Метод измерения времени распространения импульсных радиосигналов при малых дальностях

¹ В основе импульсной радиолокации лежит принцип измерения временной задержки между излученным и принятым импульсом. Расстояние до наблюдаемого объекта определяется как половина произведения скорости распространения импульсов на временную задержку:

n vl!

2 , где R – расстояние до объекта;

v – скорость распространения радиосигнала;

t – время задержки принятого импульса относительно переданного.

Точность измерения расстояния до объекта определяется двумя параметрами:

– длительностью импульса, которой также определяется разрешение радара;

–

точностью измерения времени задержки импульса.

Импульсная радиолокация малых дальностей используется в измерителях уровня жидкости радарного типа, радарных дальномерах. В данных приборах точность измерения расстояния составляет 0,01 м, а диапазон работы – несколько десятков метров. Если принять во внимание пределы измерения и точность измерения этих приборов, то нетрудно определить, что время задержки будет составлять всего несколько наносекунд (при распространении сигнала в среде с ε r ≈ 1 задержка

принятого импульса составляет 6 нс на метр), а точность измерения временной задержки должна быть 0,06 нс. Тривиальными методами задержку импульса с такой точностью измерить невозможно.2

Для измерения задержки в радарных дальномерах используется принцип трансформирования масштаба времени, аналогичный методам, применяемым в стробоскопических осциллографах. Суть метода состоит в излучении пачки коротких радиоимпульсов и последующей выборке на частоте, отличной от частоты повторения импульсов. Рассмотрим принцип действия стробоскопического эффекта на примере гармонического сигнала с периодом повторения T ₁ . Если брать выборки этого сигнала с периодом T ₂ , немного большим T ₁ , тогда мы получим расширенный во времени сигнал, при этом коэффициент расширения импульса будет определяться соотношением T ₁ и T ₂ :

K -

T 1

T 2 - T .

Длительность радиоимпульсов в различных типах радиолокационных дальномеров лежит в пределах 1–5 нс. Длительность импульса определяет разрешающую способность прибора.

Структурная схема стробоскопического высокочастотного преобразователя изображена на рис. 1.

В.В. Запевалов

На структурной схеме представлены два формирователя пачек импульсов, которые генерируют пачки с периодом повторения импульсов T1 и T2. Этими импульсами возбуждаются генераторы СВЧ, на выходе которых формируются пачки радиоимпульсов. Несущая частота радарных дальномеров составляет от 5 до 30 ГГц. Выход первого генератора подается через ответвитель на антенну. Принятый с антенны сигнал подается на смеситель, в качестве гетеродина используется сигнал со второго генератора СВЧ. Результатом преобразования сигналов в смесителе является последовательность импульсов, энергия которых пропор- циональна амплитуде принятого сигнала в моменты выборки. Импульсы с выхода смесителя подаются на фильтр низких частот, в результате работы которого формируется огибающая отраженного сигнала, расширенная во времени в K раз. Рис. 2 поясняет принцип трансформации времени.

Коэффициент расширения импульсов в импульсных радарных дальномерах составляет 50 000–300 000, и определение временных параметров преобразованного сигнала уже не составляет трудностей.

Можно выделить следующие особенности стробоскопического преобразователя:

Рис. 1. Структурная схема стробоскопического радиочастотного преобразователя

Выход смесителя

Рис. 2. Принцип трансформации времени при стробоскопическом преобразовании

Метод измерения времени распространения импульсных радиосигналов при малых дальностях

• 1.    Данный метод обработки сигналов позволяет проводить измерения времени задержки импульсных сигналов при малых дальностях.

• 2.    Стробоскопический метод легко реализуется схемотехнически и успешно применяется в серийных приборах.

• 3.    Этот метод имеет малую энергетическую эффективность (эффективным является только один из K импульсов), поэтому применим только при малых расстояниях до наблюдаемого объекта.