книги из ГПНТБ / Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник]

Интегра­

тор

Сумматор

Рис. 59. Структурная схема с автоподстропкон низкочастотного следящего гетеродина

ПО

участков много и они произвольно расположены, то по­ верхность в целом будет характеризоваться весьма слож­ ной многолепестковой диаграммой рассеяния электро­ магнитной энергии.

Практически поверхность Земли представляет собой шероховатый рельеф с отдельными гладкими и точеч­ ными участками. Вследствие этого диаграмма рассеяния энергии земной поверхностью имеет сложную многоле­ пестковую форму с размытыми лепестками и небольшой глубиной провалов.

Опыт показывает, что рассеивающая способность зем­ ной поверхности почти не зависит от угла падения волн. Исключение составляет водная поверхность. Здесь с уве­ личением угла падения энергия, отраженная к облуча­ телю, уменьшается и тем резче, чем спокойнее поверх­ ность воды.

Различием отражающих способностей суши и воды можно объяснить получение четкого изображения гра­ ниц земной и водной поверхности на экранах самолет­ ных панорамных радиолокационных станций. Особенно это заметно, когда облучение происходит под некоторым углом. Поэтому для панорамных радиолокационных станций нормальное облучение поверхности менее вы­ годно.

Для радиовысотомеров, наоборот, валено добиваться равномерного отражения от всей облученной площади; в противном случае трудно усреднять результаты изме­ рений, так как дальномериый спектр сигнала расши­ ряется.

На рис. 60 показан случай облучения земной поверх­ ности электромагнитной энергией лучом шириной Ау. При этом различные участки облученной площади нахо­ дятся на разных расстояниях от радиолокационной стан­ ции. Линии равных расстояний показаны в виде концен­ трических окружностей. Отраженные от этих участков сигналы характеризуются разными значениями дальномерной частоты. Следовательно, каждому значению вы­ соты объекта соответствует некоторый спектр дальномерных частот.

Естественно, что, чем шире спектр дальномерных ча­ стот, тем труднее усреднять результаты измерений и тем меньше точность измерений. Поэтому надо стремить-

ся к максимальному сужению спектра отраженного сиг­ нала.

В работе [2] показано, что относительная ширина дальномерного спектра зависит только от раствора диа­ граммы направленности антенны. Для предельного

Рис. 60. Линии равных расстоянии при облучении земной поверхности лучом шириной Дч

уменьшения ширины дальномерного спектра при задан­ ном растворе диаграммы направленности антенны необ­ ходимо, чтобы угол облучения максимально приближал­ ся к 90°. При этом также обеспечиваются наиболее выгодные энергетические соотношения при отражении от земной и морской поверхностей. Этим и объясняется то, что в частотно-модулированных высотомерах применя­ ются однолучевые антенные системы с вертикальным направлением оси диаграммы направленности.

Характерно, что величина дальномерного спектра ча-

114

лучшей развязки передающая и приемная антенны обыч­ но монтируются в крыльях самолета на расстоянии не­ скольких метров одна от другой.

с высоким и средним расположением крыльев диполи размещаются под крыльями так, чтобы нижняя поверх­ ность крыла служила рефлектором, а фюзеляж играл роль экрана. В самолетах с низким расположением крыльев диполи должны располагаться так, чтобы каж­ дая антенна была в нулевой зоне диаграммы направ­ ленности другой антенны (чтобы оси антенны были на одной линии).

В радиовысотомерах малых высот при работе на две антенны очень важно учесть такие факторы, влияющие на точность измерения высоты, как многократное отра­ жение радиоволн, а также ошибки, связанные с конеч­ ным временем прохождения сигналов по фидерам.

За счет многократного отражения радиоволн могут быть получены завышенные ложные отсчеты высоты. Эти погрешности можно устранить подбором наклона и раствора диаграммы направленности антенн, а также рациональным размещением антенн относительно отра­ жающих элементов самолета.

Для устранения погрешностей в измерении высоты, которые могут вноситься за счет конечного времени рас­ пространения энергии по фидерам, следует измерять электрические длины фидеров и заранее вводить поправ­ ку при первоначальной регулировке высотомера.

Существенным требованием к антеннам радиовысото­ меров является их широкополосность, так как радиовы­ сотомеры работают с частотно-модулированными сигна­ лами, причем модуляция частоты возможна в значи­ тельных пределах.

Особенности конструкции приемопередатчиков радио­ высотомеров, работающих в режиме непрерывного излу­ чения частотно-модулированных колебаний, определяют­ ся в основном тремя факторами:

116

1. Так как от этих радиовысотомеров требуется вы­ сокая точность определения высоты, то очень важно устранить так называемую постоянную ошибку измере­ ния высоты. Суть постоянной ошибки заключается в следующем.

Ранее была выведена зависимость частоты преобра­ зованного сигнала fp от дальности до объекта:

1

т. е. частота преобразованного сигнала прямо пропор­ циональна дальности объекта, полосе частот модуляции Л/м и обратно пропорциональна скорости света с и пе­

проходит через нуль, т. е. фаза преобразованного сиг­

сигнала намного меньше периода модуляции), то скачки фазы не влияют на процесс измерения расстояния. Од­ нако при измерении малых расстояний частота преобра­ зованного сигнала мала и условие / р > / м нарушается. При этом начинает сказываться явление так называемой постоянной ошибки, выражающееся в скачкообразных изменениях частоты преобразованного сигнала на неко­ торую постоянную величину при плавном изменении рас­ стояния до цели на малые доли длины волны. Величину постоянной ошибки AD можно определить, заменив в формуле (120) fM на /р . Тогда

Из формулы (121) видно, что для уменьшения по­ стоянной ошибки следует увеличивать полосу модуляции AfM . При этом частота преобразованного сигнала возра­ стет, что приведет к повышению чувствительности при измерениях.

117

2. Как уже упоминалось, существенный недостаток радиолокационных-станций с непрерывным излучением — резкое возрастание роли низкочастотных помех.

Одним из радикальных методов выделения полезного сигнала и подавления помех является перевод спектра полезного сигнала в область более высоких промежуточ­ ных частот, т. е. смешивание сигналов с частотой гете­ родина. На рис. 61 приведена структурная схема иаибо-

Передатчик

/г . На выходе смесителя формируются несущие частоты передатчика и две полосы боковых частот. Выход смеси­ теля подсоединен к полосовому фильтру, который про­ пускает только одну (например, нижнюю) боковую по­ лосу частот и срезает несущую и верхнюю полосы час­ тот.

118

Напряжение с выхода полосового фильтра и отражен­

фильтра сигнал играет роль сигнала смещенного гете­ родина. Преобразованный сигнал с выхода второго сме­ сителя поступает на усилитель промежуточной частоты и далее на балансный смеситель, к которому также под­ веден сигнал гетеродина. Здесь сигнал промежуточной частоты вновь смешивается с сигналом гетеродина. На выходе балансного смесителя выделяется сигнал (низкой

Для облегчения отстройки от несущей частоты и ча­ стот верхней боковой полосы при относительно низкой частоте гетеродина и большом значении AfM в указанной схеме применен следящий фильтр. Причем перестройку фильтра осуществляет тот частотный модулятор, кото­ рый модулирует передатчик (на рис. 61 связь модуля­

большой диапазон измеряемых высот (от нескольких де­ сятков сантиметров до тысяч метров), а следовательно, большой диапазон дальномерных частот. Использование в таких радиолокационных станциях широкополосного усилителя низких частот было бы крайне невыгодно как с точки зрения энергетических соотношений, так и с точ­ ки зрения помехоустойчивости станции. В связи с этим в радиовысотомерах в большинстве случаев применяется автоматическое сопровождение по высоте, о котором рассказано в предыдущей главе.

На рис. 62 приведена упрощенная схема высотомера, разработанного американской фирмой «Сэлфорд электрикл инструменте». Он работает в диапазоне 1605— 1655 Мгц. Модуляция частоты осуществляется с по­ мощью конденсатора переменной емкости, ротор кото­

Отраженный от Земли сигнал принимается приемной антенной на самолете. Частота этого сигнала отличает­ ся от мгновенного значения частоты передатчика. При­ нятый сигнал и гетеродинный сигнал подаются на сме­ ситель. Гетеродинный сигнал получается от смешивания

119