RU209855U1 - Доплеровский измеритель скорости и угла сноса с линейно-частотной модуляцией - Google Patents

Доплеровский измеритель скорости и угла сноса с линейно-частотной модуляцией Download PDF

Info

Publication number
RU209855U1
RU209855U1 RU2021127372U RU2021127372U RU209855U1 RU 209855 U1 RU209855 U1 RU 209855U1 RU 2021127372 U RU2021127372 U RU 2021127372U RU 2021127372 U RU2021127372 U RU 2021127372U RU 209855 U1 RU209855 U1 RU 209855U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
receiving
antenna switch
mixer
Prior art date
Application number
RU2021127372U
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Алексеевич Бойко
Original Assignee
Михаил Алексеевич Бойко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Алексеевич Бойко filed Critical Михаил Алексеевич Бойко
Priority to RU2021127372U priority Critical patent/RU209855U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU209855U1 publication Critical patent/RU209855U1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к авиационному приборостроению, в том числе к системам, реализующим измерение скорости с использованием радиоволн, и может быть применена в бортовых доплеровских измерителях скорости и угла сноса (ДИСС). Техническим результатом является улучшение технических характеристик ДИСС с линейно-частотной модуляцией по показателю высотности применения за счет уменьшения влияния просачивания сигнала передатчика в приемный тракт. Доплеровский измеритель скорости и угла сноса с линейно частотной модуляцией содержит передающую и приемную антенны, малошумящий усилитель, смеситель, генератор, блок вычислителя, приемную и передающую антенны совмещенного радиовысотомера, коммутатор антенн и блок переключаемых полосовых фильтров. Приемная и передающая антенны совмещенного радиовысотомера формируют диаграммы направленности по вертикальным лучам. Управляющий вход блока генератора соединен с первым выходом блока вычислителя. Первый выход блока генератора соединен с усилителем мощности передатчика, а второй выход соединен со вторым входом смесителя. Первый вход смесителя подключен к выходу малошумящего усилителя по приемному тракту. Выход смесителя через блок переключаемых полосовых фильтров подключен ко входу блока вычислителя. Второй выход вычислителя соединен с управляющим входом блока переключаемых полосовых фильтров, а третий выход соединен с управляющим входом антенного коммутатора. Передающие и приемные антенны подключены к антенным входам коммутатора антенн. Вход коммутатора антенн по передающему тракту подключен к выходу усилителя мощности, а выход коммутатора антенн по приемному тракту подключен последовательно ко входу малошумящего усилителя. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к авиационному приборостроению, в том числе к системам, реализующим измерение скорости с использованием радиоволн, и может быть применена в доплеровских измерителях скорости и угла сноса (ДИСС).
Необходимость уменьшения влияния просочившегося сигнала передатчика на характеристики приемника привела к созданию ДИСС, реализующих непрерывное излучение зондирующих сигналов с гармонической частотной модуляцией. В приемниках таких ДИСС выделяется и усиливается лишь одна гармоника спектра отраженного сигнала, что обеспечивает отстройку частот передающего и приемного трактов. Такое техническое решение приводит к возможности снижения требований к развязке на 25 дБ (Сосновский А.А. Авиационная радионавигация. Справочник. - М.: Транспорт, 1990, с. 226-227). Так как сигнал просачивания воздействует на приемной устройство как помеха, то уменьшение просачивания приводит к повышению высотности применения ДИСС. Проблема уменьшения влияния сигнала просачивания имеет особую актуальность для ДИСС с печатными антеннами, в которых величина развязки относительно мала в сравнении с рупорными антеннами и составляет значение порядка минус 60 дБ.
Известны также технические решения устранения сигнала просачивания посредством режекции помехи в цифровых фильтрах (например, патент RU 2083998 от 10.07.1997). В качестве дополнительной меры применяются экранирующие перегородки между апертурами антенн, однако это приводит к нежелательному увеличению габаритов ДИСС.
Применение линейно-частотной модуляции (ЛЧМ) для зондирующих сигналов в ДИСС имеет существенные преимущества по отношению к гармонической частотной модуляции в связи с достижением узкого спектра излучаемого сигнала и возможностью реализации совмещенного радиовысотомера (РВ), что, в свою очередь, позволяет одновременно определять характер отражающей поверхности (ХОП) по величине асимметрии огибающей спектра сигнала биений в режиме РВ для внесения поправок в измеренное значение частоты Доплера (Жуковский А.П., Чижов В.И., Оноприенко Е.И. Теоретические основы радиовысотометрии - М.: Советское радио, 1979, с. 122).
Близким по технической сущности является устройство с зондирующими ЛЧМ-сигналами, реализующее функции ДИСС и РВ на основе частотной дальнометрии (Колчинский В.Е., Мандуровский И.Α., Константиновский М.И. Допплеровские устройства и системы навигации. - М.: Советское радио, 1975, с. 142).
Данное устройство взято в качестве прототипа. Устройство обеспечивает возможность одновременного измерения доплеровской частоты и высоты по значениям верхней и нижней частот биений преобразованного сигнала. Для выделения верхней и нижней частот биений в схеме установлены соответствующие полосовые фильтры. Сложение и вычитание частот биений выполняется в блоках суммы и разности частот. Вычисление частоты Доплера и высоты реализуется в блоке вычислителя.
Эпюры, поясняющие принцип работы данного устройства, приведены на фиг. 1, где приняты следующие обозначения: FПРД - частота сигнала на выходе передатчика, FПРМ - частота сигнала на входе приемника, FR - дальномерная частота, FС -суммарная (верхняя) частота биений, FР - разностная (нижняя) частота биений, Η - высота, τз - задержка на распространение, FД - частота Доплера.
Частоты биений могут быть представлены а виде суммы и разности частот FД и FR:
Figure 00000001
Figure 00000002
где FД - частота Доплера, FR - дальномерная частота.
Из данных выражений по измеренным значениям частот биений определяются частота Доплера и дальномерная частота:
Figure 00000003
Figure 00000004
По вычисленному значению дальномерной частоты определяется значение высоты. Недостатком данного устройства является то, что радиовысотомер реализован по наклонному лучу ДИСС. Кроме того, вычисление частоты Доплера и дальномерной частоты затруднено при малых отстройках между верхней и нижней частотами биений, а из-за влияния просачивания существенно ограничивается применение ДИСС по показателю высотности.
Целью предлагаемой полезной модели является улучшение технических характеристик ДИСС с линейно-частотной модуляцией по показателю высотности применения за счет уменьшения влияния просачивания сигнала передатчика в приемный тракт.
Данная цель достигается за счет того, что в заявленном устройстве, содержащем передающую и приемную антенны ДИСС, малошумящий усилитель, смеситель, генератор, блок вычислителя, дополнительно применены приемная и передающая антенны радиовысотомера, формирующие диаграммы направленности по вертикальным лучам, коммутатор антенн, блок переключаемых полосовых фильтров, причем вход блока генератора соединен с первым управляющим выходом блока вычислителя, первый выход блока генератора соединен с усилителем мощности передатчика, а второй выход соединен со вторым входом смесителя, первый вход которого подключен к выходу малошумящего усилителя по приемному тракту, а выход смесителя через блок переключаемых полосовых фильтров подключен ко входу блока вычислителя, у которого второй выход соединен с управляющим входом блока переключаемых полосовых фильтров, а третий выход соединен с управляющим входом антенного коммутатора.
Необходимый технический эффект достигается разнесением во времени режимов излучения и приема зондирующих сигналов, причем длительность интервалов излучения и приема сигналов устанавливается в зависимости от текущей высоты. По вычисленному в РВ значению высоты вычисляется величина задержки на распространение радиоволн, после чего определяется длительность зондирующего ЛЧМ-импульса и, соответственно, время запирания приемника. Излучение зондирующих сигналов и прием отраженных сигналов в режиме РВ реализуется по вертикальным лучам, а в режиме ДИСС - по наклонным лучам.
Сущность работы заявляемого устройства поясняется дальнейшим описанием и чертежами. На фиг. 2 изображена структурная схема заявляемого устройства, а на фиг. 3 приведены эпюры сигналов, поясняющие принцип работы устройства.
На фиг. 2 для упрощения рассмотрения пыриведена схема однолучевого ДИСС с совмещенным РВ, где применены следующие обозначения:
1 - Передающая антенна ДИСС (А1);
2 - Приемная антенна ДИСС (А2);
3 - Передающая антенна РВ (A3);
4 - Приемная антенна РВ (А4);
5 - Коммутатор антенный (КОМ);
6 - Малошумящий усилитель (МШУ);
7 - Усилитель мощности (УМ);
8 - Смеситель (СМ);
9 - Генератор (Г);
10 - Блок переключаемых полосовых фильтров (БППФ);
11 - Блок вычислителя (БВ).
На фиг. 2 передающая антенна ДИСС 1 подключена ко входу 1 коммутатора 5, приемная антенна ДИСС 2 подключена ко входу 1 коммутатора 5, передающая антенна РВ 3 подключена к выходу 2 коммутатора 5, приемная антенна РВ 4 подключена ко входу 2 коммутатора 5, вход 4 коммутатора антенн 5 по передающему тракту подключен к выходу усилителя мощности 7, вход которого соединен с выходом 1 генератора 9, вход которого соединен с управляющим выходом 1 блока вычислителя, выход коммутатора антенн 3 по приемному тракту подключен последовательно ко входу малошумящего усилителя 6 и входу 1 смесителя 8, второй вход которого подключен к выходу 2 генератора 9, выход смесителя 8 подключен последовательно ко входу 1 блока переключаемых полосовых фильтров 10 и входу блока вычислителя 11, вход 3 коммутатора антенн 5 соединен с управляющим выходом 3 блока вычислителя 11, у которого управляющий выход 2 соединен со входом 2 блока переключаемых полосовых фильтров 10.
На фиг. 3 приведены эпюры сигналов передатчика, приемника и сигнала биений для режима несимметричной линейно-частотной модуляции (НЛЧМ) в ДИСС с совмещенным радиовысотомером, где дополнительно к приведенным выше введены следующе обозначения: ΤΜ1 - период модуляции ЛЧМ-сигнала в режиме ДИСС; ТМ2 - период модуляции ЛЧМ-сигнала в режиме РВ; ΔF - девиация частоты (полный размах); Fвых.СМ - частота на выходе смесителя; FбH - частота биений нижняя в режиме РВ; FбB - частота биений верхняя в режиме РВ; Fб ДИСС - частота биений в режиме ДИСС; FГ1 - частота сигнала на выходе 1 генератора; FГ2 - частота сигнала на выходе 2 генератора; Fсмещ.l - частота смещения 1; Fсмещ.2 - частота смещения 2.
Рассмотрим два режима работы заявленного устройства: в режиме ДИСС и РВ. Пояснения к описанию данных режимов приведено в виде эпюр на фиг. 3.
В режиме РВ устройство работает следующим образом. Блоком вычислителя 11 выдается управляющая команда на формирование идентичных непрерывных последовательностей ЛЧМ сигналов с девиацией ΔF в диапазоне СВЧ на выходах 1 и 2 генератора 9, причем с выхода 1 сформированный зондирующий ЛЧМ-сигнал FГ1(t) подается на усилитель мощности 7, с выхода которого далее подается на коммутатор антенн 5. Отраженный от земной поверхности сигнал с выхода 3 коммутатора антенн 5 подается на вход малошумящего усилителя 6, с выхода которого поступает на вход смесителя 8, второй вход которого соединен с выходом 2 генератора 9. Из-за задержки на распространение на выходе смесителя 8 формируются два сигнала биений: FбB - верхний сигнал биений, FбH - нижний сигнал биений. В блоке переключаемых полосовых фильтров выделяется полоса частот, соответствующая нижнему сигналу биений. Центральная частота в спектре этого сигнала далее рассматривается в качестве дальномерной частоты FR:
Figure 00000005
где
FR - дальномерная частота;
ΔF - девиация частоты (полный размах);
Тм - период модуляции зондирующего НЛЧМ-сигнала.
По известным значениям ΔF, Тм и FR по формуле (5) определяется высота Н.
В режиме ДИСС на выходе 1 генератора 9 формируется непрерывная последовательность ЛЧМ-сигналов FГ1(t), а на выходе 2 - импульсная последовательность FГ2(t) со скважностью 2. Причем длительность импульсов на выходе 2 устанавливается равной задержке на распространение, определяемой по значению высоты Н, вычисленной совмещенным РВ. В результате данного технического решения интервалы включения режимов излучения и приема зондирующих сигналов разнесены во времени. На выходе смесителя 8 формируется импульсная последовательность сигнала биений с частотой заполнения:
Figure 00000006
где FД - частота Доплера, a Fсмещ - задаваемая величина отстройки смещений частот колебаний, определяемая выражением:
Figure 00000007
Вычисление частоты Fб ДИСС реализуется спектральным методом по максимуму огибающей спектра сигнала биений. Выделение частоты Доплера из сигнала Fб ДИСС выполняется на основании формулы (6). Значение Fсмещ задается исходя из диапазона частот Доплера требуемой точности измерения частоты с применением сигнального процессора.

Claims (1)

  1. Доплеровский измеритель скорости и угла сноса с линейно частотной модуляцией, содержащий передающую и приемную антенны, малошумящий усилитель, смеситель, генератор, блок вычислителя, отличающийся тем, что дополнительно применены приемная и передающая антенны совмещенного радиовысотомера, формирующие диаграммы направленности по вертикальным лучам, коммутатор антенн, блок переключаемых полосовых фильтров, причем управляющий вход блока генератора соединен с первым выходом блока вычислителя, первый выход блока генератора соединен с усилителем мощности передатчика, а второй выход соединен со вторым входом смесителя, первый вход которого подключен к выходу малошумящего усилителя по приемному тракту, выход смесителя через блок переключаемых полосовых фильтров подключен ко входу блока вычислителя, у которого второй выход соединен с управляющим входом блока переключаемых полосовых фильтров, а третий выход соединен с управляющим входом антенного коммутатора, передающие и приемные антенны подключены к антенным входам коммутатора антенн, вход коммутатора антенн по передающему тракту подключен к выходу усилителя мощности, а выход коммутатора антенн по приемному тракту подключен последовательно ко входу малошумящего усилителя.
RU2021127372U 2021-09-16 2021-09-16 Доплеровский измеритель скорости и угла сноса с линейно-частотной модуляцией RU209855U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127372U RU209855U1 (ru) 2021-09-16 2021-09-16 Доплеровский измеритель скорости и угла сноса с линейно-частотной модуляцией

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127372U RU209855U1 (ru) 2021-09-16 2021-09-16 Доплеровский измеритель скорости и угла сноса с линейно-частотной модуляцией

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU209855U1 true RU209855U1 (ru) 2022-03-23

Family

ID=80820485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021127372U RU209855U1 (ru) 2021-09-16 2021-09-16 Доплеровский измеритель скорости и угла сноса с линейно-частотной модуляцией

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU209855U1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3185981A (en) * 1959-10-07 1965-05-25 Bendix Lutherville Timmonium Doppler navigation system
RU2030762C1 (ru) * 1992-04-29 1995-03-10 Павел Викторович Охапкин Радиовысотомер с частотной модуляцией
CN104237877A (zh) * 2014-09-19 2014-12-24 陕西长岭电子科技有限责任公司 机载型自主式测速测高雷达系统及测速测高方法
RU2643168C2 (ru) * 2016-07-04 2018-01-31 Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Способ измерения высоты, истинной скорости летательного аппарата и наклона вектора скорости летательного аппарата относительно горизонта, устройство бортовой радиолокационной станции, использующее способ
RU2662803C1 (ru) * 2017-08-25 2018-07-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Способ измерения путевой скорости и угла сноса летательного аппарата
US10921444B2 (en) * 2017-11-22 2021-02-16 Foster-Miller, Inc. Airborne wind profiling portable radar system and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3185981A (en) * 1959-10-07 1965-05-25 Bendix Lutherville Timmonium Doppler navigation system
RU2030762C1 (ru) * 1992-04-29 1995-03-10 Павел Викторович Охапкин Радиовысотомер с частотной модуляцией
CN104237877A (zh) * 2014-09-19 2014-12-24 陕西长岭电子科技有限责任公司 机载型自主式测速测高雷达系统及测速测高方法
RU2643168C2 (ru) * 2016-07-04 2018-01-31 Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Способ измерения высоты, истинной скорости летательного аппарата и наклона вектора скорости летательного аппарата относительно горизонта, устройство бортовой радиолокационной станции, использующее способ
RU2662803C1 (ru) * 2017-08-25 2018-07-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Способ измерения путевой скорости и угла сноса летательного аппарата
US10921444B2 (en) * 2017-11-22 2021-02-16 Foster-Miller, Inc. Airborne wind profiling portable radar system and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОЛЧИНСКИЙ В.Е., МАНДУРОВСКИЙ И.А., КОНСТАНТИНОВСКИЙ М.И. Автономные допплеровские устройства и системы навигации летательных аппаратов. Под ред. В.Е. Колчинского. М.: "Сов. радио". 1975. 432 с., с.142. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003194924A (ja) ドップラーレーダー装置
US20210223360A1 (en) Radar device, signal processor, signal processing method, and mobile object
KR101239166B1 (ko) Ｆｍｃｗ 근접 센서
JPH0566991B2 (ru)
CN102279397A (zh) 一种主动变频式lfmcw雷达测距装置
RU2600109C1 (ru) Моноимпульсная рлс миллиметрового диапазона
GB655396A (en) Improvements in or relating to radio distance-measuring apparatus utilizing the doppler effect
RU209855U1 (ru) Доплеровский измеритель скорости и угла сноса с линейно-частотной модуляцией
US3018477A (en) Electromagnetic detector devices
CN209765034U (zh) 一种x波段车载探测雷达接收装置
CN112985540A (zh) 基于门控调频连续波的分体式导波雷达液位计
US2543448A (en) Moving object radio pulse-echo system
US2677126A (en) Wave signaling system
RU2510685C2 (ru) Радиолокационная станция с синтезированием апертуры и квазинепрерывным излучением
US20120249364A1 (en) Method of radar emission-reception
US2641754A (en) Terrain clearance indicator
RU58727U1 (ru) Радиолокационный измеритель расстояний
RU2389040C1 (ru) Запросный способ измерения радиальной скорости и система для его осуществления
RU2519952C2 (ru) Радиовысотомер с частотно-модулированным зондирующим сигналом
US3495243A (en) Means for generating a signal at a predetermined time to closest approach between two objects
RU2392704C1 (ru) Способ повышения широкополосности приемопередающего модуля фазированной антенной решетки, использующего генерацию сигналов методом прямого цифрового синтеза, и варианты его реализации
RU2803413C1 (ru) Способ импульсно-доплеровской радиолокации и устройство с автодинным приёмопередатчиком для его реализации
RU2715740C1 (ru) Устройство измерения составляющих вектора путевой скорости
RU2755518C1 (ru) Радиолокационная станция
RU2533198C1 (ru) Способ управления величиной разрешающей способности радиолокационной станции