RU2576654C1 - Radio measuring device for measuring radial velocity of object - Google Patents
Radio measuring device for measuring radial velocity of object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2576654C1 RU2576654C1 RU2015105047/07A RU2015105047A RU2576654C1 RU 2576654 C1 RU2576654 C1 RU 2576654C1 RU 2015105047/07 A RU2015105047/07 A RU 2015105047/07A RU 2015105047 A RU2015105047 A RU 2015105047A RU 2576654 C1 RU2576654 C1 RU 2576654C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- output
- frequency
- measuring
- signal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах ближней радиолокации для измерения радиальной скорости объектов.The invention relates to radio engineering and can be used in short-range radar systems for measuring the radial speed of objects.
Известно устройство для измерения скорости (Авт. св. №590687, МПК G01S 13/58, 1976 г.). Устройство содержит приемную антенну и последовательно соединенные генератор высокой частоты (ВЧ), фазовый детектор, усилитель постоянного тока и блок управления частотой, выход которого соединен с входом генератора ВЧ, который вторым выходом соединен с передающей антенной. Выход усилителя постоянного тока соединен с входом блока измерения частоты, частотно-сдвигающий блок, датчик величины опорной частоты и блок вычитания, при этом частотно-сдвигающий блок включен между выходом приемной антенны и вторым входом фазового детектора, а выход датчика величины опорной частоты соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока измерения частоты.A device for measuring speed is known (Auth. St. No. 590687, IPC G01S 13/58, 1976). The device comprises a receiving antenna and a series-connected high-frequency (RF) generator, a phase detector, a DC amplifier and a frequency control unit, the output of which is connected to the input of the RF generator, which is connected to the transmitting antenna by the second output. The output of the DC amplifier is connected to the input of the frequency measuring unit, the frequency-shifting unit, the reference frequency magnitude sensor and the subtraction unit, while the frequency-shifting unit is connected between the output of the receiving antenna and the second input of the phase detector, and the output of the frequency magnitude sensor is connected to the first the input of the subtraction unit, the second input of which is connected to the output of the frequency measuring unit.
Недостатками аналога являются недостаточная точность измерения скорости из-за сложного преобразования ВЧ сигнала в сигнал доплеровской частоты.The disadvantages of the analogue are the insufficient accuracy of speed measurement due to the complex conversion of the RF signal into a Doppler frequency signal.
Общими признаками аналога и изобретения являются генератор высокой частоты, приемная и передающая антенны и фазовый детектор.Common features of the analogue and the invention are a high-frequency generator, a receiving and transmitting antenna, and a phase detector.
Наиболее близким аналогом-прототипом изобретения является способ измерения радиальной скорости объекта и устройство для его осуществления (Патент РФ №2535487, МПК G01S 13/58, 2013 г.). Это устройство содержит генератор одиночного прямоугольного импульса высокой частоты (ВЧ), передающую и приемную антенны, выключатель принимаемого радиосигнала, таймер и измеритель фазы - фазовый детектор. Выход генератора ВЧ соединен с входом передающей антенны и входом опорного радиосигнала измерителя фазы. Выход приемной антенны соединен с входом выключателя принимаемого радиосигнала, а его выход соединен с сигнальным входом фазового детектра. Выход таймера соединен с входом управляющего сигнала выключателя принимаемого радиосигнала.The closest analogue to the prototype of the invention is a method for measuring the radial velocity of an object and a device for its implementation (RF Patent No. 2535487, IPC G01S 13/58, 2013). This device contains a generator of a single rectangular pulse of high frequency (HF), transmitting and receiving antennas, a switch of the received radio signal, a timer and a phase meter - phase detector. The output of the RF generator is connected to the input of the transmitting antenna and the input of the reference radio signal of the phase meter. The output of the receiving antenna is connected to the input of the switch of the received radio signal, and its output is connected to the signal input of the phase detector. The output of the timer is connected to the input of the control signal of the switch of the received radio signal.
Общими признаками прототипа и изобретения являются генератор высокой частоты, приемная и передающая антенны, фазовый детектор.Common features of the prototype and invention are a high-frequency generator, a receiving and transmitting antenna, and a phase detector.
Недостатками прототипа являются недостаточная точность измерения набега фазы из-за его дискретного измерения с шагом 2π.The disadvantages of the prototype are the lack of accuracy in measuring the phase incursion due to its discrete measurement in increments of 2π.
Технический результат изобретения - устранение недостатка прототипа, а именно увеличение точности измерения набега фазы, а следовательно, и скорости измеряемого объекта, которая достигается за счет непрерывного измерения набега фазы за один ВЧ импульс в интервале фазы 0 до 2π (от +π до -π).The technical result of the invention is to eliminate the disadvantage of the prototype, namely, increasing the accuracy of measuring the phase incursion, and therefore, the speed of the measured object, which is achieved by continuously measuring the phase incursion for one RF pulse in the phase interval 0 to 2π (from + π to -π) .
Изобретение поясняется структурной схемой измерителя радиальной скорости, представленной на фиг. 1, на которой ведены обозначения: 1 - ключ; 2 - генератор одиночного ВЧ импульса; 3 - передающая антенна; 4 - объект измерения; 5 - приемная антенна; 6 - первый смеситель; 7 - второй смеситель; 8 - гетеродин; 9 - фазовый детектор; 10 - индикатор фазы.The invention is illustrated by the structural diagram of the radial velocity meter shown in FIG. 1, on which the notation is kept: 1 - key; 2 - generator of a single RF pulse; 3 - transmitting antenna; 4 - measurement object; 5 - receiving antenna; 6 - the first mixer; 7 - second mixer; 8 - local oscillator; 9 - phase detector; 10 - phase indicator.
Предпосылки изобретения.BACKGROUND OF THE INVENTION
На сегодняшний день неразрешимой проблемой является невозможность ответить на вопрос: если в данный момент времени t1 имеется величина А=sin(ωt1+φ0) гармонического колебания, то чему равна полная фаза этого колебания - или sin(ωt1+φ0), или sin(ωt1+φ0+2π), или sin(ωt1+φ0+4π) и т.д. Это означает, что точная величина полной фазы может быть определена лишь в пределах от 0 до 2π. Поскольку строгое решение данной проблемы отсутствует как в теории, так и измерительной области, поэтому необходимо перейти к изучению интервала фазовой однозначности, а именно - рассматривать величину полной фазы лишь в диапазоне значений от 0 до 2 π.[1]Today, the insoluble problem is the inability to answer the question: if at a given time t 1 there is a quantity A = sin (ωt 1 + φ 0 ) of a harmonic oscillation, then what is the total phase of this oscillation - or sin (ωt 1 + φ 0 ) , or sin (ωt 1 + φ 0 + 2π), or sin (ωt 1 + φ 0 + 4π), etc. This means that the exact value of the total phase can be determined only in the range from 0 to 2π. Since there is no strict solution to this problem both in theory and in the measuring field, it is therefore necessary to proceed to the study of the phase uniqueness interval, namely, to consider the magnitude of the total phase only in the range of values from 0 to 2 π. [1]
За время измерения скорости объекта, набег фазы ВЧ колебаний, даже при малой скорости движения объекта, составляет несколько π. Прототип же измеряет набег фазы равный целому числу, кратному 2π (см. фиг. 1 описания прототипа). Покажем, что измеритель по изобретению измеряет набег фазы в интервале от 0 до 2π.During the measurement of the object’s speed, the phase incursion of the RF oscillations, even at a low object velocity, is several π. The prototype also measures the phase incursion equal to an integer multiple of 2π (see Fig. 1 description of the prototype). We show that the meter according to the invention measures the phase shift in the range from 0 to 2π.
При движении объекта со скоростью много меньше скорости света, когда доплеровской частотой можно пренебречь по сравнению с частотой ВЧ сигнала, набег фазы Фвч ВЧ сигнала (туда и обратно) за длительность ВЧ импульса равенWhen an object moves at a speed much lower than the speed of light, when the Doppler frequency can be neglected compared to the frequency of the RF signal, the phase shift of the HPF of the RF signal (back and forth) for the duration of the RF pulse is
где L - расстояние, пройденное объектом за время длительности ВЧ импульса;where L is the distance traveled by the object during the duration of the RF pulse;
λ - длина волны излучаемого ВЧ импульса, соответствующая его ВЧ частоте f=с/λ, где с - скорость света.λ is the wavelength of the radiated rf pulse corresponding to its rf frequency f = s / λ, where c is the speed of light.
Известно, что длина пути L, пройденная объектом со средней скоростью V за время t, равнаIt is known that the path length L traveled by an object with an average speed V over time t is equal to
t - длительность ВЧ импульса.t is the duration of the RF pulse.
После алгебраических преобразований формул (1) и (2) и решения полученной формулы относительно V получимAfter algebraic transformations of formulas (1) and (2) and solving the resulting formula with respect to V, we obtain
Запишем аналогичную формулу для V, измеренную на длине волны Λ, соответствующую промежуточной частоте F=с/Λ радиосигналаWe write a similar formula for V, measured at a wavelength Λ, corresponding to the intermediate frequency F = c / Λ of the radio signal
где Фпр - набег фазы на промежуточной частоте F радиосигнала, которая много меньше f.where FPR is the phase incursion at the intermediate frequency F of the radio signal, which is much less than f.
Прировняем правые части уравнений (3) и (4), после алгебраических преобразований получим формулу для определения Фпр, выраженную через набег фазы ВЧ импульса Фвч и отношение частот f/FWe align the right-hand sides of equations (3) and (4), after algebraic transformations, we obtain the formula for determining Фпр, expressed in terms of the phase shift of the RF pulse and the frequency ratio f / F
Известно, что промежуточная частота F составляет десятки МГц, в то время как высокая частота f десятки ГГц, поэтому их отношение равно малому значению - порядка одной тысячной. Выбрав соответствующее отношение частот F/f, при скорости объекта V много меньше скорости света, изменение Фпр, однозначного укладывается в пределах интервала измерения фазы от 0 до 2π.It is known that the intermediate frequency F is tens of MHz, while the high frequency f is tens of GHz, so their ratio is equal to a small value - of the order of one thousandth. Choosing the appropriate frequency ratio F / f, when the speed of the object V is much less than the speed of light, the change in Fpr, unequivocally fits within the phase measurement interval from 0 to 2π.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что радиотехнический измеритель радиальной скорости объекта содержит: 1 - ключ; 2 - генератор высокой частоты (ВЧ); 3 - передающую антенну; 5 - приемную антенну; 6 - первый смеситель; 7 - второй смеситель; 8 - гетеродин; 9 - фазовый детектор; 10 - индикатор набега фазы.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the radio-technical meter of the radial velocity of the object contains: 1 - key; 2 - high frequency generator (HF); 3 - transmitting antenna; 5 - receiving antenna; 6 - the first mixer; 7 - second mixer; 8 - local oscillator; 9 - phase detector; 10 - phase advance indicator.
Возможное выполнение элементов схемы измерителя скорости.Possible implementation of the elements of the circuit of the speed meter.
Ключ 1 может быть выполнен в виде тумблера.The key 1 can be made in the form of a toggle switch.
Генератор сигнала 2 высокой частоты (ВЧ) выполнен в виде генератора одиночного прямоугольного ВЧ импульса.The signal generator 2 high frequency (HF) is made in the form of a generator of a single rectangular HF pulse.
Передающая 3 и приемная 5 антенны могут быть выполнены в виде волноводного рупора.Transmitting 3 and receiving 5 antennas can be made in the form of a waveguide horn.
Первый 6 и второй 7 смесители, гетеродин 8 и балансный фазовый детектор 9 могут быть выполнены по известным схемам этих элементов [1].The first 6 and second 7 mixers, local oscillator 8 and balanced phase detector 9 can be performed according to known schemes of these elements [1].
Индикатор набега фазы 10 может быть выполнен в виде конденсатора с параллельно включенным вольтметром. Конденсатор индикатора заряжается от напряжения Uфд на выходе фазового детектора, которое определяется по формулеThe phase raid indicator 10 can be made in the form of a capacitor with a voltmeter connected in parallel. The indicator capacitor is charged from the voltage Ufd at the output of the phase detector, which is determined by the formula
Соединение элементов схемы измерителя скорости.Connection of circuit elements of a speed meter.
Ключ 1, генератор 2 ВЧ сигнала и передающая антенна 3 соединены последовательно. Выход гетеродина 8 соединен с гетеродинным входом первого и второго смесителей 6 и 7. Сигнальный вход второго смесителя 7 соединен со вторым выходом генератора 2 ВЧ сигнала, выход приемной антенны соединен с сигнальным входом первого смесителя 6. Выходы смесителей 6 и 7 соединены с разными входами фазового детектора 9, выход которого соединен с входом индикатора 10.The key 1, the RF generator 2 and the transmitting antenna 3 are connected in series. The output of the local oscillator 8 is connected to the heterodyne input of the first and second mixers 6 and 7. The signal input of the second mixer 7 is connected to the second output of the RF signal generator 2, the output of the receiving antenna is connected to the signal input of the first mixer 6. The outputs of the mixers 6 and 7 are connected to different phase inputs detector 9, the output of which is connected to the input of indicator 10.
Радиотехнический измеритель радиальной скорости работает следующим образом. Ключом 1 включают генератор 2, который, через передающую антенну 3, излучает ВЧ импульс. После отражения ВЧ импульса от поверхности объекта 4, скорость движения которого измеряется, он принимается приемной антенной 5, получает относительно фазы излученного ВЧ импульса сдвиг фазы Фвч. Отраженный ВЧ импульс с выхода приемной антенны 5 поступает на сигнальный вход первого смесителя 6, на выходе которого образуется сигнал промежуточной частоты, как разность частоты отраженного ВЧ импульса и частоты гетеродина 8, этот сигнал поступает на один вход фазового детектора 9. На второй вход фазового детектора 9 поступает сигнал промежуточной частоты со второго смесителя 7, который является сигналом опорной фазы. С выхода фазового детектора 9 сигнал постоянного тока заряжает конденсатор индикатор набега фазы 10 и регистрируется его вольтметром, шкала которого проградуирована в значениях скорости объекта. Ноль на середине шкалы означает нулевую скорость объекта, плюс объект удаляется, минус - приближается. Технический результат изобретения достигнут - набег фазы измеряется в интервале фазы от +π до -π.Radio engineering radial speed meter works as follows. The key 1 includes a generator 2, which, through a transmitting antenna 3, emits an RF pulse. After reflection of the RF pulse from the surface of the object 4, the speed of which is measured, it is received by the receiving antenna 5, and receives a phase shift of the HPF relative to the phase of the radiated RF pulse. The reflected RF pulse from the output of the receiving antenna 5 is fed to the signal input of the first mixer 6, the output of which forms an intermediate frequency signal, as the difference between the frequency of the reflected RF pulse and the frequency of the local oscillator 8, this signal is fed to one input of the phase detector 9. At the second input of the phase detector 9, an intermediate frequency signal is received from the second mixer 7, which is a reference phase signal. From the output of the phase detector 9, the DC signal charges the capacitor, the phase 10 incursion indicator, and registers it with a voltmeter, the scale of which is graded in the object’s speed. Zero in the middle of the scale means the zero speed of the object, plus the object is removed, minus is approaching. The technical result of the invention is achieved - the phase incursion is measured in the phase interval from + π to -π.
Отличительные признаки изобретения.Distinctive features of the invention.
Введены ключ, два смесителя, гетеродин, индикатор набега фазы. Ключ, сигнальный выход генератор прямоугольного импульса высокой частоты и передающая антенна соединены последовательно. Выход гетеродина соединен с гетеродинными входами первого и второго смесителей.A key, two mixers, a local oscillator, an indicator of phase incursion are introduced. A key, a signal output, a high-frequency square-wave generator and a transmitting antenna are connected in series. The local oscillator output is connected to the heterodyne inputs of the first and second mixers.
Сигнальный вход второго смесителя соединен со вторым выходом сигнала генератора прямоугольного импульса высокой частоты.The signal input of the second mixer is connected to the second signal output of the high-frequency square-wave generator.
Выход приемной антенны соединен с сигнальным входом первого смесителя.The output of the receiving antenna is connected to the signal input of the first mixer.
Выходы смесителей соответственно соединены с первым и вторым входами фазового детектора, выход которого соединен с входом индикатора набега фазы.The outputs of the mixers are respectively connected to the first and second inputs of the phase detector, the output of which is connected to the input of the phase incidence indicator.
1. А.С. Карташкин. Радио-наблюдение воздушных объектов. М.: РадиоСофт, 2014.1. A.S. Kartashkin. Radio surveillance of air objects. M .: RadioSoft, 2014.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015105047/07A RU2576654C1 (en) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | Radio measuring device for measuring radial velocity of object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015105047/07A RU2576654C1 (en) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | Radio measuring device for measuring radial velocity of object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2576654C1 true RU2576654C1 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=55654042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015105047/07A RU2576654C1 (en) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | Radio measuring device for measuring radial velocity of object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2576654C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5999119A (en) * | 1996-12-18 | 1999-12-07 | Raytheon Company | CW radar range measuring system with improved range resolution |
| US6147638A (en) * | 1997-12-10 | 2000-11-14 | Automotive Distance Control Systems | Method for operating a radar system |
| RU2271019C1 (en) * | 2004-07-28 | 2006-02-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles |
| EP2093589A1 (en) * | 2008-02-22 | 2009-08-26 | Thales Nederland B.V. | A method for measuring the radial velocity of a target with a Doppler radar |
| RU2389039C1 (en) * | 2008-12-10 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации" | Method of measuring air target radial velocity in carrier frequency adjustment mode from pulse to pulse in accordance with random law at low signal-to-noise ratio |
| RU2535487C1 (en) * | 2013-11-01 | 2014-12-10 | Георгий Галиуллович Валеев | Method of measuring radial velocity of object (versions) |
-
2015
- 2015-02-16 RU RU2015105047/07A patent/RU2576654C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5999119A (en) * | 1996-12-18 | 1999-12-07 | Raytheon Company | CW radar range measuring system with improved range resolution |
| US6147638A (en) * | 1997-12-10 | 2000-11-14 | Automotive Distance Control Systems | Method for operating a radar system |
| RU2271019C1 (en) * | 2004-07-28 | 2006-02-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles |
| EP2093589A1 (en) * | 2008-02-22 | 2009-08-26 | Thales Nederland B.V. | A method for measuring the radial velocity of a target with a Doppler radar |
| RU2389039C1 (en) * | 2008-12-10 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации" | Method of measuring air target radial velocity in carrier frequency adjustment mode from pulse to pulse in accordance with random law at low signal-to-noise ratio |
| RU2535487C1 (en) * | 2013-11-01 | 2014-12-10 | Георгий Галиуллович Валеев | Method of measuring radial velocity of object (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2837738A (en) | Passive range measuring device | |
| Vinci et al. | Promise of a better position | |
| RU2553272C1 (en) | Method of measuring range and radial velocity in radar station with probing composite pseudorandom chirp pulse | |
| Lindner et al. | Distance measurements based on guided wave 24GHz dual tone six-port radar | |
| JP6164918B2 (en) | Radar equipment | |
| US9798004B2 (en) | Laser ranging sensors and methods that use a ladder of synthetic waves having increasing wavelengths to calculate a distance measurement | |
| CN108072872A (en) | Information extracting device, article detection apparatus | |
| US20120146838A1 (en) | Method & Device for Measuring a Change in Distance | |
| RU2504739C1 (en) | Device for determining fluid level in container | |
| CN104111450B (en) | A kind of method and system utilizing dipulse detection target micro-Doppler feature | |
| RU2410650C2 (en) | Method to measure level of material in reservoir | |
| RU2017122646A (en) | Method for measuring range and radial velocity in a radar with a probing composite pseudo-random chirp pulse | |
| RU2504740C1 (en) | Method of measurement of fluid level in container | |
| RU2576654C1 (en) | Radio measuring device for measuring radial velocity of object | |
| RU2551260C1 (en) | Non-contact radio-wave measurement method of liquid level in reservoir | |
| Kaminski et al. | K-band FMCW radar module with interferometic capability for industrial applications | |
| Nguyen et al. | A high-resolution short-range X-band FMCW radar system for ranging applications | |
| RU2399888C1 (en) | Method of measuring level of material in reservoir | |
| JP7396630B2 (en) | Distance measuring device and method | |
| RU2650611C1 (en) | Contactless radiowave method of measuring liquid level in reservoir | |
| RU2528131C1 (en) | Contactless radiowave device to measure thickness of dielectric materials | |
| RU2360265C1 (en) | Method of radar detection of mobile targets with phase selection on range and device to this end | |
| JP2013113723A (en) | Radar system | |
| RU2621473C1 (en) | Device for remote measuring mutual element displacement of buildings and structures | |
| RU2510663C2 (en) | Radar-tracking method of measurement of range of moving object |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200217 |