Применение аналитического многочастотного фазового метода измерения дальностей для решения задач радиолокации

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Разработанные многочастотные фазовые методы измерения дальностей [1, 2] нуждаются в применении сетки частот расположенной в видео диапазоне. Начиная из первой частоты и увеличивая их с некоторым постоянным шагом . Наиболее приемлемым есть кратное увеличение частот, так чтобы все частоты были кратные последовательности 1, 2, 3,… . Тогда вся сетка частот будет следующей: , , , … ... Для реализации метода необходимо применение частот, где - количество объектов дальности которых необходимо найти. Первая частота выбирается из условия: чтобы максимальное исследуемое расстояние было в два раза меньше длины волны сигнала наименьшей частоты. При зондировании радиолокационными сигналами на дальностях от единиц до нескольких сотен километров, длина волны зондирующего сигнала на первой частоте должна быть в два раза большая. Итак, от единиц до нескольких сотен километров умноженных на два. Это отвечает области низких (30- 300 кгц ) и очень низких частот (3- 30 кГц).

При решении радиолокационных задач, применение указанных диапазонов частот есть неоправданным через практическую невозможность построения приемно-передающей аппаратуры, антенных устройства и т.п. Для использования преимуществ метода необходимо проводить перенесение спектра частот в область высоких или сверхвысоких частот. Как правило, радиолокационные станции работают в области гигагерцовых частот, от нескольких единиц до нескольких десятков ГГц [3].

Несущая частота может быть описана гармонической функцией:

. (1)

Модулирующий сигнал на i-ой частоте описывается выражением:

. (2)

При амплитудной модуляции, спектр частот переносится в область верхних частот. Таким образом, в спектре получаем три гармоники с частотами , , . При прохождении зондирующего сигнала от антенны к объекту, отражении от объекта, возвращении к приемной антенне, сигнал приобретает фазовый сдвиг пропорционального удвоенному расстоянию от станции к объекту. Также фазовый сдвиг пропорциональный длине волны зондирующего сигнала. Тогда для всех гармоник фазовые сдвиги будут следующие:

, , . (3)

При отражении от объекта, амплитуда не будет изменяться, потому как диапазон частот зондирующего сигнала незначительный. Тогда сигнал, отраженный от одного объекта, который возвратился к приемнику, описывается выражением:

,(4)

где - коэффициент отражения объекта.

Для обратного преобразования необходимо перемножить отраженный сигнал на несущую частоту. В результате получаем:

. (5)

При фильтрации высокочастотных составляющих, остается лишь низкочастотные:

. (6)

гармонический радиолокационный частота

Анализ выражения (6) позволяет сделать ряд выводов. Во-первых, в спектре преобразованного сигнала присутствует постоянная составляющая, значение которой пропорциональная косинусу от фазового сдвига пропорционального удвоенному расстоянию на носитель ней частоте и коэффициенту отражения объекту. Во-вторых, в спектре присутствует переменная составляющая, амплитуда которой пропорциональная косинусу от фазового сдвига пропорционального удвоенному расстоянию на несущей частоте и коэффициенту отражения объекта. В-третьих, частота переменной составляющей равняется частоте низкочастотного модулирующего колебания. В-четвертых, фазовый сдвиг переменной гармонической составляющей равняется фазовому сдвигу пропорциональному удвоенному расстоянию на моделирующей частоте.

При зондировании нескольких объектов, согласно принципу суперпозиций, в результате отражения и обратного преобразования получаем сумму гармонических сигналов с одинаковой частотой и разными фазовыми сдвигами:

. (7)

Выражение (7) можно записать в экспоненциальной форме:

. (8)

В выражении (8) сумма комплексных амплитуд сигналов отраженных от каждого объекту аналогичная сумме сигналов отраженных от каждого объекта аналитического многочастотного фазового метода измерения дальностей [2]. Итак, можно сделать вывод, что при преобразовании в диапазон радиочастот и назад не приводит к потере измерительной информации о дальности объектов. При проведении измерений дальности необходимо учитывать наличие постоянной составляющей в сигнале, который был обратно преобразованный методом амплитудной модуляции.

Заключение.

1. Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что многочастотный фазовый метод можно применять для определения дальностей целей в радиолокации.

2. Для того чтобы многочастотный фазовый метод можно было применять при радиолокационных исследованиях необходимо дополнить его этапами преобразования зондирующего сигнала в диапазон радиочастот и обратным преобразовании в область видеочастот методами амплитудной модуляции.

Работа выполнена рамках госбюджетный тем НИР № 4Б-2012 «Развитие теоретических основ и разработка методов статико-динамичного спектрального оценивания сигналов в радиолокации», номер государственной регистрации - 0112U002123 и НИР № 1Б-2012 «Разработка новых методов и оборудования для определения потерь электрической энергии, локализации месц потерь и их снижение», номер государственной регистрации - 0112U002244.

Литература

1. G.B. Paraska, O.M. Shinkaruk, and V.R. Liubchyk, “The theoretical basis of phase measurement of distances to several objects”, Electronics and Communication, 2012, no. 3, pp. 82-86.

2. O. Shinkaruk, V. Liubchik, “Multy-phase metods of measuring distances, ” in Scientific basis of modern technology: experience and prospects, edited by Y. I. Shalapko and L. A. Dobrzanski, Khmelnitsky, 2011, pp. 530-536.

3. Ultra-wideband Radar Technology// Edited by James D. Taylor, P.E. CRC Press Boca Raton, London, New Work, Washington, - 2000, 27p.

Размещено на Allbest.ru