10.1. Фазовые радиодальномеры

Принцип действия фазового радиодальномера (РД). Простейший фазовый РД (рис. 10.1) измеряет дальность на несущей частоте (переключатели в положении Сигнал генератора масштабной частоты (ГМЧ) () усиливается в усилителе радиочастоты Зондирующий сигнал является непрерывным гармоническим колебанием и имеет вид

а отраженный сигнал

где амплитуды сигналов; их мгновенные фазы; - начальная фаза; сдвиг фаз в аппаратуре радиодальномера; фотоизменение фазы при отражении сигнала от объекта.

Фазометр ИФ определяет разность фаз опорного (зондирующего) и отраженного сигналов:

откуда

Фазовый сдвиг можно исключить из (10.1) при калибровке РД, когда часть сигнала с выхода УРЧ подается на вход приемника а ИФ измеряет Изменение фазы при отражении сигнала фотр сильно влияет на точность, так как при отражении от металлов и диэлектриков меняется на 180°. Поэтому обычно выбирают и работают в режиме модуляции сигнала ГРЧ по какому-либо параметру сигналом генератора масштабной частоты (переключатели в положении 2). В этом случае величиной в (10.1) можно пренебречь, при этом основное уравнение фазового РД примет вид

Рис. 10.1. Структурная схема фазового радиодальномера

где масштабный коэффициент

Неприятной особенностью фазового РД является влияние просачивающегося на вход приемника зондирующего сигнала который, складываясь векторно с отраженным образует суммарный сигнал с мгновенной фазой

Просачивание происходит за счет связи по боковым лепесткам ДНА. Поскольку то не несущей информации о дальности. Для уменьшения влияния просачивающегося сигнала применяют пространственный разнос приемной и передающей антенн или переходят к системам с активным ответом и трансформацией частоты в ответчике.

Другой особенностью ФД является возможность многозначного отсчета дальности, когда одному измеренному ИФ значению соответствует несколько значений отличающихся, как следует из (10.2), на где Причина многозначности в том, что из-за цикличности фазы ИФ выдает один и тот же результат при Во избежание этого явления необходимо выполнение условия однозначности отсчета фазы Отсюда - условие для выбора масштабной частоты

Точность измерения дальности. Из (10.2) следует или (при независимости

где и дисперсии изменения масштабного коэффициента и измерения фазы соответственно.

Составляющая устраняется при постоянстве масштабного коэффициента, что достигается стабилизацией масштабной частоты (например, применением ГМЧ с кварцевой стабилизацией), при которой на интервале измерения Тогда откуда следует, что для повышения точности РД нужно уменьшить т.е. увеличить масштабную частоту

Таким образом, в фазовом РД существуют противоречивые требования к выбору масштабной частоты: увеличение способствует повышению точности, но приводит к неоднозначности измерения дальности. Обычно это противоречие разрешают с помощью многошкальных (т.е. работающих на нескольких масштабных частотах) измерителей. Что касается величины то для различных измерителей фазы ее можно представить в виде

где коэффициент потерь при неоптимальной обработке, зависящий от вида отношение сигнала к шуму по мощности на входе

Если то отношение и точность фазового РД характеризуется погрешностью

Принцип действия следящего фазового РД. Такой РД (рис. 10.2) служит для автоматического сопровождения цели по дальности.

Рис. 10.2. Структурная схема следящего фазового РД

На фазовый детектор следящего измерителя фазы приходит опорный сигнал от ГМЧ с мгновенной фазой и отраженный сигнал с фазой где - сдвиг фазы в управляемом фазовращателе. В этих условиях выходное напряжение фазового детектора

где - коэффициент передачи фазового детектора.

формируется дискриминационная характеристика с нулем в точке положительной ветвью при и отрицательной при Напряжение поступает на экстраполятор состоящий обычно из определенного числа интеграторов и вырабатывающий управляющее синтезатором напряжение. В качестве синтезатора используется управляемый фазовращатель со шкалой, проградуированной в значениях дальности.

Принцип действия цифрового измерителя фазы (фазового РД). Измерение разности фаз в этом случае основано на преобразовании фазового сдвига во временной интервал и заполнении этого интервала счетными импульсами. В простейшей схеме цифрового измерителя фазы (рис. 10.3) опорный сигнал от генератора масштабной частоты и сигнал с выхода приемника (Прм) поступают на формирователи опорных (ФОИ) и сигнальных (ФСИ) импульсов соответственно.

Опорный импульс (ОИ) открывает электронный ключ (ЭК) и разрешает поступление счетных импульсов с генератора на счетчик Сигнальный импульс закрывает и прекращает подачу счетных импульсов на Число подсчитанных импульсов где период их следования, а знак означает округление до ближайшего меньшего целого числа.

Рис. 10.3. Структурная схема цифрового измерителя разности фаз (а) и сигналы в ее характерных точках (б)

С выхода счетчика снимается код, содержащий оценку дальности получаемую в соответствии с выражением

Цифровому методу измерения свойственна погрешность дискретизации которая тем меньше, чем выше частота следования счетных импульсов. Следует иметь в виду, что повышение точности при более высоких частотах следования счетных импульсов требует увеличения быстродействия и емкости счетчика.