но постоянными. При этом значение коэффициента k поддается оценке и измерение мощности на входе или выходного напряжения приемника позволяет более или менее точно определить дальность цели. В радиовзрывателях, как правило, непрерывного измерения выходного напряжения приемника не производят, а фиксируют достижение им некоторого конкретного ( порогового ) значения, соответствующего заданной дальности, при котором осуществляется подрыв боевого заряда ракеты.

Частотные методы

Частотный метод определения дальности основан на использовании частотной модуляции излучаемых непрерывных колебаний; время запаздывания определяется путем измерения разности частот излучаемых колебаний и отраженного сигнала.

от цели будет характеризоваться таким же графиком, но смещенным нправо по оси времени на tr (пунктирная линия иа рис. 25-19, а). Рисунок 25-19,6 иллюстрирует изменение разностной частоты; если fr< С7 м,то разностную частоту можно считать практически постоянной. При условии, что время запаздывания много меньше периода модуляции частоты, а также что сама разностная частота /р много больше частоты модуляции FK = l/TM, с достаточной точностью справедлива формула

/,= 4fma/m г, (25-30)

т. е. разностная частота и дальность цели связаны линейной зависимостью. Из (25-30) получим:

f И) чаемые к колебания

Отраженные колебания .

Рис. 25-19. К частотному методу измерения дальности.

по частоте- tr ~ запаздывание отраженного сигнала.

На рис. 25-19, а показано изменение частоты излучаемых колебаний по симметричному пилообразному закону (сплошная линия). Частота колебаний после отражения

(25-31)

Рис. 25-20. Схема частотного дальномерного устройства.

Интервал однозначного измерения дальности определяется периодом частотной модуляции Ты и обычно принимается

Ьгока=--сТ№. (25-32)

Частотное дальномериое устройство приведено на рис. 25-20. Частотно-модулированные колебания излу- чаются антенной передатчика; небольшая часть мощности зондирующего сигнала поступает в приемник. Эта часть сигнала используется в качестве опорного напряжения при выделении разностной частоты в смесителе. Принятые приемной антенной сигналы также подводятся к смесителю приемника. Образовавшиеся после смесителя колебания разностной частоты усиливаются, ограничиваются по амплитуде и поступают в анализатор частоты. Анализатор может быть одноканальным или многоканальным. В первом случае он может представлять собой одиночный фильтр с полосой пропускания Арф и какое-либо сигнальное устройство, например измеритель напряжения. В процессе измерения фильтр должен перестраиваться в диапазоне разностных частот. При попадании сигнала в полосу фильтра (что фиксируется измерите-лем выходного напряжения) по частоте на- стройки фильтра судят о разностной частоте, а следовательно, о дальности цели.

Одиоканальный анализатор характеризуется простотой устройства. Серьезный недостаток дальномера с одноканальным анализатором состоит в большом времени анализа наличия целей по всему диапазону дальностей.

Многоканальный анализатор включает набор фильтров, перекрывающих весь диапазон разностных частот. Если полоса пропускания отдельного фильтра АЕф, а диапазон частот составляет (/р)Макс (fp) мин,

то необходимое число фильтров, а следовательно, и каналов равно:

(р)макс (fр)мин .ос п ,

Пф=---- . (25-33)

Многоканальный анализатор более сложен и громоздок, но он позволяет анализировать весь диапазон дальности одновременно.

Наличие нескольких целей на разной дальности приведет к одновременному появлению на выходе смесителя нескольких сигналов с различными разностными частотами. При использовании линейной частотной модуляции каждой цели будет соответствовать определенная разностная частота; , кроме того, на выходе смесителя будут об-: разовываться и комбинационные частоты. Однако если имеет место значительное превышение опорного напряжения над напряжением входных ответных сигналов, то амплитуды комбинационных частот будут очень малы и их можно не принимать во внимание, а считаться с наличием только основных разностных частот. * При условии, что спектр излучаемых колебаний более узок, чем полоса фильтра (а так практически и бывает), потенциальные составляющие точности измерения и разрешающей способности по дальности частотного дальномера определяются шириной полосы пропускания отдельного фильтра.

Разрешающая способность равна:

6(г)пот= -~ТГ (2534а)

Потенциальная точность может быть оценена следующим образом. При попадании сигнала в полосу пропускания одного из фильтров частота сигнала принимается равной резонансной частоте фильтра. С одинаковой вероятностью реальное значение средней частоты сигнала может лежать в любой точке в пределах полосы пропускания, поэтому среднеквадратичное значение ошибки при этом будет равно:

1 сДЕф

вины периода частотной модуляции результирующее значение разностной частоты равно разности указанных составляющих f = -fP-/доп, а во вторую половину - их сумме: fr =/p+fHOn. Указанное положение иллюстрируется рис. 25-21, а, где график,

о(г)пот =

(25-346)

2Уз 4Р Д/М

Все сказанное выше относилось к измерению дальности целей неподвижных относительно измерительного устройства.

Если цель движется, то смещение частоты отраженного сигнала за счет эффекта Допплера (см. 420) приводит к возникновению дополнительной ошибки определения дальности: разностная частота на выходе смесителя будет содержать как составляющую, зависящую от дальности цели, fP, так и неизвестную допплербвскую составляющую f доп. В течение первой поло-

* При движении цели относительно источника облучающих ее радиоволн частота принимаемых отраженных сигналов имеет допплеровский частотный сдвиг относительно частоты излучаемых колебаний. Допплеровский сдвиг равен удвоенному отношению радиальной скорости цели к длине волны излучаемых колебаний.

Рис. 25-21. К влиянию эффекта Допплера при частотном методе измерения дальности.

характеризующий частоту отраженных сигналов, смещен вверх на допплеровскую частоту /доп. Если осуществлять раздельное измерение разностной частоты за каждую половину периода модуляции (см. рис. 25-21,6), то можно определить и расчетное значение разностной частоты (дальность) и допплеровское смещение (т. е. скорость цели):

fv + K

h = о : (25-35)

/доп-

(25-36)

Сложность подобных устройств пока исключает их практическое применение.

Точность измерения дальности снижается вследствие случайных изменений пределов частотной модуляции (Д/м) и значения частоты модуляции (Ем); соответствующие погрешности составляют 2-3% измеряемой величины.

К основным достоинствам частотных дальномеров относятся возможность измерения очень малых дальностей (до десятков сантиметров) и возможность использования передатчиков малой мощности (как у всех станций с непрерывным излучением).

Основные недостатки: необходимость использования либо двух антенн, либо сложного устройства для разделения излучаемых и принимаемых колебаний (как у всех станций с непрерывным излучением); ухудшение чувствительности приемника вследствие просачивания в приемный тракт излучения передатчика, которое подвержено случайным изменениям (как у всех станций с непрерывным излучением); высо-

- кие требования к линейности изменения частоты при необходимости одновременного наблюдения нескольких целей. .

Частотный метод измерения дальности находит применение в самолетных высотомерах малых высот. В этом случае имеется только одна хорошо отражающая цель - земная поверхность, что позволяет применить в высотомере наиболее просто реализуемый закон модуляции.- синусоидальный. Если изменения частоты излучаемых колебаний подчинены синусоидальному закону, то и разностная частота также изменяется по синусоидальному закону. Однако при наличии только одной цели среднее значение разностной частоты однозначно связано с дальностью

ic I 4РМ Afм

I fp !ср =- -г. (25-37)

При этом в качестве измерителя частоты в высотомерах используются счетчики импуль-.сов, которые отличаются, во-первых, простотой, и, во-вторых, тем, что позволяют измерить среднее значение разностной частоты. Для повышения точности работы, в частности для устранения влияния паразитной амплитудной модуляции сигнала, в высотомерах применяют балансные смесители.

Фазовые методы

Фазовые методы основаны на измерении разности фаз излучаемых колебаний н принятых отраженных радиосигналов.,

Фазовое дальномерное устройство (рис. 25-22). Генератор создает незатуха-

Измеритель Выходного напряжений

Рис. 25-22. Схема простейшего фазового дальномера.

ющие колебания, которые излучаются в пространство. Принимаемые отраженные сигналы после усиления поступают к фазовому детектору, где происходит сравнение фаз излучаемых и принятых колебаний. Выходное напряжение фазового детектора оценивается с помощью измерителя.

Разность фаз колебаний будет равна:

ДФ = - Фотр - Ф., (25-38)

где 4ягД - изменение фазы при распространении волн от РЛС до цели и обратно; фотр - фазовый сдвиг, образующийся при отражении волны от цели; ф - фазовый сдвиг в цепях дальномера; его можно считать известным, так как он поддается измерению и может быть учтен; Я - длина волны излучаемых колебаний.

Как видно из (25-38), фазовый сдвиг пропорционален дальности цели, и- в принципе метод позволяет измерять дальность. Однако -в радиолокации этот метод применения не находит, так как, во-первых, в -формулу (25-38) входит неизвестная случайная величина фотр и, во-вторых, очень мал диапазон однозначного измерения дальности. Если диапазон однозначного измерения фазы (при отсутствии слежения по фазе) принять равным я, то.. из формулы (25-38) вытекает, что диапазон однозначного измерения дальности

ЬгОДР = ~ (25-39)

в радиолокации не превышает нескольких метров.

Рассмотренный метод находит применение в радионавигации, где используются прямые сигналы ретрансляторов, начальная фаза которых жестко связана с фазой излучаемых колебаний (отсутствует случайная величина фотр); кроме того, устраняется 1 неоднозначность измерения путем предварительной оценки расстояния по огибающей импульсного сигнала (см. § 25-9). При использовании комбинированного метода оператор, получив отсчет дальности импульсным методом с ошибкой Дг, может установить приближенное -значение фазы опорного напряжения, подводимого к фазовому детектору. Выходное напряжение детектора будет определять поправку к измеренному ранее значению дальности, что позволит существенно снизить результирующую ошибку измерения. Если выполнено условие Дг<Дг0ди, где Дг-ошибка измерения дальности амплитудным методом, Дгодн - диапазон однозначного измерения дальности фазовым методом, то разность фаз опорного и сигнального напряжений, не превысит я и будет достигнута однозначность отсчета при использовании фазового метода. Если, например, применяются волны длиной 100 ж, то работоспособность комбинированной системы достигается при Дг<;25 м.

Фазовый дальномер с модуляцией по амплитуде (рис. 25-23). Высокочастотные колебания (< о) модулируются низкой частотой fi=2nc/Ai, на которой осуществляется измерение фазового сдвига излучаемых и принимаемых колебаний. Частота < о играет лишь роль переносчика . информации. Этот метод используют в радионавигации; его можно применить и в радиолокации, так как изменение фазы частоты Q при отраже-