3.2. Фазовый метод радиодальнометрии

Принцип действия фазового радиодальномера, упрощенная блок-схема которого представлена на рис. 3.1, сводится к следующему. На фазометр Ф поступают два напряжения: от генератора масштабной частоты

и с выхода приемника

где ω_M - масштабная частота,

φ₀₁ - начальная фаза,

φ_д - запаздывание фазы масштабного колебания в цепях радиодальномера,

φ_от - угол сдвига фазы масштабного колебания, возникающий при отражении от цели.

Рис. 3.1. Упрощенная блок-схема фазового радиодальномера: ГМЧ - генератор масштабной частоты, ГВЧ - генератор высокой частоты, Пр - приемник, Ф - фазометр

Как видим, разность фаз напряжений u₁ и u₂ равна

Запаздывание фазы в цепях дальномера может быть вычислено или определено экспериментально. Сдвиг фазы, возникающий при отражении, также может быть определен, исходя из свойств отражающей цели. Следовательно, как φ_д, так и φ_от можно считать известными. Тогда, измерив разность фаз напряжений u₁ и u₂, можно определить расстояние до цели как

Если на объекте установлен ответчик, то выражение (3.5) остается в силе, только в этом случае вместо сдвига фазы при отражении следует подставить величину задержки фазы колебания масштабного генератора в цепях ответчика.

Напряжение от масштабного генератора можно подавать на вход генератора высокой частоты как в качестве напряжения возбуждения, так и в качестве модулирующего напряжения, когда частота масштабного генератора выбирается ниже несущей. Выражение (3.5) справедливо в обоих случаях.

При рассмотрении принципа действия фазового радиодальномера предполагалось, что на фазометр с выхода приемника подается отраженный сигнал только от одной цели. При наличии на входе фазометра, кроме основного отраженного сигнала, прямого сигнала, возникающего за счет связи между передающей и приемной антеннами, или отраженных сигналов от других целей соотношение (3.5) не справедливо.

Если, например, на входе фазометра, кроме напряжения отраженного сигнала u₂, будет и напряжение прямого сигнала

где φ₀₃ - начальная фаза, то результирующее напряжение окажется равным

где

Как видно, в этом случае φ₀₂ ≠ φ₀. В частном случае, когда U_m3 >> U_m2, φ₀ ≅ φ₀₃. Тогда разность фаз между напряжениями U₁ и U будет равна

судить по которой об измеряемом расстоянии, конечно, нельзя.

Следовательно, для обеспечения радиодальнометрии фазовым методом необходимо надежно селектировать отраженный сигнал той цели, дальность до которой определяется. С этой целью используют эффект Допплера, имеющий место при определении расстояния до движущейся цели. Принцип действия такого дальнометра, упрощенная блок-схема которого представлена на рис. (3.2), сводится к следующему.

Рис. 3.2. Упрощенная блок-схема радиодальномера с использованием эффекта Допплера: ГВЧ₁ и ГВЧ₂ - генераторы высокой частоты, Пр - приемник, ПФ₁ и ПФ₂ - полосовые фильтры, Ф - фазометр

Пусть на вход приемника поступают как прямые сигналы с частотами ω₁ и ω₂, так и отраженные от цели сигналы с частотами ω₁ + Ω₁ и ω₂ + Ω₂, где и - частоты Допплера, а υ_r - радиальная скорость объекта.

Тогда после детектирования на выходе приемника будут напряжения с частотами Ω₁, Ω₂, ω₁ - ω₂, ω₁ - (ω₂ + Ω₂), ω₁ + Ω₁ - ω₂ и ω₁ + Ω₁ - (ω₂ + Ω₂).

Напряжение с выхода приемника поступает на два полосовых фильтра, один из которых пропускает полосу частот от Ω_1мин до Ω_1макс, а другой от Ω_2мин до Ω_2макс. Само собой разумеется, что частоты ω₁ и ω₂ должны быть выбраны так, чтобы указанные полосы частот не перекрывались.

Напряжения на выходе полосовых фильтров будут

где

Если выбрать ω₁ и ω₂ мало отличающимися друг от друга, то Ω₁ ≅ Ω₂.

Разность фаз между напряжениями U₁ и U₂ будет равна

где

откуда

Так как обычно

φ_д1 ≅ φ_д2, а φ_от1 ≅ φ_от2, то φ₀ ≅ 0.

Тогда

Как видим, определение расстояния в рассматриваемом случае осуществляется посредством измерения разности фаз колебаний двух допплеровских частот.

Рассмотренный вариант фазового радиодальномера не обладает разрешающей способностью по дальности, поскольку соотношение (3.6) справедливо для случая, когда на входе приемника имеется отраженный сигнал только от одной цели, но обладает разрешающей способностью по скорости цели (имеется в виду радиальная составляющая скорости). Последнее позволяет осуществить селекцию цели по скорости ее движения, а следовательно, обеспечить дальнометрию и в том случае, когда в "поле зрения" радиодальномера имеется несколько целей. Для этого вместо полосовых фильтров (рис. 3.2) должны быть предусмотрены узкополосные фильтры с переменной резонансной частотой. Само собой разумеется, что резонансная частота каждого из фильтров все время должна быть равна допплеровской частоте выбранной цели. Следовательно, узкополосные фильтры должны быть следящими.