Методы и режимы измерения дальности

Измерение дальности может осуществляться импульсным (временным) или фазовым методами при этом режимы измерения могут быть запросным или беззапросным.

а) Импульсный (временной) метод

а1. Запросный режим измерения

На рис.6 представлена структурная схема дальномера и временные процессы, протекающие в нем.

Рис. 6. Структурная схема импульсного дальномера

На борту ВС устанавливается запросчик, а на земле ретранслятор, способный принимать запросы с борта и переизлучать их. Переизлученные сигналы принимаются на борту. Запросчик излучает кратковременные (импульсные) сигналы. Так как скорость распространения этих сигналов постоянна, то принятые на борту ответные сигналы ретранслятора, запаздывают по отношению к излученным сигналам на время:

t _з = 2r/c,

где r - расстояние между ВС и ретранслятором;

с - скорость распространения радиоволн.

Так как скорость распространения радиоволн постоянна и известна, то измерив время запаздывания t _з ответного сигнала относительно излучаемого запроса, можно определить расстояние r = t _з·c/2.

Достоинства запросного режима: высокая точность, простота бортовой аппаратуры.

Недостатки: ограниченная пропускная способность, наличие дополнительного передатчика на борту ВС

а2. Беззапроснымй режим измерения

Рис. 7. Структурная схема беззапросного дальномера

Сущность беззапросного режима заключается в следующем. Предположим, что на борту ВС и в наземном пункте, расстояние между которыми подлежит определению, установлены согласованныедруг с другом точные часы (рис.7), на выходе которых в строго определенные моменты времени формируются импульсные метки (метки времени) U _оп. НА борту и на земле такие метки формируются в один и тот же момент времени. На земле (в радиомаяке) ПРД излучает импульсный сигнал в момент формирования метки U_оп. На борту он будет спустя время t = r/c, где r - расстояние между ВС и наземным радиомаяком. Измерив на борту временной интервал межу импульсом метки времени U _оп и принятым импульсом ПРД маяка можно определить расстояние между ВС и маяком.

Достоинства беззапросного режима: отсутствие дополнительного ПРД на борту ВС; неограниченная пропускная способность.

Недостатки: потребность в использовании высокоточных эталонных генераторов (часов) меток времени и необходимость в периодическом согласовании их показаний.

б) Фазовый метод измерения

Метод основан на измерении фазового сдвига Δφмежду несущими колебаниями излученного и ретранслированного сигналов в случае запросного режима измерений или между излученными и принятыми сигналами в случае беззапросного режима. Предположим, что передатчик запросчика излучает гармонический сигнал вида

е _з = Е _mз·sinωt.

В точку приема он вернется, сдвинутый во времени относительно излученного на величину t _з = 2r/c и будет иметь вид (рис.8).

Рис. 8. Запросный и ответный сигналы при фазовых измерениях

е _отв = Е _{m отв}sinω(t-2r/c).

Обозначим фазы излучаемого и принимаемого сигналов как

φ _з = ωt и φ _отв = ωt-2ωr/с.

Тогда разность фаз Δφбудет равна

Δφ = φ _з - φ _отв = 2ωr/c

Измерив, фазовый сдвиг Δφможно определить искомое расстояние

r = c·Δφ/2ω.

Учтя, что ω=2πf, а с/f = λ получим окончательные выражения:

- r = λ·Δφ/4π при запросном режиме измерения;

- r = λ·Δφ/2π - при беззапросном режиме.

Недостатокметода: возможна неоднозначность измерений.

с) Квазидальномерный метод измерения координат ВС

При беззапросном режиме измерения точность измерения дальности зависит от точности синхронизации и стабильности эталонных генераторов (часов) как на борту, так и на земле. Реально используемые часы задают моменты начала отсчета с погрешностью. Обозначим ее величиной Δt _ч. Погрешность часов обуславливает погрешность измерения дальности Δr =cΔt _ч.

Если реальная погрешность достаточна, высока, чтобы ею можно было пренебречь то реально определяемая на борту ВС дальность отличается от истинной и получила название псевдодальности. Метод определения координат ВС, основанный на измерении псевдодальностей до нескольких РНТ, называется псевдодальномерным (рис.9).

Рис. 9. К пояснению псевдодальномерного метода определения координат ВС

Измерив две дальности r₁ и r₂ , можно определить координаты ВС путем решения системы двух уравнений:

(x - x₁)² + (y-y₁)² =r₁²

(x- x₂)²+ (y-y₂)² = r₂²

В случае беззапросного режима дальность до i-го радиомаяка измеряется с погрешностью Δr, вызванной уходом бортовых часов Δt _ч:

t _з= t _{з изм}+Δt _ч; r_i = с(t _{з изм} +Δt _ч) ; Δr = cΔt _ч.

Измерив, расстояние до третьего маяка, можно не только точно определить координаты ВС, но и рассчитать поправку к показаниям бортовых часов,

(x - x₁)² + (y - y₁)²=с²(t _{з изм1}+Δt _ч)²

(x - x₂)² + (y - y₂)² = с²(t _{з изм2} +Δt _ч)²

(x - x₃)²+ (y - y₃)² = с²(t _{з изм3} +Δt _ч)²

решив систему вышеприведенных уравнений.