4.4. Узлы обработки сигналов локаторов
При разработке электронных устройств часто приходится решать задачи определения параметров системы исходя из положения и формы импульсов сигналов. Типичными задачами из этой серии являются задачи, решаемые при работе локаторов.
Рассмотрим две основные задачи, решаемые в локационных системах, это задача определения расстояния до объекта и задача определения скорости объекта.
Определение расстояния до объекта.
В процессе своей работы локатор излучает импульсы, которые распространяются в среде и, отражаясь от объектов, возвращаются обратно. В составе аппаратуры локаторов имеется достаточно прецизионная аналоговая аппаратура, позволяющая точно фиксировать начальное время излучения импульса и время прихода отраженного сигнала
Типичная временная диаграмма работы локатора представлена на рис 4.4.1.
Сигналы
P
R
Время
Tp1 Tp2 Tr1 Tr2
Рис 4.4.1. Временная диаграмма работы локатора. P – испускаемый импульс, R – отраженный.
В данной схеме испускаемый импульс P представляет собой пакет высокочастотных радиоволн, который начинает испускаться в момент времени Tp1и заканчивается в момент времени Tp2. Отраженный сигнал представляет собой также пакет радиоволн, который возвращается к радару в момент времени Tr1 и заканчивается в момент Tr2.
Для точного определения моментов времени ухода прямого и прихода отраженного сигнала локаторы оснащаются достаточно точными электронными часами, работающими от высокочастотного тактового генератора, собственно и задающего рабочую временную сетку.
Зная моменты излучения импульса Tp1и прихода отраженного сигнала Tr1 а также скорость распространения волны V можно определить расстояние S до объекта.
S=V(Tr1-Tp1) [1]
Отметим, что прямое использование формулы [1] для определения расстояния до объекта приводит к достаточно сложным аппаратным решениям, поскольку приходится решать задачу построения не только вычитателя, но и умножителя.
Существует более простое решение задачи определения расстояния до объекта. Для построения соответствующей аппаратуры можно использовать подход, проработанный при построении схем счетчиков расхода. При таком подходе определение расстояния до объекта осуществляется cпомощью подсчета числа импульсов эталонного тактового генератора, укладывающихся в интервал времени (Tp1,Tr1). Если период подачи импульсов эталонного генератора равенT, то одну такту запаздывания прихода отраженного сигнала соответствует расстояниеSравное:
S=VT [2]
При соответствующем выборе частоты эталонного тактового генератора можно добиться того, величина S будет равна удобной единице измерения длины, например 1м. Например, в случае гидролокатора скорость звука в воде V=1500 м/сек. Если выбрать периоде T=0.667 мсек., что соответствует частоте 1.5 кГц, получим S=1м.
При таком выборе частоты опорного тактового генератора задача определения расстояния решается с помощью обычного двоично-десятичного счетчика, имеющего режимы запуска счёта и остановки.
На языке AHDL описание такого узла определения расстояния до объекта может иметь вид, представленный ниже.