Импульсный метод

В импульсном методе зондирующий сигнал представляет собой периодическую последовательность коротких радиоимпульсов дли­тельности т, повторяющихся с периодом Т (см. и₃ на рис. 2.6), причем обычно Т приблизительно на три порядка больше т.

Такая последовательность радиоимпульсов вырабатывается ге­нератором сверхвысокой частоты ГСВЧ (рис. 2.7), модулируемым- импульсами и₂ импульсного модулятора ИМ, который запускается весьма короткими пусковыми импульсами u_t (рис. 2.6), выраба­тываемыми специальным генератором пусковых импульсов ГПИ.

В связи с тем что в импульсной системе излучение зондирую­щих и прием отраженных сигналов разнесены во времени, обычно используется приемопередающая антенна А, переключаемая с приема на передачу и обратно специальным антенным коммутатором АК. Зондирующие радиоимпульсы поступают через этот антенный коммутатор в антенну и излучаются в виде электро­магнитных волн в направлении, определяемом ее положением в пространстве и диаграммой направленности. Эти волны в процес­се своего распространения при встрече с любым объектом отра­жаются на него, и какая-то (обычно малая по энергии) их часть -поступает в антенну с временным запаздыванием, определяемым дальностью объекта отражения, из нее через антенный коммута­тор в радиоприемное устройство РПрУ, а затем на некоторое вы­ходное устройство — индикатор дальности ИД (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Структурная схема нмпульсно» го дальномера Рис. 2.6. Временные диаграммы напря­жений в схеме импульсного дальномера

Этот индикатор ИД в простейшем случае выполняется на элек­тронно-лучевой трубке с электростатическим отклонением и со­держит, кроме указанной трубки, генератор прямоугольных им­пульсов ГПрИ, который работает в ждущем режиме и запускается тем же пусковым импульсом, который поступает на импульсный модулятор. Указанный генератор вырабатывает прямоугольный импульс, длительность которого определяет длительность разверт­ки дальности в электронно-лучевой трубке индикатора и всегда меньше периода повторения Т системы. Этот импульс, подается на генератор линейно-изменяющегося напряжения ГЛИН, выраба­тывающий импульс напряжения развертки. Под действием этого импульса на двух выходах парафазного (т. е. двухтактного) уси­лителя ПФУ вырабатываются два линейно-изменяющихся импуль­са одинаковой амплитуды, но разной полярности. Иначе говоря, на одном выходе вырабатывается импульс линейно-возрастающего .напряжения, а на другом — импульс линейно-падающего напря­жения. Первый импульс подается на правую отклонующую плас­тину трубки, а второй — на ее левую отклоняющую пластину. В результате между указанными пластинами действует линейно- возрастающая во времени разность потенциалов. При этом между ними появляется электростатическое поле, напряженность которо­го в процессе развертки линейно увеличивается во времени от ну­левого значения в начале развертки до максимального в ее конце. При этом средний потенциал отклоняющих пластин при развертке остается постоянным. Под действие^ указанных отклоняющих напряжений электрон­ный луч трубки равномерно и прямолинейно развертывается по ее экрану, вызывая свечение соответствующих точек. Во время развертки положительные импульсы отраженных сигналов после их фильтрации от помех, усиления и детектирования в радиопри­емном устройстве РПрУ подаются на верхнюю отклоняющую плас­тину, вызывая в момент поступления отклонение электронного лу­ча вверх.

Несмотря на тщательное экранирование радиопередающего устройства (импульсного модулятора и генератора СВЧ) от ра­диоприемного устройства, импульс зондирующего сигнала вслед­ствие своей большой импульсной мощности проникает в последнее устройство и из него поступает на вертикально отклоняющую плас­тину трубки, вызывая на ее экране соответствующий выброс.

Таким образом, на экране электронно-лучевой трубки (рис. 2.7) образуется линейная развертка дальности с выбросами зондирую­щего и отраженных сигналов (и₅ на рис. 2.6).

Расстояние на экране трубки между передними фронтами (или максимумами) импульсов зондирующего и одного из отраженных сигналов составляет

где h — чувствительность трубки к отклонению луча; и — разность потенциалов отклоняющих пластин; U — амплитуда этой разнос- сти; /_р — длительность развертки; v„ — скорость движения пятна по экрану трубки; /_р — длина развертки; г_р — дальность, соответ­ствующая всей длительности развертки; т — масштаб, в котором отображается расстояние на экране.

Следовательно, дальность отражающего объекта r=//m про­порциональна расстоянию между передними фронтами зондирую­щего и отраженного импульсов. Ошибка измерения дальности Ar=Al/m при заданной погрешности измерения расстояния Л1 на экране трубки тем меньше, чем больше масштаб, т. е. чем боль­ший участок диаметра трубки соответствует заданному диапазону дальности.

Для удобства измерения дальности отклонение луча на экране трубки градуируется непосредственно в единицах дальности пу­тем подачи, например, на нижнюю отклоняющую пластину так называемых меток времени, которые представляют собой короткие импульсы, период повторения которых соответствует выбранному интервалу дальности. Эти метки вырабатываются специальным калибратором (он не показан на рис. 2.7), работа которого син­хронизируется пусковыми импульсами.

Легко видеть, что импульсный радиодальномер обладает раз­решающей способностью по дальности и позволяет просто опре­делять дальности многих объектов. По этой и другим причинам он получил исключительно широкое распространение

Максимальная энергетическая дальность действия технического средства.

Вследствие низкого расположения антенны (извещателя), невысокого роста нарушителей и сложностью формирования достаточно узкой диаграммы направленности радиоволновыми средствами, в отличие от оптико-электронных, сигналы, отраженные от подстилающей поверхности, интерферируют с сигналами, прошедшими по прямой, существенно влияя на максимальную энергетическую дальность действия технического средства.

Поэтому, при использовании непрерывного, модулированного или импульсного зондирующего сигнала передатчика максимальная энергетическая дальность, настраиваемая путем регулировки чувствительности приемника или мощности передатчика определяется согласно основному уравнению дальности для радиосвязи с учетом интерференционного множителя, учитывающего отражения от подстилающей поверхности и влияющего на результирующий коэффициент усиления приемной антенны, с учетом того, что передающая и приемная антенны идентичны и расстояние между блоками передачи и приема намного больше высоты нарушителя и высоты установки извещателя:

где: E1– энергия излучения,

SA– эффективная площадь апертуры приемной антенны,

sэ– эффективная площадь рассеяния объекта,

N0– спектральная плотность мощности шума на входе приемника,

qmin– минимальное отношение сигнал/шум на входе приемника,

l– длина волны излучения,

Lп– потери при распространении сигнала,

Hи– выстота установки извещателя,

Ho– высота нарушителя.

Взаимосвязь тактических характеристик (дальность, максимально возможная дальность, мертвая зона) с техническими параметрами системы (длительность импульса, период повторения импульсов, период модуляции, девиация частоты, центральная частота сигнала).

Длительность импульса определяется как интервал времени от момента появления импульса до момента его исчезновения. Длительность переднего фронта импульса обычно определяют как время, за которое величина тока или напряжения изменяется от 0,1 до 0,9 амплитудного значения, длительность заднего фронта или спада определяют как время, за которое величина тока или напряжения изменяется от 0,9 до 0,1 амплитудного значения. При переходе от периодически повторяющихся импульсов к одиночным линейчатый спектр разложения превращается в сплошной, так как интервал между спектральными линиями, стремится к нулю. Форма огибающей при этом остается неизменной, так как она не зависит от периода повторения импульсов, а определяется их формой.