UA93645C2 - Спосіб вимірювання відстані від вимірювальної станції до ретранслятора - Google Patents

Abstract

Винахід належить до техніки радіотехнічних засобів вимірювання відстаней і може бути використаний, наприклад, в геодезії, при керуванні рухом рухомих об'єктів. Новим в способі вимірювання відстані від вимірювальної станції до ретранслятора є генерування двох безперервних високостабільних низькочастотних коливань на вимірювальній станції і ретрансляторі одночасно і генерування на вимірювальній станції високочастотних коливань, частота яких відома, випромінювання цих коливань через антену, прийом цих коливань на ретрансляторі, зсув на відому низьку частоту, яка зветься частотою Доплера, що генерується високостабільним низькочастотним генератором ретранслятора, перевипромінювання, вторинний прийом і виділення комбінаційної складової з цією частотою Доплера з подальшим вимірюванням різниці фаз цієї комбінаційної складової і сигналом місцевого високостабільного низькочастотного генератора. Після цього змінюють значення частоти високочастотного генератора і знову вимірюють різницю фаз низькочастотних сигналів до тих пір, поки різниця фаз низькочастотних сигналів не зміниться на 2. При цьому фіксують нове значення частоти високочастотного генератора і по отриманій різниці частот високочастотного генератора обчислюють дальність. Послідовне в часі генерування безперервних різних по частоті високочастотних коливань із подальшим зсувом цих коливань на однакову частоту Доплера з виділенням комбінаційних складових дозволяє спростити конструкцію вимірника за рахунок виключення з трактів обробки й передачі другого високочастотного генератора, другого спрямованого відгалужувача, суматора висок

Description

Воєн. Іздат, 1967.) Проте амплітудні способи вимі- тних сигналів. Введення цих пристроїв здорожчує рювання дальності мають велику похибку. конструкцію в цілому.

Найбільш близьким за технічною суттю до пе- Окрім цього, при вимірі дальності за вказаним редбачуваного винаходу є спосіб вимірювання способом можлива поява принципової помилки дальності, описаний в заявці на патент України виміру дальності, пов'язаної з вибором значень а201003481 від 25.03.2010, МПК 501513/32. частот Ні і б. Річ у тому, що дійсного значення да-

За цим способом вимірювання відстані від ви- льності можна досягти, вибравши значення частот, мірювальної станції до ретранслятора, що вклю- що не набагато відрізняються одне від одного. При чає первинне випромінювання, первинний прийом, цьому дальність визначають по зміряній різниці вторинне випромінювання, вторинний прийом ви- фаз АФ, яка, у свою чергу, залежить не лише від сокочастотних коливань, спочатку генерують два дальності 0, але і від різниці частот (-ї2). безперервні високочастотні коливання з відомими Абсолютно очевидно, що чим більше ця різни- частотами й і 2, і через суматор, через один цир- ця частот (й-ї), тим більше буде визміряне зна- кулятор і через одну спільну антену вимірювальної чення різниці фаз АФ | тим точніше буде визначе- станції ці безперервні високочастотні коливання но дальність від вимірювальної станції до первинно випромінюють у напрямі антени ре- ретранслятора. Проте, якщо різницю частот (йп-б) транслятора, при цьому частку енергії спочатку можна збільшувати теоретично скільки завгодно згенерованих двох високочастотних коливань по- багато, від нуля до безкінечності, то різниця фаз дають на два змішувачі, для Кожного каналу на Ар при цьому збільшуватиметься від нуля (для свій, безперервні високочастотні коливання, що ї І І при цьому випромінюють, в ретрансляторі первин- випадку рівності частот її і Є) до величини 27 ма- но приймають і через циркулятор подають на під- ксимум і певному значенні різниці частот їй і б, силювач, де їх підсилюють і далі посилені коли- визначуваному дальністю ОЮ. Подальше збільшен- вання подають на керований фазообертач, де в ня різниці частот (ї1-ї2) приведе до того, що різниця обидва ці високочастотні коливання вводять моно- фаз знов змінюватиметься в межах від нуля до тонно наростаючий фазовий зсув під дією керую- 2 7, |ІНшими словами, неправильний вибір значень чого сигналу від низькочастотного генератора, частот високочастотних генераторів її і 2 (при ду- причому трансформовані, таким чином, по частоті же великій різниці значень цих частот) приведе до безперервні високочастотні коливання з частотами неправильного визначення відстані від вимірюва- п-ва і 6-6 подають через циркулятор на ан- льної станції до ретранслятора. З іншого боку, цю тену ретранслятора і перевипромінюють у напрямі різницю частот необхідно вибирати якомога біль- антени вимірювальної станції, де ці обидва коли- ше, що дозволить обчислити відстань від вимірю- вання антенної вимірювальної станції, що повтор- вальної станції до ретранслятора з найбільшою но випромінюють, повторно приймають і через точністю. Але, оскільки ця відстань апріорі невідо- циркулятор подають на змішувачі, де обидва по- ма, то правильно вибрати значення різниці частот вторно прийняті високочастотні коливання змішу- неможливо. При цьому дальність визначатиметься ють з початковими безперервними високочастот- або з великою помилкою, або визначатиметься ними коливаннями, в кожному каналі зі своїм, і на принципово невірно. виходах змішувачів виділяють комбінаційні низь- Задачею запропонованого винаходу є спро- кочастотні різниці початкових безперервних висо- щення можливої конструкції вимірника дальності і кочастотних коливань і повторно прийнятих тран- збільшення точності виміру дальності. Поставлена сформованих по частоті безперервних мета досягається тим, що за способом вимірюван- високочастотних коливань, причому на виході змі- ня відстані від вимірювальної станції до ретранс- шувача того каналу, де генерують коливання з лятора, що включає первинне випромінювання, частотою її, виділяють комбінаційну низькочастот- первинний прийом, підсилення високочастотних ну складову з частотою Е-п-Н, а на виході змішу- коливань, зсув частоти високочастотних коливань, вача того каналу, де генерують коливання з часто- вторинне випромінювання, вторинний прийом ви- тою її, виділяють комбінаційну низькочастотну сокочастотних коливань, спочатку у вимірювальній складову з тією ж частотою Е-би-5, після чого ви- станції і в ретрансляторі двома генераторами од- мірюють різницю фаз АФ між цими двома комбі- ночасно генерують безперервні низькочастотні наційними низькочастотними складовими з часто- високостабільні коливання з максимально близь- тами Е, при цьому відстань від антени кими частотами Е Її Е", одночасно з цим у вимірю- вимірювальної станції до антени ретранслятора вальній станції генерують безперервні високочас- визначаютавасформулою: тотні коливання з відомою фіксованою частотою Н, - ак - 5) те які через циркулятор і через антену вимірювальної станції первинно випромінюють у напрямі антени ретранслятора, при цьому частку енергії високоча- де с - швидкість світла. стотних коливань, що спочатку згенерували, по-

Проте, вказаний спосіб вимірювання дальності дають на змішувач, безперервні високочастотні реалізується за допомогою пристрою, досить коливання, що при цьому випромінюють, первинно складного у виготовленні. Складність виготовлен- приймають антеною ретранслятора і через цирку- ня обумовлена тим, що в пристрої використову- лятор подають на підсилювач, де їх підсилюють і ються два генератори безперервних високочасто- далі посилені коливання подають на керований тних коливань, два спрямовані відгалужувачі, два фазообертач, де в ці високочастотні коливання змішувача, два вузькосмугових підсилювача- вводять монотонно наростаючий фазовий зсув під обмежувача і один спільний суматор високочасто- дією керуючого сигналу з частотою РЕ" від низько-

частотного високостабільного генератора ре- вань 1, спрямованого відгалужувача 2, У- транслятора, причому трансформовані таким чи- циркулятора вимірювальної станції 3, антени вимі- ном по частоті безперервні високочастотні коли- рювальної станції 4, змішувача 5, вузькосмугового вання з частотою Пп -й-Е подають через підсилювача-обмежувача 6, першого високостабі- циркулятор на антену ретранслятора і перевипро- льного низькочастотного генератора 7, вимірника мінюють у напрямі антени вимірювальної станції, різниці фаз 8, антени ретранслятора 9, У- де ці коливання антенної вимірювальної станції циркулятора ретранслятора 10, підсилювача висо- повторно приймають і через циркулятор подають кочастотних коливань 11, керованого фазооберта- на змішувач, де повторно прийняті високочастотні ча 12, другого високостабільного низькочастотного коливання змішують з початковими безперервни- генератора 13. ми високочастотними коливаннями і на виході Вихід генератора високочастотних коливань 1 змішувача виділяють комбінаційну низькочастотну з'єднаний зі входом спрямованого відгалужувача складову різниці початкових безперервних високо- 2, перший вихід якого з'єднаний із першим виво- частотних коливань і повторно прийнятих транс- дом У-циркулятора вимірювальної станції З, дру- формованих по частоті безперервних високочас- гий вивід якого з'єднаний з антеною вимірювальної тотних коливань Е'-й/-й, після чого вимірюють і станції 4, а третій вивід У-циркулятора вимірюва- фіксують різницю фаз 2? из між цією комбінацій- льної станції З з'єднаний із першим входом змішу- ною низькочастотною складовою з частотою Е і вача 5, причому другий вихід спрямованого відга- сигналом місцевого високостабільного низькочас- лужувача 2 з'єднаний із другим входом змішувача тотного генератора з максимально близькою час- З, причому вихід змішувача 5 з'єднаний зі входом тотою РЕ", після чого починають послідовно зміню- вузькосмугового підсилювача-обмежувача 6, при- вати частоту безперервних високочастотних чому вихід вузькосмугового підсилювача" коливань, постійно контролюючи при цьому зміну обмежувача 6 з'єднаний з першим входом вимір- різниці фаз АФ /з2 низькочастотних сигналів з час- ника різниці фаз 8, причому вихід першого високо- й й й І стабільного низькочастотного генератора 7 з'єд- тотами Р і досягши величини різниці фаз сиг- наний з другим входом вимірника різниці фаз 8, налів 7?иза- Ризик х СТ изі зміну частоти ви- при цьому антена ретранслятора 9 з'єднана з пе- сокочастотних коливань припиняють і фіксують ршим виводом У-циркулятора ретранслятора 10, нове значення частоти високочастотних коливань другий вивід якого з'єднаний із входом підсилюва- гг, при цьому дальність від антени вимірювальної ча високочастотних коливань 11, вихід якого з'єд- станції до антени ретранслятора визначають за наний з сигнальним входом керованого фазообер- формулою: с тача 12, вхід керування якого з'єднаний з виходом 2(н-ь) другого високостабільного низькочастотного гене- ратора 13, при цьому вихід керованого фазообер-

Я Я тача з'єднаний з третім виводом У-циркулятора де с : швидкість світла, при цьому значення частот ретранслятора 10.

Е і вою старілених низькочастотних генера- Працює пристрій, що реалізовує спосіб вимі- торів висирають олизькими одне щодо одного на- рювання дальності, що заявляється, таким чином. стільки, наскільки допускається зміна різниці фаз Високо стабільні низькочастотні генератори 7 і сигналів, що генеруються цими генераторами за 13 одночасно генерують безперервні низькочасто- ності або іншими словами зміна це они дель тні високостабільні коливання з максимально бли- за весь час вимірювання "дальності й повинна зькими частотами БЕ і Е". Генератор високочастот- перевищувати абсолютної роздільної здатності них коливань. 1 спочатку генерує безперервні вживаного вимірника різниці фаз. високочастотні коливання з відомою частотою В, й Я початковою фазою ?" ої і амплітудою о

Порівняння передбачуваного винаходу зі вже й відомими способами і прототипом показує, що (9 - Оовіп(2 7 4. ої). спосіб, що заявляється, виявляє нові технічні вла- Ці коливання через спрямований відгалужувач стивості, що полягають у підвищенні точності ви- 2 з незначними втратами енергії подають на У- мірювання дальності і передбачає спрощення кон- циркулятор вимірювальної станції З і далі за до- струкції пристрою, що реалізовує спосіб. помогою антени вимірювальної станції 4 випромі-

Ці властивості винаходу є новими, оскільки в нюють у напрямі антени ретранслятора 9. Високо- способі-прототипі через властиві йому недоліки, частотні коливання з частотою її при поширенні на що полягають в невизначеності вибору значень відстань О від антени вимірювальної станції З до частот її і 2, вимір дальності виконується або з антени режнанслятора 9 отримують набіг фази великою похибкою, або визначає дальність прин- ФІ вич ципово невірно. Крім того, пристрій, що реалізовує ! спосіб-прототип, досить складний і дорогий, оскі- де с - швидкість світла. Прийняті антеною ре- льки вимагає для своєї реалізації двох високочас- транслятора 9 високочастотні коливання, що ма- тотних генераторів, двох високочастотних спрямо- ють деяке сумарне загасання А; (з врахуванням ваних відгалужувачів, двох змішувачів і суматора посил я днден) гл високочастотних сигналів. пе о Ще В ФО «то

Вказаний спосіб вимірювання дальності можна с реалізувати за допомогою пристрою, приведеного на Фіг. подають на У-циркулятор ретранслятора 10 і далі

Пристрій вимірювання дальності складається з на підсилювач високочастотних коливань 11. Далі генератора безперервних високочастотних коли-

підсилені високочастотні коливання подають на тотних коливань з дуже близькими частотами Гі Р" сигнальний вхід керованого фазообертача 12, де в і початковими фазами 77 і ? з, отримуваних на ці безперервні високочастотні коливання під дією виході високостабільного низькочастотного гене- сигналу керування від низькочастотного високос- ратора вимірювальної станції 7 і на виході вузько- табільного генератора 13 вводять монотонно на- смугового підсилювача-обмежувача 6. Якщо ці ростаючий фазовий зсув. Якщо за час періоду ни- частоти Е і Е" співвідносяться одна щодо одної як зькочастотного сигналу керування Ту г -Е- А, де А Е - різниця частот коливань ви- високочастотні коливання монотонно вводиться сокостабільних низькочастотних генераторів 7 і 13, фазовий зсув 7 - 27, то можна говорити, що ці то виміряна різниця раз буде рівна коливання зсовують на частоту Е'-1/Т«, що можна Афиві 7 Фіх 7 (ФУ ФІЗ) КелАРТ У 70 АФУ яз КЕЛАН,

ОПО вія еВ роті РК ПРИ с де 7-43 - різниця початкових фаз двох високо- стабільних низькочастотних генераторів, одного - де ? із - початкова фаза коливань високостабіль- вимірювальної станції, рого - ретранслятора. ного низькочастотного генератора 13; Цю різницю фаз из фіксують, вважаючи

Аг - підсилення підсилювача 11. при цьому, що Ї -0, тобто розглядаємо початковий

Трансформовані таким чином коливання з ча- момент часуджеді стотою П-й-Е пере випромінюють через антену тив 7 с Р/-8: ретранслятора 9 у напрямі антени вимірювальної станції 3. Після цього починають змінювати частоту по-

Підсиленням антен вимірювальної станції 4 і чаткових високочастотних коливань, одночасно ретранслятора 9, а також підсиленням підсилюва- контролюючи зміну виміряної різниці фаз РИЗІ, ча високочастотних коливань 11 забезпечують пд і : доані необхідну енергетику лінії зв'язку. при зміні цієї різниці фаз на 27 зміну частоти ви-

Проходячи цю ж відстань О між антенами 9 і 4, сокочастотних коливань припиняють і фіксують трансформовані по частоті високочастотні коли- нове значення частоти б. вання отрумують додатковий фазовий набіг При цьому різниця фаз низькочастотних сиг-

Фи-тр о Зарів нрхорі видна різниць фаз о СУД лася с с Щ

Частоту Е вибирають багато менше ніж й, то- З іншого боку, якщо взяти до уваги, що АФ во му можна говорити, що й", при цьому фі З фі. - Ада 27 то зді

Результуючий набіг фази при поширенні на по- 2 р дру 13 гла --10--Афу 13.12. двійну відстань О коливань з частотою ії буде рів- с с нии Алі

Фіх --0. звідой - А) с нич РР ЧЕ (5-8)

Прийняті повторно антеною вимірювальної станції 4 трансформовані по частоті безперервні де ї - час, витрачений на всю процедуру послідов- високочастотніжоливанн ' Алі них змін частоти високочастотного генератора і а Вод; Аз ВР, НЕ) Фо «лоно вимірів різниці фаз низькочастотних коливань. Й

Якщо час виконання вимірів відносно малий, і

І о о. різниця частот високостабільних низькочастотних через У-циркулятор вимірювальної станції З пода- генераторів також зневажливо мала, то членом ють на перший вхід змішувача 5, на другий вхід Ак у приведеній вище формулі можна знехтува- якого подають частину енергії вихідних безперер- ти, трді с вних високочастотних коливань з другого виходу ся-ї спрямованого відгалужувача 2. 27,

На виході змішувача 5 присутні комбінаційні різниці початкових безперервних високочастотних Немає необхідності спрямовувати величину коливань і трансформованих по частоті безперер- АР до нуля. Граничне значення цієї величини вних високочастотних коливань. За допомогою визначається роздільною здатністю вимірника різ- вузькосмугового підсилювача-обмежувача 6 виді- ниці фаз. Робити цю величину нижче не має сенсу. ляють комбінаційну низькочастотну складову різ- Так, наприклад, якщо відносна роздільна здатність ниці початкових високочастотних коливань з час- вимірника різниці фаз рівна або трохи менше 0,190 тотою її і трансформованих по частоті коливань з (1024 ступенів дискретизації або 10 розрядів двій- частотою ГП, причому на виході вузькосмугового кового коду), частота високо стабільних низькоча- підсилювача-обмежувача 6 отримують низькочас- стотних генераторів дорівнює 1кГЦ, а їх точність тотну комбінаційну складову різниці з частотою установки частоти і стабільність дорівнює 10, то

ИН що - о вк лез Зоо | допустимий час виконання вимірів дорівнює 1 с Це с дає 8 РІ-0,001. При цьому на один вимір різниці фаз цифровим методом буде потрібно 1 мс, тобто й й й й й спільне число ітерацій може складати до 1000. Без ють різницю фах ру безперервних низькочас. особливих технічних проблем можна підвищити стабільність і точність установки частоти низько-

частотних генераторів на порядок, збільшивши Інший аспект підвищення ефективності від ви- тим самим вдесятеро час вимірів і число ітерацій. користання винаходу пов'язаний з можливістю

Народногосподарський ефект від використан- вимірювання дальності з підвищеною точністю, ня винаходу пов'язаний із спрощенням конструкції при цьому неоднозначність вимірювань виключа- вимірника дальності, пов'язаної з виключенням ється. Підвищення точності вимірювань обумов- другого високочастотного генератора, другого лено тим, що знімання показань вимірника різниці спрямованого відгалужувача, суматора високочас- фаз завжди здійснюється на краю шкали, забезпе- тотних сигналів, другого змішувача і другого вузь- чуючи тим самим мінімальну помилку знімання космугового підсилювача-обмежувача. показань. л-о й ун - 2 ах в. Ї Н жжаажаджажажажтллиииинн що ІЗ а рани ше: "і ОЖЕ. п ї ! даку дж ер і

Й ни М КН з ні

ШИ а ЖЕ з ; І ще ї Є лаааалюєнний

Корея 5

Тв т !

Е | б 7 ро шій

Н. КЗ

Фіг.

Ар

Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 23 прим.

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601