,/T m -I+ га, здесь т . Б двоичном реверсивном счетчике 16 число k суммируется с числом п, соответствующим измеренному в предыдущем периоде повторения значению разности фаз п + k п + m + , Генератор 27 импульсов, запускаемый задним фронтом выходного импульса RS-триггера 25, формирует импульс , длительность которого равна временной задержке t , вводимой третьим элементом задержки 35. Сформированный импульс поступает на вход пятого элемента И 21, другой вход которого подключен к выходу генератора 26 счетных импульсов, и на вход вычитания двоичного реверсивного счетчика 16 с выхода пятого элемента И 21 -поступает т- ,, импульсо Остающийся после вычитания в двоичном реверсивном счетчике 16 двоичный код соответствует десятичному числу k+-n-m(j m + mjj+n-mo m + п, которое соответствует сумме разностей фаз и 4 , измерен ных в предыдущем периоде повторения в ответной 2 и запросной 1 станциях ,дф.ф,ф, ,-У. Полученная сумма V , равна сулмарлому фазовому сдвигу радиоимпульса при его распростране7710НИИ в прямом и обратном каналах. С выходов -двоичных разрядов двоичного реверсивного счетчика 16 суммарный фазовый сдвиг У в параллельном двоичном коде поступает в регистрирующий блок 24. Так как фазометры 10 и 44 запросной 1 и ответной 2 станций измеряют разности фаз Ч и / в пределах 0-360 град, то суммарный фазовый сдвиг измеряется в пределах 0-720 град. Регистрирующий блок 24 представляет собой любое устройство для записи двоичных кодов на перфоленту или магнитную ленту. Для синхронизации работы регистрирующего блока 24 используется строб дальности с выхода второго элемента И 18. С излучением запросной станцией 1 следующего радиоимпульса устройство работает описанным выще образом. Процесс вхождения в синхронизм запросной 1 и ответной 2 станций после включения устройства происходит следующим образом. В момент включения устройства состояние счетных триггеиов 14 и 36 может быть любым из двух возможных. Из четырех возможных пар состояний две пары, когда счетные триггеры 14 и 36 находятся в одинаковых состояниях (фиг. 2 в, е соответствуют описанной выше синхронной работе. Рассмотрим две другие возможные пары состояний. Пусть в момент включения устройства счетный триггер 14 находится в единичном состоянии, а счетный триггер 36 - в нулевом. Тогда в момент излучения радиоимпульса запросной станцией 1 счетный триггер 14 импульсом с выхода генератора 11 запускаюа их импульсов через элемент ИЛИ 13 переключается в нулевое состояние, а счетный триггер 36 в момент приема радиоимпульса ответной станцией 2 выходным импульсом порогового элемента 32 переключается в единичное состояние. Так как при этом открывается подключенный к прямому выходу счетного триггера 36 первый элемент И 37, то ответная станция 2 излучает радиоимпульс без дополнительной временной задержки. Поскольку счетный триггер 14 в момент приема радиоимпульса запросной станцией 1 находится в нулевом состоянии, то второй элемент И 18, подключенный к инверсному выходу счетного триггера 14, открыт и строб дальности с выхода генератора 13 стробов дальности поступает через второй элемент И 18 на вход третьего элемента И 19. Так как поступающий на другой вход третьего элемента И 19 выходной импульс порогового элемента 7 совпадает во времени со стробом дальности, то импульсом с выхода третьего элемента И 19 череэ элемент ИЛИ 13 счетный триггер 14 переключается в единичное состояние. В момент излуче ния запросной станцией 1 следующего радиоимпульса счетный триггер 14 переключается в нулевое состояние, счетный триггер 36 в момент приема радиоимпульса ответной станцией 2 переключается также в нулевое состояние-, и устройство начинает работать в синхронном режиме. Пусть теперь в момент включения устройства счетный триггер 14 находится в нулевом состоянии, а счетный триггер 36 - в единичном. Тогда в момент излучения радиоимпульса запросной станцией 1 счетный триггер 712 14 переключается в единичное состоя ние, а с,четный триггер 36 в момент приема радиоимпульса ответной станцией 2 - в нулевое состояние. Ответная .станция 2 излучает в этом случае радиоимпульс с дополнительной временной задержкой. При приеме запросной станцией 1 ответного радиоимпульса третий элемент И 19 закрыт и состояние счетного триггера 14 не изменяется. В момент излучения запросной станцией 1 следующего радиоимпульса счетный триггер 14 переключается в нулевое состояние, а счетный триггер 36 в момент приема радиоимпульса ответной станцией 2 - в единичное состояние. Далее цроцесс вхождения в синхронизм запросной и ответной станций протекает аналогично описанному. Таким образом, время установления синхронной работы запросной и ответной станций 2 с момента включения устройства не превышает двух периодов повторения излучаемых запросной станцией 1 радиоимпульсов.

38 - 0

Ш - J5 -- 42. -г 5

0

ч -9

чв

Фиг. 1

(уОбе.2