Принцип измерения радиальной скорости

Принцип измерения радиальной скорости в радиотехнике основывается на эффекте Допплера. Рассмотрим этот эффект, пренебрегая релятивистским изменением масштаба времени в движущейся системе.

Пусть фаза создаваемых генератором колебаний в момент t равна , где – частота генерируемых колебаний. Тогда фаза тех же колебаний, принятых на расстоянии R, .

Продифференцировав это выражение, получаем

. (8.7)

Сущность эффекта Допплера состоит в том, что частота принимаемых колебаний при изменении расстояния R зависит от радиальной скорости относительного перемещения приемника и передатчика

.

Разность между частотами принимаемых и передаваемых колебаний называется допплеровской частотой

или . (8.8)

Допплеровская частота – это частота, с которой движущаяся точка приема пересекает радиоволны за счет собственного перемещения. Если распространение радиоволн происходит в двух направлениях (туда и обратно), то допплеровский эффект сказывается два раза и тогда

. (8.9)

Допплеровская частота зависит только от радиальной составляющей скорости объекта. Поэтому, если объект движется по радиусу (вперед или назад) допплеровская частота будет максимальной. Когда цель перемещается в тангенциальном направлении, допплеровская частота равна нулю. Этот объект ведет себя как неподвижный, так как расстояние до него не меняется. Зная частоту передаваемых и принимаемых колебаний, можно найти допплеровскую частоту и радиальную скорость цели . Именно таким способом и измеряется радиальная скорость объектов в радиотехнических устройствах.

Принцип измерения угловых скоростей

Измерение угловых скоростей также основано на эффекте Допплера, но производится с помощью двух измерительных пунктов 1 и 2, разнесенных на некоторое расстояние. Пусть требуется измерить угловую скорость в рассмотренной выше системе, содержащей два ненаправленных приемных пункта (рис. 8.3). Если источник излучения перемещается и a переменно, то разность фаз между сигналами, принятыми в точках 1 и 2, будет также меняться. Скорость этого изменения, пропорциональная искомой угловой скорости , может быть получена путем дифференцирования формулы (8.5):

. (8.10)

где – фазы колебаний, принимаемых на пункте 1 и 2 соответственно.

Эта величина представляет собой разность допплеровских частот для разнесенных приемных пунктов . Действительно,

. (8.11)

Таким образом, измерив разность допплеровских частот двух разнесенных приемных пунктов, можем определить угловую скорость цели

. (8.12)

Важнейшим параметром измерительной системы является её точность. Существуют три основных группы факторов, вносящих ошибки в результаты измерений: условия распространения радиоволн, несовершенство измерительных устройств и наличие помех. Отклонения условий распространения радиоволн от нормальных (в частности, изменение скорости) обычно бывают небольшими, но трудно поддаются учету. Инструментальные ошибки, связанные с несовершенством оконечных устройств и нестабильностью работы различных элементов аппаратуры, снижаются по мере её совершенствования. Ошибка, вносимая помехами, зависит от отношения сигнал/шум.

Таким образом, основным показателем эффективности радиолокационной системы как с точки зрения обнаружения объектов, так и измерения их параметров, является отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума.