Устройство для измерения параметров движения объектов

 

Использование: радионавигация, для измерения расстояний и скорости движущихся объектов. Сущность изобретения: устройство содержит один измерительный блок, два задающих генератора, два синтезатора частот, два усилителя мощности, три антенных переключателя, три приемника, включающих смесители и усилители промежуточной частоты, три амплитудно-фазовых измерителя, включающих усилители-ограничители и фазовые детекторы, два решающих блока, два коммутатора-формирователя, одну приемопередающую антенну, три приемные антенны и ретранслятор. 6 ил.

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для измерения расстояний и скорости движущихся объектов.

Известно устройство для измерения скорости подвижного аппарата, содержащее три антенны, три приемоиндикатора разностно-дальномерной радионавигационной системы, четыре блока измерения временного сдвига сигнала и вычислитель, входы которого соединены с выходами блоков измерения временного сдвига сигнала, антенны соединены с входами приемоиндикаторов, выходы которых соединены с соответствующими входами блоков измерения временного сдвига сигнала.

Данное устройство характеризуется тем, что обеспечивает определение продольной и поперечной составляющих скорости подвижного аппарата путем измерения интервалов запаздывания сигналов между изолиниями на разнесенные в пространстве антенны принимаемые сигналы от ведущей и ведомых станций радио- навигационной системы.

Недостатком устройства является низкая точность и повышенная сложность. Низкая точность обусловлена использованием только разностно-дальномерного режима измерения радионавигационных параметров. Сложность устройства определяется наличием трех приемоиндикаторов разностно-дальномерной радионавигационной системы и не менее трех опорных (ведущей к двух ведомых) станций системы.

Известно устройство для измерения амплитуды и фазы, включающее измерительный блок из последовательно соединенных задающего генератора, усилителя мощности, антенного переключателя, соединенного с приемопередающей антенной, приемника и амплитудно-фазового измерителя, второй вход которого подключен к второму выходу задающего генератора, генератор низкой частоты, коммутатор-формирователь, соединенный с генератором низкой частоты, усилителем мощности и антенным переключателем, ретранслятор из последовательно соединенных задающего генератора, усилителя мощности, антенного переключателя, соединенного с приемопередающей антенной, приемника и блока автоматической подстройки фазы, выход которого подключен к входу задающего генератора, последовательно соединенные генератор низкой частоты и коммутатор-формирователь, амплитудно-фазовый измеритель.

Недостатком устройства является низкая точность измерения скорости подвижного объекта.

Цель изобретения повышение точности измерения продольной и поперечной составляющих скорости подвижного объекта.

Для этого в устройстве для измерения параметров движения объекта, содержащее измерительный блок, включающий задающий генератор, коммутатор-формирователь, последовательно соединенные усилитель мощности, первые антенный переключатель, приемник и амплитудно-фазовый измеритель, выход задающего генератора соединен с вторым входом первого амплитудно-фазового измерителя и первым входом коммутатора-формирователя, выходы которого соединены с управляющими входами усилителя мощности и первого антенного переключателя, соединенного с приемопередающей антенной, ретранслятор, включающий задающий генератор, коммутатор-формирователь, последовательно соединенные усилитель мощности, антенный переключатель, приемник и амплитудно-фазовый измеритель, выход задающего генератора соединен с вторым входом амплитудно-фазового измерителя и первым входом коммутатора-формирователя, выход которого соединен с управляющими входами усилителя мощности и антенного переключателя, соединенного с приемопередающей антенной, в измерительный блок введены последовательно соединенные вторые антенный переключатель, приемник и амплитудно-фазовый измеритель, первая и вторая приемные антенны, соединенные с входами второго антенного переключателя, решающий блок, синтезатор частот, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым входом усилителя мощности и вторыми входами первого и второго приемников, первый и второй выходы решающего блока соединены соответственно с управляющими входами коммутатора-формирователя и синтезатора частот, третий выход решающего блока соединен с входом задающего генератора, выход которого соединен с вторым входом второго амплитудно-фазового измерителя и вторым входом синтезатора частот, соответствующие выходы коммутатора-формирователя соединены с управляющими входами второго антенного переключателя, первого и второго амплитудно-фазовых измерителей, выходы котороых соединены соответственно с первым и вторым входами решающего блока, а в реотранслятор введены последовательно соединенные решающий блок, синтезатор частот и фазовращатель, выход которого соединен с вторым входом усилителя мощности, выход задающего генератора соединен с вторым входом синтезатора частот, второй выход которого соединен с вторым входом приемника, соответствующий выход коммутатора-формирователя соединен с управляющим входом амплитудно-фазового измерителя, выход которого соединен с входом решающего блока, второй выход решающего блока соединен с управляющим входом фазовращателя.

Введение в измерительный блок двух приемных антенн и других блоков с описанными связями позволяет повысить точность измерения продольной и поперечной составляющих скорости подвижного объекта за счет измерения расстояний от ретранслятора до трех разнесенных в пространстве антенн измерительного блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 вариант реализации решающего блока; на фиг. 4 блок-схема алгоритма его работы в измерительном блоке; на фиг. 5 вариант реализации фазового детектора; на фиг. 6 расположение антенн на объекте.

Устройство содержит измерительный блок 1, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора 2, синтезатора частот 3, усилителя мощности 4, антенного переключателя 5, приемника, включающего смеситель 6 и усилитель промежуточной частоты 7, амплитудно-фазовый измеритель, включающий усилитель-ограничитель 8 и фазовый детектор 9, решающего блока 10 и коммутатора-формирователя 11, приемопередающей антенны 12, соединенной с антенным переключателем 5, последовательно соединенные дополнительные антенный переключатель 13, приемник, включающий смеситель 14 и усилитель промежуточной частоты 15, амплитудно-фазовый измеритель, включающий усилитель-ограничитель 16 и фазовый детектор 17, выход которого соединен с решающим блоком 10, две приемные антенны 18 и 19, соединенные с антенным переключателем 13, выход задающего генератора 2 соединен с входами синтезатора частот 3, коммутатора-формирователя 11, фазовых детекторов 9 и 17, выходы решающего блока 10 соединены с управляющими входами задающего генератора 2, синтезатора частот 3 и коммутатора-формирователя 11, выходы которого соединены с усилителем мощности 4, антенными переключателями 5 и 13, фазовыми детекторами 9 и 17, первый выход синтезатора частот 3 соединен с усилителем мощности 4, а второй выход со смесителями 6 и 14, ретранслятор 20, состоящий из задающего генератора 21, синтезатора частот 22, последовательно соединенных фазовращателя 23, усилителя мощности 24, антенного переключателя 25, смесителя 26, усилителя промежуточной частоты 27, усилителя-ограничителя 28, фазового детектора 29 и решающего блока 30, выходы которого соединены с управляющими входами синтезатора частот 22 и фазовращателя 23, коммутатора-формирователя 31, выходы которого соединены с усилителем мощности 24, антенным переключателем 25 и фазовым детектором 29, приемопередающей антенны 32, соединенной с антенным переключателем 25, выход задающего генератора 21 соединен с входами фазового детектора 29, коммутатора-формирователя 31 и синтезатора частот 22, выходы которого соединены с фазовращателем 23 и смесителем 26.

Решающий блок 10 (30) содержит (см.фиг.3) микропроцессорный модуль 33, шина адреса которого соединена с адресными входами постоянного запоминающего элемента 34, оперативного запоминающего элемента 35 и входами дешифраторов 36 и 37, выходы которого соединены с управляющими входами запоминающих элементов 34 и 35, управляющие выходы микропроцессорного модуля 33 "чтение", "запись" соединены с входами управления постоянного 34 и оперативного 35 запоминающих элементов соответственно, информационные входы выходы микропроцессорного модуля 33 соединены с выходами постоянного запоминающего элемента 34, с информационными входами-выходами оперативного запоминающего элемента 35, с входами регистров 38-42, выходы дешифратора 36 соединены через элементы И 43-47 с входами управления регистров 38-42.

Фазовый детектор 9, 17 (29) содержит (см.фиг.5) последовательно соединенные элементы исключающее ИЛИ 48, счетчик 49 и регистр 50, последовательно соединенные элемент исключающее ИЛИ 51, счетчик 52, регистр 53, генератор импульсов 54, соединенный через элемент совпадения 55 со счетными входами счетчиков 49 и 52, формирователь импульсов 56, соединенный со счетчиками 49, 52, регистрами 50, 53, элементом совпадения 55, формирователь ортогонального сигнала 57, соединенный с элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 48, 51. Входы формирователя 57 ортогонального сигнала, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 48, 51, формирователя импульсов 56 являются входами фазового детектора, а выходы регистров 50, 53 и выход формирователя импульсов 56 его выходом.

Работает устройство следующим образом.

Расположение антенн (см.фиг.6) 12, 18, 19 на подвижном объекте образует две скрещенные измерительные базы 12-18 и 12-19, имеющие в общем случае длину l₁ и l₂ и развернутые относительно диаметральной плоскости объекта на углы α₁ и α₂ соответственно. В дальнейшем рассмотрении принимается l₁ l₂ l, α₁ α₂ α.

На фиг.6 введены следующие обозначения: V путевая скорость объекта, β угол скоса, V_x, V_y продольная и поперечная составляющие скорости в системе координат объекта.

Задающие генераторы 2, 21 вырабатывают непрерывные гармонические сигналы частотой f, которые поступают на коммутаторы-формирователи 11, 31 и синтезаторы частот 3, 22. Синтезаторы частот 3 и 22 вырабатывают для излучения опорный сигнал частотой f_о и несколько вспомогательных сигналов с частотами f₁, f₂,f_i, кроме того, в синтезаторах частот 3 и 22 формируются сигналы гетеродина для смесителей 6, 14 и 26 частотой f_0г, f_1г f_2г,f_iг, при этом управление частотой излучаемых (принимаемых) сигналов осуществляется решающим блоком 10 (30), причем f_o f_oг f_пр, f₁ f_1г f_пр, f₂ f_2г f_пр, f_i f_iг f_пр, где f_пр промежуточная частота, выделяемая блоками 7, 15 и 27, на которой осуществляется измерение фазы принятых сигналов.

Коммутаторы-формирователи 11 и 31 вырабатывают сигналы управления для блоков 4 (см.фиг.2,а), 5 (см.фиг.2,б), 9 (см.фиг.2,в), 17 (см.фиг.2,г), 13 (см.фиг.2,е) и соответствующих блоков ретранслятора 24 (см.фиг.2,д), 25 и 29 (см.фиг.2,ж). Временные диаграммы на фиг.2 приведены для установившегося рабочего режима устройства, когда временные интервалы излучения и приема сигналов измерительного блока 1 синхронизированы с соответствующими интервалами ретранслятора 20.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Т временной цикл работы устройства; t интервал излучения (приема) опорного сигнала частотой f_о; 2t интервал излучения (приема) вспомогательных сигналов с частотами f_i; t_п длительность паузы;
Т₁, Т₂ временные циклы, в течение которых измерительный блок и ретранслятор соответственно работают на излучение сигналов в пространство.

На фиг. 2а изображены временные диаграммы, показывающие, что в течение интервала времени Т₁ осуществляется управление работой усилителя мощности 4, при котором в течение интервалов времени t блок 4 усиливает сигналы частотой f_о, в течение интервалов времени 2t блок 4 усиливает сигналы частотами f₁, f₂, f_i.

На фиг. 2б изображены временные диаграммы, показывающие, что в течение интервала Т₁ блок 5 включен на передачу сигнала от блока 4 к приемопередающей антенне 12, а в интервале времени Т₂ блок 5 включен на передачу сигнала от антенны 12 к смесителю 6 в течение интервалов времени t и 2t.

На фиг. 2в изображены временные диаграммы, показывающие, что в течение интервалов времени t и 2t осуществляется измерение фазовых сдвигов Ψ₀₁, Ψ₁, Ψ₀₂ и т.д. в блоке 9.

На фиг. 2ж изображены временные диаграммы, показывающие, что в течение интервалов времени t и 2t осуществляется измерение фазовых сдвигов ϕ₀₁, ϕ₁ и т.д. в блоке 29.

На фиг. 2г изображены временные диаграммы, соответствующие измерениям фазовых сдвигов ϕ₀₁', ϕ₀₁", ϕ₁', ϕ₁" и т.д. Ψ₀₁', Ψ₀₁", Ψ₁', Ψ₁", и т.д. в блоке 17.

На фиг.2е изображены временные диаграммы управления антенным переключателем 13, подключающим к входу смесителя 14 либо антенну 18, либо антенну 19.

В усилителе мощности 4 осуществляется усиление сигналов от синтезатора частот 3 до необходимой величины и формирование выходных радиоимпульсных сигналов под воздействием управляющего сигнала от коммутатора-формирователя 11 (см. фиг. 2,а). Радиоимпульсный сигнал от усилителя мощности 4, пройдя через антенный переключатель 5, излучается в пространство приемопередающей антенной 12 (см.фиг.2,з).

Сигнал, излучаемый в пространство измерительный блоком 1 в течение времени Т₁, пройдя через среду распространения, принимается антеннами 18 и 19 измерительного блока 1 и через антенный переключатель 13 поступает на вход смесителя 14, а также принимается приемопередающей антенной 32 ретранслятора 20 и через антенный переключатель 25 поступает на вход смесителя 26. На вторые входы смесителей 14 и 26 подаются сигналы от синтезаторов частот 3 и 32 соответственно с частотами (f_0г, f_1г, f_2г,f_iг) в соответствии с фиг.2а.

В смесителях 14 и 26 осуществляется преобразование принимаемого сигнала на частоту f_пр (причем f_o f_ог f_пр, f₁ f_1г f_пр и т.д.), в усилителях промежуточной частоты 15 и 27 сигналы частотой f_прфильтруются и усиливаются, а затем нормируются по амплитуде в усилителях-ограничителях 16 и 28 и поступают на фазовые детекторы 17 и 29 соответственно. В фазовом детекторе 17 под воздействием управляющих сигналов (см.фиг.2,г) осуществляется измерение фазовых сдвигов сигналов, принятых антенной 18 ϕ₀₁', ϕ₁', ϕ₂',_,ϕ _i', а также фазовых сдвигов сигналов, принятых антенной 19 ϕ₀₁", ϕ₁", ϕ₂", ϕ_i". Подключение антенн 18 либо 19 к входу смесителя 14 осуществляется антенным переключателем 13 под воздействием управляющих сигналов от коммутатора-формирователя 11 (см. фиг. 2,е). Информация с фазового детектора 17 поступает в решающий блок 10, где значения ϕ₀₁', ϕ₁', ϕ₂', ϕ_i' и ϕ₀₁", ϕ₁", ϕ₂", ϕ_i" запоминаются.

В фазовом детекторе 29 под воздействием управляющих сигналов осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов, при этом измеряются фазовые сдвиги ϕ₀₁, ϕ₀₂, ϕ_0i, ϕ_0i' опорных сигналов частоты f_о и фазовые сдвиги ϕ₁, ϕ₂, ϕ_i (см.фиг.2,ж) вспомогательных сигналов частотами f_i, f₂,f_i. Информация с фазового детектора 29 поступает в решающий блок 30, в котором вычисляются фазовые соотношения в течение интервалов t_п
, , (1)
-ϕ₁=Δϕ₁, -ϕ₂=Δϕ₂, -ϕ_i=Δϕ_i (2)
Полученные значения фазы Δϕ₁, Δϕ₂, Δϕ_i запоминаются в решающем блоке 30. В течение интервала Т₂ излучаются в пространство сигналы от ретранслятора 20, при этом управление частотой и фазой излучаемых сигналов осуществляется решающим блоком 30 через блоки 22 и 23 соответственно. В момент времени t, когда ретранслятором 20 излучаются в пространство основные сигналы частотой f_о, фазовращатель 23 решающим блоком 30 установлен в исходное (нулевое) состояние, тогда излучаемые опорные сигналы частотой f_о имеют фазу сигнала частотой f задающего генератора 21.

В течение интервалов 2t, когда ретранслятором 20 излучаются в пространство вспомогательные сигналы частотами f₁, f₂,t_i, сигналами управления от решающего блока 30 устанавливаются в фазовращателе 23 фазовые сдвиги Δϕ₁, Δϕ₂, Δϕ _i соответственно.

Таким образом, в течение интервала Т₂ ретранслятор 20 излучает вспомогательные сигналы, фаза которых равна фазе принятых сигналов в течение интервалов Т₁ от измерительного блока 1, и не содержит фазовых набегов, обусловленных аппаратурой ретранслятора 20, а также опорные сигналы, фаза которых равна фазе опорного генератора 21. В усилителе мощности 24 осуществляется усиление сигналов от фазовращателя 23 и формирование выходных радиоимпульсных сигналов под воздействием управляющего сигнала от коммутатора-формирователя 31 (см.фиг.2,д). Радиоимпульсный сигнал от усилителя мощности 24, пройдя через антенный переключатель 25, излучается в пространство приемопередающей антенной 32 (см.фиг.2,и).

Сигнал, излучаемый в пространство ретранслятором 20 в течение времени Т₂, пройдя через среду распространения, принимается приемопередающей антенной 12 измерительного блока 1 и через антенный переключатель 5 поступает на вход смесителя 6, а также принимается антеннами 18 и 19, через антенный переключатель 13 поступает на вход смесителя 14. На вторые входы смесителей 6 и 14 подаются сигналы от синтезатора частот 3 с частотами f_0г, f_1г, f_2г,f_iг в соответствии с фиг.2,и. В смесителях 6 и 14 осуществляется преобразование принимаемого сигнала на частоту f_пр (причем f_o f_oг f_пр; f₁ f_1г f_пр и т.д.), в усилителях промежуточной частоты 7, 15 сигналы частотой f_пр фильтруются и усиливаются, а затем нормируются по амплитуде в усилителях-ограничителях 8, 16 и поступают на фазовые детекторы 9, 17.

В фазовом детекторе 9 под воздействием управляющих сигналов (см.фиг.2,в) осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов, при этом измеряются фазовые сдвиги Ψ₀₁, Ψ₀₂, Ψ_0i, Ψ_0i' опорных сигналов частоты f_о и фазовые сдвиги Ψ₁, Ψ₂, Ψ_i вспомогательных сигналов частотами f₁, f₂,f_i. Информация с фазового детектора 9 поступает в решающий блок 10, в котором вычисляются фазовые соотношения
, , (3)
-Ψ₁=ΔΨ₁, -Ψ₂=ΔΨ₂, -Ψ_i=ΔΨ_i (4)
Полученные значения фазовых сдвигов ΔΨ₁, ΔΨ₂, ΔΨ _iзапоминаются в решающем блоке 10, затем используются в решающем блоке 10 для устранения многозначности фазовых отсчетов. На практике частоты f_o, f₁, f₂,f_i выбираются таким образом, чтобы выполнялись соотношения
f_o f₁ F₁, f_o f₂ F₂, f₀ fi F_i
F₁/F₂ m₁, F₂/F₃ m₂, F(i-1)/F_i m_i(5) где F₁ частота точной ступени (рабочая частота устройства);
F₂, F₃,F_i частоты грубых ступеней;
m₁, m₂,m_i коэффициенты сопряжения частот.

Таким образом, величина фазового сдвига ΔΨ₁ с учетом коррекции при устранении многозначности соответствует сигналу частотой F₁, прошедшему дважды через среду распространения, равна времени запаздывания радиоволн в точке приема по отношению к моменту их излучения и может использоваться для точного определения расстояния (r) между антенной 12 измерительного блока 1 и антенной 32 ретранслятора 20 при известной скорости распространения радиоволн и измеренной величиной ΔΨ₁ по формуле
r (6) где С скорость распространения радиоволн.

В фазовом детекторе 17 под воздействием управляющих сигналов (см.фиг.2, г) осуществляется измерение фазовых сдвигов сигналов, принятых антенной 18, при этом измеряются фазовые сдвиги Ψ₀₁', Ψ₀₂', Ψ_0i' опорных сигналов частоты f_o и фазовые сдвиги Ψ₁', Ψ₂', Ψ_i' вспомогательных сигналов частотами f₁, f₂, f_i. Информация с фазового детектора 17 поступает в решающий блок 10, в котором вычисляются величины ', ', ' и ", ", " по формулам (3), а также соотношения
-=γ₀₁, -=γ₀₁, -=γ_oi (7)
-γ₁, -γ₂, -=γ_i (8)
γ₀₁-γ₁=Δγ₁, γ₀₂-γ₂=Δγ₂, γ_oi-=Δγ_i (9)
-=Θ₀₁, -=Θ₀₂, -=Θ_oi (10)
-Θ₁, -Θ₂, -Θ_i (11)
Θ₀₁-Θ₁=ΔΘ₁, Θ₀₂-Θ₂=ΔΘ₂, Θ_0i-Θ_i=ΔΘ_i (12)
Полученные по формулам (9) и (12) значения фазовых сдвигов Δγ₁, Δγ₂, Δγ_i и ΔΘ₁, ΔΘ₂, ΔΘ _i запоминаются в решающем блоке для устранения многозначности фазовых отсчетов.

Величины фазовых сдвигов ϕ₀₁', ϕ₁', ϕ₂', ϕ_i' равны сумме внутренних фазовых сдвигов, возникающих в узлах измерительного блока 1 (3-5, 12, 18, 13-16) и задержке сигнала при его распространении на расстояние l₁ от антенны 12 до антенны 18 для соответствующих частот. Величины фазовых сдвигов ϕ₀₁", ϕ₁", ϕ₂", ϕ_i" равны сумме внутренних фазовых сдвигов, возникающих в узлах измерительного блока 1 (3-5, 12, 19, 13-16) и задержке сигнала при его распространении на расстояние l₂ от антенны 12 до антенны 19 для соответствующих частот. Поскольку в решающем блоке 10 вычисляются разности в соответствии с выражениями (7), (8), (10), (11), тогда при известных величинах l₁ и l₂в фазовых сдвигах Δγ₁, Δγ₂, Δγ _i и ΔΘ₁, ΔΘ₂, ΔΘ_iполностью исключены собственные фазовые сдвиги, возникающие в аппаратуре измерительного блока 1.

Таким образом, величины фазовых сдвигов Δγ₁ и ΔΘ₁ с учетом коррекции при устранении многозначности аналогично ΔΨ₁ соответствуют сигналам частотой F₁, прошедших дважды через среду распространения, равны времени запаздывания радиоволн в точке приема по отношению к моменту их излучения и могут быть использованы в решающем блоке для точного определения расстояний r₁' и r₁" соответственно (см.фиг.6) с использованием выражения (6)
r r₁+l₁; r r₁+l₂ (13)
Тогда при известных величинах Т, l₁, l₂ и измеренных расстояниях r₁, r₁', r₁" (см. фиг.6) для последовательных циклов работы устройства Т в решающем блоке 10 определяются продольная и поперечная составляющие скорости в системе координат объекта.

В случае, если задающие генераторы 2 и 21 имеют недостаточную долговременную стабильность частоты, в измерительном блоке 1, накапливая информацию в решающем блоке 10 об изменениях фазовых сдвигов ΔΨ, например, для частоты f_o, т. е. Ψ₀₁, Ψ₀₂, Ψ_0i за один или несколько циклов работы устройства Т можно определить отклонение Δ f частоты опорного генератора 2 от частоты опорного генератора 21 за время наблюдения Δ t за отклонением частоты генераторов. Код отклонения частоты опорного генератора 2 Δ f поступает от решающего блока 10 на вход управления опорного генератора 2, обеспечивая изменение его выходной частоты и уменьшая Δ f до нуля.

Формирование двух интервалов излучения (приема) для опорной частоты f_о относительно каждого интервала излучения (приема) для вспомогательных частот f₁, f₂ и т. д. позволяет повысить точность измерения информационных параметров фазовых сдвигов принимаемых сигналов при последовательном излучении сигналов во времени и большой скорости движения объекта.

Фазовые детекторы 9, 29, 17 можно реализовать на основе ортогональных фотоизмерительных ограниченных сигналов по структурной схеме фиг.5. Прямоугольные импульсы с выхода ограничителя 8, 26, 16 подаются на элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 48, 51. Формирователь ортогонального сигнала 57 вырабатывает из сигналов опорного генератора 2 и 21 два прямоугольных квадратурных колебаний частотой f_пр, первое колебание поступает на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 48, второе, сдвинутое на 90^о относительно первого, на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 51. Элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 48 и 51 обеспечивает выполнение операций перемножения сигналов с выходов ограничителя и с выходов формирователя ортогонального сигнала 57.

Импульсные последовательности с выходов элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 48 и 51 поступают на управлюящее входы счетчиков 49 и 52 соответственно. Сигналы с выходов элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 48 и 51 используются для управления режимом работы счетчиков 49 и 52, которые подсчитывают количество импульсов, поступающих от генератора импульсов 54 через элемент совпадения 55. По окончании времени измерения t (2t), формируемого формирователем импульсов 56, элемент совпадения 55 закрывается, коды чисел К1 и К2, накопленные в счетчиках 49 и 52 соответственно за измерительный интервал, переписываются по сигналам управления от блока 56 в регистры 50 и 53 соответственно.

По сигналам управления от блока 56 и решающий блок 10 (30) в соответствии с блок-схемой алгоритма его работы считывается измерительная информация последовательно из регистров 50, 53 К2, К1. Счетчики 49 и 52 затем устанавливаются в исходное (нулевое) состояние сигналом от блока 56, элемент совпадения 55 открывается и цикл повторяется. Решающий блок 10 (30) вычисляет функцию арктангенса отношения измеренных величин, т.е.

ϕ arctg K1/K2 (7)
Кроме измеренного фазового сдвига, в решающем блоке 10 (30) может вычисляться также уровень принимаемого сигнала устройства при соотношении сигнал/шум меньше единицы на входе блока 9 по формуле
C= (8)
Структурная схема варианта решающего блока 10 (30) приведена на фиг.3.

Дешифратор 37 обеспечивает выбор постоянного 34 и оперативного 35 запоминающих элементов, в которых хранятся программы, константы или текущая информация соответственно. Микропроцессорный модуль 33 выполняет обработку и обмен информацией в соответствии с блок-схемой на фиг.4 и связан с блоками 34-37 шиной адреса (ША) и блоками 34, 35, 38-42 информационной шиной данных (ШД), может иметь управляющие выходы с сигналами "чтение" и "запись" для управления постоянным 34 и оперативным 35 запоминающими элементами соответственно, "вывод", например, для вывода информации по шине ШД в блоки 2, 3, 6, 11, 22, 23, выходы "запрос прерывания", "ввод" для ввода информации в решающий блок 10 (30) по сигналам фазового детектора 9 (29), 17, сигналы обращения "вывода" со стороны решающего блока 10 (30) к внешним блокам формируются путем дешифрования кода адреса соответствующего регистра в дешифраторе 36 и конюънкции его выходных сигналов с сигналом "вывод" в элементах И 43-47. По выходным сигналам элементов И 43-47 производится запись информации за микропроцессорный модуль 33 и регистры 38-42.

Структурная схема варианта синтезатора частот 3 и 22 может быть построена с использованием преобразования частоты на основе смесителей. Синтезаторы частот 3 (22) могут быть реализованы на основе преобразования частоты в кольце ФАПЧ.

Формирователь импульсов 56 выполняет функции формирования управляющих сигналов, необходимых для организации обмена информацией между блоками 49, 52, 50, 53, решающим блоком 10 (30).

Коммутаторы-формирователи 11, 31 служат для формирования сигналов управления в соответствии с приведенным описанием работы предлагаемого устройства. Сигналы, которые формируются блоками 11, 31 приведены на фиг.2 (а-ж) и служат для управления блоками 4, 5, 9, 13, 17, 24, 25, 29. В простейшем случае коммутаторы-формирователи 11, 31 могут быть выполнены в виде счетчика, вход которого соединен с выходом опорного генератора 2 (21), а выходы счетчика соединены с адресными входами постоянного запоминающего устройства, хранящего значения кодов чисел, соответствующих временным диаграммам, приведенным на фиг.2. Выходы постоянного запоминающего устройства, являются выходами коммутатора-формирователя 11 (31).

С целью определения координат объекта в описываемом устройстве необходимо использовать по меньшей мере два ретранслятора, работающих с временным разделением излучений.

При практической реализации предложенного устройства в диапазоне частот (320-330) мГц аппаратурная погрешность измерения расстояний не превышает 0,1 м при цикле работы Т ≈ 0,1 с. Тогда погрешность определения составляющих скорости может достигать значений 0,01-0,1 м/с.

Таким образом, благодаря новым элементам и связям обеспечивается измерение двух составляющих скорости в предлагаемом устройстве, при этом повышается точность за счет устранения погрешности, обусловленной сносом объекта, поскольку учитываются истинные расстояния, проходимые объектом за цикл работы устройства. Данное устройство может быть использовано, например, для измерения параметров движения, в том числе абсолютной скорости судов на воздушной подушке, на которых неприменимы традиционные абсолютные лаги.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ, содержащее измерительный блок, включающий задающий генератор, коммутатор-формирователь, последовательно соединенные усилитель мощности, первые антенный переключатель, приемник и амплитудно-фазовый измеритель, выход задающего генератора соединен с вторым входом первого амплитудно-фазового измерителя и первым входом коммутатора-формирователя, выходы которого соединены с управляющими входами усилителя мощности и первого антенного переключателя, соединенного с приемопередающей антенной, ретранслятор, включающий задающий генератор, коммутатор-формирователь, последовательно соединенные усилитель мощности, антенный переключатель, приемник и амплитудно-фазовый измеритель, выход задающего генератора соединен с вторым входом амплитудно-фазового измерителя и первым входом коммутатора-формирователя, выходы которого соединены с управляющими входами усилителя мощности и антенного переключателя, соединенного с приемопередающей антенной, отличающееся тем, что в измерительный блок введены последовательно соединенные вторые антенный переключатель, приемник, и амплитудно-фазовый измеритель, первая и вторая приемные антенны, соединенные с входами второго антенного переключателя, решающий блок, синтезатор частот, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым входом усилителя мощности и вторыми входами первого и второго приемников, первый и второй выходы решающего блока соединены соответственно с управляющими входами коммутатора-формирователя и синтезатора частот, третий выход решающего блока соединен с входом задающего генератора, выход которого соединен с вторым входом второго амплитудно-фазового измерителя и вторым входом синтезатора частот, соответствующие выходы коммутатора-формирователя соединены с управляющими входами второго антенного переключателя, первого и второго амплитудно-фазовых измерителей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами решающего блока, а в ретранслятор введены последовательно соединенные решающий блок, синтезатор частот и фазовращатель, выход которого соединен с вторым входом усилителя мощности, выход задающего генератора соединен с вторым входом синтезатора частот, второй выход которого соединен с вторым входом приемника, соответствующий выход коммутатора-формирователя соединен с управляющим входом амплитудно-фазового измерителя, выход которого соединен с входом решающего блока, второй выход решающего блока соединен с управляющим входом фазовращателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6