способ измерения частоты повторения импульсов сканирующего источника в рассеивающей среде и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ измерения частоты повторения импульсов сканирующего источника в рассеивающей среде, заключающийся в приеме излучаемых импульсов антенной с диаграммой направленности, ориентированной в направлении на источник, и с приемником, измерении на его выходе частоты повторения импульсов, отличающийся тем, что излучаемые импульсы принимают антенной с второй, разнесенной по углу в плоскости сканирования, такой же диаграммой направленности и вторым приемником, измеряют частоту повторения импульсов на выходе второго приемника и определяют разность частот повторения импульсов, измеренных на выходах первого и второго приемников, измеряют временной интервал между импульсами на выходах первого и второго приемников, определяют скорость изменения этого временного интервала, а неизвестную частоту повторения излучаемых импульсов определяют как отношение разности частот повторения импульсов, измеренных на выходах приемников, к скорости изменения временного интервала по формуле



где F_o - частота повторения излучаемых импульсов;

F = F₁-F₂ - разность частот повторения импульсов, измеренных на выходах приемников;

F₁, F₂ - частоты повторения импульсов, измеренные на выходах соответственно первого и второго приемников;

V = d/dt - скорость изменения временного интервала;

- временной интервал, измеренный между импульсами на выходах первого и второго приемников;

t - время.

2. Устройство для измерения частоты повторения импульсов сканирующего источника в рассеивающих средах, содержащее последовательно соединенные антенну с ориентированной в направлении на источник диаграммой направленности, приемник и измеритель частоты повторения импульсов, а также индикатор, отличающееся тем, что антенна выполнена с двумя, разнесенными по углу в плоскости сканирования, одинаковыми диаграммами направленности и с вторым выходом, последовательно соединенным с вторым приемником и вторым измерителем частоты повторения импульсов, введены вычитатель, входы которого подключены к выходам измерителей частоты повторения импульсов, а выход соединен с первым входом делителя, измеритель временного интервала, входы которого подключены к выходам приемников, а выход через дифференциатор соединен со вторым входом делителя, выход делителя соединен с индикатором.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к пассивной радиолокации, а именно - к способам и устройствам оценки параметров сигналов сканирующих источников излучения импульсно-модулированных колебаний в рассеивающих средах.

Существует достаточно широкий круг возможных способов и устройств измерения частоты повторения импульсов основанных, как правило, на аппаратурном совершенствовании алгоритмов и структур с целью повышения точности оценки временных интервалов (см., напр., [1], с. 337-353). Их сравнительный анализ практически невозможен без предъявления к ним вполне конкретных тактико-технических требований определяемых условиями их эксплуатации, целевым назначением и другими факторами. Основным таким условием в рассматриваемом случае, является наличие рассеяния на трассе распространения радиоволн.

Наиболее близкими к рассматриваемым изобретениям можно отнести способ и реализующее его устройство измерения частоты повторения излучаемых импульсов, представленные в [2], (с. 382-383, рис. 10.2). При этом способ в основе своей заключается в приеме излучаемых импульсно-модулированных колебаний (импульсов) антенной с приемником и измерении на его выходе частоты повторения импульсов. Соответствующее этому способу устройство для измерения частоты повторения импульсов излучаемых источником, содержит последовательно соединенные антенну, приемник, измеритель частоты повторения импульсов, а также, в общем случае и индикатор, являющийся составной частью любого измерительного устройства.

Недостатки способа и устройства [2] возникают при приеме сигналов сканирующего источника в рассеивающих средах (например, на трассах дальнего тропосферного распространения радиоволн) при появлении параметрического доплеровского эффекта. Причиной его возникновения является изменение длины пути распространения сигнала в точку приема при поперечном трассе перемещении объема рассеяния, обусловленном сканированием диаграммы направленности источника излучения. Возникающее при этом доплеровское смещение спектра сигнала приводит, в частности, к изменению наблюдаемой в точке приема, частоты повторения импульсов, а следовательно, и к понижению точности оценки излучаемой частоты повторения импульсов известными способами и устройствами.

Способ измерения частоты повторения импульсов сканирующего источника в рассеивающих средах обеспечивает повышение точности измерений.

С этой целью, наряду с приемом, в известном способе [2], излучаемых импульсов антенной с ориентированной в направлении на источник диаграммой направленности и с приемником, измерении на его выходе частоты повторения импульсов, излучаемые импульсы принимают антенной имеющей вторую, разнесенную по углу в плоскости сканирования, такую же диаграмму направленности и второй приемник, на выходе которого также измеряют частоту повторения импульсов и определяют разность частот повторения импульсов, измеренных на выходах первого и второго приемников. Кроме этого, измеряют временной интервал между импульсами на выходах приемников и определяют скорость изменения этого интервала. Неизвестную частоту повторения излучаемых импульсов определяют, как отношение разности частот повторения импульсов, измеренных на выходах приемников, к скорости изменения временного интервала, по формуле:

(1)

где F₀ - частота повторения излучаемых импульсов;

F = F₁-F₂ - разность частот повторения импульсов, измеренных на выходах, приемников;

F₁, F₂ - частоты повторения импульсов, измеренные на выходах соответственно первого и второго приемников;

V = d/dt - скорость изменения временного интервала;

- временной интервал, измеренный между импульсами на выходах первого и второго приемников;

t - время.

Устройство для измерения частоты повторения импульсов сканирующего источника в рассеивающей среде позволяет учесть возникающее доплеровское смещение частоты повторения излучаемых импульсов и повысить вследствие этого точность измерения.

С этой целью в устройстве для измерения частоты повторения импульсов сканирующего источника в рассеивающей среде, содержащем последовательно соединенные антенну с ориентированной в направлении на источник диаграммой направленности, приемник и измеритель частоты повторения импульсов, а также индикатор, антенна выполнена с двумя, разнесенными по углу в плоскости сканирования, одинаковыми диаграммами направленности и с вторым выходом, последовательно соединенным с вторым приемником и вторым измерителем частоты повторения импульсов. Кроме этого, введены вычитатель, входы которого подключены к выходам первого и второго измерителей частоты повторения импульсов, а выход соединен с первым входом делителя, а также измеритель временного интервала, входы которого подключены к выходам приемников, а выход измерителя временного интервала через дифференциатор соединен со вторым входом делителя. Выход делителя соединен с индикатором.

Пояснение сущности устройства для измерения частоты повторения импульсов сканирующего источника в рассеивающих средах производится его структурной схемой, изображенной на чертеже.

Устройство содержит антенну 1, с двумя одинаковыми, разнесенными по углу в плоскости сканирования, диаграммами направленности и с двумя выходами, приемники 2 и 3, измеритель 4 временных интервалов, измерители 5 и 6 частоты повторения импульсов, дифференциатор 7, делитель 8, индикатор 9 и вычитатель 10.

Для обоснования способа измерения и описания работы устройства необходимо сделать некоторые аналитические пояснения.

Как уже отмечалось, причиной доплеровского смещения является поперечное трассе перемещение объема рассеяния, обусловленное сканированием диаграммы направленности источника излучения. При этом, основываясь на [3] (с. 242-243, рис. 16г) текущее значение дополнительного удлинения пути распространения (набега) оказывается пропорциональным расстоянию от источника до измерителя и квадрату углового положения рассеивающего объема:

L(t) = mD²(t),

где L(t) - текущее значение удлинения пути распространения;

m - некоторый постоянный коэффициент;

D - расстояние между источником и пунктом приема;

(t) - - текущее значение углового положения объема рассеяния.

Учитывая, что положение объема рассеяния зависит и от не меняющейся во времени ориентации диаграмм направленности приемной антенны, можно записать:

L₁₍₂₎(t) = mD²₁₍₂₎(t), (2)

где индексы 1 и 2 обозначают номера диаграмм направленности. Очевидно, соответствующие удлинениям (2) дополнительные запаздывания импульсов на выходах антенны, [3]:



где с - скорость распространения радиоволн.

Разность дополнительных запаздываний импульсов определяет величину временного интервала между ними:

(3)

Дифференцирование (3) определяет скорость изменения временного интервала:

(4)

Дифференцирование (2) приводит к выражению для скорости изменения длины пути распространения:

(5)

Использование (5) в известном соотношении f = V/ определяет доплеровские смещения частоты повторения в каналах приема:



где = c/F_o - - длина волны частоты повторения;

F₀ - частота повторения излучаемых импульсов.

Разность доплеровских смещений частот повторения:

(6)

Из (4) и (6):

(7)

Поскольку, наблюдаемые (измеряемые) в месте приема частоты повторения складываются из суммы излучаемой частоты и доплеровских смещений, F₁₍₂₎(t) = F₀ + f₁₍₂₎(t), то разность измеряемых частот повторения (F) оказывается равной разности доплеровских смещений:

F(t) = F₁(t)-F₂(t) = f(t), (8)

что, учитывая (7) и одновременность измерения F(t) и V(t), приводит к окончательному виду алгоритма оценки частоты повторения (1): F_o= F/V.

В целом устройство для измерения частоты повторения импульсов работает следующим образом.

Излученные сканирующим источником импульсно-модулированные колебания, принимаются (см. структурную схему) антенной 1 с угловым разнесением в плоскости сканирования двух, одинаковых диаграмм направленности, ориентированных в направлении источника. Колебания с выходов антенны поступают на первый 2 и второй 3 приемники, где они усиливаются и детектируются, образуя на выходах импульсные видеосигналы. Вследствие углового разнесения диаграмм направленности текущие значения доплеровских смещений спектров сигналов на ее выходах оказываются различными, что определяет различие частот повторения импульсов (F₁ и F₂) и их несовпадение по времени на выходах приемников. Величина этого несовпадения измеряется подключенным к выходам приемников измерителем 4 временного интервала, на выходе которого формируется значение интервала, определяемого выражением (3), (здесь и далее имеется в виду сигнал, пропорциональный значению параметра). С выхода измерителя временного интервала сигнал поступает на вход дифференциатора 7, на выходе которого в соответствии с (4) образуется значение скорости изменения временного интервала V(t). Это значение подается на вход делителя 8.

Частоты повторения импульсов F₁ и F₂ на выходах приемников измеряются в подключенных к ним измерителях 5 и 6 частоты повторения импульсов. Значения частот F₁ и F₂ поступают на вычитатель 10, на выходе которого формируется значение разности частот повторения F, что согласно (8) эквивалентно разности доплеровских смещений (6). Значение разности частот подается на вход делителя 8, на выходе которого в соответствии с (1) образуется искомое значение частоты повторения излучаемых импульсов F₀, отображаемое на индикаторе 9.

Все элементы устройства и производимые ими операции не являются оригинальными, допускают достаточно многочисленные варианты их исполнения, изложенные в общеизвестных публикациях и вследствие этого, не нуждаются в специальном описании.

Представленные выше способ и устройство позволяют учесть появление параметрического доплеровского эффекта при приеме сигналов сканирующих в рассеивающих средах источников и повысить вследствие этого, точность оценки частоты повторения излучаемых импульсов.

Источники информации

1. Измерения в электронике: Справочник/ В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневских и др. ; Под ред. В.А. Кузнецова. - М.: Энергоатомиздат, 1987. С. 337-353.

2. Вакин С. А. , Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. радио, 1968. С. 382-383, рис.10.2 (прототип).

3. Чисхолм Дж.Х., Портман Н.А., Беттенкур Дж.Т., Роч Дж.Ф. // Исследование углового рассеяния и многолучевых свойств при тропосферном распространении ультракоротких волн за пределы горизонта. Пер. с англ. под ред. В.И. Сифорова, в сб. статей "Вопросы дальней связи на ультракоротких волнах". М.: Сов. радио, 1957. С. 242-242, рис. 162.