Фазовый метод измерения дальности на частоте модуляции несущих колебаний (тип М).

Значительное уменьшение и даже полное устранение многозначности измерения дальности достигается измерением фазовых сдвигов на частотах модуляции несущих колебаний (по амплитуде).

Радиодальномер с ретрансляцией сигнала и разносом несущих частот прямого ω₁ и ретранслированного ω₂ сигналов исключает влияние сигналов обоих радиоканалов.

Высокочастотные сигналы ПРД-ка запросчика модулируются по амплитуде от ГНЧ (генератора низкой частоты) напряжением Ω_м, которое также подается на фазометр Ф_м в качестве опорного напряжения Ω_м.оп.

Принятые ПРМ-ком сигналы ω₁ детектируются, усиливаются усилителем У, модулируются ПРД-ком и излучаются на частоте ω_2.

Рис.11.2. Структурная схема фазового дальномера на частоте модуляции.

На выходе ПРМ выделяется напряжение U частотой Ω_м, фаза которого содержит информацию о дальности. Это напряжение сравнивается с опорным в фазометре (аналоговым или цифровым) и выдается информация о дальности. На выходе ГНЧ модулирующее напряжение U равно:

U₁ = U_m1sin (Ω_mt + φ₀ )

Напряжение на выходе ПРМ запросчика приобретает запаздывание по фазе в результате прохождения расстояния 2R, т.е.

U₂ = U_m2sin (Ω_mt + φ₀ - 2Ω_mR / c )

При измерениях на низких частотах доплеровский сдвиг можно не учитывать.

В Фм (фазометре) в результате вычитания фаз напряжений измеряется разностный фазовый сдвиг

φ = 2Ω_мR /с = 4πR / λ_м

где λ_м длина волны модулирующих колебаний.

По измеренной разности фаз φ_р находим расстояние

R= λ _м φ / 4π

Так как показания фазометра циклически повторяются (через каждые φ_р =2π ), то в этом случае максимальное однозначное расстояние

R_{максим.} = λ_м / 2.

Поскольку модулирующая частота низкая, то возможно однозначное определение больших расстояний.

Однако точность измерения снижается, т.к. погрешность (средняя квадратичная δ_R ) оценки дальности равна

δ_R = λ _м δ_φ / 4π

Из выражения следует, что при увеличении масштаба измеряемого расстояния (длины волны λ _м ) уменьшается точность измерения.

Для разрешения этих противоречий (свойственных всем фазовым дальномерам) используют несколько масштабных модулирующих частот (сетку частот).

При введении сетки модулирующих частот дальность отсчитывается по многошкальному методу.

Используются грубая шкала с низкой частотой Ω_м.г. и точная шкала с высокой частотой Ω_м.т.

При этом Ώм.т много больше Ώм.г , что приводит к трудностям при стыковке различных шкал.

Фазовым дальномером с модуляцией сигналов является дальномерный канал одного из вариантов спутниковой радионавигационной системы «Timation» (США) работающий в диапазоне несущих частот ƒ= 150-140 Мгц, амплитудно-модулированных сигналами НЧ F =0,1; 03; 1,3; 10; 30; 100 кГц.

Главный недостаток этой системы – отсутствие разрешающей способности по дальности. При одновременном поступлении на вход ПРМ-ка нескольких сигналов они будут интерферировать и дадут результирующий сигнал, фазовый сдвиг которого не несет информации о дальности до объектов.

Фазовые дальномеры нашли широкое применение в космической радионавигации при измерение орбит спутников.