Частотный метод измерения дальности

Основные свойства ЧМ дальномера и блок-схема приведена на рисунке 3.9. В состав устройства входят модулятор, генератор сверхвысокой частоты, передающая и приёмная антенны, смеситель, усилитель-ограничитель, измеритель частоты и вычислитель расстояния.

Рисунок. 3.9 – Блок-схема простейшего ЧМ дальномера

Непрерывный высокочастотный сигнал модулируется по частоте и излучается в направлении объекта, расстояние до которого необходимо измерить. Обычно для модуляции используется некоторая монотонная периодическая функция с периодом . Частота излучаемого сигнала изменяется в пределах от до по закону:

(3.4)

где – несущая частота, – закон изменения частоты.

Тогда диапазон перестройки частоты (удвоенное значение девиации):

(3.5)

Во многих случаях в качестве модулирующей функции используют симметричную треугольную функции, хотя могут применяться и другие.

Спустя время распространения электромагнитной волны до объекта и обратно отражённый сигнал, и часть мощности излучаемого сигнала поступают в смеситель. На выходе смесителя образуется сигнал разностной частоты, представляющий собой низкочастотную часть произведения излучаемого и отражённого колебаний:

, (3.6)

где и – соответственно амплитуда и фаза сигнала разностной частоты;

и – фаза излучаемого и отражённого сигналов;

(3.7)

, (3.8)

где – начальное значение фазы излучаемого сигнала;

– фаза комплексного коэффициента отражения объекта.

Отсюда получим:

(3.9)

Обычно условия работы дальномера таковы, что В этом случае функцию в выражении (3.9) можно считать постоянной в течение времени интегрирования и получить:

(3.10)

Видно, что закон изменения фазы сигнала разностной частоты при указанных допущениях совпадает с законом изменения частоты зондирующего сигнала.

Сигнал разностной частоты с выхода смесителя усиливается, преобразуется в прямоугольные импульсы и поступает на измеритель частоты. Полученное значение частоты является основой для вычисления расстояния.

Основные достоинства частотного дальномера: малая пиковая мощность зондирующего сигнала, возможность разрешения объектов по дальности.

Недостатки: трудности обеспечения эффективной развязки передающего и приемного каналов, высокие требования к линейности изменения частоты.