Способ приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антенными решетками Советский патент 1993 года по МПК G01S13/95 

Способ приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антенными решетками заключается в измерении разности фаз принятых сигналов между соответствующими элементами антенных решеток, измерении автокорреляционных функций электрического сигнала, характеризующего разность фаз для каждой пары соответствующих элементов антенных решеток и определении интервалов корреляции t (i - .номер пары)автокорреляционных функций и использовании для приема (передачи) сигнала k-ой пары элементов антенной решетки; для которой выполняется условие С , где L- расстояние до объекта, С- скорость распространения сигнала. . .

Устройство содержит две аналогичные антенные решетки 1 и 2, приемные фазометры 3, 4, корреляторы 5, 6, многоканальный самописец 7 (или цифропечатающее устройство) для регистрации функции автокорреляции фазовых флуктуации принимаемых (передаваемых) от объекта (к объекту) 8 сигналов, коммутатор 9, блок 10 передатчиков. .

Уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок происходит за счет уменьшения времени (длины трассы) распространения или увеличения базы разнесения между элементами антенных решеток 1 и 2, 1 ил.

Изобретение относится к области распространения радиосигналов в широком диапазоне частот, включая лазерное излучение, и может быть использовано в метеорологических радиолокационных системах. Цель изобретения - уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок.

Изобретение относится к. области распространения радиосигналов в широком

диапазоне частот, вкл ючая лазерное излучение, например, в метеорологических радиолокационных системах, .. . ..

. Известны способы приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антен-ными решетками. Однако, эти способы не обеспечивают оптимальной точности измерения (установки) разности фаз при приеме (передаче) сигналов от объекта (к объекту) двумя антенными решетками из-за влияния случайных турбулентных атмосферных флуктуационкых (тропосферных. и ионосферных) ошибок. : ....

Наиболее близким по технической.сущности к данному изобретению является способ приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антенными . решётками, включающий прием сигнала элементом каждой антенной решетки и измерение разности фаз принятых сигналов между соответствующими элементами антенных решеток. Однако, этот способ (прототип) также не обеспечивает оптимальной точности измерения (установки) разности фаз при приеме (передаче) сигналов от объекта (к объекту) двумя антенными решеткамииз-за влияния случайных турбулентных атмосферных флуктуационных (тропосферных и

ионосферных) фазовых ошибок.

Поэтому целью изобретения является уменьшение;влияния атмосферных фазовых ошибок.. . Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению предложенный способ приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антенными решетками, включающий прием сигнала элементом каждой антенной решетки и измерение разности фаз принятых сигналов между соответствующ ими элементами антенных решеток отличается тем, что измеряют автокорреляционные функции электрического сигнала, характеризующего разность фаз каждой пары соответствующих элементов антенных решеток л определяют интервалы корреляции fi(i-номер пары)автокорреляционных функций и для приема (передачи) сигнала используют k-.ю пару элементов антенной

решетки, для которой выполняется усло вие... . .

-r .

1, где: L-расстояние до объекта, а

G - скорость распространения сигнала.

Предложенный способ приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антенными решетками обеспечивает уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок и повышение точности измерения

(установки) разности фаз при приеме (передаче) сигналов от объекта (к объекту) двумя антенными решетками.

На чертеже дана функциональная схема интерферометрической системы (с двумя

антенными решетками), реализующей предложенный способ приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) двумя антенными решетками.

Интерферометрическая система (фиг. 1)

состоит, например, из двух аналогичных антенных решеток 1 и 2, каждая из которых имеет одинаковое число (п+1) элементов (О, 1, 2,...,,..., к,..., п). При этом соответствующие, например, i-тые, k-тые и т.д. пары элементов антенных решеток 1 и 2 объединены, образуя по отдельности 1-тый, k-тый и т.д. интерферометр с соответствующей базой разнесения этих парных элементов. Между элементами каждой, например, Нчэй, k-той

и т.д. пары включен приемный фазометр 3,

4 и т.д. с подключенным к йыходу соответствующим коррелятором 5, 6 и т.д. Выходы корреляторов 5, 6 и т.д. подсоединены к соответствующим входам м ногоканальногб самописца (или цифропечатающего устройства) 7 для регистрации функции автокорре- гяции фазовых флуктуации, принимаемых сигналов от объекта (цели) 8. Для передачи сигналов к объекту 8 каждая пара элементов j-тая, k-тая и т.д. через коммутатор 9 может г отключаться к блоку передатчиков 10.

Согласно изобретению предложенный с пособ приема (передачи) сигнала от объекта 8 (к объекту 8) двумя антенными решетками 1 и 2, включающий прием сигнала элементом каждой антенной решетки и измерение разности фаз (с помощью прием- - ых фазометров 3, 4 и т.д.) принятых сигналов между соответствующими элементами антенных решёток 1 и 2 отличается тем, что измеряют (с помощью ксррёлято- f о в 5, б и т.д.) автокорреляционные функции электрического сигнала, характеризующего разность фаз для каждой пары, например, i той, k-той и т.д. соответствующих элемён- тов антенных решеток 1 и 2.

Измеряемые автокорреляционные санкции атмосферных фазовых флуктуа- i ий с помощью приемных фазометров 3, 4 t т. д. и корреляторов 5, 6 и т.д. определяют в виде корреляционных характеристик

;; ; + ь- ; ; .

3Af/(7) Ay(t)A(t -r)dt

Т

0)

где: (t) и Ay (t - т) - реализации (временные функции атмосферных фазовых флуктуации - измеряемых разностей фаз с г омощью приемных фазометров 3, 4 и т.д.); Т - длительность реализаций или интервал усреднения (интегрирования) фазовых стуктуаций ; г- временной сдвиг между реализациями при их корреляционной обработке с помощью корреляторов 5, 6 и т.д. При г 0 согласно (1) определяют вели- чину дисперсии атмосферных фазовых

флуктуации О(р, т.е.

1

, т

2

A0(t)A0(t)dt.(2) 2 которая служит для определений величины

среднеквадратичной фазовой ошибки Otp . являющейся универсальной характеристикой статистических ошибок и представляющей собой результат статистического усреднения (интегрирования) согласно (1), (I) за длительность Т реализаций фазовых флуктуации,

Однако, эта универсальная характеристика не определяет фазовую ошибку за время распространения Тр принимаемых (передаваемых) от объекта (к объекту) 8 сиг5 налов, значительно меньшее длительности реализации Т и меньшее интервала корреляции Tk атмосферных фазовых флуктуации, при котором соблюдается условие замороженности атмосферы, т.е. Тр. к.

10 Как известно, для колмогоровско й модели флуктуации показателя преломления турбулентной атмосферы дисперсия атмосферных фазовых флуктуации определяется как

15

0§ a; Cr -k2 -L-85/3 (3)

при этом полагают, что В L0 - база разнесения между соответствующими элемента- ми парантенных решеток 1 и внешний масштаб неоднородностей турбулентной „. атмосферы, fir-коэффициент, зависящий от размера первой зхп. ы Френеля, равно- rovXL ; при этом о,- 0,7817 - в блидней зоне - зоне Френеля (области геометриче:.. -.- : , - ,: |2

скрй оптики), т.е, при L « -j-; а 0,391 кЭ- - - .,.; ;....

в дальней зоне - зоне Фраунгофера (обла |2 - .-. сти L -jri}. В дифракционной (промежуточной) области коэффициент , а очевидно, 0 меняется в пределах 0,391 - 0,7817; Cn структурная постоянная турбулентной атмосферы, типовое значение которой в оптическом и радиодиапазоне находится в

5 пределах от до k . - рволновое число; А - длина волны принимаемого (передаваемого) от объекта (к объекту) 8 излучения сигнала; I - расстояние (дистанция) до объекта 8 (или длина трассы рэспро- 0 странения); (0 - внутренний масштаб неоднородностей турбулентной атмосферы, Обычно В L

Интервал корреляции фазовых флуктуации оценивается величиной

S

где Ui - поперечная составляющая скорости дрейфа (ветра) неоднородностей турбулентной атмосферы;

0 Среднеквадратичная фазовая ошибка (ty .по определению является среднестатистической амплитудой флуктуационного процесса за время усреднения (интегрирования), равного длительности реализации Т, а величина tk дает

5 представление о том. на каком интервале времени в среднем имеет место коррелирован- ность между значениями (флуктуациями фаз) в случайном процессе изменения случайной величины (флуктуации фазы) в интервале наблюдения равного длительности реализации Т. Поэтому среднестатистическая скорость изменения фазовой ошибки определится как частное отделения среднеквадратичной ошибки ПсЯр на. величину интервала корреляции Tk флуктуации фазовой ошибки, т.е.

гт V

1/2иф;о. ({41(0) (5)

rU

где:ор - дисперсия (в степени 1 /2) дифференцированного случайного процесса - атмосферных фазовых флуктуации, полученная за время усреднения (интегрирования) равное длительности реализации

С

|Л L3 В7Ш (8)

М .-.. : . --... .

Т; Вф (0) - значение втбрй й производной от функции корреляции By)(г) при г 0. .Значение фазовой ошибки за время распространения Тр .. L/C- . ; --V. ;. :

Оф. (6); : :;у-л ;:.. :

Подставляя (3) и (4) в (6) и возводя в квадрат, получа.ем выражение для квадрата атмосферной фазовой ошибки . - -...; .

4,о:.

С учетом только (6) и (4) выражения (7) и (8) можно представить в более.простой форме ,: . : : - . ; ; :/; -: :. .: .

: 4.0. 4 -uf-/32-4 or

. Tk . В

.Таким образом, согласно (7) и (8) установлено, что квадрат среднеквадратичной

фазовой ошибки 4.0. пропорционален кубу времени (длины трассы) распространения и обратно пропорционален корню кубическому от величины В базы разнесения между соответствующим: элементами антенных решеток в диапазоне времени (длин трасс) распространения сигналов от объекта (к объекту) 8, меньших интервала пространственно-временной корреляции атмосферных фазовых флуктуации (ошибок), т.е.

4 гъили - 1.

Кроме того, согласно (9) установлено, что квадрат среднеквадратичной фазовой

ошибки 4-°- (без учета изменения дисперсии сф фазовой ошибки) пропорционален квадрату времени (длины трассы) распространения и обратно пропорционален квадрату величины В базы разнесения между соответствующими элементами антенных решеток в диапазоне времен (длин трасс) распространения сигналов от объекта (к

объекту) 3,.меньших интервала пространственно-временной корреляции атмосферных фазовых флуктуации (ошибок), т.е. L .... С Ъ

Ј- tk ИЛИ

L

Следовательно, согласно полученных результатов квадрат атмосферных фазовых

ошибок оф.о. возрастает нелинейно с увеличением времен (длин трасс) распространения и уменьшается нелинейно с увеличением баз разнесения соответствующих элементов антенных решеток в определенном диапазоне их пространственно-временных, параметров. Таким образом, доказано, что в диапазоне пространственно-временных параметров-j- 1 элементов антенных решеток

.

.L

интерфёрбметрйческой системы (фиг. 1) наблюдается уменьшение атмосферных фазовых ошибок пропорционально базе разнесения между соответствующими элементами антенных решеток.

Поэтому по измерениям автокорреляционных функций, электрического сигнала, характеризующего разность фаз для каждой- пары, например, i-ой, k-бй и т.д. соответствующих элементов антенных решеток 1 и. 2, определяют интервалы корреляции t (i - номер пар ы) автокорреляционных функций и для приема (передачи) сигнала используют k-ю пару Элементов антенной решетки, для

- .. . . . . - - , f -, .

которой выполняется, условие.-j- . 1,

где L- расстояние до объекта, а С- скорость распространения сигнала. . .

Определение интервалов корреляции TJ (i - номер пары) производят по данным измерений автокорреляционных функций, выведенных на многоканальный.самописец (или цифропечатающее устройство) 7, И-за- тем для приема (передачи) сигнала от объекта (к объекту) 8 используют каждую пару элементов антенных решеток 1 и 2, для которых выполняется условие .: 1. При

этом для передачи сигнала к объекту 8 каждую пару элементов антенных решеток 1 и

2, для которых выполняется условие1 подключают к блоку 10 передатчиков с помощью соответствующих элементов коммутатора 9.:

Введенный по предложенному способу пространственно-временной режим работы двух антенных решеток йнтерферометриче- екой системы (фиг. 1} обеспечивает достижение поставленной в изобретении цели:

уменьшение влияния атмосферных фазовых ошибок, с уменьшением времени (длины трэссы) распространения при приеме (пере- че) сигналов от объекта (к объекту) 8 и с

личенйем баз В разнесения соответст-

да ув

вуощих элементов антенных решеток 1 и 2 интерферометрической системы (фиг.1) при зличных изменениях метеорологических усповий, например, скорости DI дрейфа (ветра) неоднородностей турбулентной атмосферы, а следовательно позволяет при указанном выборе пространственно-временных параметров антенных решеток ин

Формула изобретения

Способ приема (передачи) сигнала от обьекта (к объекту) двумя антенными решетка ии, включающий прием сигнала элементов каждой антенной решетки и измерение разности фаз принятых сигналов между со- От зетствующими элементами антенных решеток, о т ли чаю щи и с я т@м, что, с целью уменьшения влияния атмосферных фазовых ошибок, измеряют автокорреляционные

Редактор С.Кулакова

Составитель А.Шефер Техред М.Моргентал

Заказ 503

Тираж

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

терферометричёской системы достичь близкий к оптимальному уровень атмосферных фазовых ошибок и близкую к оптимальной точность измерения (установки) разности фаз при приеме (передаче) сигналов от объекта (к объекту) 8 антенными решетками;

Предложенный способ применим в различного рода антенных системах с одной, двумя и многими антенными решетками в широком диапазоне частот, включая лазерное излучение, при различных изменениях метеорологических условий.

функции электрического сигнала, характеризующего разность фаз каждой пары соответствующих элементов антенных решеток, и определяют интервалы корреляции т (i - номер пары) автокорреляционных, функций и для приема (передачи) сигнала используют k-тую пару элементов антенной решетки, для

которой выполняется условие 1,

где L - расстояние до объекта, С - скорость распространения сигнала.

Корректор О.Кравцова

Подписное