Устройство для измерения фазы радиосигнала

 

Сущность изобретения: устройство для измерения фазы радиосигнала содержит измерительный блок 1, включающий опорный генератор 2, коммутатор-формирователь 3, усилитель-мощности 4, антенный переключатель 5, смесители 6, 16, усилители промежуточной частоты 7, 17, усилители-ограничители 8, 18, фазовые детекторы 9, 19, решающий блок 10, синтезатор частоты 11, фазовращатель 12, синтезатор принимаемых частот 14, приемопередающие антенны 13, 15, ретранслятор 20, включающий опорный генератор 21, коммутатор-формирователь 22, усилитель 23, антенный переключатель 24, смесители 25, 35, усилители промежуточной частоты 26, 36, усилители-ограничители 27, 37, фазовые детекторы 28, 38, решающий блок 29, синтезатор частот 30, фазовращатель 31, приемопередающие антенны 32, 34, синтезатор принимаемых частот 33, n излучающих станций 39, включающих опорный генератор 40, формирователь излучаемой частоты 41, усилитель мощности 42 и передающую антенну 43. 2-11-12-4-5-6-7-8-9-10-3-9, 15-16-17-18-19-10-11, 10-2-3-19, 2-14-16, 3-4, 3-5-13, 2-9, 2-19, 21-28-29-30-31-23-24-25-26-27-28, 34-35-36-37-38-29-31, 22-28, 22-38, 21-,30-25, 21-22, 22-23, 22-24-32, 40-41-42-43. 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного определения координат подвижных объектов.

Известно устройство, которое может быть использовано для дистанционного определения координат подвижного объекта и содержащее излучающую станцию, состоящую из последовательно соединëнных опорного генератора, передатчика и передающей антенны, измерительный блок, состоящий из приëмной антенны, соединëнной с первым и вторым приëмниками, выходы которых через умножители частоты соединены с входами фазометра, ретранслятор, состоящий из последовательно соединëнных приëмной антенны, приëмника, трансформатора частоты, передатчика и передающей антенны.

Устройство характеризуется излучением сигналов с разделением по частоте и обеспечивает дистанционное измерение координат одного подвижного объекта при установке измерительного блока и ретранслятора в точках с известными координатами, а излучающую станцию на подвижном объекте.

Недостатком устройства является невозможность определения координат n подвижных объектов дистанционно.

Известно устройство, содержащее измерительный блок, состоящий из опорного генератора, коммутатора-формирователя, последовательно соединëнных фазового детектора, решающего блока, синтезатора, усилителя мощности, антенного переключателя, смесителя, усилителя промежуточной частоты и усилителя-ограничителя, выход которого соединëн с фазовым детектором, приëмопередающей антенны, соединëнной с антенным переключателем, второй выход решающего блока соединëн с опорным генератором, выход которого соединëн с фазовым детектором, синтезатором частот и коммутатором-формирователем, третий выход решающего блока соединëн с коммутатором-формирователем, выходы которого соединены с усилителем мощности, антенным переключателем и фазовым детектором, второй выход синтезатора частот соединëн с вторым входом смесителя, а также один ретранслятор и более, состоящий из опорного генератора, коммутатора-формирователя, последовательно соединëнных фазового детектора, решающего блока, синтезатора частот, фазовращателя, усилителя мощности, антенного переключателя, смесителя, усилителя промежуточной частоты и усилителя-ограничителя, выход которого соединëн с фазовым детектором, приëмопередающей антенны, соединëнной с антенным переключателем, второй выход решающего блока соединëн с фазовращателем, выход опорного генератора соединëн с фазовым детектором, синтезатором частот и коммутатором-формирователем, выходы которого соединены с усилителем мощности, антенным переключателем и фазовым детектором, второй выход синтезатора частот соединëн с вторым входом смесителя.

Устройство характеризуется тем, что фазовая информация получается путëм сравнения по фазе сигналов образцовой и вспомогательных частот, переданных от ретранслятора на измерительный блок, кроме того, аппаратура ретрансляторов реализована так, что может выполнять функции измерительного блока.

Недостатком устройства является невозможность дистанционного определения координат n подвижных объектов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путëм дистанционного определения координат n подвижных объектов.

Это достигается тем, что, в устройство, содержащее измерительный блок, состоящий из опорного генератора, коммутатора-формирователя, последовательно соединëнных усилителя мощности, антенного переключателя, смесителя, усилителя промежуточной частоты, усилителя-ограничителя, фазового детектора, решающего блока и синтезатора частот, приëмопередающей антенны, соединëнной с антенным переключателем, второй выход решающего блока соединëн с опорным генератором, выход которого соединëн с фазовым детектором, синтезатором частоты и коммутатором-формирователем, третий выход решающего блока соединëн с коммутатором-формирователем, выходы которого соединены с усилителем мощности, антенным переключателем и фазовым детектором, первый выход синтезатора частот соединëн с вторым входом смесителя, а также ретранслятор, состоящий из опорного генератора, коммутатора-формирователя, последовательно соединëнных усилителя мощности, антенного переключателя, смесителя, усилителя промежуточной частоты, фазового детектора, решающего блока, синтезатора частот и фазовращателя, выход которого соединëн с усилителем мощности, приëмопередающей антенны, соединëнной с антенным переключателем, второй выход решающего блока соединëн с фазовращателем, выход опорного генератора соединëн с фазовым детектором, синтезатором частот и коммутатором-формирователем, выходы которого соединены с усилителем мощности, антенным переключателем и фазовым детектором, второй выход синтезатора частот соединëн с вторым входом смесителя, введены n излучающих станций, состоящих из последовательно соединëнных опорного генератора, формирователя излучаемой частоты, усилителя мощности и передающей антенны, а в измерительный блок введены фазовращатель, синтезатор принимаемых частот, последовательно соединëнные приëмная антенна, вторые смеситель, усилитель промежуточной частоты, усилитель-ограничитель ограничитель и фазовый детектор, выход которого соединëн с вторым входом решающего блока, четвëртый и пятый выходы которого соединены с фазовращателем и синтезатором принимаемых частот, выход которого соединëн с вторым входом второго смесителя, а второй вход с выходом опорного генератора, соединëнного с вторым входом второго фазового детектора, третий вход которого соединëн с коммутатором-формирователем, второй выход синтезатора частот соединëн через фазовращатель с вторым входом усилителя мощности, а в ретранслятор введены синтезатор принимаемых частот, последовательно соединëнные приëмная антенна, вторые смеситель, усилитель промежуточной частоты, усилитель-ограничитель и фазовый детектор, выход которого соединëн с вторым входом решающего блока, третий выход которого соединëн с синтезатором принимаемых частот, выход которого соединëн с вторым входом второго смесителя, а второй вход с выходом опорного генератора, соединëнного с вторым входом второго фазового детектора, третий вход которого соединëн с коммутатором-формирователем.

Введение перечисленных узлов с описанными связями позволяет по сравнению с прототипом расширить функциональные возможности путëм дистанционного определения n подвижных объектов.

Предложенное устройство отвечает критерию "существенные отличия" ввиду отсутствия указанных признаков в известных устройствах.

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

Устройство содержит измерительный блок 1, состоящий из опорного генератора 2, коммутатора-формирователя 3, последовательно соединëнных усилителя мощности 4, антенного переключателя 5, смесителя 6, усилителя промежуточной частоты 7, усилителя-ограничителя 8, фазового детектора 9, решающего блока 10, синтезатора частот 11, фазовращателя 12, выход которого соединëн с усилителем мощности 4, приëмопередающей антенны 13, соединëнной с антенным переключателем 5, синтезатора принимаемых частот 14, последовательно соединëнных приëмной антенны 15, смесителя 16, усилителя промежуточной частоты 17, усилителя-ограничителя 18 и фазового детектора 19, выход которого соединëн с вторым входом решающего блока 10, второй выход решающего блока 10 соединëн с опорным генератором 2, выход которого соединëн с коммутатором-формирователем 3, синтезаторами частот 11, 14, фазовыми детекторами 9, 19, третий выход решающего блока 10 соединëн с коммутатором-формирователем 3, выходы которого соединены с усилителем мощности 4, антенным переключателем 5, фазовыми детекторами 9, 19, выход синтезатора частот 11 соединëн с входом смесителя 6, выход синтезатора принимаемых частот 14 соединëн с входом смесителя 16, четвëртый и пятый выходы решающего блока 10 соединены с фазовращателем 12 и синтезатором принимаемых частот 14, ретранслятор 20, состоящий из опорного генератора 21, коммутатора-формирователя 22, последовательно соединëных усилителя мощности 23, антенного переключателя 24, смесителя 25, усилителя промежуточной частоты 26, усилителя-ограничителя 27, фазового детектора 28, решающего блока 29, синтезатора частот 30 и фазовращателя 31, выход которого соединëн с усилителем мощности 23, приëмопередающей антенны 32, соединëнной с антенным переключателем 24, синтезатора принимаемых частот 33, последовательно соединëнных приëмной антенны 34, смесителя 35, усилителя промежуточной частоты 36, усилителя-ограничителя 37 и фазового детектора 38, выход которого соединëн с вторым входом решающего блока 29, коммутатора-формирователя 22, соединëнные с усилителем мощности 23, антенным переключателем 24, фазовыми детекторами 28, 38, выход опорного генератора 21 соединëн с коммутатором-формирователем 22, синтезаторами частот 30, 33, фазовыми детекторами 28, 38. Выход синтезатора частот 30 соединëн с входом смесителя 25, выход синтезатора принимаемых частот 33 соединëн с входом смесителя 35, второй и третий выходы решающего блока 29 соединены с фазовращателем 31 и синтезатором принимаемых частот 33; n излучающих станций 39₁ 39_n состоят из последовательно соединëнных опорного генератора 40, формирователя излучаемой частоты 41, усилителя мощности 42 и передающей антенны 43.

Решающий блок 10 /см. фиг. 2/ содержит микропроцессорный модуль 44, шина адреса которого соединена с адресными входами постоянного запоминающего элемента 45, оперативного запоминающего элемента 46 и входами дешифраторов 47, 48, выходы которого соединены с управляющими входами запоминающих элементов 45 и 46, управляющие выходы микропроцессорного модуля 44 "чтение", "запись" соединены с входами управления постоянного 45 и оперативного 46 запоминающих элементов соответственно, информационные входы-выходы микропроцессорного модуля 44 соединены с выходами постоянного запоминающего элемента 45, с информационными входами-выходами оперативного запоминающего элемента 46, с входами регистров 49 54, выходы дешифратора 47 соединены через элементы 55 60 с входами управления регистров 49 54.

Работает устройство следующим образом.

Измерительный блок 1 и ретранслятор 20 устанавливают неподвижно в точках с известным координатами так, чтобы охватить заданный район работы n подвижных объектов. Излучающие станции 39 устанавливаются на n подвижных объектах.

Опорные генераторы 2, 21 вырабатывают непрерывно гармонические сигналы частотой f, которые поступают на коммутаторы-формирователи 3, 22 и синтезаторы частот 11, 14, 30, 33. В установившемся режиме работы устройства временные интервалы приëма сигналов измерительным блоком 1 синхронизированы с соответствующими интервалами излучения (см. фиг. 6).

При включении устройство работает аналогично известному. Синтезаторы частот 11 и 30 вырабатывают для излучения опорный сигнал частотой f_o и несколько вспомогательных сигналов с частотами f₁, f₂,f_i, кроме того, в синтезаторах частот 11 и 30 формируются сигналы гетеродина для смесителей 6 и 25 с частотой f_0Г, f_1Г, f_2Г,f_iГ при этом управление частотой излучаемых (принимаемых) сигналов осуществляется решающим блоком 10 (29), причëм f_{0 -} f_0Г f_ПР, f₁ f_1Г f_ПР, f₂ f_2Г f_ПР, f_i f_iГ f_ПР, где f_ПР промежуточная частота, выделяемая усилителями 7, 26, на которой осуществляется измерение фазы принятых сигналов блоками 9 (28). Коммутаторы-формирователи 3, 22 вырабатывают сигналы управления для блоков 4 (см. фиг. 6,а), 5 и 9 (см. фиг. 6,б), 19 (см. фиг. 6,в), 24 и 28 (см. фиг. 6,г), 23 (см. фиг. 6,д), 38 (см. фиг. 6, е).

Временные диаграммы (см. фиг. 6) приведены для установившегося режима устройства, когда временные интервалы излучения и приëма сигналов измерительного блока 1 синхронизированы с соответствующими интервалами ретранслятора 17, где Т_ц временный цикл работы устройства; t интервал излучения (приëма) опорного сигнала частотой f_o; 2t интервал излучения (приëма) вспомогательных сигналов с частотой f_i; t_n- длительность паузы; t_o интервал приëма сигнала от излучающих станций.

В усилителе мощности 4 осуществляется усиление сигналов от синтезатора частот 11 до необходимой величины и формирование выходных радиоимпульсных сигналов под воздействием управляющего сигнала от коммутатора-формирователя 3 (см. фиг. 6, а). Радиоимпульсный сигнал от усилителя мощности 4, пройдя через антенный переключатель 5, излучается в пространство приëмопередающей антенной 13 (см. фиг. 6,ж). Сигнал, излучаемый в пространство измерительным блоком 1 в течение времени Т_и, пройдя через среду распространения, принимается приëмопередающей антенной 32 ретранслятора 20 и через антенный переключатель 24, поступает на вход смесителя 25. На второй вход смесителя 25 подаются сигналы от синтезатора частот 30 с частотами (f_0Г, f_1Г, f_2Г,f_iГ).

В смесителе 25 осуществляется преобразование принимаемого сигнала на частоту ПР (причëм f₀ f₀₁ f_ПР, f₁ f_1Г f_ПР и т. д.), в усилителе промежуточной частоты 26 сигналы частотой ПР фильтруются и усиливаются, а затем нормируются по амплитуде в усилителе-ограничителе 27 и поступают на фазовый детектор 28. В фазовом детекторе 28 под воздействием управляющих сигналов (см. фиг. 6) осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов, при этом измеряются фазовые сдвиги ϕ₀₁, ϕ₀₂. ϕ_0i, ϕ_0i' опорных сигналов частоты f₀ (см. фиг. 6, г) и фазовые сдвиги ϕ₁, ϕ₂, ϕ_i' вспомогательных сигналов частотами f₁, f₂,f_i. Информация с фазового детектора 28 поступает в решающий блок 29, в котором вычисляются фазовые соотношения: ϕ ₁' ϕ₁ Δ ϕ₁; ϕ₂' ϕ₂ Δ ϕ₂ ϕ_i' ϕ_i Δ ϕ_i; Полученные значения фазы Δ ϕ₁, Δ ϕ₂. Δ ϕ_i запоминаются в решающем блоке 29. В течение интервала Т_р излучаются в пространство сигналы от ретранслятора 20, при этом управление частотой и фазой излучаемых сигналов осуществляется решающим блоком 29 через блоки 30 и 31 соответственно. В моменты времени t, когда ретранслятором 20 излучаются в пространство основные сигналы частотой f_o фазовращатель 31 решающим блоком 29 установлен в исходное /нулевое/ состояние, излучаемые опорные сигналы частотой f₀ имеют фазу сигнала f опорного генератора 21. В течение интервалов 2t, когда ретранслятором 20 излучаются в пространство вспомогательные сигналы частотами f₁, f₂.f_i, сигналами управления от решающего блока 29 устанавливаются в фазовращателе 31 фазовые сдвиги Δ ϕ₁, Δ ϕ₂.Δ ϕ_i соответственно.

Таким образом, в течение интервала Т_р ретранслятор 20 излучает вспомогательные сигналы, фаза которых равна фазе принятых сигналов в течение интервалов Т_и от измерительного блока 1, а также опорные сигналы, фаза которых равна фазе опорного генератора 21. В усилителе мощности 23 осуществляется усиление сигналов от фазовращателя 31 и формирование выходных радиоимпульсных сигналов под воздействием управляющего сигнала от коммутатора-формирователя 22 (см. фиг. 6,д). Радиоимпульсный сигнал от усилителя мощности 23, пройдя через антенный переключатель 24, излучается в пространство приëмопередающей антенной 32 (см. фиг. 6,з).

Сигнал, излучаемый в пространство ретранслятором 20 в течение времени Т_р, пройдя через среду распространения, принимается приëмопередающей антенной 13 измерительного блока 1 и через антенный переключатель 5 поступает на вход смесителя 6, на второй вход которого подаются сигналы от синтезатора частот 11 с частотами (f_0Г, f_1Г, f_2Г,f_iГ). В смесителе 6 осуществляется преобразование принимаемого сигнала на частоту f_ПР (причëм f₀ f_0Г f_ПР, f₁ f_1Г f_ПР и т. д.) в усилителе промежуточной частоты 7 сигналы частотой f_ПР фильтруются и усиливаются, а затем нормируются по амплитуде в усилителе-ограничителе 8 и поступают на фазовый детектор 9. В фазовом детекторе 9 под воздействием управляющих сигналов (см. фиг. 6,б) осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов, при этом измеряются фазовые сдвиги ϑ₀₁, ϑ₀₂, ϑ_0i, ϑ_0i' опорных сигналов частоты f₀ и фазовые сдвиги ϑ₁, ϑ₂, ϑ_i вспомогательных сигналов частотами f₁, f₂,f_i. Информация с фазового детектора 9 поступает в решающий блок 10, в котором вычисляются фазовые соотношения:

Полученные значения фазовых сдвигов Δ ϑ₁, Δ ϑ₂, Δ ϑ_iзапоминаются в решающем блоке 10, а затем используются в решающем блоке 10 для устранения многозначности фазовых отсчëтов.

На практике частоты f₀, f₁, f₂.f_i выбираются таким образом, чтобы выполнялись следующие соотношения: f₀ f₁ F₁, f₀ f₂F₂,f₀ f_i F_i, F₁/F₂ m₁, F₂/F₃
m₂,F(_{i - 1})/F_i m_i, 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 Δ ϑ₁ с учëтом коррекции при устранении многозначности соответствует сигналу частотой F₁, прошедшего дважды через среду распространения, равна времени запаздывания радиоволн в точке приëма по отношению к моменту их излучения, не содержит фазовых набегов, обусловленных аппаратурой ретранслятора и измерительного блока, и может использоваться для точного определения расстояния (r) между антенной 13 измерительного блока 1 и антенной 32 ретранслятора 20 при известной скорости распространения радиоволн и измеренной величине Δ ϑ₁ по формуле:
r = где С скорость распространения радиоволн.

Кроме описанных операций, в измерительном блоке 1, накапливая информацию в решающем блоке 10 об изменениях фазовых сдвигов Δ ϑ, например, для частоты f₀, т. е. ϑ₀₁, ϑ₀₂, ϑ_0i за один или несколько циклов работы устройства Т_ц, определяется отклонение частоты Δ f опорного генератора 2 от частоты опорного генератора 21 за время наблюдения Δ t за отклонением частоты генераторов. Код отклонения частоты опорного генератора Δ 2 f поступает от решающего блока 10 на вход управления опорного генератора 2, обеспечивая изменение его выходной частоты и уменьшая Δ f до нуля.

Описанный режим работы измерительного блока 1 и ретранслятора 20 первоначально служит для высокоточного оперативного измерения расстояния между ними, значение которого (r) используется при определении местоположения подвижных объектов. Кроме того, данный режим может быть использован для оперативного периодического определения работоспособности аппаpатуры измерительного блока 1 и ретранслятора 20 путëм сравнения измеренного расстояния r с известным его значением из предыдущих измерений или определëнным геодезическим методом.

С целью определения координат n подвижных объектов каждая из n излучающих станций 39₁ 39_n излучает в пространство непрерывный гармонический сигнал, который формируется следующим образом. Опорный генератор 40 вырабатывает непрерывный гармонический сигнал частотой f, который поступает на формирователь излучаемой частоты 41. При этом формирователь 41 излучающий станции 39₁ служит для получения сигнала частотой f_п1, формирователь 41 излучающей станции 39 служит для получения гармонического сигнала частотой f_п2, и т. д. а формирователь 41 излучающей станции 39_n обеспечивает сигнал частотой f_пn. Данный сигнал поступает на усилитель мощности 42 и излучается в пространство антенной 43.

Сигнал, например, частотой f_п1, принимается антеннами 15, 34 и поступает на вход смесителей 16 и 35 соответственно, на вторые входы которых подаются сигналы частотой f_п1' от синтезаторов принимаемых частот 14 и 33. Кроме того, в синтезаторах принимаемых частот 14 и 33 формируются сигналы гетеродина для смесителей 16 и 35 с частотами f_п2', f_п3' и т. д. до f_пn', при этом управление выходной частотой синтезаторов 14 и 33 осуществляется решающими блоками 10 и 29 соответственно, причëм f_п1 -f_п1' f_пp', f_п2 f_п2' f_пp',f_пn- f_пn' f_пp' Коммутаторы-формирователи 3, 22 вырабатывают сигналы управления для блоков 19 (см. фиг. 6,в) и 38 (см. фиг. 6,е), которые по времени совмещены таким образом, что измерение фазы принятых сигналов блоками 19 и 38 осуществляется одновременно в блоках 1 и 20 для одной и той же принимаемой частоты f_п1, f_п2,f_пn. Сигналы с выходов усилителей 17 и 36 ноpмируются по амплитуде в усилителях-ограничителях 18 и 37, поступают на фазовые детекторы 19 и 38 соответственно.

В фазовом детекторе 19 под воздействием управляющих сигналов (см. фиг. 6) осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов f_п1, f_п2,f_пn, при этом измеряются фазовые сдвиги V₁, V₂,V_nсоответственно. Информация с фазового детектора 19 поступает в решающий блок 10, который осуществляет также управление частотой и фазой излучаемых блоком 1 сигналов, благодаря управлению блоками 11 и 12 соответственно. При этом в течение времени 2t на частоте f₂ блок 1 в интервале Т_и излучает в пространство сигнал, фаза которого равна величине V₁ и устанавливается в фазовращателе 12, затем на частоте f₃блок 1 излучает в пространство сигнал, фаза которого равна V₂ и т. д. до V_n. Сигнал, излучаемый в пространство антенной 13 блока 1, пройдя через среду распространения, принимается приëмопередающей антенной 32 блока 20, через антенный переключатель 24 поступает на вход смесителя 25, на второй вход которого подаются сигналы от синтезатора частот 30. При этом в фазовом детекторе 28 на частоте f_пр осуществляется измерение фазовых сдвигов принимаемых сигналов, значения которых равны
V₁' V₁ + Δ V₁; V₂' V₂ + Δ V₂. V_n' V_n + Δ V_n, где ΔV₁= ΔV₂= ... ΔV_n= фазовые сдвиги сигналов соответствующей излучаемой частоты за счëт распространения на расстояние r от блока 1 до блока 20, причëм величины Δ V₁, Δ V₂ и т. д. до Δ V_n являются известными, поскольку величины f, r, c определены. Информация с фазового детектора 28 (V₁', V₂'.V_n') поступает в решающий блок 29.

В фазовом детекторе 38 под воздействием управляющих сигналов (см. фиг. 6) осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов f_п1, f_п2f_пn, при этом измеряются фазовые сдвиги W₁, W₂,W_nсоответственно. Информация с фазового детектора 38 поступает в решающий блок 29. Тогда в решающем блоке 29 ретранслятора 20 по полученным значениям фазовых сдвигов V₁ и W₁, V₂ и W₂,V_n и W_n определяются координаты подвижных объектов 39₁, 39₂,39_n соответственно, исходя из рассчитанных расстояний от подвижного объекта до измерительного блока 1 и ретранслятора 20 по формулам:
r₁= ; r= ;
r₂= ; r= ;
(1)
r_n= r= ; где r_n, r_n' расстояние от n-го подвижного объекта до блока 1 и блока 20 соответственно.

Кроме того, решающий блок 29 осуществляет управление частотой и фазой излучаемых блоком 20 сигналов благодаря управлению блоками 30 и 31 соответственно. При этом в течение времени 2t блок 20 в интервале T_ризлучает в пространство сигналы, фаза которых равна величине W₁, W₂,W_n и устанавливается фазовращателем 31.

Сигнал, излучаемый в пространство антенной 32 блока 20, пройдя через среду распространения, принимается приëмопередающей антенной 13 блока 1, через антенный переключатель 5 поступает на вход смесителя 6, на второй вход которого подаются сигналы от синтезатора частот 11. При этом в фазовом детекторе 9 на частоте f_пр осуществляется измерение фазовых сдвигов принимаемых сигналов, значения которых равны
W₁' W₁ + Δ W₁; W₂' W₂ + Δ W₂,
W_n' W_n + Δ W_n, где Δ W₁, Δ W₂,W_n= фазовыесдвиги сигналов соответствующей излучаемой частоты за счëт распространения на расстояние r от блока 20 до блока 1, причëм ΔW₁, ΔW₂, ΔW_n вычисляются в решающем блоке 10 при известных величинах f, r, c. Информация с фазового детектора 9 (W₁', W₂',W_n') поступает в решающий блок 10. Тогда в решающем блоке 10 измерительного блока 1 по полученным значениям фазовых сдвигов V₁ и W₁, V₂ и W₂, V_n и W_nопределяются координаты подвижных объектов 39₁, 39₂,39_nсоответственно, исходя из рассчитанных расстояний от подвижных объектов до измерительного блока 1 и ретранслятора 20 в соответствии с формулами (1).

Решающий блок 10 может быть реализован как на элементах "жесткой" (непрограммируемой) логики, так и на основе микропроцессора по типовой структуре.

Структурная схема варианта решающего блока 10 (29) приведена на фиг. 2. Дешифратор 48 обеспечивает выбор постоянного 45 или оперативного 46 запоминающих элементов, в которых хранятся программы, константы или текущая информация соответственно. Микропроцессорный модуль 44 выполняет обработку и обмен информацией и связан с блоками 45 48 шиной адреса (ША) и с блоками 45, 46, 49 54 информационной шиной данных (ШД), может иметь управляющие выходы с сигналами "чтение" и "запись" для управления постоянным 45 и оперативным 46 запоминающими элементами соответственно, "вывод", например, для вывода информации по шине ШД в блоке 2, 3, (22), 11, (30), 12, (31), 14, (33), вход "запрос прерывания" для ввода информации в решающий блок 10 (29) по сигналам от фазового детектора 19 (38), вход "ввод" для ввода информации в решающий блок 10 (29) по сигналам от фазового детектора 9 (28). Сигналы обращения (вывода) со стороны решающего блока 10 (29) к внешним блокам формируются путëм дешифрирования кода адреса соответствующего регистра в дешифраторе 47 и коньюнкции его входящих сигналов с сигналом "вывод" в элементах И 55-60. По выходным сигналам элементов И 55-60 производится запись информации из микропроцессорного модуля 44 в регистры 55-60.

При реализации решающего блока 10 (29) на базе микропроцессора К580 микропроцессорный модуль 44 состоит из трëх БИС-центрального процессора К580ИК80, системного контроллера К580ВК28, тактового генератора К580ГФ24.

Управляемые синтезаторы частот 11, 14 (30, 33) могут быть выполнены, например, аналогично синтезатору частот 46-31.

Коммутатор-формирователь 3 (22) может быть реализован в виде счëтчика, выходы которого соединены с адресными входами постоянного запоминающего устройства, хранящего значения кодов чисел, соответствующих временным диаграммам (cм. фиг. 6, а е). При этом счëтный вход счëтчика соединяется с выходом опорного генератора 2 (21), а входы установки с выходом решающего блока 10, выходы постоянного запоминающего устройства являются выходами коммутатора-формирователя 3 (22).

Опорные генераторы 2, 29, 40 могут быть выполнены в виде кварцевого генератора типа "Гиацинт".

Антенный переключатель 5 (24) может быть реализован, например, на pin-диодах.

С целью обеспечения синхронизации временных интервалов излучения и приëма измерительного блока 1, ретранслятора 20 в соответствии с фиг. 6 в предложенном устройстве может использоваться режим поиска и слежения за сигналом.

Погрешности измерения фазы, обусловленные фазовой нестабильностью от времени и воздействием дестабилизирующих факторов температуры, изменений питающих напряжений и т. д. на узлы измерительного блока 1 и ретранслятора 20 могут быть автоматически исключены из результатов фазовых измерений.

Таким образом, благодаря новым элементам и связям достигается расширение функциональных возможностей устройства путëм дистанционного определения координат n подвижных объектов измерительным блоком 1 и ретранслятором 20.

Рассмотрим числовой пример, поясняющий практическую реализацию устройства. Пусть излучаемые частоты устройства составляют значения f₀ 330 мГц, f₁ 320 мГц, f₂ 329 мГц, f₃ 329,9 мГц, f₄ 329,99 мГц. При этом f₀ f₁ F₁ 10 мГц, f₀ f₂ F₂ 1 мГц, f₀ f₃ F₃ 0,1 мГц, f₀ f₄ F₄ 0,01 мГц, F₁/F₂ 10, F₂/F₃ 10, F₃/F₄ 10. Полученные значения соответствуют однозначному измерению расстояния между измерительным блоком 1 и ретранслятором 20 равного 15 км. Пусть измерительный блок 1 и ретранслятор 20 установлены на расстоянии r друг от друга, равном, например, 5 км.

При этом погрешность определения расстояния (координат) объектов измерительным блоком зависит от погрешности измерения фазовых сдвигов принимаемых сигналов (σ _v(w)) и определяется в виде
σ _r c ˙ σ_v(w)/2 π ˙ f_п. Для σ_v(w) 0,01 Гц (3,6^о), f_п 10,0 кГц по- лучим σ_r 50 м, и зона однозначного определения координат подвижного объекта 39₁ составит 15 км. При f_пn= 15 кГц получим σ_r30 м, а зона однозначного определения координат подвижного объекта 39_n равна 10 км.

Следует отметить, что при σ_ϑ 0,01 Гц погрешность измерения расстояния r 5 км между измерительным блоком 1 и ретранслятором 20 для рассматриваемого примера равна σ _r 0,5 м.

Таким образом, если подвижные объекты 39₁ 39_n излучают сигналы в диапазоне частот 10 15 кГц, то зона однозначного измерения расстояний r₁ r_n, r₁' r_n' составляет 10 15 км, а погрешность определения данных расстояний не превышает 50 м для рассмотренного примера.

Предложенная система может применяться также для оперативного определения координат похищенных транспортных средств (автомобилей, судов и т. д. ), при этом излучающие станции, установленные на подвижных объектах, должны начать излучать сигналы в случае несанкционированного движения объекта.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ РАДИОСИГНАЛА, содержащее измерительный блок, включающий опорный генератор, коммутатор-формирователь, последовательно соединенные усилитель мощности, антенный переключатель, первый смеситель, усилитель промежуточной частоты и амплитудно-фазовый измеритель, выход опорного генератора соединен с вторым входом первого амплитудно-фазового измерителя и первым входом коммутатора-формирователя, выходы которого соединены с управляющими входами усилителя мощности, первого амплитудно-фазового измерителя и антенного переключателя, соединенного с приемопередающей антенной, ретранслятор, включающий опорный генератор, коммутатор-формирователь, последовательно соединенные усилитель мощности, антенный переключатель, первые смеситель, усилитель промежуточной частоты и амплитудно-фазовый измеритель, выход опорного генератора соединен с вторым входом первого амплитудно-фазового измерителя и входом коммутатора-формирователя, выходы которого соединены с управляющими входами первого амплитудно-фазового измерителя, усилителя мощности и антенного переключателя, соединенного с приемопередающей антенной, отличающееся тем, что в него введены n излучающих станций, каджая из которых содержит последовательно соединенные опорный генератор, формирователь излучаемой частоты, усилитель мощности и передающую антенну, в измерительный блок введены последовательно соединенные решающий блок, синтезатор частот и фазовращатель, выход которого соединен с входом усилителя мощности, синтезатор принимаемых частот и последовательно соединенные приемная антенна, вторые смеситель, усилитель промежуточной частоты и амплитудно-фазовый измеритель, первый и второй выходы решающего блока соединены соответственно с управляющими входами коммутатора-формирователя и фазовращателя, третий выход с входом опорного генератора, выход которого соединен с вторым входом второго амплитудно-фазового измерителя, вторым входом синтезатора частот и первым входом синтезатора принимаемых частот, второй вход которого соединен с четвертым выходом решающего блока, а выход с вторым входом второго смесителя, выход синтезатора частот соединен с вторым входом первого смесителя, соответствующий выход коммутатора-формирователя соединен с управляющим входом второго амплитудно-фазового измерителя, выходы первого и второго амплитудно-фазовых измерителей соединены с первым и вторым входами решающего блока соответственно, а в ретранслятор введены последовательно соединенные решающий блок, синтезатор частот и фазовращатель, выход которого соединен с входом усилителя мощности, синтезатор принимаемых частот и последовательно соединенные приемная антенна, вторые смеситель, усилитель промежуточной частоты и амплитудно-фазовый измеритель, выход опорного генератора соединен с вторым входом второго амплитудно-фазового измерителя, вторыми входами синтезатора частот и синтезатора принимаемых частот, соответствующий выход коммутатора-фазового измерителя, второй и третий выходы решающего блока соединены соответственно с управляющим входом фазовращателя и первым входом синтезатора принимаемых частот, выход которого соединен с вторым входом второго смесителя, а второй вход первого смесителя соединен с вторым выходом синтезатора частот, выходы первого и второго амплитудно-фазовых измерителей соединены соответственно с первым входами решающего блока.

РИСУНКИ

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