Устройство для измерения расстояния Советский патент 1993 года по МПК G01S15/08 

-

Ё

Изобретение относится к радиолокации и гидроакустике и может быть использовано 11 холотах и высотомерах. Целью изобретения является расширение.функциональных возможностей и повышение эффективности контроля малых расстояний. Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, генератор 2 треугольного напряжения, автогенератор 3, усилитель 4 мощности, четыре группы контактов 5,17,21,27 переключателя 6, две передающие антенны 7,19, две приемные антенны 8, 20, усилитель-ограничитель 14, гетеродин 15, инвертор 16, смесители 9, 22, усилители 10, 23, ограничители 11. 24, частотные дискриминаторы 12, 25, индикаторы 13, 26, перераспределитель мощности 18. Расширение функциональных возможностей достигается за счет перераспределения излучаемой мощности в двух направлениях. 5 ил.

00

о ю со ел

0.;

Изобретение относится к области радиотехники и гидроакустики и может быть использовано в высотомерах и эхолотах,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение эффективности контроля малых расстояний.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства изобретения; на фиг. 2 - схема автогенератора ч гетеродина ЧМ с варикапом; на фиг, 3 - диаграмма направленности излучения Р вертикальной плоско-. сти,

а) при больших глубинах (высотах),

б) при малых глубинах (высотах); на фиг. 4 - изменение частоты во времени в изобретении:

fur - изменение частоты гетеродина,

far тотг-о - изменение частоты автогенератора, излученных отраженных колебаний, когда дальность равна нулю,

forrto - изменение частоты отраженных колебаний, когда расстояние не равно нулю;

на фиг. 5 - изменение частоты во времени в. прототипе:

far изменение частоты излучаемых колебаний (автогенератора),

for-изменение частоты отраженных колебаний.

Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов 1, генератор треуголь- ног о напряжения 2, управляемый автогенератор 3, усилитель мощности 4, первая группа контактов 5, ручной переключатель 6, передающую антенну 7, приемную антенну 8, смеситель 9, усилитель 10, ограничитель 11, счетчик (частотный дискриминатор) 12, индикатор 13, усилитель-ограничитель 14, управляемый гетеродин 15, инвертор 16, вторую группу контактов 17, перераспределитель мощности 18, передающую антенну 19, приемную антенну 20, третью группу контактов 21, второй смеситель 22, второй усилитель 23. второй ограничитель 24, второй счетчик частоты (частотный дискриминатор) 25, второй индикатор 26, четвертую группу контактов 27.

Устройство (фиг. 1) состоит из последовательно соединенных генератора прямоугольных импульсов 1, генератора треугольного напряжения 2, управляемого автогенератора 3, усилителя мощности 4, через первую группу замкнутых контактов 5, ручного переключателя 6, передающей антенны 7, ось которой перпендикулярна кур- су движения носителя, при этом блоки 1 и 2 представляют собой модулятор, а блоки 3 и 4 ЧМ передатчик, последовательно соединенных приемной антенны 8, соосной передающей, смесителя 9, усилителя 10, ограничителя 11, частотного дискриминатора 12, индикатора 13, выход генератора прямоугольных импульсов 1 соединен с последовательно соединенными усилителем ограничителем 14, управляемый гетеродином 15, выход которого соединен со вторым входом смесителя 9, второй вход управляемого гетеродина соединен с выходом генератора треугольного напряжения 2, выход усилителя-ограничителя 14 соединен со входом инвертора 16, выход которого соединен со вторым входом автогенератора 3 при переключении первой группы контактов 5 и замыкании второй группы контактов 17, выход усилителя мощности 4 соединен с последовательно соединенными перераспределителем мощности 18, второй передающей антеной

19, ось которой ориентирована по курсу движения носителя, второй выход перераспределителя мощности 18 соединен со входом первой передающей антенны 7, последовательно соединенных второй приемной антенны 20, ось которой ориентирована по курсу движения, третьей группой контактов 21 переключателя 6, второго смесителя 22, второго усилителя 23, второго-ограничителя 24, второго счетчика частоты (частотный дискриминатор) 25, второго индикатора 26, при замыкании четвертой группы контактов 27 переключателя б, выход гетеродина 15 соединен со вторым входом второго смесителя 22.

Устройство работает следующим образом.

Оно измеряет средние и малые расстояния (высоты, глубины). На средних расстояниях, ориентировочно от 500 до 10 м

измеряют только высоту (глубину). Вторая передающая и вторая приемная антенны отключены, Первая передающая антенна 7 имеет диаграмму направленности излучения, а первая приемная антенна 8 имеет

диаграмму направленности приема, ориентированную только в сторону дна или поверхности земли (на фиг. 3 пунктир). Генератором 1 создают прямоугольные импульсы т периода повторения Т 2 г , которые подают в блок 2. Генератор 1 представляет собой симметричный мультивибратор. Генератором 2 создают треугольное напряжение периода Тм 2 т, которое подают на один из входов ЧМ автогенератор 3 с варикапом. Схема автогенератора с частотной модуляцией при помощи варика- па приведена на фиг. 2.

В устройстве изменение частоты осуществляется под воздействиями двух напряже

нйй: треугольного и скачкообразного (прямоугольного). Изменение прямоугольного напряжения осуществляют в каждый полупе- ряод треугольного (Тм/2). Поэтому напряже- н/ie с выхода генератора прямоугольного н эпряжения подают на усилитель-ограничи- толь 14, при помощи которого устанавливают н зобходимый уровень скачкообразного изме- н гния напряжения и-через инвертор 16 подают на второй вход автогенератора 3. При помощи автогенератора создают колебания, частоты которых меняют (штрих-пунктир фиг. 4 по треугольному закону с пределами девиации 2 Af и скачкообразно, например, на 300 Гц. В начале одного полупериода частоту re- Hi фатора увеличивают на 300 Гц, а в его конце уменьшают на 300 Гц. С автогенератора колебания подают на усилитель мощности 4, за- в передающую антенну 7, которой их излучают.

; Излученный сигнал после отражения от поверхности приходит к приемной антенне

2 r 8 с задержкой на время п -р-, где г расстояние, с - скорость распространения

вели (пунктир фиг. 4). Чем больше расстояние до отражающей поверхности, тем боль- шэ разность частот. Однако при весьма мгтых расстояниях при изменениях только пс треугольному закону разности частот весьма малые, т.е. периоды биений (Ts) очень большие, что приводит к необходимости увеличения 2 Д f. Поэтому в устройстве иь формационным признаком является раз- нссть частот гетеродина 15 и отраженных, Треугольные изменения частоты гетеродина 15 такие же как у автогенератора 3. Изменения, частоты гетеродина на 300 Гц оттичают по знаку от автогенератора 3 при помощи инвертора 16. Когда расстояние приближается к нулю, разность частот равна не нулю, а 300 Гц. Это увеличивает скэрость измерений и позволяет уменьшить 2 Af.

: Колебания гетеродина 15 подают на второй вход смесителя 9, который после смешивания отраженных колебаний (for) с котебаниями гетеродина (fret) выделяют ра жость - частоту биений Рб тгвт, for, а во. второй полупериод треугольного измене- ни ч Fe for. fret.

: Колебания частоты биений усиливают усилителем 10 и ограничивают амплитудные флуктуации ограничителем 11 при по- мо щи счетчика частоты 12 измеряют периоды биений, а при помощи индикатора регистрируют расстояния (глубины, высоты) . Cti

0

5

0

5

0 5 0

5 0

При нахождении на малых глубинах (высотах), например 10м, ручным переключателем б усилитель мощности подключают к перераспределителю мощности 18. к его выходах подключают первую и вторую передающие антенны, вторую приемную антенну подключают ко второму смесителю, ко второму входу которого подключают гетеродин. Перераспределитель мощности представляет собой, например, трансформатор с одной первичной обмоткой, которую подключают к усилителю мощности 4, и две вторичные, одну из которых подключают к первой передающей антенне 7, а вторую ко второй передающей антенне 19. При этом блоком 18 осуществляется перераспределение мощности, при котором в сторону дна (поверхности аэродрома) направляют 10%, а по курсу 90% мощности блока 4. Диаграмма направленности излучения антенн 7 и 19 и диаграмма направленности приема антенн 8 и 20 приобретает вид фиг. 36 (сплошные линии). Генератором 1 создают прямоугольные импульсы длительности г , периода повторения Т 2 г , а генератором 2 - треугольное напряжение. Автогенератором 3 создают колебания, частоту которых меняют по треугольному закону, усиливают их по мощности блоком 4, основную часть которой направляют в передающую антенну 19 и только 0,1 общей мощности в передающую антенну 7. Антенной 8 принимают сигнал, отраженный от дна (поверхности земли), смесителей 9, смешивают их с колебаниями гетеродина, усиливают огибающую биений блоком 10, ограничивают амплитудные флуктуации блоком 11, счетчиком частоты 12 измеряют период биений, индикатором 13 регистрируют глубину (высоту). Антенной 20 принимают сигналы, отраженные от объектов, расположенных впереди по курсу и направляют их в смеситель 22, смешивают их с колебаниями гетеродина 15, усиливают колебания частоты биений усилителем 23, ограничивают флуктуации амплитуд ограничителем 24, измеряют периоды биений счетчиком частоты 25, а индикатором 26 регистрируют расстояние до появившегося объекта и создают звуковой и световой сигналы опасности.

Устройство (эхолот, высотомер) позволяет осуществить одновременное измерение на двух разных шкалах дальностей (большой по курсу движения и малой по глубине или высоте) без синхронизации моментов начала излучения. Это повышает безопасность плавания (безопасность полетов) и расширяет их функциональные возможности при эффективном использовании мощности, В импульсных системах невозможно одновременное измерение на двух разных шкалах дальностях. Измерения весьма малых расстояний повышают скорость регистрации, что позволяет уменьшить девиацию (полосу частот) по сравнению с 5 прототипом, в котором частоту меняют только по треугольному закону. Это повышает эффективность контроля малых расстояний, Формула и зо бретения Устройство для измерения расстояния, 10 состоящее, из передающего тракта, включающего в себя последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, генератор треугольного напряжения, управляемый автогенератор, усилитель мощно- 15 сти, нормально замкнутые контакты переключателя и передающую антенну, ось которой ориентирован.а перпендикулярно курсу движения носителя,, и приемного тракта, включающего в себя последователь- 20 но соединенные приемную антенну, соос- ную передающей, смеситель, усилитель, ограничитель, частотный дискриминатор и индикатор, отличаю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воз- 25 можностей и повышения эффективности контроля малых расстояний, в него дополнительно .введены перераспределитель мощности, вторая передающая антенна, вторая, третья и четвертая группы нормаль- 30 но разомкнутых контактов переключателя,

Фие:1

But

управляемый гетеродин, последовательно Соединенные усилитель-ограничитель, вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, и инвертор, выход которого соединен с вторым входом управляемого автогенератора, а также второй приемный тракт, состоящий из последова1 тельно соединенных смесителя, усилителя; ограничителя, частотного дискриминатора и индикатора, при этом вход перераспределителя мощности через нормально разомкнутый контакт первой группы переключателя подключен к выходу усилителя мощности, первый выход перераспределителя мощности через вторую группу контактов переключателя соединен с первой передающей антенной, второй выход перераспределите ля мощности подключен к второй передающей антенне, первый вход управляемого гетеродина соединен с выходом усилителя- ограничителя, второй вход - с выходом генератора треугольного напряжения, а выход - с вторым входом смесителя первого приемного тракта, первый вход смесителя второго приемного тракта подключен через третью группу контактов переключателя к второй приемной антенне, а второй вход этого смесителя через четвертую группу контактов переключателя соединен с вторым входом смесителя первого приемного тракта.

Фиг.З

Фиг. 5