Глава 2 импульсный метод измерения дальности
Измерение дальности радиотехническими методами основано на постоянстве скорости и прямолинейности распространения радиоволн, которые выдерживаются в реальных условиях с достаточно большой точностью. Измерение дальности сводится к фиксации моментов излучения зондирующего сигнала и приема отраженного сигнала и измерению
Рис. 2.1. Структурная схема простейшей импульсной РЛС (дальномера)
временного интервала между этими моментами. Моменты времени фиксируются своего рода радиотехническими «зарубками» на радиоволне. Для этого широко используется импульсная модуляция зондирующего сигнала. При непрерывном излучении радиоволн применяют частотную модуляцию сигнала, а при фазовом методе измерений дальности можно вообще обойтись без специальной модуляции зондирующего сигнала.
Структурная схема импульсной дальномерной РЛС изображена на рис. 1.8. В РЛС используется одна антенна, как для передачи, так и для приема. Импульсный передатчик вырабатывает радиоимпульс длительностью tи, который через антенный переключатель (переключатель «прием - передача») попадает в антенну и излучается.
Отраженные импульсы, воспринимаются антенной, в паузах между зондирующими импульсами и поступают в приемник.
Принципиально для измерения дальности достаточно, чтобы зондирующий сигнал представлял собой одиночный импульс. При этом для сохранения радиолокационной ин формации на время, требуемое для измерения, можно использовать ЭЛТ с длительным послесвечением. Однако при одиночных импульсах труднее обеспечить требуемую с точки зрения заданных условий обнаружения общую энергию зондирующего сигнала. Поэтому в качестве зондирующего сигнала, облучающего цель, используется последовательность из определенного числа импульсов, следующих через равные интервалы Тп (квазипериодическая последовательность).
2.1. Условие однозначности измерения дальности.
Если цель неподвижна или медленно перемещается в радиальном направлении за время наблюдения, то отметка цели через каждый период повторения Тп будет появляться в одном и том же месте экрана ЭЛТ. Если при этом частота повторения Fп = 1/Тп превышает несколько десятков импульсов в секунду, то благодаря инерционности восприятия глаза длительного послесвечения экрана не требуется. Кроме того, с ростом частоты повторения Fп яркость отметки до определенного предела увеличивается.
Частоту повторения импульсов Fп выбирают из условия однозначности отсчета дальности. Дальность измеряется однозначно лишь в тех случаях, когда tз<Тп.
Поэтому, выбирая период повторения импульсов при заданной максимальной дальности Dmax следует исходить из условия:
Тп tз max =2Dmax/c.
Частота повторения импульсов, с-1 (имп/с)
Fп = 1/Тп<с/2Dmах,
с учетом времени восстановления рабочего состояния отдельных устройств РЛС, обусловленного, в частности, конечной длительностью обратного хода развертки Fmax = с/2D mах, где а 0,8.
В принципе неоднозначность измерения дальности устранима за счет введения в схему дополнительных устройств, изменяющих один из параметров зондирующих импульсов (несущую частоту, частоту повторения и др.). Такая модуляция зондирующих импульсов часто именуется вобуляцией. Если импульсы имеют, например, различные несущие частоты, то для устранения неоднозначности можно использовать частотную селекцию с помощью многоканального приемного устройства. Рассмотрим подробнее вобуляцию межимпульсных интервалов. Она может быть непрерывной или дискретной.
На рис. 2.2, а показана временная диаграмма сигналов uс для двух дискретных значений интервала между зондирующими импульсами Тп1 и Тп2. Имеются две цели (импульсы 1 и 2 на рис. 2.2, а). Первой (1) соответствует время запаздывания отраженного сигнала tз1 удовлетворяющее условию однозначности, цель (2) характеризуется временем запаздывания t32» превышающим период повторения Fп, и является «двузначной». Если теперь перейти от временного графика к изображению на экране ЭЛТ (рис. 2.2, б), то первая цель даст отметку в одной и той же точке развертки на неизменном относительно начальной точки отсчета расстоянии сt31/2 независимо от изменения периода повторения. Отметка же второй цели будет смещена относительно начальной точки отсчета от:
с(tз2 - Тп1)/2 до с(t32 - Tп2)/2),
что и является признаком неоднозначности. Кроме того, в случае неоднозначности отсчета дальности отраженный сигнал отсутствует не только при t3 » 0 (из-за запирания приемника), но и при t3 ~ Tп, 2Tп, ... Соответствующие этим запаздываниям дальности иногда именуются «слепыми».
Рис. 2.2. Вобуляция периода повторения импульсов: а - временная диаграмма, б - изображение на экране ЭЛТ