Pierwszenstwo.Opublikowano, 16.11.1970 59144 KI. 21 a4, 48/63 ftOl/S 9M MKP CZYTELNIA KKRj.Poten1f-v*no Pnlsirtj l7*w!- Wspóltwórcy wynalazku: dr inz. Andrzej Lizon, mgr inz. Edward Bekta Wlasciciel patentu: Politechnika Warszawska (Katedra Radiolokacji), Warszawa (Polska) Radarowe urzadzenie do pomiaru predkosci Przedmiotem wynalazku jest radarowe urzadze¬ nie do pomiaru predkosci chwilowej i sredniej po¬ ruszajacego sie obiektu, a zwlaszcza statku, Urza¬ dzenie wedlug wynalazku sklada sie z nadajnika, odbiornika, czestosciomierza zliczajacego, rejestra¬ tora predkosci chwilowej, licznika impulsów oraz rejestratora przebytej przez obiekt drogi. Do po¬ miaru predkosci wykorzystuje sie zjawisko Dop¬ plera. Predkosc chwilowa proporcjonalna jest do czestotliwosci doplerowskiej odbieranego sygnalu.Predkosc srednia oblicza sie dzielac przebyta przez obiekt droge przez czas zmierzony. Droge przebyta przez obiekt wyznacza sie calkujac czestotliwosc doplerowska.Znane sa rózne urzadzenia radarowe przeznaczo¬ ne do pomiaru predkosci. Najprostsze z nich posia¬ daja nadajnik wytwarzajacy sygnal niemodulowa- ny, natomiast sygnal o czestotliwosci doplerowskiej wydzielany w nich jest na wyjsciu mieszacza mi¬ krofalowego. Maja one bardzo maly zasieg glów¬ nie ze wzgledu na duzy poziom szumów mieszacza mikrofalowego w zakresie czestotliwosci dople- rowskich oraz ze wzgledu na duzy poziom za¬ klócen powstajacych w mieszaczu przy demodulacji sygnalu nadajnika zmodulowanego amplitudowo te¬ tnieniami napiec zasilania i wibracjami mecha¬ nicznymi nadajnika.Wiekszy zasieg mozna uzyskac stosujac urza¬ dzenia, w których sygnal odbierany przeksztalcony jest w sygnal o duzej czestotliwosci posredniej, na 10 25 30 której szumy mieszacza mikrofalowego oraz za¬ klócenia pochodzace z demodulacji sygnalu nadaj¬ nika sa nieznaczne. Wymaga to jednak dostarcze¬ nia do mieszacza mikrofalowego sygnalu „hetero- dyny" uzyskiwanego z sygnalu nadajnika w wyni¬ ku modulacji jednowstegowej. Modulacja taka jest dosc trudna w pasmie mikrofalowym. Powoduje to znaczna rozbudowe urzadzenia.Urzadzenie wedlug wynalazku ma na celu usu¬ niecie tych wad. Zastosowana sinusoidalna modu¬ lacja czestotliwosci sygnalu nadajnika oraz wzmac¬ nianie sygnalu odbieranego na czestotliwosci rów¬ nej harmonicznej czestotliwosci modulacji umozli¬ wia stlumienie szumów mieszaczy, oraz zaklócen pochodzacych z demodulacji amplitudowej sygnalu nadajnika bez koniecznosci stosowania modulacji jednowstegowej. Upraszcza to znacznie budowe urzadzenia.Schemat blokowy urzadzenia wedlug wynalazku pokazany jest na fig. 1. Sklada sie ono z nadajni¬ ka 11 modulowanego sinusoidalnie z generatora 12, trójramiennego cyrkulatora ferrytowego 9 laczacego nadajnik 11 z antena 8 oraz antene 8 z miesza- czem mikrofalowym 1 polaczonym z nadajnikiem 11, wzmacniacza rezonansowego 2 dolaczonego do wyjscia mieszacza 1, mieszacza malej czestotliwos¬ ci 3 polaczonego ze wzmacniaczem rezonansowym 2 oraz za posrednictwem powielacza czestotliwos¬ ci 13 i przesuwnika fazy 10 z generatorem 12, z wzmacniacza malej czestotliwosci 4 oraz z wasko- 591443 wstegowego filtru sledzacego 5 dolaczonych kaska- "~ dowo do wyjscia mieszacza 3, z czestotsciomierza zliczajacego 6 oraz licznika 14 dolaczonych do wyj¬ scia filtru 5 i z rejestratora predikosci 7 oraz re¬ jestratora drogi 15 dolaczonych odpowiednio do wyjscia czestosciomierza 6 i licznika 14.Nadajnik 11 wytwarza, sygnal o fali ciaglej zmo¬ dulowany w czestotliwosci przebiegiem • : ¦- *-¦ \: \ '\ um = Umsino)t otrzymywanym z generatora 12. Sygnal ten poprzez cyrkuiator flftytowy 9 przesylany jest do anteny 8* Sygnal odbity od1 poruszajacego sie obiektu od¬ bierany jest przez antene 8 i przesylany jest po¬ przez cyrkuiator 9 do mieszacza mikrofalowego 1.Do mieszacza tego doprowadzona jest takze czesc sygnalu nadajnika. W wyniku zmieszania obu tych sygnalów na wyjsciu mieszacza 1 otrzymuje sie sy¬ gnal, którego widmo zawiera czestotliwosc dople- rowska oraz czestotliwosci odlegle od harmonicz¬ nych czestotliwosci modulujacej nadajnik o cze¬ stotliwosc doplerowska. Z sygnalu tego we wzmac¬ niaczu rezonansowym 2 wyodrebniane sa i wzmac¬ niane dwie skladowe wokól piatej harmonicznej.Po zmieszaniu ich w mieszaczu malej czestotliwosci 3 z sygnalem odniesienia U0 = UoCOS 5at uzyskuje sie sygnal o czestotliwosci dopierowskiej.SygnalLodniesienia otrzymuje sie w wyniku piecio¬ krotnego powielenia w powielaczu 13 sygnalu ge¬ neratora 12 oraz przesuniecia w fazie w przesuw- niku fazy 10. Sygnal o czestotliwosci doplerow¬ skiej wzmacniany jest we wzmacniaczu 4 malej czestotliwosci. W celu poprawienia czulosci odbio¬ ru sygnal o czestotliwosci doplerowskiej wydziela¬ ny jest z szumów na wyjsciu wzmacniacza 4 za pomoca waskopasmowego filtru 5 sledzacego za czestotliwoscia doplerowska. Na wyjsciu tego filtru uzyskuje sie ciag impulsów o czestotliwosci powta¬ rzania równej czestotliwosci doplerowskiej. Ciag tych impulsów podaje sie na wejscie czestosciomie¬ rza zliczajacego 6, który zlicza ilosc okresów sygna¬ lu doplerowskiego w znanym czasie.Czas zliczania czestosciomierza zostal tak dobra¬ ny, ze wskazanie jego w postaci cyfrowe] równe jest bezposrednio predkosci chwilowej wyrazonej w wybranych jednostkach predkosci na przyklad w wezlach. Stan licznika czestosciomierza po zakon¬ czeniu pomiaru czestotliwosci rejestrowany jest au¬ tomatycznie za pomoca rejestratora 7 dziurkujacego tasme papierowa. Zapis ten zrealizowany jest w ko¬ dzie dziesietno-dwójkowym. Ciag impulsów z wyj¬ scia filtru sledzacego 5 podawany jest takze do licznika impulsów 14 zliczajacego ilosc okresów sy¬ gnalu doplerowskiego. Stan licznika rejestrowany jest w rejestratorze 15 przebytej drogi. W celu ulatwienia odczytu drogi czestotliwosc nadajnika oraz obnizenie czestotliwosci doplerowskiej wybra¬ no tak, by wskazanie rejestratora 15 bylo bezpo¬ srednio w wybranych jednostkach drogi na przy¬ klad w milach morskich.Wprowadzenie modulacji czestotliwosci sygnalu nadajnika oraz wydzielanie na wyjscioi mieszacza mikrofalowego skladowych o czestotliwosciach bli- 59144 4 - skich harmonicznym czestotliwosci modulujacej umozliwia stlumienie zaklócen pochodzacych z de- modulacji amplitudowej sygnalu nadajnika oraz zmniejszenie wplywu szumów mieszacza. Tlumie- 5 nie to jest tym wieksze im wyzsza jest wykorzysty¬ wana harmoniczna czestotliwosci modulujacej. Jed¬ noczesnie towarzysza temu zaniki sygnalu o czesto¬ tliwosci doplerowskiej przy pewnych odleglosciach do obiektu odbijajacego. Najkorzystniejsze warunki 10 pracy urzadzenia uzyskano przy wykorzystaniu pia¬ tej harmonicznej czestotliwosci modulujacej oraz przy wprowadzeniu dla sygnalu odniesienia takiego przesuniecia fazy, by posiadal on postac cos 5a t, gdy sygnal modulujacy nadajnik ma postac sin cot 15 W celu zwiekszenia zasiegu urzadzenia zastoso¬ wano filtr sledzacy za czestotliwoscia doplerowska.Filtr ten wydziela sygnal o czestotliwosci dople¬ rowskiej z szumów, co umozliwia uzyskanie duzej dokladnosci pomiaru czestotliwosci doplerowskiej 20 przy slabym sygnale odbieranym.Uproszczony schemat blokowy filtru sledzacego F w urzadzeniu wedlug wynalazku pokazany jest na fig. 2. Filtr ten sklada sie z pierwszego detektora fazy 17, filtru dolnoprzepustowego 18, generatora 2g samodlawnego 19 przestrajanego napieciem wyjscio¬ wym z filtru 18, oraz z dwóch przerzutników 21 i 25, obnizajacych czterokrotnie czestotliwosc gene¬ ratora 19. W detektorze fazowym 17 porównuje sie fazy sygnalu wejsciowego oraz pierwszego sy- 30 gnalu prostokatnego 22, otrzymywanego z przesuw- nika 25. Wyjsciowe napiecie detektora zwane na¬ pieciem bledu proporcjonalne jest do cosinusa róz¬ nicy faz obu sygnalów. Przestraja ono generator samodlawny 19 tak, aby róznice faz obu sygnalów 35 podawanych na detektor sprowadzic do 90°. Napie¬ cie bledu kontrolowane jest za pomoca wskaznika 16 napiecia bledu.Zerowe napiecie bledu nie jest jednak wystar¬ czajacym stwierdzeniem dostrojenia filtru. Moze 40 ono bowiem wystapic przy jednakowych czestotli¬ wosciach sygnalu wejsciowego i sygnalu 22 przy róznicy ich faz równej 90° oraz przy znacznie róz¬ niacych sie czestotliwosciach obu tych sygnalów.Aby uniknac blednej oceny pracy filtru sledzacego, 45 posiada on dodatkowo drugi detektor fazy 28, prze- rzutniik 26 oraz wskaznik dostrojenia 29. W detek¬ torze 28 porównuje sie fazy sygnalu wejsciowego oraz drugiego sygnalu prostokatnego 27 otrzymy¬ wanego z przerzutnika 26. Sygnal 27 jest wzgle- 50 dem sygnalu 22 przesuniety w fazie o 90°. W wy¬ niku tego przy poprawnym zestrojeniu filtru sie¬ dzacego na wyjsciu detektora fazy 28 uzyskuje sie maksymalne napiecie wskazywane na wskazniku dostrojenia 29. Zerowe wskazanie wskaznika 16 na- 55 piecia bledu oraz maksymalne wskazanie wskaz¬ nika dostrojenia 29 moze wystapic tylko przy po¬ prawnym dostrojeniu filtru do czestotliwosci sy¬ gnalu wejsciowego, to znaczy wówczas, gdy cze¬ stotliwosc sygnalu wejsciowego równa jest cze- 60 stotliwosci sygnalu wyjsciowego 22 przy jednocze¬ snym zachowaniu najlepszych warunków synchro¬ nizacji generatora samodlawnego. Wówczas filtr sledzacy spelnia jednoczesnie funkcje ukladu pa¬ mietajacego. Czestotliwosc sygnalu wyjsciowego nie 65 ulega bowiem zmianie przy zanikach sygnalu od-59144 6 bieranego. Aby uzyskac najlepsze warunki synchro¬ nizacji w filtrze siedzacym jpczy zmianach czesto¬ tliwosci doplerowskiej, wprowadzono reczne pod- strajanie generatora samodlawnego na podstawie obserwacji wskazan wskaznika napiecia bledu.Dla wyjasnienia sposobu wytwarzania sygnalów odniesienia, na fig. 3 przedstawiono wzajemne cza¬ sowe zaleznosci pomiedzy sygnalem wyjsciowym 20 z generatora samodlawnego, dwoma sygnalami wyjsciowymi 23 i 24 z przerzutnika 21 oraz sygna¬ lami odniesienia 22 i 27 podawanymi do detekto¬ rów fazy 17 i 28.Licznik czestosciomierza zlicza czestotliwosc do¬ plerowska w ukladzie dziesietno-dwójkowym. Za¬ wiera on cztery dekady, a kazda z nich cztery prze- rzutniki. Sprzezenia zwrotne miedzy przerzutnikami w kazdej dekadzie wykonano w ten sposób, ze przerzucenie kolejnych przerzutników ze stanu ze¬ rowego odpowiada kolejno policzonym ilosciom impulsów 1, 2, 2,4., Zerowy stan przerzutników ^od¬ powiada zeru.Rejestracja stanu licznika odbywa sie na tasmie papierowej za pomoca pieciostemplowej dziurkarki.Cztery stemple wybijaja w tasmie dziurki okres¬ lajace stany poszczególnych czterech przerzutni¬ ków kolejno w kazdej dekadzie. W ten sposób za¬ pis zawiera cztery wiersze po jednym dla kazdej dekady. Pierwsza kolumna dziurek oznacza „1" druga — „2", trzecia — „2", czwarta — „4". Brak dziurki w dowolnej kolumnie oznacza zero. Zsumo¬ wanie liczb przyporzadkowanych wybitym dziur¬ kom w kazdym wierszu okresla stan dekady liczni¬ ka w ukladzie dziesietnym. Wszystkie wiersze od¬ czytane w ustalonej kolejnosci okreslaja. s,tan. licz¬ nika. W celu znalezienia na tasmie poczatku zapisu oprócz czterech kolumn dziurek wybijana jest do¬ datkowo dziurka w kolumnie piatej (pierwszej z le¬ wej) w wierszu odpowiadajacym pierwszej deka¬ dzie. Przyklad zapisu liczby 1907 pokazany jest na fig. 4. Kolumna mniejszych dziurek wykorzystywa¬ na jest tylko do przesuwania tasmy.Omówiony wyzej sposób budowy czestosciomie¬ rza zliczajacego oraz sposób zapisu jego stanu umoz¬ liwily eliminacje sumatora obliczajacego stany po¬ szczególnych dekad licznika czestosciomierza oraz proste wykorzystanie typowej dziurkarki do re¬ jestracji mierzonej czestotliwosci doplerowskiej. PL