RU2151408C1

RU2151408C1 - Radar distance meter

Info

Publication number: RU2151408C1
Application number: RU99114349/09A
Authority: RU
Inventors: нц Б.А. Ата; Б.А. Атаянц; В.А. Болонин; В.В. Езерский; Б.В. Кагаленко; А.И. Смутов
Original assignee: ООО предприятие "КОНТАКТ-1"
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: device has generator of symmetrical triangle voltage, analog multiplier, modulator, receiving-transmitting microwave unit, directed coupler, antenna, amplifier of differential frequency signal, frequency meter, extreme value detector, generator of frequency references, control circuit, time interval discriminator, and integrator. Generator of frequency references with control circuit and extreme value detector provides stabilization of microwave signal frequency deviation and prevents phase drops in differential frequency signal. Time interval discriminator with integrator and analog multiplier stabilize part of modulation period. This results in possibility stabilization of average slope of microwave signal frequency alteration upon temperature changes and decreases sample error. EFFECT: increased precision of distance measurement in wide temperature range. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике. The invention relates to radio engineering.

Известны устройства, работающие на принципе радиолокации в СВЧ-диапазоне с частотной модуляцией зондирующего сигнала. Known devices operating on the principle of radar in the microwave range with frequency modulation of the probing signal.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является радиодальномер, содержащий генератор СВЧ, ответвитель, антенный блок, смеситель, первый усилитель-формирователь, блок обработки и индикации, блок медленной модуляции, фазовый компаратор, формирователь стробов, блок быстрой модуляции, блок формирования частотных меток, детектор, второй усилитель-формирователь и блок запуска. The closest technical solution to the proposed device is a radio range finder containing a microwave generator, coupler, antenna unit, mixer, first amplifier driver, processing and display unit, slow modulation unit, phase comparator, strobe generator, fast modulation unit, frequency marking unit, a detector, a second driver amplifier and a trigger unit.

Недостатком известного устройства является повышение погрешности измерения при изменении температуры, обусловленное наличием медленной дополнительной модуляции и изменением резонансных частот резонатора СВЧ, используемого и блоке формирования частотных меток. A disadvantage of the known device is the increase in measurement error when the temperature changes, due to the presence of slow additional modulation and a change in the resonant frequencies of the microwave cavity used in the frequency label forming unit.

Медленная дополнительная модуляция, используемая для сглаживания дискретной ошибки, требует неизменности девиации частоты и существенного увеличения диапазона перестройки частоты СВЧ-генератора (на дальности менее 1 м требуется удвоение девиации СВЧ-генератора). Однако в известном устройстве стабилизация девиации частоты СВЧ-генератора производится только в подготовительный период, когда медленная модуляция отключена. Непосредственно во время измерения, когда включена медленная модуляция, стабилизация девиации не производится. В этот промежуток времени формируется стабильное по амплитуде пилообразное модулирующее напряжение. Однако рабочая точка смещается по модуляционной характеристике за счет медленной модуляции. Модуляционная характеристика большинства практически используемых СВЧ-генераторов является нелинейной и ее нелинейность зависит от температуры. Поэтому девиация частоты СВЧ-генератора и течение периода медленной модуляции сильно изменяется, особенно при изменении температуры. Slow additional modulation, used to smooth the discrete error, requires the invariance of the frequency deviation and a significant increase in the frequency tuning range of the microwave generator (at a distance of less than 1 m, doubling the deviation of the microwave generator is required). However, in the known device, the stabilization of the frequency deviation of the microwave generator is performed only in the preparatory period, when slow modulation is disabled. Directly during measurement, when slow modulation is turned on, stabilization of deviation is not performed. During this period of time, a sawtooth modulating voltage, stable in amplitude, is formed. However, the operating point is shifted by the modulation characteristic due to slow modulation. The modulation characteristic of most practically used microwave generators is non-linear and its non-linearity depends on temperature. Therefore, the frequency deviation of the microwave generator and the course of the period of slow modulation varies greatly, especially with temperature.

Используемый и блоке формирования частотных меток объемный многорезонансный резонатор СВЧ формирует частотные метки, соответствующие нижней (F_н) и верхней (F_в) границам перестройки частоты генератора СВЧ. При изменении температуры относительные размеры объемного резонатора изменяются пропорционально третьей степени коэффициента линейного расширения материала, из которой изготовлен объемный резонатор, что приводит к соответствующему изменению разноса резонансных частот, а значит и к изменению девиации частоты.The volumetric multi-resonant microwave cavity used in the frequency label forming unit generates frequency labels corresponding to the lower (F _n ) and upper (F _c ) limits of the frequency tuning of the microwave generator. As the temperature changes, the relative dimensions of the cavity resonator change in proportion to the third degree of the coefficient of linear expansion of the material from which the cavity is made, which leads to a corresponding change in the separation of resonant frequencies, and hence to a change in frequency deviation.

Указанные факторы приводят к значительной ошибке измерения дальности при изменении температуры окружающей среды. These factors lead to a significant range measurement error when the ambient temperature changes.

Цель изобретения - повышение точности измерения в диапазоне температур. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy in the temperature range.

Цель достигается тем, что в дальномер, содержащий формирователь симметричного треугольного напряжения, модулятор, приемно-передающий СВЧ-модуль с антенной, направленный oтветвитель, формирователь частотных меток, усилитель сигнала разностной частоты и измеритель частоты, введены дискриминатор интервала времени, интегратор, аналоговый умножитель, схема выделения экстремума и схема управления, причем формирователь частотных меток выполнен на основе двух фильтров СВЧ. Первый вход аналогового умножителя соединен с выходом формирователя симметричного треугольного напряжения, второй вход - с выходом интегратора, а выход - со входом модулятора. Выход модулятора соединен со входом приемно-передающего СВЧ-модуля. СВЧ-выход СВЧ-модуля соединен со входом направленного ответвителя, первый выход которого соединен с антенной, а второй - со входом формирователя частотных меток. Выход приемника СВЧ-модуля соединен со входом усилителя сигнала разностной частоты, выход которого соединен с входами измерителя частоты и схемы выделения экстремума. Первый и второй выходы формирователя частотных меток соединены соответственно с первыми и вторыми входами дискриминатора интервала времени и схемы управления. Третий вход схемы управления соединен с выходом схемы выделения экстремума. Выход схемы управления соединен с входом формирователя симметричного треугольного напряжения и третьим входом дискриминатора интервала времени, выход которого соединен с входом интегратора. The goal is achieved in that a range finder, an integrator, an analog multiplier, are introduced into the range finder, which contains a symmetric triangular voltage driver, a modulator, a microwave transmit-receive module with an antenna, a directional coupler, a frequency label generator, a differential frequency signal amplifier and a frequency meter, an extremum extraction circuit and a control circuit, wherein the frequency label generator is based on two microwave filters. The first input of the analog multiplier is connected to the output of the symmetrical triangular voltage driver, the second input to the integrator output, and the output to the modulator input. The output of the modulator is connected to the input of the transmitting and receiving microwave module. The microwave output of the microwave module is connected to the input of a directional coupler, the first output of which is connected to the antenna, and the second to the input of the frequency label former. The output of the receiver of the microwave module is connected to the input of the amplifier of the differential frequency signal, the output of which is connected to the inputs of the frequency meter and the extremum extraction circuit. The first and second outputs of the frequency label driver are connected respectively to the first and second inputs of the time interval discriminator and the control circuit. The third input of the control circuit is connected to the output of the extremum extraction circuit. The output of the control circuit is connected to the input of the symmetrical triangular voltage driver and to the third input of the time interval discriminator, the output of which is connected to the integrator input.

Повышение точности достигается тем, что введенные в устройство схема управления, схема выделения экстремума, дискриминатор интервала времени, интегратор, аналоговый умножитель и исполнение формирователя частотных меток на основе двух фильтров СВЧ позволяют стабилизировать крутизну изменения частоты СВЧ-гснератора при изменении температуры и других дестабилизирующих факторов и устранить из сигнала разностной частоты скачки фазы. Это позволяет стабилизировать результаты измерений и сгладить дискретную ошибку. Improving accuracy is achieved by the fact that the control circuit introduced in the device, the extremum extraction circuit, the time interval discriminator, the integrator, the analog multiplier, and the execution of the frequency label generator based on two microwave filters make it possible to stabilize the steepness of the frequency change of the microwave oscillator with temperature and other destabilizing factors and eliminate phase jumps from the differential frequency signal. This allows you to stabilize the measurement results and smooth out the discrete error.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема радиолокационного дальномера; на фиг. 2 - схема управления; на фиг. 3 - дискриминатор интервала времени; на фиг. 4 - формирователь частотных меток; на фиг. 5 и 6 - графики, поясняющие работу дальномера. In FIG. 1 shows a structural electrical diagram of a radar range finder; in FIG. 2 is a control diagram; in FIG. 3 - discriminator of the time interval; in FIG. 4 - shaper frequency labels; in FIG. 5 and 6 are graphs explaining the operation of the range finder.

Радиолокационный дальномер содержит формирователь симметричного треугольного напряжения 1, аналоговый умножитель 2, интегратор 3, модулятор 4, приемно-передающий СВЧ-модуль 5, направленный ответвитель 6, антенну 7, формирователь частотных меток 8, усилитель сигнала разностной частоты 9, измеритель частоты 10, схему выделения экстремумов 11, дискриминатор интервала времени 12 и схему управления 13. The radar range finder contains a symmetric triangular voltage driver 1, an analog multiplier 2, an integrator 3, a modulator 4, a microwave transmit-receive module 5, a directional coupler 6, an antenna 7, a frequency label generator 8, a differential frequency signal amplifier 9, a frequency meter 10, a circuit highlighting the extrema 11, the discriminator of the time interval 12 and the control circuit 13.

Выход формирователя симметричного треугольного напряжения 1 соединен с первым входом аналогового умножителя 2, второй вход которого соединен с выходом интегратора 3. К выходу аналогового умножителя 2 подключен вход модулятора 4, выход которого соединен с первым (модулирующим) входом приемно-передающего СВЧ-модуля 5. Первый СВЧ-выход приемно-передающего СВЧ-модуля 5 соединен с входом направленного ответвителя 6. Первый выход направленного ответвителя 6 соединен с антенной 7, а второй выход - с входом формирователя частотных меток 8. Второй (приемный) выход приемно-передающего СВЧ-модуля 5 соединен с входом усилителя сигнала разностной частоты 9, выход которого соединен с входами измерителя частоты 10 и схемы выделения экстремума 11. Первый и второй выходы формирователя частотных меток 8 соединены соответственно с первыми и вторыми входами дискриминатора интервала времени 12 и схемы управления 13. Третий вход схемы управления 13 соединен с выходом схемы выделения экстремума 11. Выход схемы управления 13 соединен с входом формирователя симметричного треугольного напряжения 1 и третьим входом дискриминатора интервала времени 12. Выход дискриминатора интервала времени 12 соединен с входом интегратора 3. The output of the symmetric triangular voltage former 1 is connected to the first input of the analog multiplier 2, the second input of which is connected to the output of the integrator 3. The output of the analog multiplier 2 is connected to the input of the modulator 4, the output of which is connected to the first (modulating) input of the transmitting and receiving microwave module 5. The first microwave output of the transmitting and receiving microwave module 5 is connected to the input of the directional coupler 6. The first output of the directional coupler 6 is connected to the antenna 7, and the second output to the input of the frequency label driver 8. The second (when volumetric) the output of the transmitting and receiving microwave module 5 is connected to the input of the amplifier of the differential frequency signal 9, the output of which is connected to the inputs of the frequency meter 10 and the extraction circuit of the extremum 11. The first and second outputs of the frequency label generator 8 are connected respectively to the first and second inputs of the interval discriminator time 12 and the control circuit 13. The third input of the control circuit 13 is connected to the output of the extreme selection circuit 11. The output of the control circuit 13 is connected to the input of the symmetrical triangular voltage former 1 and the third the input of the discriminator of the time interval 12. The output of the discriminator of the time interval 12 is connected to the input of the integrator 3.

Схема управления 13 содержит в своем составе первый 14 и второй 15 D-триггеры, схему ИЛИ 16, электронный ключ 17 и T-триггер 18. Тактовые входы (входы C) D-триггеров 14 и 15 являются соответственно первым и вторым входами схемы управления. Выходы D-триггеров 14 и 15 соединены с первым и вторым входами схемы ИЛИ 16, выход которой соединен с первым входом электронного ключа 17. Второй вход электронного ключа 17 является третьим входом схемы управления 13. Выход электронного ключа 17 соединен с входом T-триггера 18. Прямой и инверсный выходы T-триггера соединены с информационными входами (D-входами) соответственно первого 14 и второго 15 D-триггеров. Инверсный выход T-триггера является выходом схемы управления 13. The control circuit 13 comprises the first 14 and second 15 D-flip-flops, the OR circuit 16, the electronic key 17 and the T-flip-flop 18. The clock inputs (inputs C) of the D-flip-flops 14 and 15 are the first and second inputs of the control circuit, respectively. The outputs of the D-flip-flops 14 and 15 are connected to the first and second inputs of the OR circuit 16, the output of which is connected to the first input of the electronic key 17. The second input of the electronic key 17 is the third input of the control circuit 13. The output of the electronic key 17 is connected to the input of the T-trigger 18 The direct and inverse outputs of the T-flip-flop are connected to the information inputs (D-inputs) of the first 14 and second 15 D-flip-flops, respectively. The inverse output of the T-trigger is the output of the control circuit 13.

Дискриминатор интервала времени 12 содержит в своем составе третий 19 и четвертый 20 D-триггеры, схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, первую 22, вторую 23 и третью 24 схемы И, сумматор 25, выполненный на операционном усилителе, кварцевый генератор 26 и счетчик импульсов 27. Тактовые входы (входы C) третьего 19 и четвертого 20 D-триггеров соединены вместе и являются первым входом дискриминатора интервала времени 12. Вторым входом дискриминатора интервала времени 12 является вход сброса (R-вход) четвертого D-триггера 20. Информационные входы (D-входы) третьего 19 и четвертого 20 D-триггеров соединены вместе и являются третьим входом дискриминатора интервала времени 12. Входы установки (S-входы) третьего 19 и четвертого 20 D-триггеров соединены с шиной "Земля". Выход третьего 19 D-триггера соединен с первыми входами схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и первой 22 и третьей 24 схем И. Выход четвертого 20 D-триггераa соединен со вторым входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и первым входом второй схемы И 23. Выход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 соединен со вторыми входами первой 22 и второй 23 схем И. Выходы первой 22 и второй 23 схем И соединены соответственно с прямым и инверсным входами сумматора 25 на операционном усилителе, выход которого является выходом дискриминатора интервала времени 12. Выход кварцевого генератора 26 соединен со вторым входом третьей схемы И 24, выход которой соединен с входом счетчика импульсов 27. Выход счетчика импульсов 27 соединен с входом сброса (D-входом) третьего D-триггера 19. The discriminator of the time interval 12 contains the third 19 and fourth 20 D-flip-flops, the circuit EXCLUSIVE OR 21, the first 22, the second 23 and the third 24 circuits AND, the adder 25, made on an operational amplifier, a crystal oscillator 26 and a pulse counter 27. Clock the inputs (inputs C) of the third 19 and fourth 20 D-flip-flops are connected together and are the first input of the time interval discriminator 12. The second input of the time interval discriminator 12 is the reset input (R-input) of the fourth D-trigger 20. Information inputs (D-inputs ) third 19 and fourth 20 D-flip-flops are connected together and the third input time slot 12. The discriminator setting inputs (S-input) of the third 19 and the fourth D-flip-flops 20 connected to the bus "Earth". The output of the third 19 D-flip-flop is connected to the first inputs of the EXCLUSIVE OR circuit 21 and the first 22 and the third 24 circuits I. The output of the fourth 20 D-flip-flop is connected to the second input of the circuit EXCLUSIVE OR 21 and the first input of the second circuit AND 23. The circuit output EXCLUSIVE OR 21 connected to the second inputs of the first 22 and second 23 circuits I. The outputs of the first 22 and second 23 circuits And are connected respectively to the direct and inverse inputs of the adder 25 on the operational amplifier, the output of which is the output of the time interval discriminator 12. The output of the crystal oscillator 26 is connected to orym input of the third AND gate 24, whose output is connected to the input of the pulse counter 27. The output of the pulse counter 27 is connected to the reset input (D-input) of the third D-flip-flop 19.

Формирователь частотных меток 8 содержит в своем составе первый 28 и второй 29 фильтры СВЧ, первый 30 и второй 31 амплитудные детекторы и первый 32 и второй 33 усилители-формирователи. Входы первого 28 и второго 29 фильтров СВЧ соединены вместе и являются входом формирователя частотных меток 8. Первые и, соответственно, вторые фильтры СВЧ (28 и 29), амплитудные детекторы (30 и 31) и усилители-формирователи (32 и 33) соединены последовательно. Выходы первого 32 и второго 33 усилителей-формирователей являются первым и вторым выходами формирователя частотных меток 8. The frequency label generator 8 comprises first 28 and second 29 microwave filters, first 30 and second 31 amplitude detectors, and first 32 and second 33 amplifying drivers. The inputs of the first 28 and second 29 microwave filters are connected together and are the input of the frequency label driver 8. The first and, respectively, second microwave filters (28 and 29), amplitude detectors (30 and 31) and amplifier-drivers (32 and 33) are connected in series . The outputs of the first 32 and second 33 of the amplifier-drivers are the first and second outputs of the driver frequency labels 8.

Радиолокационный дальномер работает следующим образом. Radar range finder works as follows.

Симметричный треугольный сигнал с формирователя симметричного треугольного напряжения 1 поступает на первый вход аналогового умножителя 2, на второй вход которого поступает постоянное управляющее напряжение с выхода интегратора 3. Результирующее напряжение с заданной амплитудой поступает на вход модулятора 4, где складывается с постоянным напряжением смещения. С выхода модулятора 4 сумма постоянного напряжения смещения и симметричного треугольного напряжения поступает на модулирующий сход приемно-передающего СВЧ-модуля 5, с выхода СВЧ которого модулированный по частоте сигнал поступает на вход направленного ответвителя 6. Частота сформированного СВЧ-сигнала изменяется во времени (фиг.5 а и фиг. 6 а) в соответствии с изменением модулирующего напряжения и формой модуляционной характеристики СВЧ-модуля 5. С первого выхода направленного ответвителя 6 основная часть мощности СВЧ-сигнала поступает в антенну 7 и излучается в пространство. Небольшая часть мощности формируемого СВЧ-сигнала со второго выхода направленного ответвителя 6 постукает на вход формирователя частотных меток 8. Принятый антенной 7 отраженный сигнал поступает через направленный ответвитель 6 на СВЧ-вход приемно-передающего СВЧ-молуля 5. Со второго (приемного) выхода этого модуля через усилитель сигнала разностной частоты 9 полезный сигнал (фиг. 5 б) поступает на соединенные вместе входы измерителя частоты 10 и схемы выделения экстремума 11. Результат измерения разностной частоты F_р пропорционален измеряемой дальности. Остальная часть схемы предназначена для стабилизации результатов измерения при изменении температуры окружающей среды и устранения скачков фазы в сигнале биений.The symmetric triangular signal from the generator of the symmetrical triangular voltage 1 is fed to the first input of the analog multiplier 2, the second input of which receives a constant control voltage from the output of the integrator 3. The resulting voltage with a given amplitude is fed to the input of the modulator 4, where it is added with a constant bias voltage. From the output of the modulator 4, the sum of the constant bias voltage and the symmetrical triangular voltage is fed to the modulating gathering of the transmitting and receiving microwave module 5, from the microwave output of which the frequency-modulated signal is fed to the input of the directional coupler 6. The frequency of the generated microwave signal varies with time (Fig. 5 a and 6 a) in accordance with the change in the modulating voltage and the shape of the modulation characteristic of the microwave module 5. From the first output of the directional coupler 6, the main part of the microwave signal power is supplied to antenna 7 and is radiated into space. A small part of the power of the generated microwave signal from the second output of the directional coupler 6 is tapped to the input of the frequency label driver 8. The reflected signal received by the antenna 7 is transmitted through the directional coupler 6 to the microwave input of the transmitting and receiving microwave moth 5. From the second (receiving) output of this module through the amplifier of the signal of the differential frequency 9, the useful signal (Fig. 5 b) is fed to the inputs of the frequency meter 10 and the extraction circuit of the extremum 11. The measurement result of the differential frequency F _{p is} proportional to the measured my range. The rest of the circuit is designed to stabilize the measurement results when the ambient temperature changes and eliminate phase jumps in the beat signal.

Стабилизация результатов измерения и устранение скачков фазы производятся следующим образом. В моменты, когда частота сформированного СВЧ-сигнала становится равной резонансной частоте одного из СВЧ-фильтров (28 или 29), на одном из выходов формирователя частотных меток 8 вырабатывается короткий импульс. У каждого из фильтров это происходит дважды за период модуляции. Для первого фильтра СВЧ 28, настроенного на верхнюю частоту F_в, это происходит сначала при увеличении частоты сигнала, а затем при уменьшении (на фиг. 5г и фиг. 6б это импульсы, обозначенные B₁ и В₂). Для второго фильтра СВЧ 29, настроенного на нижнюю частоту F_н - наоборот, сначала при уменьшении чистоты сигнала СВЧ, а затем при увеличении (на фиг. 5д и фиг.6в это импульсы, обозначенные H₁ и H₂). Эти импульсы используются в двух блоках - схеме управления 13 и дискриминаторе интервала примени 12 с разными целями.The stabilization of the measurement results and the elimination of phase jumps are performed as follows. At times when the frequency of the generated microwave signal becomes equal to the resonant frequency of one of the microwave filters (28 or 29), a short pulse is generated at one of the outputs of the frequency label former 8. For each of the filters, this happens twice during the modulation period. For the first microwave filter 28, tuned to the upper frequency F _in , this happens first when the signal frequency increases, and then when it decreases (in Fig. 5d and Fig. 6b these are the pulses indicated by B ₁ and B ₂ ). For the second microwave filter 29, tuned to the lower frequency F _n , on the contrary, first, with a decrease in the purity of the microwave signal, and then with an increase (in Figs. 5e and 6c, these are pulses denoted by H ₁ and H ₂ ). These pulses are used in two blocks - the control circuit 13 and the interval discriminator 12, for different purposes.

В схеме управления 13 первый из пары импульсов (B₁ или H₁) разрешает переключение направления изменения треугольного напряжения ближайшим за ним импульсом, соответствующим экстремуму сигнала разностной частоты (фиг. 5в). Это устраняет скачки фазы в этом сигнале. Для этой цели импульсы, соответствующие верхней частоте (фиг. 5г), поступают на тактовый вход (C-вход) первого D-триггера 14. На информационный вход (D-вход) этого D-триггера поступают импульсы с прямого выхода T-триггера 18 (фиг. 5е). Импульсы, соответствующие нижней частоте (фиг. 5д), поступают на актовый вход (C вход) второго D-триггера 15. На информационный вход (D вход) второго D-триггера 15 с инверсного выхода Т-триггера 18 (фиг. 5ж) поступают импульсы, управляющие направлением изменения треугольного напряжения. В исходном состоянии первый 14 и второй 15 D-триггеры находятся в нулевом состоянии. Первый из пришедших на тактовый вход (C-вход) импульсов, т.е. B₁ или H₁, переводит в единичное состояние соответственно первый 14 или второй 15 D-триггер, переписывая сигнал с информационного входа (D-входа), где в этот момент находится логическая "1", на выход (фиг. 5з и 5и соответственно). Эта "1" через схему ИЛИ 16 поступает на первый (управляющий) вход электронного ключа 17 (фиг. 5к) и открывает его. Короткие импульсы, соответствующие экстремумам сигнала разностной частоты (фиг. 5в), поступают на второй вход электронного ключа 17 со схемой выделения экстремумов 11. На выход ключа 17 проходят импульсы экстремумов (фиг. 5в), совпадающие по времени с импульсами управления ключом 17 (фиг. 5л). Они поступают на вход T-триггера 18 и переключают его в другое состояние (фиг. 5е и 5ж). Пришедшие после этого момента вторые импульсы, соответствующие верхней или нижней частоте, т.е. B₂ или H₂, переписывают на входы соответственно первого 14 или второго 15 D-триггеров с информационных входов имеющейся там в данный момент логический "0". В результате электронный ключ 17 закрывается и не пропускает остальные импульсы, соответствующие экстремумам сигнала разностной частоты до момента прихода очередного первого импульса B₁ или H₁. Такое управление моментом переключения направления изменения треугольного напряжения позволяет освободить сигнал разностной частоты от скачков фазы (фиг. 5б) и стабилизировать величину изменения частоты СВЧ-сигнала ΔF = F_в - F_н в интервалах времени между импульсами B₂-H₁ и H₂-B₁. Стабильность Δ F обеспечивается благодаря тому, что при изменении температуры резонансные частоты фильтров СВЧ смещаются в одну сторону.In control circuit 13, the first of a pair of pulses (B ₁ or H ₁ ) permits switching the direction of change of the triangular voltage by the pulse closest to it, corresponding to the extremum of the difference frequency signal (Fig. 5c). This eliminates phase jumps in this signal. For this purpose, pulses corresponding to the upper frequency (Fig. 5d) are fed to the clock input (C-input) of the first D-trigger 14. Pulses from the direct output of the T-trigger 18 are fed to the information input (D-input) of this D-trigger (Fig. 5e). The pulses corresponding to the lower frequency (Fig. 5e) are received at the act input (C input) of the second D-trigger 15. At the information input (D input) of the second D-trigger 15 from the inverse output of the T-trigger 18 (Fig. 5g) pulses that control the direction of change of the triangular voltage. In the initial state, the first 14 and second 15 D-flip-flops are in the zero state. The first pulse arriving at the clock input (C-input), i.e. B ₁ or H ₁ , translates into a single state, respectively, the first 14 or second 15 D-trigger, rewriting the signal from the information input (D-input), where at that moment there is a logical "1", to the output (Fig. 5z and 5i, respectively ) This "1" through the OR 16 circuit enters the first (control) input of the electronic key 17 (Fig. 5k) and opens it. Short pulses corresponding to the extrema of the difference frequency signal (Fig. 5c) are fed to the second input of the electronic key 17 with the extraction circuit of the extrema 11. The output of the key 17 passes the pulses of the extrema (Fig. 5c), coinciding in time with the control pulses of the key 17 (Fig. 5l). They enter the input of the T-flip-flop 18 and switch it to another state (Figs. 5e and 5g). The second pulses arriving after this moment correspond to the upper or lower frequency, i.e. B ₂ or H ₂ are copied to the inputs of the first 14 or second 15 D-flip-flops, respectively, from the information inputs of the logical “0” currently available there. As a result, the electronic key 17 is closed and does not pass the remaining pulses corresponding to the extrema of the difference frequency signal until the moment of the arrival of the next first pulse B ₁ or H ₁ . Such control of the moment of switching the direction of change of the triangular voltage allows you to free the differential frequency signal from phase jumps (Fig. 5b) and stabilize the magnitude of the change in the frequency of the microwave signal ΔF = F _in - F _n in the time intervals between pulses B ₂ -H ₁ and H ₂ - B ₁ . Stability Δ F is provided due to the fact that when the temperature changes, the resonant frequencies of the microwave filters are shifted to one side.

В дискриминаторе интервала времени 12 импульсы с выходов формирователя частотных меток 8 используются для стабилизации интервала времени между импульсами B₂ и H₁. С этой целью на соединенные вместе тактовые входы третьего 19 и четвертого 20 D-триггеров, являющиеся первым входом дискриминатора интервала времени 12, поступает импульс B₂(фиг. 6б), а на соединенные вместе информационные входы этих триггеров (D-входы), являющиеся третьим входом дискриминатора интервала времени 12 поступает импульс управления направлением изменения треугольного напряжения (фиг. 6 г). Импульс B₂ переводит третий 19 и четвертый 20 D-триггеры в единичное состояние (фиг. 6д и фиг. 6е), переписывая логическую "1" с их информационных входов (D-входов) на выходы. Выходной сигнал третьего 19 D-триггера поступает на первый вход третьей схемы И 24. В результате через третью схему И 24 на вход счетчика импульсов 27 поступают импульсы кварцевого генератора 26. После того, как счетчик импульсов 27 отсчитает заданное количество импульсов, сигнал с его выхода поступает на вход сброса (R-вход) третьего 19 D-триггера и сбрасывает его в нулевое состояние. Таким образом, на выходе третьего 19 D-триггера формируется эталонный импульс с длительностью T_э (фиг. 6е). Четвертый 20 D-триггер переводится в нулевое состояние импульсом H₁, поступающим на его вход сброса (R-вход), являющийся вторым входом дискриминатора интервала времени 12. Поэтому па выходе четвертого D-триггера 20 формируется рабочий импульс, длительность которого T_р (фиг.6 д) равна интервалу времени между импульсами B₂ - H₁. Импульсы с выходов третьего 19 и четвертого 20 D-триггеров поступают на первый и второй входы схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21. На выходе этой схемы формируется импульс (фиг. 6ж), длительность которого равна

Момент появления этого импульса зависит от знака разности (T_э-T_р). Если эта разность положительная, то разностный импульс расположен слева от заднего фронта эталонного импульса, а если отрицательная - справа. На фиг. 6 это соответствует импульсам, изображенным соответственно сплошной линией или пунктирной линией. Разностный импульс поступает на вторые входы первой 22 и второй 23 схем И. На первый вход первой схемы И 22 поступает эталонный импульс (фиг. 6е), а на первый вход второй схемы И 2З поступает рабочий импульс (фиг. 6д). Поэтому на выходе первой схемы И 22 появляется импульс с длительностью T_и только в случае, когда T_э > T_з (фиг. 6з), а на выходе второй схемы И - в противоположном случае (фиг. 6и). Т.к. выход первой схемы И 22 подключен к прямому входу сумматора 25 на операционном усилителе, а выход второй схемы И - к инвертирующему входу, то на выходе сумматора 25 будет формироваться импульс с длительностью T_иб знак которого равен знаку разности (T_э-T_р) (фиг. 6к). Этот сигнал и поступает на выход дискриминатора интервала времени 12. После интегрирования этого сигнала в интеграторе 3 постоянное управляющее напряжение поступает на второй вход аналогового умножителя 2, и перемножаясь с треугольным напряжением, приводит к такому изменению его амплитуды, при котором длительность разностного импульса T_и стремится к нулю, а значит T_р стремится к T_э, т.е. к значению, стабилизированному кварцевым резонатором.In the discriminator of the time interval 12 pulses from the outputs of the shaper frequency labels 8 are used to stabilize the time interval between pulses B ₂ and H ₁ . To this end, the clock inputs of the third 19 and fourth 20 D-triggers connected together, which are the first input of the time interval discriminator 12, receive a pulse B ₂ (Fig. 6b), and the information inputs of these triggers (D-inputs) connected together the third input of the discriminator of the time interval 12 receives an impulse to control the direction of change of the triangular voltage (Fig. 6 g). Impulse B ₂ transfers the third 19 and fourth 20 D-flip-flops to a single state (Fig. 6e and Fig. 6e), rewriting the logical "1" from their information inputs (D-inputs) to the outputs. The output signal of the third 19 D-flip-flop is supplied to the first input of the third circuit And 24. As a result, through the third circuit And 24, the pulses of the crystal oscillator 26 are input to the pulse counter 27. After the pulse counter 27 counts the specified number of pulses, the signal from its output arrives at the reset input (R-input) of the third 19 D-flip-flop and resets it to the zero state. Thus, at the output of the third 19 D-flip-flop, a reference pulse is formed with a duration T _e (Fig. 6e). The fourth 20 D-flip-flop is brought to the zero state by the pulse H ₁ supplied to its reset input (R-input), which is the second input of the time interval discriminator 12. Therefore, a working pulse is generated at the output of the fourth D-flip-flop 20, the duration of which is T _p (Fig. .6 d) is equal to the time interval between pulses B ₂ - H ₁ . The pulses from the outputs of the third 19 and fourth 20 D-flip-flops are supplied to the first and second inputs of the circuit EXCLUSIVE OR 21. An pulse is generated at the output of this circuit (Fig. 6g), the duration of which is equal to

The moment of appearance of this impulse depends on the sign of the difference (T _e -T _p ). If this difference is positive, then the difference pulse is located to the left of the trailing edge of the reference pulse, and if negative, to the right. In FIG. 6, this corresponds to the pulses shown respectively by a solid line or a dashed line. The differential pulse is fed to the second inputs of the first 22 and second 23 circuits I. The first pulse of the first circuit And 22 receives a reference pulse (Fig. 6e), and the working pulse is transmitted to the first input of the second circuit And 2Z (Fig. 6e). Therefore, at the output of the first AND circuit 22, a pulse of duration T _and only in the case where T _e> T _s (Figure 6h.), And the output of the second AND circuit - in the opposite case (Figure 6i.). Because the output of the first circuit And 22 is connected to the direct input of the adder 25 on the operational amplifier, and the output of the second circuit And to an inverting input, then an pulse with a duration T will be generated at the output of the adder 25 _{and its} sign is equal to the difference sign (T _e -T _p ) (Fig. 6k). This signal is output time interval discriminator 12. After integrating this signal in the integrator 3 is supplied a constant control voltage to the second input of the analog multiplier 2, and multiplied together with the triangular voltage leads to such a change in its amplitude at which the differential pulse duration T _and strives to zero, which means that T _p tends to T _e , i.e. to a value stabilized by a quartz resonator.

Таким образом, в результате работы формирователя частотных меток 8, схемы управления 13 и дискриминатора интервала времени 12 на интервале между импульсами B₂ и H₁ оказывается стабильным значение средней крутизны изменения частоты СВЧ сигнала K₁= ΔF/T_э, независимо от температуры окружающей среды и от закона изменения частоты, т.е. от нелинейности модуляционной характеристики. В остальные промежутки времени в течение периода изменения симметричного треугольного напряжения T_м стабилизация не производится. Однако учитывая, что температура окружающей среды и другие дестабилизирующие факторы изменяются очень медленно по сравнению с T_м, а параметры модулирующего напряжения и измеряемая дальность постоянны, можно считать K_г величиной постоянной и течение всего периода T_м и не зависящей от температуры и других факторов, влияющих на среднюю крутизну модуляционной характеристики. Измеряемая дальность R_и при этом равна R_и = c • F_р/K_г, где c - скорость света. В связи с тем, что в сигнале разностной частоты отсутствуют скачки фазы, он в этом устройстве имеет вид непрерывной синусоиды (фиг. 5 б), что позволяет значительно уменьшить дискретную ошибку, выбрав достаточно большим интервал счета частоты в измерителе частоты 10.Thus, as a result of the operation of the frequency label generator 8, the control circuit 13 and the discriminator of the time interval 12, the average steepness of the change in the frequency of the microwave signal K ₁ = ΔF / T _e is stable over the interval between pulses B ₂ and H ₁ , regardless of the ambient temperature and from the law of frequency change, i.e. from the nonlinearity of the modulation characteristic. In other time intervals during the period of change of the symmetrical triangular voltage T _m stabilization is not performed. However, given that the ambient temperature and other destabilizing factors change very slowly compared to T _m , and the parameters of the modulating voltage and the measured range are constant, we can assume that K _g is constant and throughout the entire period T _m and is independent of temperature and other factors, affecting the average steepness of the modulation characteristics. The measured distance _and wherein R is _and R = c • F _r / K _z, where c - velocity of light. Due to the fact that there are no phase jumps in the difference frequency signal, it has the form of a continuous sinusoid in this device (Fig. 5 b), which can significantly reduce the discrete error by choosing a sufficiently large frequency count interval in the frequency meter 10.

Claims

1. A radar range finder, comprising a microwave transmit-receive module with an antenna, a directional coupler, a symmetric triangular voltage driver, a differential frequency signal amplifier and a frequency meter, characterized in that a modulator, a frequency label generator, an analog multiplier, a time interval discriminator are inserted into it , an integrator, an extremum extraction circuit and a control circuit, wherein the output of the symmetrical triangular voltage driver is connected to the first input of the analog multiplier, the output is connected to the input of the modulator, and the output of the modulator is to the modulating input of the transmitting and receiving microwave module, the microwave is the output of the receiving and transmitting microwave module is connected to the input of the directional coupler, the first output of which is connected to the antenna, and the second to the input of the frequency label driver , the first and second outputs of the frequency label former are connected respectively to the first and second inputs of the time interval discriminator and the control circuit, the output of the control circuit is connected to the input of the symmetric triangular voltage former eniya and third input time interval discriminator whose output is coupled to an input of the integrator, and the integrator output - to a second input of the analog multiplier, the output of receiver receiving and transmitting microwave module
connected to the input of the differential frequency amplifier, the output of which is connected to the inputs of the extremum extraction circuit and the frequency meter, and the output of the extremum extraction circuit is connected to the third input of the control circuit.

2. The radar range finder according to claim 1, characterized in that the control circuit comprises a first and second D-flip-flops, an OR circuit, an electronic key and a T-flip-flop, and the clock inputs of the D-flip-flops are respectively the first and second inputs of the control circuit the outputs of the first and second D-flip-flops are connected respectively to the first and second inputs of the OR circuit, the output of which is connected to the first input of the electronic key, the second input of the electronic key is the third input of the control circuit, the output of the electronic key is connected to the input TT iggera, direct and inverse outputs of which are connected to the data inputs of the first and second D-flip-flops inverse output of T flip-flop is the output of the control circuit.

3. The radar range finder according to claim 1, characterized in that the time interval discriminator comprises a third and fourth D-flip-flops, an EXCLUSIVE OR circuit, a first and a third AND circuit, an adder made on an operational amplifier, a crystal oscillator and a pulse counter, moreover, the clock inputs of the third and fourth D-triggers are connected together and are the first input of the time interval discriminator, the second input of the time interval discriminator is the reset input of the fourth D-trigger, information inputs of the third and even the second D-flip-flops are connected together and are the third input of the time interval discriminator, the installation inputs of the third and fourth D-flip-flops are connected to the Earth bus, the output of the third D-flip-flop is connected to the first inputs of the EXCLUSIVE OR circuit and the first and third circuits AND, the fourth D-flip-flop - with the second input of the circuit EXCLUSIVE OR and the first input of the second circuit AND, the output of the circuit EXCLUSIVE OR connected to the second inputs of the first and second circuits AND, the outputs of the first and second circuits AND - respectively, with direct and inverse inputs of the adder on the operating an amplifier, the output of which is the output of the discriminator of the time interval, the output of the crystal oscillator is connected to the second input of the third circuit And, the output of which is connected to the input of the pulse counter, the output of the pulse counter to the reset input of the third D-trigger.

4. The radar range finder according to claim 1, characterized in that the frequency label generator comprises first and second microwave filters, first and second amplitude detectors, and first and second amplifying drivers, the inputs of the first and second microwave filters being connected together and are the input of the frequency label driver, the first and second microwave filters, the amplitude detector and the driver amplifier are connected in series, the outputs of the first and second amplifier drivers are the first and second outputs of the driver tnyh labels.