8.2.3. Принцип измерения углов

Определение направления на цель осуществляется путем использования антенн направленного действия.

Простейшим видом направленной антенны является система, состоящая из двух ненаправленных вибраторов, разнесенных на некоторое расстояние d, называемое базой. Сигналы, принимаемые вибраторами от удаленного источника, одинаковы по амплитуде, но отличаются по фазе. Так, например, если фронт волны (1-1 на рис. 8.3) наклонен к базе А₁-А₂ под углом , то сигналы, принимаемые вибраторами, проходят пути, отличающиеся на

. (8.4)

Рис. 8.3. Разность хода при фазовом методе определения направления

Это приводит к сдвигу фаз между сигналами

(8.5)

или при малых углах

. (8.6)

Таким образом, определять направление прихода радиоволн (как говорят, – пеленговать источник излучения) можно путем измерения разности фаз между сигналами, принятыми разнесенными вибраторами (антеннами).

Как видно из приведенного примера, радиотехнический принцип измерения направлений вытекает из рассмотренного ранее принципа измерения разности расстояний. Действительно, величины и при фиксированной частоте колебаний пропорциональны, а с другой стороны разность расстояний при известной базе d однозначно определяет направление на источник  .

8.2.4. Принцип измерения радиальной скорости

Принцип измерения радиальной скорости в радиотехнике основывается на эффекте Допплера. Рассмотрим этот эффект, пренебрегая релятивистским изменением масштаба времени в движущейся системе.

Пусть фаза создаваемых генератором колебаний в момент t равна , где – частота генерируемых колебаний. Тогда фаза тех же колебаний, принятых на расстоянии R, .

Продифференцировав это выражение, получаем

. (8.7)

Сущность эффекта Допплера состоит в том, что частота принимаемых колебаний при изменении расстояния R зависит от радиальной скорости относительного перемещения приемника и передатчика

.

Разность между частотами принимаемых и передаваемых колебаний называется допплеровской частотой

или . (8.8)

Допплеровская частота – это частота, с которой движущаяся точка приема пересекает радиоволны за счет собственного перемещения. Если распространение радиоволн происходит в двух направлениях (туда и обратно), то допплеровский эффект сказывается два раза и тогда

. (8.9)

Допплеровская частота зависит только от радиальной составляющей скорости объекта. Поэтому, если объект движется по радиусу (вперед или назад) допплеровская частота будет максимальной. Когда цель перемещается в тангенциальном направлении, допплеровская частота равна нулю. Этот объект ведет себя как неподвижный, так как расстояние до него не меняется. Зная частоту передаваемых и принимаемых колебаний, можно найти допплеровскую частоту и радиальную скорость цели . Именно таким способом и измеряется радиальная скорость объектов в радиотехнических устройствах.

Принцип измерения угловых скоростей

Измерение угловых скоростей также основано на эффекте Допплера, но производится с помощью двух измерительных пунктов 1 и 2, разнесенных на некоторое расстояние. Пусть требуется измерить угловую скорость в рассмотренной выше системе, содержащей два ненаправленных приемных пункта (рис. 8.3). Если источник излучения перемещается и  переменно, то разность фаз между сигналами, принятыми в точках 1 и 2, будет также меняться. Скорость этого изменения, пропорциональная искомой угловой скорости , может быть получена путем дифференцирования формулы (8.5):

. (8.10)

где – фазы колебаний, принимаемых на пункте 1 и 2 соответственно.

Эта величина представляет собой разность допплеровских частот для разнесенных приемных пунктов . Действительно,

. (8.11)

Таким образом, измерив разность допплеровских частот двух разнесенных приемных пунктов, можем определить угловую скорость цели

. (8.12)

Важнейшим параметром измерительной системы является её точность. Существуют три основных группы факторов, вносящих ошибки в результаты измерений: условия распространения радиоволн, несовершенство измерительных устройств и наличие помех. Отклонения условий распространения радиоволн от нормальных (в частности, изменение скорости) обычно бывают небольшими, но трудно поддаются учету. Инструментальные ошибки, связанные с несовершенством оконечных устройств и нестабильностью работы различных элементов аппаратуры, снижаются по мере её совершенствования. Ошибка, вносимая помехами, зависит от отношения сигнал/шум.

Таким образом, основным показателем эффективности радиолокационной системы как с точки зрения обнаружения объектов, так и измерения их параметров, является отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума.

Использованная литература

Мельник Ю.А., Стогов В.Г. Основы радиотехники и радиотехнические устройства.- М.: Сов. Радио, 1973.

5