Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат

Министерство образования Русской Федерации

Казанский Муниципальный Технический Институт им. А.Н. Туполева

Реферат

По дисциплине:

«Основы радиотехнических систем»

На тему:

«Фазовый и частотный способы измерения дальности»

Выполнил ст. гр.5531

М.А. Лукьянов

Проверил

Р.В. Мнекин

Казань 2002 Содержание

I. Введение……………………………………………

II. Способы измерения дальности

1.Частотный способ радиодальнометрии…………

Суть способа………………………………..

Реализация частотного способа дальнометрии...

2. Фазовые способы дальнометрии Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат………………..

Общие сведения………………………………...

Фазовый радиодальномер с модуляцией

несущей………………………………………...

Двухчастотные фазовые дальномеры…………

III. Перечень использованной литературы……………..

Введение

Радиолокацией именуется совокупа способов и технических средств, созданных для обнаружения разных объектов в пространстве, измерения их координат и характеристик движения средством приема и анализа электрических волн, излучаемых либо переизлучаемых объектами.

Радиолокация как научно-техническое Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат направление в радиотехнике зародилось 30-х годах. Заслуги авиационной техники определили необходимость разработки новых средств обнаружения самолетов, владеющих высочайшими чертами (дальностью, точностью). Такими средствами оказались радиолокационные системы.

Выдающийся вклад в развитие радиолокации занесли российские ученые и инженеры П.К. Ощепков, М.М. Лобанов, Ю.К. Коровин, Б.К. Шембель. В русском Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат союзе 1-ые удачные опыты обнаружения самолетов при помощи радиолокационных устройств были проведены еще в 1934/36 гг. В 1939 г. на вооружение войск ПВО поступили 1-ые серийные российские радиолокаторы. Значимым шагом в развитии радиолокации было создание в 1940/41 гг. под управлением Ю.Б. Кобзарева импульсного радиолокатора. В текущее время радиолокация Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат одна из более прогрессирующих областей радиотехники.

Получение инфы в радиолокации связано с наблюдением некой области места. Технические средства, при помощи которых ведется радиолокационное наблюдение, именуются радиолокационными станциями (РЛС), а наблюдаемые объекты – радиолокационными целями. Обычными целями являются самолеты, ракеты, корабли, наземные инженерные сооружения.

В радиолокации более нередко измеряется дальность меж целью и Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат РЛС. Есть импульсный, частотный и фазовый способы измерения дальности. Целью данной работы является описание частотного и фазового способов.

Данный документ содержит 7 рисунков. При написании реферата было применено 4 источника литературы и ресурсы сети Internet.

Способы измерения дальности.

1. Частотный способ радиодальнометрии.

Суть способа. Для этого способа типично, что зондирующее излучение Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат непрерывное и модулировано по частоте. Модуляция позволяет различать прямой и отраженный сигналы по разности их частот и тем не только лишь найти цель, да и измерить ее дальность.

Частоту передатчика fпрд, естественно, нельзя неограниченно наращивать либо уменьшать. Ее изменяют по пилообразному либо пилообразному (Рис.1) закону с частотой модуляции Fм=1/Тм Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат. Девиацию, т.е. наибольшее отклонение частоты, обозначим

Δfm=fmax-fmin.

Частота отраженного сигнала fотр повторяет частоту излученного сигнала fпрд с запаздыванием tд=2Д/с. Отсюда в один и тот же момент времени t разность частот прямого (fпрд) и отраженного (fотр) сигналов, т.е. частота биений

Fб=|νм|tд=2|νм|Д Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат/с , (1)

где |νм| - скорость конфигурации частоты.

В один полупериод модуляции Тм/2 частота передатчика fпрд растет и скорость νм>0, а в другой полупериод – напротив; совместно с тем частота Fд на физическом уровне не может быть отрицательной величиной. Потому в формулу (1) введено абсолютное значение скорости

модуляции |νм|. При пилообразном Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат законе эта скорость неизменная и равна личному от деления частоты Δfm на ее длительность Тм/2. Тогда формулу (1) можно представить в виде

Fб=2|νм|Д/с=4ΔfmД/сТм=4ΔfmFмД/с (2)

Величины Δfm, Fм и с – неизменные, а это означает, что в ЧМ дальномере измерение текущей дальности цели Д сводится к измерению разности Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат частот Fб прямого и отраженного сигналов, при этом Д и Fб связаны меж собой прямо пропорциональной зависимостью. Отсюда происходит другое заглавие величины Fб – частоты дальности.

Линейный закон конфигурации частоты Fб нарушается на участках протяженностью tд, посреди которых эта разностная частота проходит через нулевое значение. Но, если наибольшее запаздывание сигнала Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат, которое фиксируется данной РЛС, существенно меньше периода модуляции

Временные диаграммы иллюстрирующие частотный способ измерения дальности


Рис.1

(tд max << Тм), то нарушением линейности можно пренебречь и считать формулу (2) справедливой для хоть какого закона частотной модуляции. Соотношение tд max << Тм является также условием конкретного отсчета дальности.

Реализация частотного способа дальнометрии. По методу обработки Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат сигналов неследящие частотные измерители делятся на корреляционные, с фильтровой обработкой и с корреляционно-фильтровой. 3-ий вариант, более обычной в осуществлении, представлен многофункциональной схемой дальномера (Рис.2) и временными диаграммами (Рис.3).

Передающее устройство состоит из генератора высочайшей частоты, модулятора, изменяющего частоту генерируемых колебаний по пилообразному либо синусоидальному закону, и передающей антенны Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат А1. Первым каскадом приемника является смеситель, с которого начинается Корреляционно-фильтровая обработка: в смесителе перемножаются отраженный сигнал uотр(t), который подводится от приемной антенны А2, с опорным сигналом uпр(t), который подводится по недлинному кабелю от передатчика; скопление энергии происходит в RC-фильтрах нижних частот, последующих за перемножителем Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат. Как во всяком смесителе, перемножение происходит в нелинейном элементе и в итоге образуются составляющие суммарной и разностной частот отраженного и опорного (прямого) сигналов. Сигнал с частотой биений пропускается к усилителю низкой частоты, а составляющие суммарных частот подавляются фильтрами нижних частот смесителя.

Как указывает временная диаграмма напряжения биений uб Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат (Рис.3), когда частота его Fб отклоняется от собственного основного значения, синусоидальность этого напряжения нарушается. Обоесторонний ограничитель амплитуды, следящий за усилителем низкой частоты, конвертирует приобретенное несинусоидальное напряжение с периодом Тм в прямоугольные колебания uогр. Так именуемый счетчик нулей определяет частоту биений Fб по числу переходов через нуль, которые совершают положительные перепады этих колебаний Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат за период модуляции Тм. Переходы отмечены точками на временной диаграмме. Если число их Nm помножить на частоту модуляции Fм, то получится частота дальности, которую фиксирует индикатор

Fб= NmFм (3)

Если счетчик аналоговый (Рис.3), то выходное напряжение uсч неизменное, а если счетчик цифровой, то работа его сводится к подсчету Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат эталонных импульсов, пропорциональных, как и напряжение uсч, частоте дальности. Разумеется, что индикатор при таком счетчике должен демонстрировать дальность цели в цифровой форме.

В связи с тем, что счетчики подсчитывают число полных биений, показания частотного дальномера меняются скачками. Меньшая Многофункциональная схема частотного радиодальномера с корреляционно-фильтровой обработкой сигналов


Рис.2

Временные диаграммы частоты Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат биений и напряжений в измерителе частотного радиодальномера с корреляционно-фильтровой обработкой сигналов



Рис.3

дальность Дmin, которую способен измерить дальномер, соответствует одному полному биению за период модуляции (Nm=1). Согласно (3) это значит, что Fб=Fм, а из (2) следует, что Fм=4ΔfmFмДmin/с. Отсюда находим наименьшую дальность, измеряемую частотным дальномером:

Дmin=с Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат/4Δfm (4)

Последующие показания дальномера будут соответствовать уже двум (Nm=2; Fб=2Fм), трем (Fб=3Fм) и т.д. полным биениям за один период модуляции. Означает, имеется ошибка дискретности измерения дальности, равная скачку

ΔД=с/4Δfm (5)

При измерении дальности нескольких целей измеритель должен содержать спектроанализатор, рассчитанный на поочередный либо параллельный анализ частот биений.

Поочередный Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат анализ делается плавным конфигурацией частоты гетеродина приемника либо рационального фильтра, последующего за смесителем. Это просит огромных издержек времени и связано с неполным внедрением энергии отраженного сигнала во время перестройки.

Многоканальный параллельный спектроанализатор (Рис.4) состоит из узкополосных фильтров Ф1,Ф2,Ф3,…, сенсоров Д1, Д2, Д3, Д4, …. и неоновых лампочек ЛН Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат1, ЛН2, ЛН3, ЛН4, …. . Полосы пропускания фильтров примыкают друг к другу и обхватывают весь спектр измеряемых частот дальности. По номерам загорающихся лампочек можно судить о том, к какому участку (каналу) дальности относится любая наблюдаемая цель.

Ясно, что чем уже полоса пропускания фильтра ΔFф, тем выше разрешающая способность по дальности и Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат тем меньше вероятные расхождения меж правдой и указываемой индикатором дальностью цели. Этому же содействует повышение частоты модуляции и девиации частоты.

Произнесенное подтверждается формулами среднеквадратической ошибки σд и возможной разрешающей возможности ΔДmin п частотного дальномера:

(6)

(7)

Многофункциональная схема многоканального параллельного спектроанализатора


Рис.4

2.Фазовые способы дальнометрии.

Общие сведения. Измерение дальности фазовыми способами заключается в Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат измерении приращения фазы гармонического колебания масштабной частоты за время запаздывания отраженного сигнала:

Δφ=Ωмtд=2πFм·Д/с=4πД/λм (8)

Частота Fм и длина волны λм=с/Fм именуются масштабными поэтому, что от их зависит масштаб шкалы дальности, т.е. коэффициент пропорциональности меж измеряемым фазовым сдвигом Δφ и дальностью цели Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат Д.

Через фазовые интервалы Δφ=2π гармоническое колебание, а с ним и показания фазометра повторяются. Отсюда согласно формуле (8) наибольший предел совершенно точно измеряемой дальности

Додн=λм/2 (9)

Более обычным по устройству был бы фазовый радиодальномер с излучением колебаний только одной – несущей частоты fо. Но тогда масштабная частота Fм=fо и длина волны λм=λо Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат=с/fо, а потому что РЛС обычно работают на УКВ, то это ограничило бы совершенно точно измеряемую дальность несколькими метрами (Додн= λм/2).

Совместно с тем масштабная частота оказывает влияние на точность определения дальности. Вправду, из формулы (9) дальность Д=сΔφ/4πFм=λмΔφ/4π, и если фазометр определяет Δφ со среднеквадратической Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат ошибкой σΔφ, то дальность определяется со среднеквадратической ошибкой

σд =сσΔφ/4πFм=λмσΔφ/4π (10)

Шумы препятствуют четкому определению фазового сдвига и повышением дела сигнал/шум qо ошибка σΔφп миниатюризируется: σΔφп=1/ [рад]. С учетом этого из формулы (10) находим потенциальную среднеквадратическую ошибку измерения дальности фазовыми способами:

σдп=сσΔφп/4πFм=с/4πFм =λм/4π (11)

Как видно, всем Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат фазовым дальномерам присуще противоречие: повышение масштабной частоты содействует увеличению точности измерений, но уменьшает предел совершенно точно измеряемой дальности. Разглядим, как разрешается это противоречие в 2-ух используемых на практике фазовых способах.

Фазовый радиодальномер с модуляцией несущей. Передающая антенна испускает радиоволны несущей частоты fо, модулированные по амплитуде гармоническими колебаниями низкой частоты F, а Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат сопоставление фаз излучаемого и отраженного сигналов делается на частоте огибающей Fм этих сигналов. Пропорционально уменьшению масштабной частоты от fо до Fм=F (повышению масштабной длины волны λм=с/F) увеличивается совершенно точно измеряемая дальность Додн. К примеру, при частоте модуляции F=300 Гц длина волны λм=3·10 /300=10 м Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат и Додн=λм/2=10 /2=5·10 м=500 км.

В передатчике дальномера (Рис.5,6) колебания генератора высочайшей частоты модулируются по амплитуде колебаниями генератора масштабной частоты. Отраженные от цели АМ колебания усиливаются и демодулируются амплитудным сенсором. Как следует, выходное напряжение приемника uпрм имеет частоту, равную масштабной Ωм=2πFм, но отличается по фазе от напряжения uм Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат на Ωмtд. Этот фазовый сдвиг измеряется фазометром.

На многофункциональной схеме показан неследящий измеритель фазы с дискретным счетом дальности. Измерение сводится к счету числа эталонных импульсов Nэт, генерируемых за время запаздывания сигнала tд. Разумеется, что период следования этих импульсов Тэт должен быть строго размеренным и значительно меньше запаздывания сигнала tд даже при Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат малой дальности цели.

Сравниваемые по фазе синусоидальные напряжения uм и uпрм преобразуются амплитудными ограничителями в прямоугольные колебания uом и uопрм, которые потом перемножаются, чтоб получить колебания отрицательной полярности в течение времени tд и положительной полярности в остальную часть полупериода модуляции. Каскад совпадения имеет два входа: на один Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат от генератора отрицательных эталонных импульсов поступают колебания uэт, а на другой от перемножителя-колебания uом и uопрм. Потому что те и другие совпадают по знаку исключительно в интервалы времени tд, то эталонные импульсы uэт проходят к счетчику пачками Nэт=tд/Tэт и цифровой счетчик показывает дальность цели пропорционально числу Nэт:

Д=ctд Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат/2=сNэтТэт/2=сNэт/2Fэт. (12)

Ошибка дискретности измерителя соответствует периоду эталонных импульсов:

ΔДдкр= сТэт/2= с/2Fэт (13)

Повышение частоты Fэт уменьшает ошибку ΔДдкр, но усложняет реализацию счета импульсов. При Fэт=10 Гц имеем ΔДдкр= 3·10 /2·10 = 15 м.

Многофункциональная схема фазового дальномера с модуляцией несущей


Рис.5

Временные диаграммы напряжений фазового дальномера

с модуляцией несущей


Рис.6

Противоречие Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат в выборе масштабной частоты разрешают применение многошкального отсчета: подобно измерению времени при помощи часовой, минутной и секундной стрелок часов, дальность определяют сразу

либо поочередно при помощи грубой шкалы, соответственной самой

низкой модулирующей частоте Fм1, и поболее четкой шкалы, соответственной масштабной частоте Fм2, которая кратна Fм1, и если требуется – по еще больше четким шкалам, проградуированным Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат для более больших масштабных частот Fм= Fм3, Fм4, ….

Частоту Fм1 выбирают исходя из данной очень измеряемой дальности, а наибольшую масштабную частоту – согласно требуемой точности измерений. При всем этом число шкал должно быть таким, чтоб при пересчете данной ошибки на ближайшую точную шкалу наибольшая фазовая ошибка шкалы не Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат превысила 2π.

Двухчастотные фазовые дальномеры. В этих дальномерах масштабная частота появляется в итоге биений синусоидальных колебаний 2-ух несущих частот f1,f2, которые генерируются с исходными фазами ψ01,ψ02 в передатчике (Рис.7) . Колебания следуют через сумматор в передающую антенну и, не считая того, в смеситель I – в качестве опорных сигналов. На выходе этого смесителя Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат получаются колебания разностной частоты Δf=f1-f2 c фазой

ψ1=(2πf1-2πf2)t+(ψ01-ψ02)=2πΔft+(ψ01-ψ02) (14)

Отраженные от цели сигналы улавливаются приемной антенной, разветвляются по частотам f1,f2, проходят через усилители-ограничители и преобразуются смесителем II в колебания разностной частоты f1-f2. Частоты f1,f2 выбираются близкими друг дружке и Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат для их фазовые сдвиги, обусловленные отражением волн от цели и задержкой в РЛС, можно считать схожими. На выходе смесителя II эти сдвиги стопроцентно вычитаются и с учетом времени запаздывания сигнала tд=2Д/с фазовый угол выходного напряжения

ψ11=(2πf1-2πf2)(t-2Д/c)+(ψ01-ψ02)=πΔf(t-2Д/c)+ (ψ01-ψ02) (15)

Фазометр определяет разность фаз ψ1,ψ11, выраженных Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат формулами (14),(15), и определяет дальность цели согласно выражению

Δψ= ψ1-ψ11=2πΔf(t-t+2Д/c)+(ψ01-ψ02)- (ψ01-ψ02)=4πΔfД/c=4πД/Δλ (16)

Просто увидеть, что фазометр двухчастотного дальномера не реагирует на сдвиг по фазе, вызванный отражением волн от цели, и позволяет получить требуемый спектр конкретного измерения дальности за счет малой разности длин волн Δλ=c/Δf, которая играет Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат роль масштабной длины волны: λм=Δλ. Соответственно масштабная частота Fм=Δf.

Многофункциональная схема двухчастотного фазового радиодальномера


Рис.7

Подбором величины Δf достигают конкретных измерений в данном спектре дальности, а многошкальным отсчетом обеспечивают нужную точность. Высочайшая стабильность и кратность частот Fм этих шкал достигается тем, что поначалу получают разные пары частот f1 и f Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат2 умножением и смешением колебаний первичного кварцевого генератора, а потом образуют требуемые масштабные частоты Fм как биения частот f1,f2.

Воплощение фазового радиодальномера на биениях усложняется тем, что нереально поделить непрерывные прямой и ответный сигналы схожей частоты. По этой причине способ биений применяется исключительно в системах с активным ответом Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат, где ответный сигнал излучается на частоте, хорошей от частоты запросного сигнала.

Перечень использованной литературы.

1. В.Б. Пестряков, В.Д. Кузенков. Радиотехнические системы.

М.: «Радио и связь» 1985 г.

2. http://www.5ballov.ru

3. Журнальчики «Радио» №8,№11 за 1972 г.

4. Г.Б. Белоцерковский. Базы радиолокации и радиолокационные устройства. М.: «Советское радио» 1975 г.

5. В.В. Васин Фазовый и частотный методы измерения дальности - реферат, Б.М. Степанов. Справочник-задачник по радиолокации.


farmakologicheskoe-dejstvie.html
farmakologiya-bibliograficheskij-ukazatel-redkih-knig-fonda-nauchnoj-biblioteki-yagma-chast-2-s-1901-1917-gg.html
farmakologiya-i-primenenie-diacetofenonilselenida-v-svinovodstve.html