3.10. Импульсный метод радиодальнометрии

Принцип действия импульсного дальномера, упрощенная блок-схема которого представлена на рис. 3.25, сводится к следующему. Передатчик радиодальномера излучает колебания высокой частоты в виде периодически повторяющихся зондирующих импульсов. В промежутки времени между зондирующими импульсами происходит прием отраженных импульсов. С выхода приемника принятые импульсы поступают на индикаторное устройство, которое позволяет измерить интервал времени между началом излучения зондирующего импульса и началом приема отраженного импульса, а, следовательно, и определить расстояние до отражающей цели.

Рис. 3.25. Блок-схема импульсного радиодальномера. ГПИ - генератор пусковых импульсов, ИМ - импульсный модулятор, ГВЧ - генератор высокой частоты, ППП - переключатель прием-передача, Пр - приемник, ИУ - индикаторное устройство

Индикаторное устройство состоит из генератора временной развертки, т. е. генератора развертки по дальности, и индикатора. В качестве индикатора обычно применяется электронно-лучевая трубка, хотя в принципе возможно применение и других приборов, в частности стрелочных. Основным достоинством электронно-лучевой трубки как индикатора является возможность одновременного наблюдения большого числа целей.

Наибольшее распространение получили линейная и кольцевая развертки, хотя возможно применение и других видов развертки.

Для получения линейной развертки на трубке с электростатическим отклонением луча необходимо на одну из пар отклоняющих пластин подать от генератора развертки напряжение пилообразной формы. Если это напряжение подать на горизонтально отклоняющие пластины, то при совпадении начала развертки с началом зондирующего импульса светящееся пятно на экране трубки будет перемещаться в горизонтальном направлении синхронное движением зондирующего импульса в пространстве, но со значительно меньшей скоростью. Расстояние, на которое сместится пятно к моменту прихода отраженного импульса, зависит от дальности до отражающей цели. При постоянной скорости развертки это расстояние будет равно

где υ_p - скорость развертки,

- масштаб линейной развертки.

Напряжение с выхода приемника подается либо на вертикально отклоняющие пластины трубки, либо на управляющий электрод ее. В первом случае под воздействием зондирующего и отраженных импульсов пятно на экране будет смещаться по вертикали (рис. 3.26). Такие индикаторы принято называть индикаторами с амплитудной отметкой.

Рис. 3.26. Изображение на экране индикатора с линейной разверткой

Во втором случае под воздействием тех же импульсов будет меняться яркость вдоль линии развертки. Такие индикаторы принято называть индикаторами с яркостной отметкой.

Для получения кольцевой развертки на трубке с электростатическим отклонением луча необходимо на отклоняющие пластины трубки подать от генератора развертки два гармонических напряжения, сдвинутых по фазе на 90°. Если

где h_x и h_y - чувствительность трубки по "X" и "Y" пластинам, а U_mx и U_my - амплитуды напряжений, подводимых к "X" и "Y" пластинам, то пятно на экране будет совершать движение по окружности. Напряжение с выхода приемника при амплитудной отметке подается на отклоняющий электрод, расположенный в центре экрана. Под воздействием зондирующих и отраженных импульсов пятно на экране будет смещаться в радиальном направлении (рис. 3.27).

Рис. 3.27. Изображение на экране индикатора с кольцевой разверткой

При постоянной угловой скорости развертки угол между зондирующим импульсом и отраженным будет равен

где Ω_р - угловая скорость развертки,

- масштаб кольцевой развертки.

Рассмотренные два типа индикаторов дальности не исчерпывают все их разнообразие. Так, в случае, когда радиодальномер входит в состав радиолокационной станции, довольно часто применяются двумерные индикаторы с яркостной отметкой, позволяющие определять не только дальность, но и угловые координаты.

Для нормальной работы импульсного радиодальномера необходимо обеспечить совпадение начала зондирующего импульса с началом развертки. Другими словами, необходимо обеспечить синхронизацию импульсного передатчика и генератора развертки.

Возможны следующие виды синхронизации:

1) от модулятора,

2) от генератора частоты повторения,

3) от генератора синусоидальных колебаний. Блок-схема дальномера с синхронизацией от модулятора изображена на рис. 3.28.

Рис. 3.28. Блок-схема радиодальномера с синхронизацией от модулятора: ИМ - импульсный модулятор, ГВЧ - генератор высокой частоты, ППП - переключатель прием-передача, Пр - приемник, ГПИ - генератор прямоугольных импульсов, ГР - генератор развертки

Работа схемы сводится к следующему. Импульс от модулятора поступает на генератор высокой частоты и на генератор ждущей развертки. Последний в свою очередь состоит из генератора прямоугольных импульсов и генератора развертки. Генератор прямоугольных импульсов увеличивает длительность импульсов модулятора до длительности рабочего хода развертки. В качестве таких генераторов обычно используются ждущие мультивибраторы.

Расширенный импульс поступает на генератор развертки и на управляющий электрод трубки. Последнее необходимо для увеличения яркости пятна на время рабочего хода развертки. Для иллюстрации на рис. 3.29 представлена упрощенная схема индикатора с линейной разверткой, а на рис. 3.30 - графики напряжений, поясняющие работу схемы.

Рис. 3.29. Упрощенная схема индикатора с линейной разверткой

Рис. 3.30. Графики напряжений, иллюстрирующие синхронизацию от модулятора

При кольцевой развертке вместо генератора пилообразного напряжения можно применить генератор с ударным возбуждением контура.

Синхронизация от модулятора применяется в том случае, когда импульсный модулятор выполняется на искровых разрядниках или на тиратронах. Как известно, характерной особенностью таких модуляторов является наличие разброса момента зажигания. Однако сказанное не нарушает нормальную работу дальномера, если только при этом не изменяются временные соотношения между началом зондирующего импульса и началом развертки.

Существенным недостатком этого способа синхронизации является невозможность применения кварцевого генератора кольцевой развертки, что объясняется большой длительностью времени нарастания колебаний у кварцевых генераторов. Поэтому такой вид синхронизации используется в дальномерах низкой точности.

Блок-схема дальномера с синхронизацией от генератора пусковых импульсов отличается от только что рассмотренной наличием генератора пусковых импульсов, который запускает как модулятор, так и генератор развертки. При этом виде синхронизации импульсный модулятор обычно выполняется на "жестких" лампах.

В качестве генератора пусковых импульсов может быть использована одна из схем релаксационных генераторов. В частности, широкое применение находят блокинг-генераторы.

Особенностью этого способа синхронизации является возможность плавного изменения частоты повторения.

Генератор пусковых импульсов можно синхронизировать колебаниями кварцевого генератора. В этом случае представляется возможность формирования масштабных меток при помощи колебаний кварцевого генератора, обладающего, как известно, высокой стабильностью. Упрощенная блок-схема такого дальномера представлена на рис. 3.31. Разумеется, что плавное изменение частоты повторения в этом случае невозможно.

Рис. 3.31. Блок-схема радиодальномера с синхронизацией от генератора пусковых импульсов: ГПИ - генератор пусковых импульсов, ГВЧ - генератор высокой частоты, ППП - переключатель прием-передача, Пр - приемник, ГР - генератор развертки, КГ - кварцевый генератор, ГММ - генератор масштабных меток

При синхронизации от генератора синусоидальных колебаний запуск импульсного модулятора осуществляется импульсами, сформированными из колебаний синхронизирующего генератора.

При этом способе синхронизации индикатор дальности обычно выполняется с кольцевой разверткой. Поэтому синхронизирующий генератор является одновременно и генератором развертки. В качестве генератора синусоидальных колебаний обычно применяются кварцевые генераторы, обеспечивающие высокую стабильность масштаба. Кроме того, при этом способе синхронизации сравнительно просто можно выполнить многошкальные (обычно двушкальные) индикаторы дальности и тем самым повысить точность отсчета расстояния. Поэтому такая синхронизация применяется в дальномерах высокой точности.

Особенностью данного способа синхронизации является невозможность плавного изменения частоты повторения, поскольку она кратна частоте кварцевого генератора.

Для иллюстрации рассматриваемого способа синхронизации на рис. 3.32 представлена блок-схема одного из вариантов хронизатора двушкального радиодальномера, а на рис. 3.33 - графики напряжений, поясняющие работу хронизатора.

Рис. 3.32. Блок-схема хронизатора двушкального радиодальномера с синхронизацией от генератора синусоидальных колебаний: КГ - кварцевый генератор, ФСУ - фазосдвигающее устройство, ИТД - индикатор точной дальности, Огр - ограничитель, Д₁, Д₂, Д₃ - делители, КС - каскад совпадения, Рез. Ус - резонансный усилитель, ИГД - индикатор грубой дальности, ГПИ₁, ГПИ₂, ГПИ₃ - генераторы прямоугольных импульсов, КЗ₁, КЗ₂, КЗ₃ - каскады задержки

Рис. 3.33. Графики напряжений, поясняющие работу хронизатора двушкального радиодальномера с синхронизацией от генератора синусоидальных колебаний

Как видно из блок-схемы, синусоидальные колебания с кварцевого генератора поступают на ограничитель, на выходе которого получаются колебания в виде косинусоидальных импульсов с сравнительно малым углом отсечки. Эти импульсы через временной селектор, т. е. каскад совпадений, поступают в качестве пусковых импульсов на модулятор. Соотношение частоты пусковых импульсов и частоты кварцевого генератора определяется цепочкой из делителей Д₁, Д₂ и Д₃.

Рис. 3.34. Схема хронизатора двушкального радиодальномера с синхронизацией от генератора синусоидальных колебаний

На рис. 3.34 представлена схема одного из возможных вариантов рассматриваемого хронизатора.