СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЧМ-ДАЛЬНОМЕРА МАСШТАБИРОВАНИЕМ ФАЗЫ СИГНАЛА БИЕНИЙ

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для повышения точности радиодальномеров, работающих по принципу частотной модуляции с усредняющим счетом.

Известны высотомеры малых высот [1, 3], построенные по схеме измерения частоты биений, сигналов с частотной модуляцией - зондирующего и отраженного, они отличаются простой технической реализацией.

Определение дальности до цели при использовании частотной модуляции основано на приращении частоты передатчика за время прохождения сигнала до цели и обратно. Работа ЧМ-дальномера осуществляется следующим образом.

Радиосигнал x₁(t)=A₁cos[Ф(t)] с генератора через передающую антенну излучается в пространство, а также попадает на вход смесителя. При отражении излучаемого сигнала от поверхности, до которой измеряется расстояние, в приемник поступит сигнал с задержкой фазы на величину τ=2R/c: x₂(t)=A₂cos[Ф(t-τ)]. Таким образом, на выходе смесителя будет получен сигнал: z(t,τ)=x₁(t)x₂(t), прохождение этого сигнала через фильтр выделит низкочастотный сигнал биений.

где - полная фаза колебания, а - закон изменения несущей частоты. На практике используются различные виды периодической модуляции частоты, например симметричный и несимметричный пилообразные законы или синусоидальные, ключевыми характеристиками модуляции являются: закон модуляции φ(t), девиация частоты (полоса качания) Δf и период модуляции T_M [1].

Для малых высот (несколько десятков метров) разность фаз пропорциональна дальности:

При высотах до 100 м величина τ составляет порядка 10^-7 сек и такое приближение является достаточно точным, то есть сигнал биений может быть описан следующим выражением:

Как известно [1], дальность до цели связана с частотой сигнала биений следующим соотношением:

Также частота биений (по методу усредняющего счета) будет равна подсчитанному числу переходов через ноль, совершенных сигналом биений за период модуляции.

Тогда выражение для дальности имеет вид:

То есть дальность будет точно измеряться лишь на конкретных расстояниях, в остальных случаях будет иметь место так называемая «дискретная ошибка», ее значение можно получить как минимально измеряемую дальность [1, 3] (N=1).

Таким образом, «дискретная ошибка» носит методологический характер и зависит только от девиации частоты, что является существенным недостатком ЧМ-дальномера с усредняющим счетом, так как значение девиации частоты ограничено выделенной под сигнал полосой частот. Предложенный способ позволяет устранить указанный недостаток.

Предложен способ повышения точности ЧМ-дальномера масштабированием фазы сигнала биений. Полиномы Чебышева T_n(x), как известно [2], обладают следующим свойством: если на вход нелинейного элемента, статическая характеристика которого представляет собой полином Чебышева степени n, подать сигнал вида с единичной амплитудой (A=1), то на выходе такого нелинейного элемента появится сигнал того же вида, но с аргументом в n раз больше.

Так, например, воздействуя сигналом cos[φ(t)] на элемент со статистической характеристикой, совпадающей с полиномом Чебышева 2-го порядка T₂(x)=2x²-1, получим:

Аналогично:

Таким образом, подавая на нелинейный элемент со статической характеристикой T_n(x), предварительно нормированный по амплитуде сигнал биений (2), получим:

что эквивалентно повышению девиации частоты (а следовательно, снижению дискретной ошибки) в n раз:

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность ЧМ-дальномера, производя обработку сигнала в низкочастотном тракте. Способ сводится к добавлению операций нормировки амплитуды и нелинейного полиномиального преобразования чебышевского типа.

Источники информации

1. Филькенштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983 г. (прототип).

2. Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. - М.: Наука, 1970.

3. Теоретические основы радиолокации. Под редакцией Я.Д.Ширмана. - М.: Советское радио, 1970 г.