- •Методические указания по подготовке к работе
- •Описание лабораторной установки
- •2.1.Назначение дисс
- •2.2.Частота Допплера при горизонтальном полёте
- •2.3.Спектр допплеровских частот
- •2.4.Основные типы дисс
- •2.5.Влияние крена и тангажа на точность дисс
- •2.6.Составляющие ошибок дисс
- •2.7.Принципы построения дисс с непрерывным зондирующим сигналом
- •2.7.1. Дисс с нулевой промежуточной частотой и немодулированным сигналом
- •2.7.2. Дисс с двойным преобразованием частоты и немодулированным сигналом
- •2.7.3. Двухчастотный дисс с двойным преобразованием частоты
- •2.7.4. Дисс с непрерывным частотно-модулированным сигналом
- •Спектр частот преобразованного сигнала
- •Слепые высоты
- •Функциональная схема частотно-следящего фильтра
- •Методика выполнения лабораторной работы
- •Библиографический список
2.7.4. Дисс с непрерывным частотно-модулированным сигналом
Стремление уменьшить влияние просочившегося сигнала на чувствительность приемника ДИСС и снизить требования к величине развязки между приёмником и передатчиком привело к применению частотной модуляции (ЧМ) излучаемого сигнала. Это позволяет сместить спектр допплеровских частот относительно спектра шумов просочившегося сигнала в область более высоких частот. Идею переноса спектра можно пояснить следующим образом. Пусть частота излучаемого сигнала изменяется по закону (рис. 20)
,
где Кf – коэффициент, определяющий скорость изменения частоты.
Частота принимаемых сигналов будет повторять частоту излучаемых колебаний, но с запаздыванием на время tR - распространения волны до земли и обратно. Кроме того, будет иметься сдвиг частоты на величину FД
.
Разность частот излучаемого и принимаемого сигналов
Сигнал, просочившийся на вход приёмника, будет практически совпадать с излучаемым, так как его время запаздывания tпр 0 (порядка 10-9 с). Поэтому, при использовании излучаемого сигнала в качестве гетеродинного, спектр преобразованного просочившегося сигнала будет таким же, как и при отсутствии модуляции, т.е. будет лежать в низкочастотной области. В то же время полезный сигнал может быть вынесен достаточно далеко из области шумов на частоте КftR за счёт выбора Кf .
Практически ЧМ не может быть линейной на большом отрезке времени и является периодической. Обычно в ДИСС применяют модуляцию по гармоническому закону с полосой качания частоты fM=2f, где f - девиация частоты (рис. 21, а). При этом частота отражённого сигнала также изменяется по гармоническому закону, но со сдвигом по времени на tR . Кроме того, вследствие аффекта Допплера, вся кривая fизл(t- tR) сдвинута по вертикали на FД. На рис. 21 условно заштрихованной полосой отображён сплошной характер спектра - допплеровсккх частот и преобразованного сигнала. (Заметим, что на практике ширина спектра допплеровских частот FД является весьма малой по сравнению с полосой качания частот, т. е. FД << fM).
На рис .21, б показано изменение разностной частоты Fр(t), которая является частотой преобразованного сигнала. Fр(t) также изменяется по периодическому закону, причем максимальное значение Fр max зависит от tR.
Для просачивающегося сигнала вследствие малости tпр шумовой спектр располагается в области низких частот. Вследствие изменения преобразованного сигнала с периодом модуляции ТМ его спектр состоит из гармоник частоты модуляции. Спектр допплеровских частот сосредоточен вокруг каждой из этих гармоник и повторяется с повторением гармоник. Поэтому в ДИСС с ЧМ полезный сигнал выделяется на одной из гармоник частоты модуляции, которая выполняет роль частоты КftR в рассмотренном ранее случае линейного изменения fизл(t).
Типовая функциональная схема ДИСС с непрерывным ЧМ-сигналом приведена на рис. 22. Передающая и приёмная антенны формируют по три идентичных луча с -расположением. Луч 1 направлен вперёд, 2 и 3 - назад. Однако лучи формируются поочередно, так что в каждый момент времени существует только один из трёх лучей. Их переключение осуществляется специальными коммутаторами лучей с помощью устройства управления. Достоинством такой схемы является возможность использования одного и того же приёмника для последовательного приёма сигналов всех трех лучей. Одновременно с переключением лучей переключаются следящие фильтры допплеровских частот, каждый из которых следит за частотой своего луча.
Модулятор вырабатывает гармонические колебания частоты модуляции FM, под действием которых изменяется частота генерируемого клистроном непрерывного зондирующего сигнала. Ослабленный аттенюатором зондирующий сигнал подаётся также на балансный смеситель приёмника, преобразующий отражённые сигналы в диапазон нулевой промежуточной частоты. Однако, вследствие применяемой ЧМ преобразованный сигнал, как уже отмечалось, будет состоять из гармоник частоты модуляции с наложенным на них спектром допплеровсккх частот. УПЧ настраивается на одну из гармоник. В схеме рис. 22 он настроен на третью гармонику, что является наиболее типичным.
Из УПЧ сигнал поступает на второй преобразователь частоты (когерентный детектор), на который в качестве опорного колебания подаётся утроенная частота напряжения модулятора. В результате, спектр полезных сигналов переносится в диапазон допплеровских частот и выделяется фильтром-усилителем допплеровских частот (УДЧ). УДЧ должен пропускать допплеровские сигналы во всём возможном диапазоне скоростей и углов сноса самолёта, что определяет его относительно большую полосу пропускания и, как следствие, - большой уровень шумов.
Для уменьшения уровня шума необходимы перестраиваемые фильтры, полосы пропускания которых были бы согласованы со спектром допплеровских частот отражённых сигналов для каждого луча и при любом значении скорости. Для этого используют следящие фильтры допплеровских частот. Их применение позволяет повысить отношение сигнал/шум на 5-7 дБ.
Измеренные значения допплеровских частот сигналов трёх лучей с блока следящих фильтров поступают в вычислитель, который определяет путевую скорость и угол сноса по формулам, аналогичным (6)
(7)
Разность частот FД3 - FД2 и сумма FД1+FД2 обладают определенной устойчивостью при крене и тангаже самолёта (см. подраздел 2,5), что позволяет уменьшить ошибки вследствие крена и тангажа.
Генератор контрольных частот (ГКЧ) в режиме “Контроль” вырабатывает стабилизированные кварцем колебания звуковых частот, имитирующие допплеровские сигналы. Эти частоты используются для проверки правильности показаний ДИСС. В зависимости от решаемой задачи ГКЧ выдаёт одну или две частоты в качестве сигналов отдельных лучей, при этом ДИСС должен вырабатывать известные значения скорости и угла сноса и показывать их на индикаторе.